Алгоритм решения изобретательских задач^[1]^[2]^[3]^[4]^[5]^[6]^[7]^[8]^[9]^[10] — раздел теории решения изобретательских задач (ТРИЗ), разработаной Генрихом Альтшуллером.

Этот учебник первоначально в Internet появился, как учебное пособие: Петров В. Алгоритм решения изобретательских задач. Учебное пособие. Тель-Авив, 1999 ISBN 965-7127-00-9. [1] © 1976—2007 by Vladimir Petrov

Это четвертая книга из серии „Профессиональный ТРИЗ“. Пособие знакомит с Алгоритмом решения изобретательских задач (АРИЗ), являющимся разделом Теории решения изобретательских задач, автор которой — Генрих Альтшуллер.

АРИЗ — комплексная программа алгоритмического типа, основанная на законах развития технических систем и предназначенная для анализа и решения изобретательских задач.

ТРИЗ — уникальный инструмент для:

поиска нетривиальных идей,
выявления и решения многих творческих проблем,
выбора перспективных направлений развития систем, в частности, техники, технологии и снижения затрат на их разработку и производство,
развития творческого мышления,
формирования творческой личности и коллективов.

Эта теория в последние годы стала популярной в США, Канаде, странах Европы и Юго-Восточной Азии (Японии, Южной Кореи), Австралии, Израиле и других странах.

Книга предназначена для инженеров и изобретателей, ученых и людей, решающих творческие задачи, студентов университетов и колледжей. Она может быть полезна преподавателям университетов, учителям школ и учащимся старших классов.

Были выпущены книги:

Введение

Алгоритм решения изобретательских задач (АРИЗ) — раздел теории решения изобретательских задач — ТРИЗ, предназначенный для решения нестандартных (с точки зрения ТРИЗ) задач повышенной сложности. (С понятием „стандартные“ и „нестандартные“ задачи можно ознакомиться в статье и функции ТРИЗ»).

АРИЗ разработан Генрихом Альтшуллером и представляет собой алгоритмическую программу для детального анализа задачи с пошаговым продвижением к решению.

Название «алгоритм решения изобретательских задач» (см. история развития АРИЗ)[2] впервые использовано в приложении к «Экономической газете» . Аббревиатура АРИЗ впервые применена в книге «Алгоритм изобретения» 1969 г. [4]^[11]. В дальнейшем модификации АРИЗ включали указание на год создания, например, АРИЗ-71, АРИЗ-77… Последняя модификация АРИЗ, разработанная Г. С. Альтшуллером — АРИЗ-85-В.

АРИЗ включает три основные компоненты:

программу,
информационное обеспечение,
методы управления психологическими факторами.

Программа АРИЗ представляет собой последовательность операций по выявлению и разрешению противоречий (см. основную линию решения задач по АРИЗ), анализу исходной ситуации и выбору задачи для решения, синтезу решения, анализу полученных решений и выбору наилучшего из них, развитию полученных решений, накоплению наилучших решений и обобщению этих материалов для улучшения способа решения других задач. Структура программы и правила ее выполнения базируются на законах и закономерностях развития техники.
Информационное обеспечение питается из информационного фонда, который включает систему стандартов на решение изобретательских задач; технологические эффекты (физические, химические, биологические, математические, в частности, наиболее разработанных из них в настоящее время — геометрические); приемы устранения противоречий; способы применения ресурсов природы и техники.
Методы управления психологическими факторами необходимы вследствие того, что программа АРИЗ предназначена не для компьютера, а задачи решаются человеком. При решении изобретательских задач у решателя возникает [психологическая инерция], которой необходимо управлять. Кроме того, эти методы позволяют [развитие творческого воображения|развить творческое воображение], необходимое для решения сложных изобретательских задач.

Рис. 1. Структурния схема ТРИЗ для функции решения задач

АРИЗ-85-В достаточно сложный инструмент. Не рекомендуется его применять без предварительного изучения основ ТРИЗ и основательной проработки видов противоречий, основной линии решения задач по АРИЗ и логики АРИЗ.

При решении задач по АРИЗ не спешите, тщательно обдумывайте и записывайте формулировку каждого шага. Обязательно записывайте все соображения, возникающие по ходу решения задачи. Помните, что АРИЗ — инструмент для мышления, а не вместо мышления.

Прежде чем приступать к решению задач по АРИЗ, проверьте: может быть, ваша задача решается по стандартам на решение изобретательских задач [3]. АРИЗ — инструмент для решения нестандартных задач.

Подробнее это описано в статье и функции ТРИЗ" (см. рис.1).

Основные понятия и определения АРИЗ

К основным понятиям АРИЗ относятся: противоречия и идеальный конечный результат (ИКР).

Понятие о противоречиях

«Противоречие есть критерий истины, отсутствие противоречия — критерий заблуждения».

Георг Гегель

Различные технические средства создавались и создаются для удовлетворения тех или иных потребностей человека.

Потребности растут значительно быстрее возможностей их удовлетворения, что и является своего рода источником технического прогресса.

Проектирование новых объектов чаще всего подразумевает улучшение тех или иных технических параметров системы.

Сложные изобретательские задачи (неизвестных типов) требуют нетривиального подхода, так как улучшение одних параметров системы приводит к недопустимому ухудшению других параметров. Возникают противоречия.

Прежде всего, уясним, что такое противоречие и какие его виды присущи техническим системам.

«Противоречие — взаимодействие противоположных, взаимоисключающих сторон и тенденций предметов и явлений, которые вместе с тем находятся во внутреннем единстве и взаимопроникновении, выступая источником самодвижения и развития объективного мира и познания». (Большая Советская Энциклопедия, Изд. 3-е – М.: Советская Энциклопедия, 1975, т. 21 с. 132)[4].

Противоречие чаще всего возникают при попытке что-то изменить в системе.

Улучшая систему, одну ее часть (подсистему), свойство или параметр, мы невольно ухудшаем другие. Так возникают противоречия.

Обычно эти противоречия пытаются сгладить. Чуть-чуть улучшить один параметр и чуть-чуть ухудшить другой, находя компромиссные решения, но при этом не устраняется первопричина возникновения противоречия. Это временное решение, через некоторое время вновь придется возвращаться к этой задаче.

Более правильно разрешить имеющееся противоречие. Для этого мы должны выявить противоречия и причины их возникновения, а затем разрешить их, получая решение.

Решение задач по АРИЗ представляет собой последовательность по выявлению и разрешению противоречий, причин, породивших данные противоречия и устранению их использованием информационного фонда. Так выявляются причинно-следственные связи, суть которых — углубление и обострение противоречий.

Для этого в АРИЗ рассматриваются три вида противоречий:

Поверхностное противоречие (ПП)
Углубленное противоречие (УП)
Обостренное противоречие (ОП).

Г. Альтшуллер их назвал соответственно:

Поверхностное — административным противоречием (АП);
Углубленное — техническим противоречием (ТП);
Обостренное — физическим противоречием (ФП).

Поверхностное противоречие

ПОВЕРХНОСТНОЕ ПРОТИВОРЕЧИЕ (ПП) — противоречие между потребностью и возможностью ее удовлетворения.

Его достаточно легко выявить. Оно часто задается администрацией или заказчиком и формулируется в виде: «Надо выполнить то-то, а как неизвестно», «Какой-то параметр системы плохой, нужно его улучшить», «Нужно устранить такой-то недостаток, но не известно, как», «Имеется брак в производстве изделий, а причина его не известна».

В связи с тем, что такое противоречие, как правило, формулируется руководством (администрацией) оно у Г. Альтшуллера и называется административным противоречием (АП).

Таким образом, поверхностное противоречие (ПП) выражается или в виде нежелательного эффекта (НЭ) — что-то плохо, или в виде необходимо создать что-то новое, но неизвестно каким образом.

Покажем, как формулируется поверхностное противоречие.

Задача 1.1. Авиадвигатели

Перед конструкторским бюро А. Н. Туполева была поставлена задача создания к концу 50-х годов нового пассажирского самолета на 170 мест с большой дальностью полета. Для этого потребовалось авиадвигатели на суммарную мощность 50 тыс. л. с. У самого мощного из имеющихся в СССР двигателей ТВ-2 было всего 6 тыс. л. с. (Техника и Наука, № 9, 1982, с.24-27). Как быть?

Это типичное ПП в виде нежелательного эффекта.

Задача 1.2. Скорость судна

Необходимо увеличить скорость судна, а как — неизвестно.

ПП в виде создание нового.

Задача 1.3. Мощный двигатель

Хочется, чтобы автомобиль имел более мощный двигатель.

ПП в виде создание нового.

Задача 1.4. Кастрюля

Можно обжечься, когда берешь горячую кастрюлю с плиты. Как устранить этот недостаток?

ПП в виде нежелательного эффекта.

Углубленное противоречие

УГЛУБЛЕННОЕ ПРОТИВОРЕЧИЕ (УП) — это противоречие между определенными частями, качествами или параметрами системы.

УП возникает при улучшении одних частей (качеств или параметров) системы за счет недопустимого ухудшения других, то есть полезное действие, вызывает одновременно и вредное.

УП можно рассматривать и как введение или усиление полезного действия, либо устранение или ослабление вредного действия вызывает ухудшение (в частности, недопустимое усложнение) одной из частей системы или всей системы в целом.

УП представляет собой причину возникновения поверхностного противоречия, углубляя его. В глубине одного ПП, чаще всего, лежит несколько УП.

Как правило, улучшая одни характеристики объекта, мы резко ухудшаем другие. Обычно приходится искать компромисс, то есть чем-то жертвовать.

При решении технических задач, изменяют технические характеристики объекта, поэтому Г. Альтшуллер углубленное противоречие назвал техническим противоречием (ТП).

Техническое (углубленное) противоречие возникает в результате диспропорции развития различных частей (параметров) системы. При значительных количественных изменениях одной из частей (параметров) системы и резком «отставании» другой (других) ее частей возникает ситуации, когда количественные изменения одной из сторон системы вступают в противоречие с другими. Разрешение такого противоречия часто требует качественного изменения этой технической системы. В этом и проявляется закон перехода количественных изменений в качественные [5][6].

Продолжим рассмотрение задач, формулируя углубленное (техническое) противоречие.

Рис. 2. Сдвоенный двигатель самолета

Файл:Tu114-1.jpg

Рис. 3. Самолет ТУ 114

Задача 1.1. Авиадвигатели (продолжение).

Чтобы получить требуемую суммарную мощность нужно использовать 8 двигателей. При этом самые крайние двигатели располагаются на расстоянии 25 м от фюзеляжа, что недопустимо удлиняет крылья. Возникает углубленное противоречие между МОЩНОСТЬЮ самолета и недопустимым увеличением ДЛИНЫ крыла.

Сформулируем другое углубленное противоречие. Если перейти к спаренным двигателям на общую мощность 12 тыс. л. с., то нужно использовать воздушный винт диаметром 9 м, что приводит к необходимости поднять самолет над землей на 5 м. Углубленное противоречие в этом случае между МОЩНОСТЬЮ двигателей и большой ВЫСОТОЙ самолета.

Такие виды УП могут быть, в частности, устранены использованием приема 17 «Переход в другое измерение» [7].

А. Н. Туполев разрешил описанное противоречие следующим образом.

Он предложил спарить двигатели в единый блок, а на одном валу блока расположить сразу два четырехлопастных воздушных винта, которые вращаются в разные стороны (рис. 2). Потребовалось всего 4 блока (по два на крыло), диаметр винта составил 5,2 м. Самолет не нужно поднимать на большую высоту. В результате был создан самолет ТУ-114 (рис. 3) с достаточно высокой скоростью полета до 870 км/час.

Задача 1.2. Скорость судна (продолжение).

Увеличение грузоподъемности судна связано с уменьшением скорости хода. В свою очередь, увеличение скорости хода судна приводит к росту мощности двигателей, увеличению энергозатрат, что требует увеличения веса и габаритов силовой установки и запасов топлива. Чрезмерное их увеличение может привести к тому, что негде будет размещать полезный груз. В данном примере выявлены технические (углубленные) противоречия: ГРУЗОПОДЪЕМНОСТЬ — СКОРОСТЬ, СКОРОСТЬ — МОЩНОСТЬ, МОЩНОСТЬ — ЭНЕРГОЗАТРАТЫ, ЭНЕРГОЗАТРАТЫ — ВЕС и т. д.

Задача 1.3. Мощный двигатель (продолжение).

Увеличение мощности автомобиля приводит к повышенному расходу бензина.

То есть УП — увеличение мощности — расход вещества.

Задача 1.4. Кастрюля (продолжение).

Необходимость нагрева кастрюли при приготовлении пищи вступает в противоречие с процедурой снятия кастрюли голыми руками?

То есть УП — температура (приготовление пиши) — вредные факторы, генерируемые самим объектом (безопасность).

Рассмотрим еще задачи.

Задача 1.5. Микросхема

Обычно проводники в интегральных микросхемах (ИМС) делают из золота, имеющего самое малое удельное сопротивление току, но недопустимо плохую адгезию с материалом подложки. Как быть?

Возникает углубленное противоречие (УП) между ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬЮ и АДГЕЗИЕЙ.

Задача 1.6. Корпус яхты

«В конце концов, конструкторы пришли к выводу, что при проектировании корпуса яхты необходимо добиваться некоторого оптимального компромисса в соблюдении трех основных предпосылок:
минимального сопротивления формы корпуса;

максимальной остойчивости;

минимального сопротивления трения.
Эти требования взаимопротиворечивы. Узкая длинная яхта имеет малое сопротивление формы, однако, как мало остойчивая, не может нести достаточно большой парусности. Повышение остойчивости путем увеличения веса балласта сопровождается одновременным увеличением осадки и, следовательно, увеличивает сопротивление трения. Увеличение остойчивости путем увеличения ширины корпуса вызывает увеличение сопротивления формы корпуса. Задача конструктора состоит в отыскании „золотой середины“, в применении трех противоречивых условий конструирования». (Михай Чеслав. Теория плавания под парусами. — Л.: Судостроение, 1963, с. 43).

Прежде чем решать эти задачи рассмотрим еще один вид противоречий, рассматривающийся в АРИЗ.

Обостренное противоречие

ОБОСТРЕННОЕ ПРОТИВОРЕЧИЕ (ОП) — предъявление диаметрально противоположных свойств (например, физических) к определенной части технической системы.

Оно необходимо для определения причин, породивших углубленное противоречие, то есть является дальнейшим его углублением. Уточнение (углубление) противоречий может продолжаться и дальше для выявления первопричины.

Для человека, незнакомого с АРИЗ, формулировка ОП звучит непривычно и даже дико — некоторая часть ТС должна находится сразу в двух взаимоисключающих (взаимопротивоположных) состояниях: быть холодной и горячей, подвижной и неподвижной, длинной и короткой, гибкой и жесткой, электропроводной и неэлектропроводной и т. д.

Изучение причин, породивших углубленное (техническое) противоречие, в технических системах, как правило, приводит к необходимости выявления противоречивых физических свойств системы, поэтому Г.Альтшуллер назвал это физическим противоречием.

Рис. 4. Судно на подводных крыльях

Рис. 5. Судно на воздушной подушке

Рис. 6. Полупогруженное судно

Рис. 7. Экраноплан

Продолжим разбор приведенных ранее задач и сформулируем для них обостренные противоречия (ОП).

Задача 1.2. Скорость судна (продолжение).

Уменьшить энергозатраты можно, ликвидировав подводную часть корпуса корабля. Но чтобы судно держалось на плаву, подводная часть корпуса необходима.

Итак, обостренное противоречие: подводная часть корпуса должна быть для обеспечения плавучести и не должна быть, чтобы не увеличивать энергозатраты при увеличении скорости.

Были придуманы суда на подводных крыльях (рис.4), суда на воздушной подушке (рис.5), полупогруженные суда (рис.6) и экранопланы (рис.7).

Задача 1.3. Мощный двигатель (продолжение).

Бензина должно тратиться много, чтобы двигатель имел возможность работать на полную мощность, и бензина должно тратиться мало, чтобы не создавать лишние расходы. Таким образом, ОП — расход бензина должен быть большой и маленький.

Придуманы эжекторные двигатели.

Задача 1.4. Кастрюля (продолжение).

Кастрюля должна быть горячей, чтобы осуществлялся процесс варки, и должна быть холодной, чтобы ее было безопасно брать.

Горячим должна быть внутренняя поверхность кастрюли. Холодной должны быть ручки, внешняя поверхность кастрюли и крышки.

Частичные решения: ручки выполняются из теплоизоляционного материала или ручку теплоизолируют от поверхности кастрюли. Такое же решение и с ручкой от крышки.

Немного лучшее решение, если дно кастрюли делать теплопроводным (металлическим), а стенки кастрюли делать теплоизоляционными, например, пластмассовыми или керамическими. Полное решение — внешний слой кастрюли и крышки покрывать теплоизоляционным слоем. Тогда в кастрюле будет дольше сохраняться тепло. Это же решение может быть применено и к чайнику (решение предложил Владимир Петров).

Задача 1.5. Микросхема (продолжение).

Сформулируем обостренное противоречие (ОП).

Чтобы проводник в интегральной микросхеме (ИМС) имел маленькое сопротивление, он должен быть выполнен из золота, а чтобы проводник имел хорошую адгезию с подложкой, должен быть из другого материала.

Более короткое и обостренное ОП можно сформулировать: материал проводника должен быть из ЗОЛОТА и НЕ ИЗ ЗОЛОТА.

Типичное разрешение такого обостренного противоречия — использование ПОСРЕДНИКА (прием 24 «Принцип посредника»)[8].

Правило использования посредника подробно рассматриваться при изучении веполного анализа [9].

Видимо, Вы уже догадались о решении. Сначала наносят подслой, имеющий хорошую адгезию с подложкой и с золотом, а затем на него напыляют золото. В качестве подслоя берут никель или титан (Степаненко И. П. Основы микроэлектроники. Учебное пособие. — М.: Сов. радио, 1980.-424 с.).

Рис. 8. Катамаран

Задача 1.6. Корпус яхты (продолжение). В задаче с проектированием корпуса яхты обостренных противоречий несколько:

Для того чтобы яхта двигалась с большей скоростью (имело малое сопротивление формы), корпус должен быть узким и длинным, а чтобы вынести большую парусность (быть остойчивой), корпус должен быть широкий. Это противоречие было разрешено изобретением катамарана (рис. 8) — два параллельных корпуса, соединенных вместе. Каждый корпус узкий, поэтому имеет малое сопротивление движению, а а оба корпуса вместе, расположенные на определенном расстоянии друг от друга — образуют широкий корпус, поэтому яхта остойчивая.
Второе обостренное противоречие относится к другой части яхты — к балласту (киль). Для повышения остойчивости яхты балласт должен быть тяжелым, а чтобы она была более маневренной, балласт должен быть легким.

Противоречие разрешается или использованием внутреннего пространства киля (ресурсов), например, помещают туда аккумуляторы. Или киль делается пустотелым в виде трубы, в котором всегда проходит вода, являющаяся грузом (балластом).

Рис. 9. Выпрямитель на диодах

Рассмотрим еще оду задачу.

Задача 1.7. Радиотехническое устройство Для питания многих радиотехнических устройств (РТУ) используются промышленная сеть переменного тока, хотя большинство блоков РТУ, например, усилитель, генератор и другие нуждаются в постоянном питающем напряжении. По этой причине для питания усилителя необходим элемент, имеющий противоречивые физические свойства. Он должен быть ПРОВОДЯЩИМ для положительной полуволны синусоидального тока и НЕПРОВОДЯЩИМ для отрицательной полуволны, чтобы обеспечить усилитель однополярным питающим напряжением. .

Данное обостренное противоречие (ОП) разрешается за счет выпрямителя, выполненного на диодах (рис. 9), обладающих указанными физическими свойствами и вместе реализующих функцию преобразования переменного тока в постоянный.

Следует подчеркнуть еще раз, что в отличие от углубленного (технического) противоречия, принадлежащего всей системе, обостренное (физическое) — относится только к определенной ее части.

Цепочка противоречий

Таким образом, рассмотренные три вида противоречий образуют цепочку: поверхностное противоречие (ПП) — углубленное противоречие (УП) — обостренное противоречие (ОП), которая определяет причинно-следственные связи в исследуемой технической системе.

Проиллюстрируем эту цепочку.

Задача 1.8. Чемоданы

Рис. 10. Складной чемодан

Рис. 11. Набор чемоданов

ПП — пустые чемоданы занимают много места (нежелательный эффект).

УП — чемодан необходим для перевозки вещей, но занимает много места дома, когда его не используют.

ОП — чемодан должен быть большой, чтобы в него помещалось много вещей, и меленький, чтобы он не занимал много места, когда он не используется. То есть чемодан должен быть большой и маленький.

Решение: Чемодан делается складной (рис. 10). Или набор чемоданов в виде «матрешки» (рис. 11). Меньший чемодан вкладывается в больший.

Задача 1.9. Мощные транзисторы

Неидеальность ключевых свойств мощных транзисторов и диодов являются причиной потерь электрической энергии, которая разогревает полупроводниковый прибор, ухудшая тепловой режим его работы.

Сформулируем поверхностное противоречие (ПП): «Необходимо улучшить тепловой режим транзисторного (диодного) ключа в радиоэлектроаппаратуре, в которую он устанавливается».

Или: «Необходимо исключить перегрев силового транзистора в усилителе радиоприемника». В первой формулировке ПП показывается, какое качество нужно улучшить, а во второй — нежелательный эффект (НЭ) — перегрев транзистора.

Устранение указанного поверхностного противоречия может осуществляться за счет создания нового транзистора или применения радиатора, который улучшает тепловой режим работы транзистора, но увеличивает габариты радиоаппаратуры.

Углубленное противоречие (УП) между ТЕМПЕРАТУРОЙ и ГАБАРИТАМИ или ПОТЕРЯМИ ЭНЕРГИИ (МОЩНОСТИ) и ГАБАРИТАМИ.

Рис. 12. Радиатор с ребрами

Улучшение теплоотвода приводит к необходимости увеличения площади радиатора, а снижение габаритов радиоаппаратуры требует уменьшения площади радиатора.

Опишем обостренное противоречие (ОП): площадь радиатора должна быть БОЛЬШОЙ, чтобы улучшить отвод тепла, и МАЛЕНЬКОЙ, чтобы радиоаппаратура была малых габаритов.

Такое противоречие можно, например, разрешить путем изменения структуры.

На радиаторе делают ребра (рис. 12). Общая площадь радиатора остается такой же или больше, а габариты аппаратуры не увеличиваются и даже могут быть уменьшены.

Целый букет противоречий разобран Ф.Энгельсом в работе «История винтовки». Рассмотрим некоторые из них.

Задача 1.10. Винтовка

Изобретение винтовки преследовало цель — улучшить результаты стрельбы. Поэтому в гладкоствольных мушкетах была сделана нарезка, а плотно пригнанная пуля скользила по ним. При этом заряжать винтовку стало гораздо сложнее и дольше — пулю приходилось забивать шомполом (раньше оружие заряжалось с дульной части).

Возникло углубленное (техническое) противоречие между точностью стрельбы (преимущества нарезов винтовки) и скорострельностью или удобством заряжания (преимущества гладкоствольного оружия — мушкетов).

В глубине этого углубленного противоречия лежат несколько обостренных (физических). Вот некоторые из них:

Чтобы повысить точность стрельбы, необходимы нарезы на внутренней поверхности ствола, а чтобы облегчить заряжание (повысить скорострельность), нарезы не нужны (внутреннюю поверхность ствола необходимо иметь гладкой).
Или — для увеличения скорострельности пуля должна не плотно прилегать к внутренней поверхности ствола, а для улучшения точности стрельбы пуля должна плотно прилегать к внутренней поверхности ствола и даже врезаться в нарезы.

Обратите внимание, что, эти обостренные противоречия составлены для разных частей системы (винтовки): 1 — для ствола, 2 — для пули.

В то время пуля оборачивалась просаленной материей (пластырем) и без особых усилий забивалась шомполом в ствол.

Затем выяснилось, что для увеличения точности и дальности стрельбы пуле необходимо придавать вращательное движение, при этом она более точно выдерживает заданное ей направление, так как становится более устойчивой. На внутренней поверхности ствола стали делать винтовые нарезы. Прежнее противоречие еще более обострилось, в связи с тем, что заряжать винтовку стало еще труднее.

Винтовка "в значительной мере превосходила гладкоствольный мушкет в отношении меткости... Вместе с тем, заряжание винтовки являлось делом сравнительно трудным. Забивание пули представляло довольно утомительную операцию; порох и завернутая в пластырь пуля вкладывались в ствол отдельно, и за одну минуту можно было сделать не более одного выстрела". Энгельс Ф. История винтовки. Маркс К., Энгельс Ф. Соч., изд. 2-е, т.15.- М.: Политиздат, 1959, с. 202.

.

В данном случае обостренное противоречие будет.

Нарезы должны быть винтовые, для повышения точности стрельбы, и не должны быть винтовые (должны быть прямые) для повышения скорострельности.

Вот еще одно из характерных обостренных противоречий:

"Старая винтовка, для того чтобы облегчить забивание пули, должна была быть короткой, настолько короткой, что она уже не подходила в качестве рукоятки для штыка". Энгельс Ф. История винтовки. Маркс К., Энгельс Ф. Соч., изд. 2-е, т.15.- М.: Политиздат, 1959, с. 203.

Ствол винтовки должен быть коротким, чтобы было легче забивать пулю, и должен быть длинным, чтобы служить рукояткой для штыка.

Противоречие было разрешено, когда был придуман затвор. Винтовка заряжалась с казенной части.

Теперь, рассмотрев различные противоречия, следует еще раз отметить, что решить сложную техническую задачу — значит улучшить необходимые показатели системы, не ухудшая другие. Осуществить это возможно путем выявления углубленного (технического) противоречия, определения причин, породивших его, или даже причины причин (выявление обостренного противоречия), и устранения этих причин, то есть разрешения обостренного (физического) противоречия.

Этап выявления обостренного противоречия представляет собой точную постановку задачи. Выявление обостренного противоречия при решении технических задач требует определенной направленности поиска, что возможно только при знании ответа. В реальной технической задаче ответ, безусловно, не известен.

Направленность в решении может быть достигнута ориентировкой на законы развития технических систем и, прежде всего, на закон увеличения степени идеальности технической системы [10][11].

Идеальный конечный результат

Решение математических задач и задач «на сообразительность» часто выполняют методом «от противного». Суть метода заключается в том, что решать задачу начинают с конца. Определяют конечный результат — ответ. Уяснив его, «прокладывают» дорогу к началу, то есть решают задачу.

Заманчиво было бы и решение технических задач осуществлять аналогичным образом. Но как же узнать ответ?

Действительно, при решении технических задач ответ не известен, но можно пойти дальше… Можно представить идеал разрабатываемого устройства — идеальное устройство — идеальный конечный результат (ИКР).

ИКР — маяк, к которому следует стремиться при решении задачи.

ИКР — решение, которое мы хотели бы видеть в своих мечтах, выполняемое фантастическими существами или средствами (волшебная палочка). Например, дорога существует только там, где с ней соприкасаются колеса транспорта.

Идеальная техническая система

Идеальная техническая система — это система, которой нет, а ее функции выполняются, то есть цели достигаются без средств.

Рис. 13. Самосвал

ИКР транспортного средства — когда его нет, а груз транспортируется (груз сам передвигается в нужном направлении с необходимой скоростью). Достаточно много технических систем, в названии которых есть слово САМ. Например, самосвал (оригнальный вид самосвала, позволяющий почти самостоятельно опрокидывать кузов, показан на рис.13).

САМ — значит без непосредственного участия человека. Раньше этому способствовала механизация, теперь автоматизация и кибернетизация, в частности, компьютеризация. Стиральная машина САМА (по программе) выполняет необходимую работу. Компьютер САМ переводит текст, делает мультфильмы или проектирует те или иные объекты.

Об идеальных аппаратах мечтают и исследователи океанских глубин:

"Безусловно, уже давно люди понимали, что идеальным (выделил автор) был бы такой аппарат, который создавал бы на глубине "земные" условия. (Диомидов М.Н., Дмитриев А.Н. Покорение глубин. - Л.: Судостроение, 1969, с. 93).

Пример 1.1. Идеал спасательных средств на воде — непотопляемая лодка при любых погодных условиях. "… судостроительные фирмы ряда стран разработали конструкцию «непотопляемой» спасательной лодки, полностью герметичной и вмещающей в кубрик 35 человек, которые прикрепляют себя к сидениям спасательными ремнями. Лодка выполнена из прочного легкого материала и может без какого-либо вреда для пассажиров катапультировать с высоты 25 м. Даже уйдя под воду, она снова выплывает на поверхность, принимая нормальное положение. («Непотопляемая лодка». Панорама, Наука и Техника, 1979, № 6, с. 34).

Одна из основных особенностей «идеального устройства» («идеальной системы») та, что оно должно появляться только в тот момент, когда необходимо выполнять полезную работу, причем в это время система несет 100 % расчетную нагрузку. Во все остальное время этой системы не должно существовать или она должна выполнять другую полезную работу. Это свойство давно нам знакомо из сказок — «Скатерть-самобранка» и т. д.

Рис. 14. Складной стол

Рис. 15. Надувное кресло

Много примеров можно привести и из жизни; все убирающиеся, складные (рис. 14) и надувные (рис. 15) предметы. Например, складная и приставная мебель (стол, кресло, диван, кровать и т. д.), надувные предметы (лодки, спасательные жилеты, матрасы, кресса, понтоны и т. д.)

Пример 1.2. Для спасения людей в случае аварийной посадки самолета на воду английские инженеры разработали спасательное устройство, представляющее собой понтоны, которые автоматически надуваются сжатым воздухом. («Непотопляемая лодка». Панорама, Наука и Техника, 1979, № 6, с. 34).

Вторая особенность идеальной машины или идеального устройства, что его вообще нет, а работа, которую они должны выполнять, производится как бы сама собой (с помощью волшебной палочки).

Идеальный грузовик — это кузов, перемещающий груз. Все остальные части грузовика лишние, они необходимы только для достижения этой цели.

ИКР транспортного средства — когда его нет, а груз транспортируется (груз «сам» передвигается в нужном направлении с необходимой скоростью).

Приведем примеры на свойство идеальности.

Пример 1.3. «Автомобильные ремни безопасности необходимо периодически менять. Вызвано это опасениями, не ослаблен ли материал. Изобрели ленту, которая сама своим видом покажет, когда ее менять». (Изобретатель и Рационализатор, 1977, № 8, МИ 0801).

Пример 1.4. «На рисунок протектора наносят слой цветной краски и фиксируют километраж, пройденный автомобилем до истирания нанесенного слоя. Такой метод оценки изнашиваемости шин прост, пригоден при исследованиях долговечности новых типов и конструкций» . Этот метод можно применять при контроле шин для их замены. (Изобретатель и Рационализатор, 1974, № 9, МИ 0946).

Пример 1.5. Оконные стекла необходимо мыть. Осуществлять эту операцию в цехах с высокими и большой площади окнами довольно сложно и трудоемко. Если цехи «остеклить» лавсановой пленкой, то при дуновении легкого ветерка пленка сама сбрасывает с себя пыль. Эта пленка прозрачна, легка, не боится паров плавикой кислоты. Для «остекления» окон такой пленкой можно использовать облегченные рамы.

Пример 1.6. Соприкосновение трущихся поверхностей, выполненных из стали, приводит к их износу, поэтому участок взаимодействия смазывают.

Польские специалисты утверждают, что любая сталь станет самосмазывающейся (ИКР), не потеряв своих лучших механических свойств, если к ней добавить 0,3 % свинца. Можно повысить скорость резания, продлить срок службы инструмента. (Изобретатель и Рационализатор, 1975, № 2, МИ 0203).

Пример 1.7. В болтовых соединениях, для того чтобы гайка сама не отворачивалась в процессе эксплуатации, на болт наворачивают вторую (контр) гайку.

Идеалом в данном случае было бы «гайка сама себя закрепляет (контрит)». Сейчас уже существует немало разных конструкций самоконтрящихся гаек. Одна из них.

Рис. 16. Самоконтрящийся болт

Гайку надежно удерживают на месте расположенные по торцу зубцы с острыми кромками, которые направлены по касательной к резьбовому отверстию и имеют наклон 7-10°. Такое решение позволяет применять самоконтрящиеся гайки многократно. При этом на 30 % уменьшается сроки монтажа и демонтажа, повышается надежность соединений и сокращается номенклатура крепежа. Такая гайка особенно необходима для тех соединений, которые испытывают различные по характеру нагрузки. (Социалистическая Индустрия, № 170 (3062), 26.07.79. с.4 «Самоконтрящаяся гайка»).

В случае болтовых соединений без гайки контрится должен САМ болт «…на торцевой поверхности головки (в данном случае болта, но может быть и гайка), обращенной к соединяемой детали, выполнены концентричные заостренные кольцевые выступы (рис. 16)» . (А.с. № 297812, БИ, 1971, № 10. с.124).

Стремление к идеалу — общая тенденция развития технических систем.

Рис. 17. Танкер

В транспортных средствах эта тенденция проявляется, в частности, в неуклонном повышении доли использования ими полезного веса. Этим объясняется увеличение водоизмещения судов, особенно танкеров. (Логачев С. И. Морские танкеры. — Л.: Судостроение, 1970, с.28).

Пример 1.8. Танкер водоизмещением 3000 тонн полезно использует 57 % своего водоизмещения, а танкер водоизмещением более 200000 тонн — 86 % (рис. 17). (Логачев С. И. Морские танкеры. 1970, с.42-43), таким образом, приближаясь к идеалу.

Пример 1.9. «Обработка деталей абразивными кругами сопровождается повышением температуры в зоне контакта, которая отрицательно воздействует на поверхностный слой детали, повышает износ самого круга».

ИКР в данном случае — круг сам предохраняет деталь и себя от перегрева.

"В Запорожском машиностроительном институте разработаны шлифовальные круги, состоящие из традиционных компонентов, но в своем составе имеющие эндотермическую добавку. При высоких температурах шлифования она разлагается с поглощением тепла и уносит его из зоны обработки". (Против тепла. Социалистическая Индустрия , 27.03.75).

Интересно отметить, что стремление к идеалу присуще не только технической системе в целом, но я отдельным ее частям и процессам, происходящим в них.

Идеальное вещество

Идеальное вещество — вещества нет, а функции его (прочность, непроницаемость и т. д.) остаются. Именно поэтому в современных судах тенденция использовать все более легкие и более прочные материалы, то есть материалы с все большей удельной прочностью и жесткостью.

Задача 1.9. Мощные транзисторы (продолжение).

Определим идеальный конечный результат в задаче об мощных транзисторах. ИКР радиатора (теплоотвода) — отсутствующий радиатор, обеспечивающий полный отвод тепла от транзистора.

Радиатора не должно быть, а тепло должно отводиться самим транзистором, либо радиатор должен появляться только при начинающемся перегреве транзистора, либо радиатор должен быть вынесен за пределы данной радиоэлектроаппаратуры (РЭА), либо роль радиатора должен выполнять какой-то другой элемент. Таким образом, задаются направления решения.

В первом направление, следует идти по пути создания транзистора без потерь энергии, чтобы не вставала задача отвода тепла. Это направление самое трудное и, как правило, для разработки РЭА не пригодное.

Вполне приемлемо второе направление, ибо можно создать теплопроводник с лепестками из никелида титана (нитинола) — материала, обладающего эффектом памяти формы. (А.с. № 958 837). При нормальной температуре лепестки прижаты к транзистору, а при повышении температуры за пределы допустимой, они отгибаются, увеличивая площадь теплоотвода.

Вынесение теплоотвода за пределы РЭА — третье направление — реализуется достаточно просто путем размещения радиатора вместе с транзистором на наружной стенке блока, как это сделано в измерительных приборах: цифровых вольтметрах и частотомерах. Или же можно использовать тепловую трубу, позволяющую отвести локально выделяемое тепло на значительное расстояние от его источника.

Использование имеющихся в блоке элементов для отвода тепла (четвертое направление) — решение аналогично радиоэлектронному модулю, содержащему кроме теплонагруженных полупроводниковых приборов, элементы с теплопроводными корпусами, например, электромагнитное реле, выполняющие свои функции. (А.с. № 847 537). Для сокращения габаритов модуля реле расположены в два ряда, а между рядами размещены теплонагруженные элементы с возможностью теплового контакта с теплопроводными корпусами реле.

Пример 1.10. Идеальный корпус подводного аппарата должен иметь минимальную относительную массу, что в первую очередь обеспечивается качествами материала: его малой плотностью, большими удельными прочностью и жесткостью, представляющими соответственно отношения предела текучести и модуля упругости к плотности материала. (Дмитриев А. Н. Проектирование подводных аппаратов. — Л: Судостроение, 1978, с.72).

Поэтому корпуса современных подводных аппаратов изготовляют из титана. Он обладает высокими механическими свойствами, коррозионной стойкостью в морской воде и немагнитностью. (Дмитриев А. Н. Проектирование подводных аппаратов. с. 75).

Идеальная форма

В некоторых случаях можно говорить и об идеальной форме.

Идеальная форма — обеспечивает максимум полезного эффекта, например, прочность, при минимуме используемого материала.

Пример 1.11. Для подводного аппарата идеальная форма прочного корпуса — сфера. Она «обладает высокой устойчивостью и небольшой плотностью. У сферического корпуса минимальное отношение площади поверхности к объему…». (Дмитриев А. Н. Проектирование подводных аппаратов. с.69).

Идеальный процесс

Идеальный процесс — получение результатов без процесса, то есть мгновенно. Сокращение процесса изготовления изделий — цель любой прогрессивной технологии.

Так, секционный способ сборки судов заменен более прогрессивным — блочным. При секционном способе сначала на стапеле из отдельных секций (палубных, бортовых, днищевых и т. д.) собирали корпус судна, а затем вели монтаж оборудования. Блочный способ сборки заключается в том, что на стапель подают блоки, представляющие собой крупные объемные части судна с вмонтированным оборудованием. Блоки собирают в сборочном цехе из отдельных секций. Тут же устанавливают необходимое оборудование. Таким образом, на стапеле остается только состыковать отдельные блоки.

Постоянная борьба за повышение скорости транспортировки груза также характеризует тенденцию стремления к идеальному процессу. Увеличение скорости транспортировки груза добиваются неуклонным ростом скорости транспортных средств и сокращением времени на погрузочно-разгрузочные операции.

Пример 1.12. Средняя скорость судов-контейнеровозов с 1960 г. по 1975 г. возросла с 15 до 25 узлов. (Логачев С. И. Транспортные суда будущего. Пути развития. — Л.: Судостроение, 1976, с.99). Снижение времени погрузочно-разгрузочных операций в морском флоте обеспечивается средствами, приближающимися к идеалу. Это суда с горизонтальным способом разгрузки типа «ро-ро» (трейлеровоз), на них груз «сам» въезжает на судно и выезжает с него на колесиках; на лихтеровозах (судах-баржах) груз «сам» плывет к судну и от него к месту назначения (своего рода "вагончики). (Логачев С. И. Транспортные суда будущего. с.42-67).

Более идеально, когда устраняется не только средство, но и сама работа (процесс), и даже функция становится ненужной.

Рассмотрим в качестве примера процесс мытья посуды.

Пример 1.13. Раньше посуду мыли вручную. Особо грязные места приходилось долго оттирать щеткой. При этом полированная посуда царапалась. Затем развитие этого процесса осуществлялось в нескольких направлениях. Например, появились различные моющие средства, убыстряющие и улучшающие процесс мытья. После нанесения таких средств нужно только смыть грязь. Появились посудомоечные машины. Появилась и одноразовая посуда. В последнем случае не нужен ни процесс мытья, ни сама функция — очистка посуды. Таким образом, процесс мытья стал идеальным — он перестал существовать.

Рассмотрим еще одно проявление идеальности характерное для технических систем из хайтека.

Пример 1.14. Осциллограф — прибор, показывающий сигнал и его изменение во времени. Идеального осциллографа быть не должно, а его функция (показ вида сигнала) должна быть. То есть показывать сигнал без прибора. Функцию осциллографа перенесли на компьютер. Программа должна выполнять все функции: аналого-цифровое преобразование, показ вида сигнала и его запись. В дальнейшем подобное решение использовали в модеме. Первоначально модем представлял собой сложное устройство, теперь это программа.

Это тенденция замены прибора программой или переход от вещественных объектов к виртуальным.

Идеальное решение, конечно, получить почти невозможно. ИКР — это эталон, к которому следует стремиться. Близость полученного решения к ИКРу и определяет качество решения.

Сравнивая реальное решение с ИКРом, определяем противоречие. Таким образом, ИКР — инструмент, необходимый для выявления противоречия и для оценки качества решения.

Следовательно, ИКР служит своего рода «путеводной звездой» при решении технических задач.

Основная линия решения задач по АРИЗ

Рассмотрев основные понятия АРИЗ — ИКР, углубленное и обостренное противоречия — мы легко себе можем представить этапы точной формулировки технической задачи. Окончательно основную линию решения задач по АРИЗ можно представить в следующем виде:

С точки зрения АРИЗ задача точно сформулирована, когда выявлены ПП, УП, ИКР, ОП согласно приведенной цепочке.

Для формулировки всех ее звеньев, прежде всего, выявляют, чем не устраивает «задачедателя» данная система (поверхностное противоречие — ПП), и что в ней плохого (нежелательный эффект). Какие надо предъявить к системе требования.

Так определяется углубленное противоречие (УП). Затем систему представляют таким образом, что в ней отсутствует нежелательный эффект, но сохраняются имеющиеся положительные качества. Результатом такого представления системы является формулировка идеального конечного результата — ИКР. После сравнения существующей ситуации и ИКР выявляют помехи к достижению идеального результата, ищутся причины возникновения помех и определяют противоречивые свойства, предъявляемые к определенной части системы (оперативной зоны), не удовлетворяющие требованиям ИКР. Таким образом, формулируется обостренное противоречие (ОП), которое и представляет собой точную формулировку задачи.

Последовательность, описанная выше характерна для основных модификаций АРИЗ. Развитие АРИЗ идет в направлении формализации и детализации описанной последовательности, углубленного использования законов развития технических систем и информационного фонда. Модификация алгоритма решения изобретательских задач АРИЗ-85-В приведена в [4,5][12].

Задача 1.11. Радиолокационная станция

Имеется мощная радиолокационная станция (РЛС) с довольно массивной антенной большой площади. Антенна закреплена на валу, но поворачивается на нем очень редко и потому не имеет привода, а разворачивается вручную. После разворота антенна на валу крепится с помощью фиксирующего устройства и болтового соединения. Усилия для удержания массивной антенны на валу нужны значительные и поэтому приходится болты затягивать достаточно сильно, но из-за сильной затяжки вал деформируется и повернуть его в следующий раз становится практически невозможным. Что делать?

Поверхностное противоречие (ПП) практически уже сформулировано при описании исходной ситуации: нужен фиксирующий элемент, исключающий деформацию вала антенны. Нежелательный эффект (НЭ) — деформация вала.

Углубленное противоречие (УП) — фиксация вала приводит к его деформации.

Идеальный конечный результат (ИКР) — вал должен фиксироваться, но не деформироваться.

Обостренное противоречие (ОП) — фиксирующий элемент должен быть твердым, чтобы фиксировать, и мягким, чтобы не деформировать.

Решение — вал удерживается в легкоплавком веществе, которое расплавляется при развороте. В изобретении догадались на конце вала сделать поплавок. Тогда в расплавленном состоянии жидкость будет поддерживать антенну и ее будет легче выставлять в новое положение (А.с. № 470 095).

Задача 1.12. Лавина

Найти человека, засыпанного лавиной в горах, очень трудно. Придумано много активных приспособлений типа передатчиков, которые подают сигнал о том, где находится засыпанный снегом человек. Но все эти устройства неработоспособны в реальных условиях. Во-первых, мало кто из туристов согласится таскать на себе такой передатчик «на всякий случай». Во-вторых, быстро разряжаются батареи, обеспечивающие его работу, а если на устройстве подачи аварийных сигналов имеется кнопка для включения его в нужный момент, то включить устройство, будучи засыпанным лавиной, обычно невозможно. Как быть?

ПП — необходимо минимизировать массу устройства для обнаружения, засыпанного лавиной человека и сделать его работоспособным в течение длительного времени. Уменьшение габаритов передатчика сопровождается сокращением энергоемкости и длительности работы — это нежелательный эффект.

УП — снижение массы и габаритов передатчика осуществляется за счет уменьшения массы источника питания, то есть за счет сокращения времени их непрерывной работы.

ИКР — передатчик работает без источника питания сколь угодно длительно.

ОП — источник питания должен быть большим, чтобы обеспечить длительность работы передатчика, и маленьким (нулевым), чтобы не увеличивать габариты и массу передатчика. Или — источник питания должен быть и его не должно быть.

Решение — Швейцарская фирма «Сулаб» предложило устройство, представляющее собой металлический браслет, который будет выдаваться каждому, кто находится в горах. Браслет представляет собой пассивное приемное устройство, имеющее антенну из металлической фольги, но лишенное источника энергии и передатчика. Антенна из фольги принимает сигналы спасателей, которые имеют мощный передатчик. Его мощность достаточна, чтобы возбудить в браслете ток, как это делается в детекторных приемниках. Ток питает нелинейную цепь, которая удваивает или делит пополам частоту сигнала и передает его при помощи той же самой антенны из фольги. Спасатели слушают отраженный сигнал на удвоенной или половиной частоте и, используя направленную антенну, могут определить, откуда подается сигнал. Система работает постоянно, даже если человек, попавший в лавину, находится без сознания, причем длительность ее работы неограниченна батареи, которая могла бы иссякнуть, просто нет^[12].

Таким образом, анализ задач по АРИЗ постепенно сужает поле поиска и выявляет диаметрально противоположные физические свойства выбранного объекта.

Задача 1.13. Нанесение покрытий

Рис. 18. Нанесение покрытий на металлические поверхности изделия

Нанесение покрытий на поверхность металлического изделия происходит путем помещения его в ванну, заполненную горячим раствором соли металла (рис. 18).

Происходит реакция восстановления, и на поверхности изделия оседает металл из раствора (эту реакцию многие наблюдали, когда в раствор медного купороса опускали металлический предмет, который через некоторое время покрывался налетом меди).

Процесс идет тем быстрее, чем выше температура. Но при высокой температуре раствор разлагается, металл осаждается на стенки ванны, раствор быстро теряет рабочие свойства и через 2-3 часа его приходится менять. До 75 % химикатов идут в отходы, тем самым, увеличивая стоимость процесса покрытия.

Необходимо устранить эти недостатки, причем процесс покрытия должен остаться прежним (используя реакции восстановления).

Разбор задачи по основной линии АРИЗ

Сформулируем для данной задачи цепочку противоречий и разберем логику АРИЗ.

1. Поверхностное противоречие (ПП).

Сформулируем для данной задачи два ПП.

1.1. ПП1: Нужно уменьшить расход раствора соли металла.

Нежелательный эффект — анти-А (большой расход соли металла). Требование А — расход (малый) соли металла.

1.2. ПП2: Нужно обеспечить быстрое (производительное) покрытие детали металлом. Требование Б — быстрое (производительное) покрытие детали.

2. Углубленное противоречие (УП).

2.1. УП1: При покрытии детали в холодном растворе его мало тратится, но процесс покрытия происходит слишком медленно.

А — анти Б.

Требование А — малый расход соли металла.

Требование анти-Б — медленное (не производительное) покрытие детали.

2.2. УП1: При покрытии детали в горячем растворе процесс покрытия происходит быстро, но много тратится раствора.

Б — анти А.

Требование Б — быстрое (производительное) покрытие детали. Требование — анти А — большой расход соли металла.

3. Идеальный конечный результат (ИКР).

Быстрое покрытие детали (Б), при малом расходе раствора (А).

4. Обостренное противоречие (ОП).

Раствор должен быть горячим (свойство С), чтобы обеспечить быстрое покрытие детали (Б), и холодным (анти-С), чтобы расход соли был малым (А).

Рис. 19. Местный нагрев раствора у поверхности изделия или же изделия

5. Решение задачи (РЗ).

5.1. Разделение противоречивых свойств (ОП) в пространстве.

Противоречивые свойства быть горячим и холодным разделить в пространстве значит — не нагревать весь раствор. Можно производить местный нагрев раствора у поверхности изделия или же самого изделия (рис. 19).

5.2. Разделение противоречивых свойств во времени.

Рис. 20. Охлаждение раствора

Производить быстрый (в идеале — моментальный) нагрев раствора в районе детали или самой детали так, чтобы вся остальная масса раствора не нагрелась. Осуществить такое решение можно, например, сфокусировав на деталь лазерный или плазмотронный луч. Такое решение нами указано, прежде всего, с учебной точки зрения, хотя в некоторых случаях может оказаться полезным.

5.3. Разделение противоречивых свойств в структуре.

Перестройку структуры можно осуществить, заморозив раствор (вся зона холодная) и опускать в «лед» нагретую деталь (выделенная зона нагрева) (рис. 20).

Рис. 21. Перемещение изделия

Рис. 22. Перемещение изделия и раствора

В результате простейших преобразований выяснили, что нагревать лучше деталь, а не раствор или зону раствора, непосредственно прилегающую к детали. Казалось бы, задача решена, но как быть в тех случаях, если деталь по технологическим соображениям нагревать недопустимо? Как обеспечить местный нагрев? На этот вопрос простейшие преобразования ответа не дают. Для этого необходимо использовать физические эффекты.

5.4. Разделение противоречивых свойств использованием технологических эффектов.

5.4.1. Местный нагрев могут обеспечить токи высокой частоты (ТВЧ).

5.4.2. Из физики процесса известно, что интенсивность покрытия будет увеличена, если поток будет подвижным (динамизация процесса).

В связи с этим необходимо или перемещать деталь (рис. 21), или перемещать раствор или то и другое вместе (рис. 22).

Такое решение представлено в виде а.с. № 186246: «Способ нанесения химических покрытий, например, никель фосфорных или кобальт фосфорных, отличающийся тем, что с целью интенсификации процесса и улучшения прочности сцепления покрытий с металлом изделия, осаждение ведут из холодного проточного раствора при индукционном нагреве деталей токами высокой частоты»^[13].

5.4.3. Кроме того, интенсивность покрытия еще повысится, если перемещение детали сделать на микроуровне (закон перехода на микроуровень). Это можно осуществить, если деталь колебать с ультразвуковой частотой.

Логика АРИЗ

Логика решения задач по АРИЗ показывает взаимосвязь элементов в основной линии (1), описанной раньше.

Поверхностное противоречие (ПП) формулируется или в виде потребности в появлении нового свойства или действия «A» (положительного эффекта), или в виде нежелательного эффекта («анти-B»), который необходимо устранить.

Поверхностное противоречие (ПП), как мы уже отмечали, чаще всего выражается в виде нежелательного эффекта (НЭ), то есть параметр или требование «В» в нежелательном, вредном или недостаточном состоянии, которое мы обозначим, как «анти Б». Схематически изобразим это так:

ПП (НЭ): анти-Б

Для определения углубленного противоречия (УП) выявляем два противоречивых требования, предъявляемых к системе. Обозначим эти требования буквами «А» и «В». Тогда углубленное противоречие может быть представлено как потребность в улучшении характеристик, удовлетворяющих требованию «А», которое приводит к недопустимому ухудшению характеристик, удовлетворяющих требованию «В» (появлению требования «анти-B»). Нежелательный эффект заключается в требованиях «В». Или наоборот — улучшение «В» за счет ухудшения А (появления «анти-А»).

УП: А — анти-Б или анти-А — Б

Формулировка идеального конечного результата (ИКР) должна быть направлена на устранение нежелательного эффекта («анти Б») при сохранении положительных требований «А», то есть

ИКР: А, Б

Обостренное противоречие (ОП) определяется путем выявления противоречивых свойств «С» и «анти С» (например, физических), которыми должен обладать элемент системы, не справляющийся с требованиями ИКР. Для этого необходимо определить, каким свойством «С» должен обладать элемент, чтобы обеспечить требование B, то есть чтобы устранить нежелательный эффект. Одновременно этот же элемент должен обладать противоположным свойством (анти-С), чтобы сохранить положительное требование A. Таким образом, элемент должен обладать свойством «С», чтобы удовлетворить требованию B, (обозначим это С→Б), и свойством «анти-С», чтобы сохранить требование A (обозначим это «анти С→А»).

ОП: С → Б, анти-С → А

Дальнейшее обострение противоречий осуществляется выявлением более глубинных свойств «C₁», которые необходимы для создания (обеспечения) выявленных ранее свойств «C».

C₁ → С

В некоторых случаях при решении сложных изобретательских задач, необходимо выявить еще более глубоко причинно-следственные связи в системе. Для этого приходится выявлять еще более глубинные свойства С₂, С₂, …С_n. Следующее по номеру свойство определяет, причину возникновения предыдущего свойства, то есть что необходимо для выполнения этого свойства.

C₂ → С₁ C₃ → С₂ ………….. C_n → С_n-1

В таких случаях выявляют несколько обостренных противоречий (ОП₁, ОП₂, ОП₃ …ОП_n). Схематически это можно изобразить:

ОП₁: C₁ → С, анти-C₁ → анти-С ОП₂: C₂ → С₁, анти-C₂ → анти-С₁ ОП₃: C₃ → С₂, анти-C₂ → анти-С₂ ……………………………………………………. ОП_n: C_n → С_n-1, анти-C_n → анти-С_n-1

Решение задачи (РЗ) состоит в разрешении обостренного противоречия, например, путем разделения противоречивых свойств C …C_n.

P: C | анти-C C₁ | анти-C₁ ……………….. C_n | анти-C_n

Типовые способы разделения противоречивых свойств представлены в учебном пособии по АРИЗ^[14].

Полностью логическую схему решения задач по АРИЗ показана на рис. 23.

Рис. 23. Логическая схема АРИЗ

Причем основа основ («изюмина») методики состоит в последовательном определении УП, ИКР, ОП, которая показана в виде цепочке (2):

Проиллюстрируем изложенное на примере.

Задача 1.14. Перекачка газа

Необходимо перевести весь газ из транспортного баллона (на рис.24а большой баллон — 200 л) в два пустых (рабочих)баллона (на рис.24а маленькие баллоны слева по 100 л каждый). Емкость каждого из них равна половине емкости транспортного баллона.

Известны два способа перекачки газа (рис. 24).

Рис. 24. Перевод газа из транспортного в два рабочих баллона. а) исходное состояние; б) непосредственное соединение транспортного баллона с рабочим; в) соединение через компрессор.

Первый способ (рис. 24 б) состоит в том, что транспортный баллон прямо подсоединяют к рабочим. В этом случае во всех баллонах устанавливается одинаковое давление и половина газа останется в транспортном баллоне. Второй способ (рис. 24 в) намного сложнее: газ перекачивается из большого баллона в два других при помощи компрессора. Так можно перевести весь газ, но необходимо использовать специальное оборудование компрессор высокого давления. Задача заключается в том, чтобы найти способ полностью переводить газ из транспортного баллона в рабочие без применения дополнительного оборудования (компрессоров).

С такой задачей приходится сталкиваться при «зарядке» баллонов глубоководных аппаратов на судне-базе. Сжатый воздух там, в частности, используется для продувки цистерн при всплытии^[15] . Кроме того, такая же задача стояла при закачке газа в рабочие баллоны самолета^[16].

Разбор задачи

1. Краткая формулировка задачи

Найти простой способ перевода всего газа из одного баллона в два других.

2. Формулировка поверхностного противоречия (ПП)

ПП: анти-B

Часть газа остается в баллоне.

Нежелательный эффект: НЕПОЛНАЯ (анти-B) перекачка газа.

3. Определение углубленного противоречия (УП)

В данной задаче перекачка газа возможна с применением и без применения компрессора:

с компрессором

УП₁: В — анти-А

Газ переводится весь (B), но при этом усложняется (анти-A) система.

УП₁: Полная перекачка газа — Сложность.

Весь газ можно перевести из транспортного баллона в рабочие, используя компрессор, что усложняет систему.

без компрессора

УП₂: А — анти-В

Система не усложняется (A), но газ переводится не весь (анти-B).

УП₂: Простота — Потери газа.

Используя простой способ (прямое подсоединение), но при этом теряем половину газа.

4. Выбор УП.

Выбираем УП2, так как эта формулировка нацелена на использование простого способа (см. краткую формулировку п.1)

Примечание: Этим шагом мы выбрали способ перевода газа только непосредственным соединением одного баллона с другим.

5. Формулировка ИКР

ИКР: А, В

Газ «сам» полностью — (В) (с тем же давлением и в том же количестве) переходит из одного баллона в два других, без использования (А) дополнительного оборудования (компрессоров).

ИКР: Простота — Весь газа.

6. Формулировка обостренного противоречия (ОП).

ОП: C→А , анти-С→В

Чтобы система не усложнялась, необходимо к баллону с газом непосредственно присоединить пустой (рабочий) баллон, но это увеличивает общий объем емкости, в которой находится газ (уменьшая его давление), что не позволяет газу перейти полностью. Таким образом, «лишний» объем (свойство «C») должен быть, чтобы система была простая «A», и не должен быть (свойство «анти-С»), чтобы газ перешел весь «B».

Примечание: напомним, что основное свойство газа — занимать весь предоставленный ему объем. Поэтому при присоединении рабочих баллонов газ расширяется, занимая весь объем баллонов, а давление уменьшается.

7. Формулировка обостренного противоречия 1 (ОП₁).

ОП₁: C → С₁, анти-С → анти-С₁

Чтобы не было лишнего объема «С» рабочий баллон не должен быть пустым (должен быть заполненным) «С₁», и чтобы был объем для перевода газа «анти-С» рабочий объем должен быть пустым «анти-С₁».

Подсоединяемые баллоны должны быть заполнены, чтобы газ не расширялся, и не должны быть заполнены (должны быть пусты), чтобы их можно было заполнить необходимым газом.

Примечание: На этом шаге мы точно сформулировали задачу.

8. Решение задачи (разрешение ОП).

Разделение противоречивых свойств можно осуществлять:

в пространстве,
во времени,
изменяя структуру системы, в частности, изменяя агрегатное состояние.

Итак, противоречивые свойства: рабочий баллон должен быть ПОЛНЫЙ и ПУСТОЙ (заполненный и не заполненный).

В пространстве это противоречие не разрешается.

Рис. 25. Схема заполнения баллонов.

Разделение указанных противоречивых свойств во времени требует, чтобы вещество, заполняющее рабочий баллон, постепенно освобождало место для газа, поступающего из транспортного баллона и заполняло освободившееся место в транспортном баллоне.

Остается только выяснить, каким должно быть вещество, заполняющее рабочие баллоны. Для этого воспользуемся структурными изменениями вещества, изменяя его агрегатное состояние.

Вещество внутри рабочего баллона находится в газообразном состоянии, которое нас не устраивает. Значит, его можно сделать твердым или жидким.

Заполнить баллоны твердым веществом? Твердое монолитное вещество не обладает такими свойствами. Этим мы можем испортить баллоны. Можно конечно баллоны заполнить песком или льдом. Такое состояние в принципе может решить задачу, но оно достаточно не эффективно. Остается использовать жидкость.

Если рабочие баллоны заполнить жидкостью, не смешивающейся с газом, поместить их выше транспортного баллона, и соединить баллоны трубками, то газ (полностью и без компрессора) перейдет из транспортного баллона в рабочие (рис. 25).

Идея изобретения найдена.

Задача 1.15. Запас кислорода

Для создания нормальных условий жизнедеятельности экипажа кабина самолета выполняется герметичной. На случай ее разгерметизации самолет снабжается определенным запасам кислорода, который под давлением накачивается в тяжелые стальные баллоны. Таких баллонов требуется несколько десятков, самолет при этом утяжеляется. Как быть?

Сформулируем для данной задачи цепочку противоречий и разберем логику АРИЗ.

1. Поверхностное противоречие (ПП).

Сформулируем для данной задачи два ПП.

ПП₁: Нужно обеспечить жизнедеятельность экипажа в разгерметизированной кабине самолета.

Нежелательный эффект — «анти-А» (при разгерметизации кабины самолета не обеспечивается жизнедеятельность).

Требование А — обеспечение жизнедеятельности экипажа.

ПП₂: Стальные баллоны с запасом кислорода утяжеляют самолет (анти-Б).

Требование Б — обеспечение постоянной массы самолета или ее уменьшение.

2. Углубленное противоречие (УП).

Баллоны с кислородом обеспечивают жизнедеятельность экипажа, но переутяжеляют самолет.

УП здесь между ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТЬЮ (требование А) и МАССОЙ (требование Б) самолета. Утяжеление — анти-Б.

При такой формулировке кроме нежелательного эффекта (утяжеление самолета), указываются положительное качество (обеспечение жизнедеятельности).

3. Идеальный конечный результат (ИКР).

Баллоны с кислородом не утяжеляют (Б) самолет, обеспечивая нормальную жизнеспособность (А) экипажа.

4. Обостренное противоречие (ОП).

Масса баллонов должна быть большой (свойство С), чтобы обеспечить жизнедеятельность экипажа (А), и малой (анти-С), чтобы не утяжелять (Б) самолет.

5. Обостренное противоречие 1 (ОП₁).

Это противоречие можно еще больше обострить, выявляя первопричины. Почему баллоны тяжелые? У них толстые стенки, чтобы выдержать высокое давление, под которым закачивается газ.

Итак,

ОП₁: стенки баллона должны быть толстые (С₁) чтобы удержать газ под высоким давлением, и должны быть тонкие (анти-С₁) [в пределе нулевые], чтобы быть невесомыми.

То есть стенки у баллона должны быть и не должны быть.

Можно это противоречие сформулировать и для кислорода.

Кислород должен быть под большим давлением, чтобы его больше поместиться в баллоне, и не должен быть под давлением, чтобы не делать болон толстостенным и, соответственно, тяжелым.

6. Решение задачи (РЗ).

Такое противоречие разрешается изменением структуры системы, например, изменением агрегатного состояния. В данном случае изменяем агрегатное состояние кислорода. Кислород должен быть жидким. Остается только вспомнить, как хранятся жидкие газы. Конечно, в сосуде Дюара. Такое решение и предложил А. Н. Туполев^[17]. Это решение позволило во много раз снизить массу и объем системы жизнеобеспечения.

Уточним в этой задаче понятия поверхностного, углубленного и обостренного противоречий (ПП, УП, ОП) и причинно-следственные связи между ними.

ПП₁ относится к жизнедеятельности экипажа самолета, при его разгерметизации. Такая задача может решаться любыми путями, даже без использования кислорода. Например, использовать принцип наподобие самозаклеивающихся шин. Это противоречие сформулировано для всей кабины.

ПП₂ выражено в виде нежелательного эффекта (НЭ) и относится только к баллонам. То есть здесь уже выбран способ обеспечения жизнеспособности экипажа с помощью кислорода. Так как способ выбран (а это прерогатива заказчика), то и «болезнь» определяется более локально.

Рис. 26. Сужение поля поиска по АРИЗ.

В углубленном противоречии (УП) поле поиска сужается: уже рассматриваются не все баллоны, а только один (все остальные подобны). Кроме нежелательного эффекта (утяжеление самолета), указывается положительные свойства (обеспечение жизнеспособности).

В обостренном противоречии (ОП) идет дальнейшее сужение зоны поиска рассматривается не весь баллон, а только его стенки (еще более точно толщина стенок) и выявляются диаметрально противоположные свойства, предъявляемые к стенкам.

Таким образом, анализ задач по АРИЗ постепенно сужает поле поиска (рис.26) и выявляет диаметрально противоположные свойства, например, физические.

Обостренное противоречие — своего рода необычное неравенство: толщина стенки h должна быть больше номинальной h_n и меньше минимальной h_min. Еще лучше h _min = 0.

0 = h _min > h > h_n

Изобразим для наглядности эти неравенства на рис. 27.

Рис. 27. Обостренное противоречие.

Формулировка углубленного противоречия требует, чтобы h была одновременно в зоне «А» и в зоне «В», что исходя из графиков невозможно (рис. 27 а) или возможно (рис. 27 б) в точке h=0, где области «А» и «В₁» сопряжены, но области «А» и «В» никогда не бывают пересекаются.

Вспомогательные понятия АРИЗ

Итак, мы рассмотрели виды противоречий, основную линию и логику решения задач по АРИЗ. Теперь ознакомимся с другими понятиями АРИЗ, например, изобретательская ситуация, мини- и макси-задачи, модель задачи, конфликтующая пара, изделие, инструмент, оперативные параметры и т. д. Решение задачи во многом зависит от ее первоначальной постановки. Иногда задачу ставят достаточно кратко, излагая сущность технической системы или процесса, четко выделяя достоинства и недостатки или нежелательный эффект, например, в виде поверхностного противоречия (ПП): надо устранить вредное действие (свойство) или получить полезное действие (свойство), которого не хватает. Часто при постановке задачи не только отсутствует достоинства и недостатки, но и дается указание о направлении решения, сбивающее с толку и «решателя» и «задачедателя». Как правило, такое предписание уводит от истинного решения. Такая постановка задачи обладает неопределенностью формулировки, и в ТРИЗ получила название ИЗОБРЕТАТЕЛЬСКОЙ СИТУАЦИЕЙ.

Задача 1.16. Вода в топливном баке

Первоначальная постановка задачи была следующей. Необходимо найти способ надежного контроля появления воды в топливных баках самолета . В топливных баках находится не только керосин, но и атмосферный воздух, который содержит влагу. На больших высотах при отрицательной температуре за бортом эта влага конденсируется на стенках баков и стекает в керосин. Так как вода тяжелее керосина, она опускается вниз и постепенно накапливается. Баки как бы понемногу «сосут» воду из атмосферного воздуха.

Сама по себе вода большой опасности для полетов не представляет, но опасна отрицательная температура при полете на больших высотах. Проходя по охлажденным трубопроводам, вода замерзает и, в виде кристаллов льда, попадает в топливные фильтры. Фильтры, забитые льдом, перестают пропускать керосин.

Двигатели без поступления топлива, как известно, останавливаются, со всеми вытекающими последствиями.

Накопившуюся в топливных баках воду нужно периодически сливать. Если это делать часто, то воды в баках не будет ни капли, но обслуживание самолетов удлинится и станет значительно дороже (сливается с водой и керосин). На самолетах десятки баков, многие из них расположены в крыльях на высоте пяти — шести метров, добраться до них не так просто. А если слив производить редко, то можно довести дело до остановки двигателей в полете. В дальнейшем была определена истинная потребность заказчика. Необходимо было исключить влияние атмосферной влаги на надежность подачи топлива из баков к двигателям. Кроме того, заказчик хотел, чтобы не увеличивался срок обслуживания самолетов. После этого уточнили постановку задачи, что позволило получить комплекс (веер) задач, решение которых может привести к удовлетворению истинной потребности заказчиков.

В этот комплекс вошли:

обеспечение контроля и своевременный слив воды (так задачу в последствии и сформулировал заказчик);
исключение попадания атмосферного воздуха в баки;
исключение попадания сконденсированной воды в керосин;
обеспечение равномерного распределения воды в керосине (эмульгированная смесь не нарушает работоспособности топливной системы);
предотвращение замерзания воды.

Таким образом, из изобретательской ситуации получен ряд конкретных задач.

Существует специальная методика превращения исходной ситуации в комплекс задач . Суть этой методики в нашей интерпретации следующая:

1. Составляется функциональная цепочка всех имеющихся в системе (включая надсистему и внешнюю среду) элементов и их воздействий друг на друга. Это может осуществляться в виде таблицы взаимодействий (табл. 1.1) или графа (рис. 1.14 и 1.15).

2. Выявляются вредные, ненужные и лишние взаимодействия и элементы.

3. Используя, оператор отрицания получают список задач. Оператор отрицания, последовательно исключает элементы и связи между ними. Таким образом, определяют, как не допустить или устранить вредные действия; сократить или убрать полностью ненужные или лишние операции; как туже самую функцию, элемент или связь можно выполнить другим (альтернативным) путем.

Таблица 1.1.

Элементы Zi 1 2 3 … n 1 С11 С12 С13 С1n 2 С21 С22 С23 С2n 3 С31 С32 С33 С3n

n Сn1 Сn2 Сn3 Сnn

Где: Zi — элемент

1, 2, 3…n — номера элементов,

Сik — связи между элементами,

i — номер строки,

k — номер столбца.

Под связями понимается:

наличие или отсутствие связи,
название связи,
направление связи (от элемента «i» к элементу «k» и обратное от элемента «k» к элементу «i»),
вид связи (вид воздействия):

полезные,
вредные,
ненужные или лишние.

На рисунке 1.15 показана иерархическая элементов и связи между ними. Связи могут быть как между элементами одного уровня, так и между элементами высшего и низшего рангов. Обозначения на рис. 1.15:

ZSi — элемент s-ранга, с номером i.

m — количество рангов,

Тогда связи можно обозначить СSRik,

где S и R — номер ранга, между которыми имеется связь

i и k — номера элементов в ранге, между которыми имеется связь.

Итак, изобретательская ситуация, факт возникновения которой констатируется в виде ПП, на тот или иной недостаток: нет такого-то нужного свойства или, наоборот, возникающие при решении изобретательских задач, обусловлены попытками сразу осилить ситуацию — без обоснованного перехода от «вороха» задач в ситуации к одной конкретной задаче.

Ситуация в АРИЗ переводится в максимальную (макси-) или минимальную (мини-) задачи. В макси-задаче: требуется принципиально новая техническая система (ТС) для такой-то цели. У мини-задачи другая цель: необходимо сохранить существующую систему, но обеспечить недостающее полезное действие или убрать имеющееся вредное свойство.

В обоих случаях суть должна излагаться просто и ясно, чтобы все было понятно неспециалисту. Если задача понятна школьнику, то это значит, что ее понимает и сам «задачедатель». Мини-задача имеет ряд особенностей:

«Мини-» не означает размеры (маленькая) задачи. При решении мини-задачи надо получить результат при минимальных изменениях имеющейся технической системы. Чаще всего решить мини-задачу оказывается труднее макси-задачи из-за дополнительных ограничений в формулировке задачи — (при минимальных изменениях).
Из одной и той же ситуации имеется возможность получить несколько разных мини-задач.
Мини-задача должна быть сформулирована без специальных терминов (спецтерминов). Применение спецтерминов наводит на использование определенных элементов в ТС или определенной технологии, характерной для данного термина. Спецтермины следует заменять общеупотребительным (более общим) понятием, охватывающим более широкий класс систем (элементов) и явлений, выполняющих туже функцию.

В качестве примера спецтермина можно назвать «радиатор» — обычно это металлическая пластина с ребрами. Более общим понятием является «теплоотвод» — устройство для отвода тепла: радиатор, термоэлемент, вентилятор, корпус конструкции и т. п. Название операции «пайка» следует заменить выражением механическое соединение двух деталей с электрическим контактом или без электрического (при необходимости) контакта. Вместо пайки можно использовать клеевое соединение, сварку, навивку, винтовое соединение и т. п.

Кроме того, термины сужают представления о возможных состояниях вещества: термин «краска» мы привыкли представлять в виде жидкого или твердого вещества, хотя краска может быть газообразной или полем, например в виде пузырьков газа или луча света. Может быть, сочетание того и другого.

Пример 1.15. Пузырек или поток пузырьков в жидкости, является контрастным по отношению к жидкости. Это своего рода краска.

Пример 1.16. Разноцветными лучами «окрашивают» здания, декорации или артистов на сцене.

Пример 1.17. С помощью лучей лазера «окрашивают» воздух, показывая объемное «кино». Нельзя думать, что, сформулировав макси- или мини-задачу, всегда можно выйти на изобретательскую задачу. Существуют тупиковые формулировки, полученные неверным истолкованием исходной ситуации. В этих случаях после ряда безуспешных попыток решить задачу выясняется, что для достижения цели необходимо было выбрать совсем другое направление в решении (формулировка задачи должна быть другой). Иногда и сама цель в ходе решения полностью меняется. По этой причине нельзя безоговорочно доверять условиям задачи, ибо правильно сформулированных изобретательских задач не бывает. Если изобретательская задача сформулирована абсолютно правильно (идеально), то она перестает быть задачей: ее решение становится очевидным или же будет ясно, что задача не поддается решению при имеющемся уровне науки и техники. Таким образом, можно отметить, что основная линия решения задачи по АРИЗ характеризуется тем, что неопределенность, имеющая место в изначальной ситуации, уменьшается постепенно шаг за шагом. В то же время далеко не всегда из сформулированной изобретательской ситуации ясно, какую часть рассматриваемой системы необходимо анализировать.

Для этого в АРИЗ имеются следующие рекомендации. В первую очередь необходимо выявить место возникновения конфликта в технической системе (ТС), наличие которого констатируется в виде углубленного противоречия. Конфликт может быть между частями ТС или ее свойствами. Иногда возникает «межранговый» конфликт: системы с надсистемой или системы с подсистемой. Появление конфликта возможно только при воздействии не менее двух элементов, которые называются конфликтующей парой.

КОНФЛИКТУЮЩАЯ ПАРА — это два элемента, две системы, между которыми происходит конфликт — нежелательный эффект. В изобретательской ситуации, как правило, несколько (минимум одна) конфликтующих пар и ряд углубленных противоречий (УП). Выбор одной пары и одного УП соответствует переходу от изобретательской ситуации к задаче. Конфликтующая пара вместе с УП образует модель задачи.

МОДЕЛЬ ЗАДАЧИ — это мысленная, условная схема задачи, отражающая структуру конфликта в системе. Один из элементов конфликтующей пары является главным объектом рассмотрения, и его называют изделием или объектом, а второй элемент — инструментом.

ИЗДЕЛИЕ — элемент ТС, который по условиям задачи надо обработать (изготовить, переместить, изменить, улучшить, защитить от вредного воздействия, обнаружить, проконтролировать, измерить и т. д.). К изделию можно отнести обрабатываемую деталь; электрорадиоэлемент, у которого измеряют параметры; обнаруживаемое электромагнитное поле и т. п. В задачах на обнаружение и измерение изделием может оказаться элемент, являющийся по своей основной (рабочей) функции инструментом.

Например, резец токарного станка или шлифовальный круг обычно являются инструментами, но при их измерении они являются изделиями.

ИНСТРУМЕНТ — элемент, с которым непосредственно взаимодействует изделие (резец, а не весь токарный станок; паяющий стержень (жало), а не паяльник; волна припоя при пайке волной; раскаленный газ в газовой горелке или паяльнике; пучок электронов или лазерный луч при электронно-лучевой или лазерной сварке или при радиальной пайке). В частности, инструмент может быть окружающей средой, например, климатические воздействия на изделие — влага, туман, температура, давление. Иногда к инструменту относятся стандартные детали, используемые для сборки изделия: функциональные модули, микромодули, интегральные микросхемы (ИМС) — инструмент для создания различных электронных боков, радио- и электроаппаратуры. При выборе конфликтующей пары не редко возникают затруднения. Рассмотрим их на примере, приведенном в [1].

Задача 1.17. Кубик

Имеется установка для испытания длительного действия кислот на поверхность образцов сплавов. Установка представляет собой герметично закрытую металлическую камеру. На дно камеры устанавливают образцы (кубики). Камеру заполняют агрессивной жидкостью, создают необходимую температуру и давление. Агрессивная жидкость действует не только на кубики, но и на стенки камеры, вызывая их коррозию и быстрое разрушение. Приходится камеру изготавливать из благородных металлов, что чрезвычайно дорого. Как быть?

Перед нами изобретательская ситуация с четко видным поверхностным противоречием (ПП): нужно как-то уменьшить стоимость системы, а как именно — неизвестно. В системе три части (элемента): камера (корпус камеры, стенки), агрессивная жидкость и кубик — образец. Из них нужно выбрать конфликтующую пару. Собственно имеется три пары элементов (частей):

1) камера — агрессивная жидкость,

2) камера — кубик,

3) агрессивная жидкость — кубик.

Конфликт имеется только в первой и третьей парах. Между камерой и кубиком нет конфликта, поскольку нет вредного воздействия. Две конфликтующие пары — это две различные изобретательские задачи со своими углубленными противоречиями (УП).

Можно выбрать первую конфликтующую пару: камера-жидкость. Тогда задача — борьба с коррозией весьма широкая и во многом исследовательская задача несоизмеримо более трудная, чем испытание образцов.

Операцию выбора конфликтующей пары не всегда можно выполнить так легко. В более сложных случаях первоначально нужно выбрать изделие, нежелательный эффект и, если это возможно, желаемый результат, который мы хотим получить. Бывают случаи, когда трудно однозначно выбрать инструмент, особенно если их несколько. Для выбора инструмента следует построить таблицу взаимодействий элементов, своего рода «турнирную» таблицу (см. табл. 1.2).

Таблица 1.2.

Элементы 1 2 3 … n 1 2 3 . . . n

В таблице буквой «n» обозначено количество рассматриваемых элементов в задаче.

В данной задаче изделие — это кубик. Нежелательный эффект — порча (коррозия) камеры. Желаемый результат — испытание кубика.

Таблица взаимодействий элементов для данной задачи показана в таблице 1.3.

Таблица 1.3. Взаимосвязей элементов.

Элементы системы 1. Камера 2. Агрессивная жидкость 3. Кубик 1. Камера + - 2. Агрессивная жидкость + 3. Кубик

Примечание. В таблице обозначено:

«+» — наличие конфликта;

«-» — отсутствие конфликта;

— связь не рассматривается.

В таблице можно рассматривать или верхнюю или нижнюю половину (относительно диагонали), так как прямое и обратное взаимодействия, для выявления конфликтующей пары, одинаковы.

Итак, в системе две конфликтующие пары, которые мы описывали раньше. Как из них выбрать одну. Первое правило — пара должна состоять из изделия и инструмента.

Изделие — кубик, значит, стоит рассматривать только столбец 3.

От сюда следует, что конфликтующая пара: Кубик — Агрессивная жидкость.

Если это правило не выявило одну конфликтующую пару, то следует использовать еще одно правило — должна рассматриваться пара, в которой рассматриваются элементы, выполняющие полезную функцию (желаемый результат). Часто бывает полезно рассмотреть и пару, связанную с нежелательным эффектом.

Положительная функция — исследование кубика.

И это правило нас наталкивает на выбор той же конфликтующей пары.

Отметим еще одно. Исходя из закона увеличения степени идеальности системы, в конфликтующую пару должны входить изделие и та часть инструмента, которая непосредственно обрабатывает изделие. Инструмент тем идеальнее, чем его меньше.

Этим правилом мы должны ограничить количество инструмента — агрессивной жидкости. Таким образом, уточненная конфликтующая пара — кубик и агрессивная жидкость около кубика. Реально это может существовать, если жидкость сама удерживается на кубике или кубик удерживает жидкость.

Жидкость может удержаться, если она не будет жидкостью, а будет гель (мазь или пластилин) или льдом. Кубик может удержать жидкость за счет различных полей, например, электрического: жидкость заряжается одним знаком, а кубик — другим; магнитного — в жидкость добавляют ферромагнитные частицы, а кубик представляет собой магнит, но лучше всего использовать гравитационное поле — кубик должен быть полым. Жидкость наливается в полый кубик и таким образом происходит испытание (рис.1.16).

Вернемся к двум предыдущим примерам и выявим в них конфликтующие пары.

Задача 1.11. Радиолокационная станция (продолжение).

Конфликтующая пара: изделие — вал, инструмент — фиксирующий элемент.

Задача 1.12. Лавина (продолжение).

Изделие определяется легко — это передатчик, а вот инструмент определить сложнее. В данном случае нужно посмотреть, с каким элементом связан нежелательный эффект (НЭ).

Напомним, что НЭ — сокращение длительности работы передатчика. Он связан с источником питания. Итак, изделие — передатчик, инструмент — источник питания.

Рассмотрим еще одно понятие АРИЗ — ОПЕРАТИВНЫЙ ПАРАМЕТР.

Оперативные параметры системы — параметры, которые следует изменить (или легче всего меняются) для решения задачи.

В качестве этих параметров могут быть части системы, физические величины, экономические, эстетические и эксплутационные и пр.

Наиболее часто используются оперативная зона и оперативное время.

ОПЕРАТИВНАЯ ЗОНА — пространство, в котором происходит конфликт. Она может рассматриваться достаточно широко, включая в себя полностью изделие и инструмент, часть надсистемы и окружающей среды. Менее широко — только конфликтующую пару или узко — место взаимодействия инструмента с изделием. Целесообразность выбора широкой или узкой зоны определяется при решении конкретной задачи.

В выборе широкой или узкой оперативной зоны имеется свое противоречие. Если зона выбрана очень узко, то это может привести к самой точной формулировке обостренного противоречия, в случае если зона выбрана правильно, и к уводу от основного противоречия или не замечанию других противоречий, в случае если зона выбрана не правильно. Если зона выбрана очень широко, то мы не уйдем из зоны конфликта (или конфликтов) — можем обнаружить куст противоречий, но не выявим главного противоречия и не сформулируем его точно.

На первых этапах обучения целесообразно выбирать более широкую оперативную зону, а затем в процессе решения и уточнения задачи ее сужать. Возможно, для этого придется несколько раз решать задачу, зато не будет упущено главное противоречие, и выявятся сопутствующие трудности. Обязательными элементами зоны должны быть изделие и инструмент.

ОПЕРАТИВНОЕ ВРЕМЯ — время, в которое совершается конфликтующее действие. Для разрешения конфликта может быть использовано время до конфликта (предварительная подготовка) или время после совершения конфликта (время исправления конфликта). Идеальнее использовать время до конфликта, тогда конфликт не возникнет, и не нужно будет терять время на его устранение. Может быть, полезно рассмотреть и время, когда происходит конфликт.

На этом мы закончим рассмотрение основных понятий АРИЗ. Остальные его особенности будут изложены при рассмотрении структуры АРИЗ.

Все приводимые в книге примеры, так называемые учебные.

УЧЕБНАЯ ЗАДАЧА — это задача, которая когда-то стояла перед инженерами или учеными, и были решены. Как правило, задачи были представлены в виде изобретательской ситуации. Учебная задача переформулирована так, чтобы задача была предельно понятна и проста. В ней представлена вся необходимая для решения задачи информация.

Среди представленных в книге задач и примеров, имеются те, которые решал автор.

КОНТРОЛЬНЫЙ ОТВЕТ — наилучшее решение, которое известно автору на время написания, или человеку, который представил эту задачу.

Практика по формулированию противоречий

Ниже мы приведем еще несколько задач. Попробуйте разобрать их, пользуясь описанной выше последовательностью. Разбор этих задач приведен в параграфе 1.6.2.

Условия задач

Задача 1.18. Шаровая молния

В лаборатории под руководством академика П. Л. Капицы исследовалась искусственная шаровая молния в герметичной кварцевой цилиндрической камере, заполненной гелием под давлением 3 атм. Под действием мощного электромагнитного поля в гелии возникает плазменный шнуровой разряд, стягивающийся в сферический сгусток плазмы — «шаровую молнию». Для удержания «шаровой молнии» в центре камеры используют соленоид, расположенный вокруг камеры. По программе эксперимента нужно было увеличить мощность шаровой молнии, для чего повысить мощность электромагнитного излучения. Плазма стала более горячей, и, следовательно, менее плотной. Шаровая молния при этом становится легче и всплывает вверх, касаясь стенок камеры и разрушая их. Электромагнитные силы не уравновешивают архимедовы силы. Чтобы удержать молнию в центре камеры, попробовали повысить мощность магнитного поля в соленоиде, но ничего не получилось. Сотрудники предложили строить новую установку с более мощным соленоидом, но П. Л. Капица поступил иначе. Как быть?

Задача 1.19. Запайка ампул

На фармацевтическом заводе возникла проблема по запайке ампул с лекарством.

Ампулы с лекарством устанавливают в кассету. В кассете содержится 25 ампул. Кассету подают к коллективной горелке. Против каждого язычка пламени оказывается ампула. Язычки пламени в горелке точно отрегулировать невозможно, поэтому их пламя не равномерно. Одни язычки пламени большие, а другие маленькие.

Большие язычки пламени хорошо запаивают ампулу, но перегревают (портят) лекарство. Маленькие язычки пламени не портят лекарство, но не запаивают ампулу.

Как сделать, чтобы все ампулы были запаяны, но ни одна не испорчена?

Задача 1.20. Колеса вагонов

Колесные пары железнодорожных вагонов или локомотивов изнашиваются, и время от времени их надо приводить в порядок — обтачивать в строгом соответствии с железнодорожными требованиями. Это делается по традиционной схеме: колеса выкатывают из-под вагонов или тепловозов, ставят на огромные токарные станки и обрабатывают.

Специального оборудования на ремонтных заводах для этого недостаточно. Поэтому многие вагоны и тепловозы простаивают, дожидаясь «своей очереди». Кроме того, тратится много времени и сил для снятия и установки колес.

Как более производительно и с меньшей затратой сил обтачивать колеса с имеющимся оборудованием?

Задача 1.21. Утечка нефти

В последние годы участились аварии танкеров, в результате которых происходят большие потери нефти, и огромные поверхности морей загрязняются ею.

Как при аварии избежать утечки жидкого груза из танков?

Задача 1.22. Снятие пружины с оправки

Обычно пружины изготавливают на токарном станке путем навивки на стержне, который называется оправка. Чтобы пружина была качественная (витки одинакового диаметра) ее нужно плотно навивать на оправку, но при этом пружину трудно снять с оправки. Ситуация усложняется если пружины квадратного или шестигранного сечений.

Обычно оправку выбивают, ослабляют пружину или навивают пружину неплотно.

При этом тратится много времени, нужно использовать специальный инструмент, портится оправка или пружина с самого начала сделана не качественно.

Как быть?

Задача 1.23. Маховик

Маховики используется, как аккумуляторы энергии. Чем больше их диаметры и масса, тем больше энергии они аккумулируют, но чем больше диаметр и скорость вращения, тем больше силы разрыва маховика. Как быть?

Задача 1.24. Растяжение арматуры

Для изготовления напряженного (сжатого) железобетона арматуру растягивают, закрепляют в форме и заливают бетоном. После того как бетон «схватился» (застыл), концы арматуры освобождают. Арматура укорачивается и сжимает (напрягает) бетон.

Сначала арматуру растягивали с помощью гидродомкратов. Впоследствии с помощью более простого и надежного способа — электронагрева. Арматура нагревается и удлиняется. Пока напряжения в бетоне требовались не очень большие, использовали арматуру из менее прочной стали. Необходимые удлинения в ней создавались нагревом на 350—400°С. Затем потребовался железобетон с большими напряжениями. Стали применять арматуру из более прочной стали. Для удлинения этой арматуры на расчетную величину ее требовалось нагреть до 700°С. Но нагрев выше 400°С приводит к потере высокопрочных механических свойств арматуры. Даже кратковременный (импульсный) нагрев недопустим. Применять проволоку из жаропрочной стали слишком дорого. Как быть?

Задача 1.25. Торможение танкера

У крупных современных танкеров тормозной путь составляет несколько километров. В связи с этим возрастает вероятность попадания таких судов в аварию.

Что только не предпринимают, чтобы сократить тормозной путь:

реверс винта,
поворот руля на 90°,
тормозные парашюты — все мало эффективно.

Каким способом можно сократить тормозной путь крупных танкеров?

Задача 1.26. Окраска баллончиков

Завод выпускает большое количество пластмассовых изделий (баллончиков) цилиндрической формы. Их необходимо красить. Внесение краски в полимер невозможно, поэтому изделия покрывают снаружи с помощью краскопульта (распылителя). Для более равномерной окраски цилиндр поворачивают вокруг своей оси.

Если распылитель отрегулировать на минимальный режим, то легко уловить момент, когда на баллончик будет нанесен нужный слой, но при этом процесс значительно замедляется, а, следовательно, снижается производительность. Применение электростатического способа в данном случае исключено.

Как сделать процесс окраски качественным и производительным?

Задача 1.27. Разлив металла

Разлив жидкого металла из ковша осуществляется из донного отверстия под действием гравитации (рис. 1.20).

Такой разлив осуществляется неравномерно, так как зависит от высоты столба жидкого металла (от гидростатического напора). Как сделать разлив равномерным?

Задача 1.28. Абразивная обработка

Аппарат для абразивной обработки деталей сложной формы представляет собой коаксиально расположенные две трубы. По внутренней трубе движется воздух, а по наружной — частицы абразива. На конце наружной трубы расположено сопло, формирующее струю абразива (см. рис. 1.21). Сопло быстро изнашивается, и его приходится менять. Как сделать не изнашиваемое сопло?

Обычно стараются сопло делать из более износостойких материалов, но даже и они изнашиваются, а стоимость таких материалов значительно больше.

1.29. Подводное крыло

При движении судна на подводных крыльях, на крыле, вследствие кавитации, образуется эрозия (разъедание материала) и крыло теряет свою эффективность (рис.1.22). Как быть?

1.30. Нить для платья

Моды постоянно меняются, и вот пришла мода делать платья из большого количества кусков материалов различного цвета или из материалов с разноцветными рисунками.

Но как подобрать цвет нитки, чтобы шов не был виден?

Разбор задач по основной линии АРИЗ

Задача 1.18. Шаровая молния (продолжение).

1. Поверхностное противоречие (ПП).

ПП: Нужно не допустить порчу камеры. Нежелательный эффект — анти А (порча камеры). Требование А — качество камеры (камера не испорченная).

2. Углубленное противоречие (УП).

2.1. УП1: Если мощность электромагнитного поля большая, то создается нужная (мощная) шаровая молния, но при этом портится камера.

Б — анти А. Требование Б — мощная шаровая молния. Требование анти А — порча камеры.

2.2. УП2: Если мощность электромагнитного поля маленькая, то не портится камера, но шаровая молния не мощная (не нужная).

А — анти Б. Требование А — камера не испорченная. Требование — анти Б — слабая шаровая молния.

3. Идеальный конечный результат (ИКР).

Мощная шаровая молния (Б) и камера не испорченная (А).

4. Обостренное противоречие (ОП).

4.1. ОП1:Мощность электромагнитное поле должно быть большой (свойство С), чтобы обеспечить мощную шаровую молнию (Б), и должно быть малой (анти С), чтобы не испортить камеру (А).

Продолжим дальше анализ для определения первопричин

4.2. ОП2: Большая мощность электромагнитного поля (свойство С) делает более горячую плазму — шаровую молнию (свойство С1), малая мощность электромагнитного поля (свойство анти С) делает менее горячую плазму (свойство анти С1).

4.3. ОП3: Более горячая плазма (свойство С1) становиться менее плотной (свойство С2), менее горячая плазма (свойство анти С1) более плотная (свойство анти С2)

4.4. ОП4: Менее плотная плазма (свойство С2) более легкая (свойство С3), а более плотная (свойство анти С2) менее легкая (свойство анти С3).

4.5. ОП5: Более легкая плазма (свойство С3) всплывает (свойство С4) и портит камеру, а более плотная (свойство анти С3) не всплывает (свойство анти С4)и не портит камеру, но она не нужна по эксперименту.

4.6. Чтобы плазма не всплывала (свойство анти С4) нужно на нее воздействовать (свойство анти С5), и чтобы плазма всплывала (свойство С4) не нужно на нее воздействовать (свойство С5)

4.7. Краткая формулировка:

Воздействие на плазму должно быть и не должно быть.

5. Решение задачи (РЗ).

5.1. Разделение противоречивых свойств (ОП) в пространстве.

Воздействие на плазму должно быть со стороны стенок камеры (в центр камеры).

5.2. Разделение противоречивых свойств (ОП) во времени.

Воздействие должно быть во все время существования горячей плазмы.

5.3. Разделение противоречивых свойств (ОП) в структуре.

Воздействие создается полем, поэтому необходимо говорить о структуре поля воздействия на плазму (шаровую молнию).

Напомним, что плазма плавает в гелии и плазма легче гелия. В соответствии с законом Архимеда плазма всплывает. Значить структура поля, должна быть такой, чтобы компенсировать силы Архимеда. Для компенсации Архимедовых сил используют крыло и поток или центробежные силы. У нашем случае нет потока, да и крыло в плазме сгорит. Значит нужно использовать центробежные силы.

Контрольный ответ. П. Л. Капица предложил завертеть газ, придавая ему непрерывное вращение, которое осуществлялось воздуходувками, хорошо знакомые всем по домашнему пылесосу. Впрочем, именно домашний пылесос и был использован на первых порах .

Задача 1.19. Запайка ампул (продолжение).

Сформулируем для данной задачи цепочку противоречий и разберем логику АРИЗ.

1. Поверхностное противоречие (ПП).

Сформулируем для данной задачи два ПП.

1.1. ПП1: Нужно ликвидировать порчу лекарства в ампулах. Нежелательный эффект — анти А (испорченное лекарство). Требование А — хорошее лекарство.

1.2. ПП2: Нужно запаять ампулы. Требование Б — запайка ампул.

2. Углубленное противоречие (УП).

2.1. УП1: Если язычок пламени большой, то ампула запаивается, но при этом портится лекарство.

Б — анти А. Требование Б — запайка ампул. Требование анти А — испорченное лекарство.

2.2. УП2: Если язычок пламени маленький, то не портится лекарство, но ампула не запаивается.

А — анти Б. Требование А — хорошее лекарство. Требование — анти Б — не запаивается.

3. Идеальный конечный результат (ИКР).

Запайка ампул (Б) без порчи лекарства (А).

4. Обостренное противоречие (ОП).

4.1. Пламя должно быть большим (свойство С), чтобы обеспечить запайку ампул (Б), и должно быть малым (анти С), чтобы не испортить лекарство (А).

4.2. Краткая формулировка:

Пламя должно быть (свойство С), чтобы обеспечить запайку ампул (Б), и не должно быть (анти С), чтобы не испортить лекарство (А).

5. Решение задачи (РЗ).

5.1. Разделение противоречивых свойств (ОП) в пространстве.

Пламя должно быть большое в верхней части, и должно быть маленьким в нижней части (рис. 1.20).

Верхняя часть пламени должна быть, а нижней части пламени не должно быть (рис. 1.21).

5.2. Разделение противоречивых свойств (ОП) во времени.

Пламя подается импульсами горизонтально.

5.3. Разделение противоречивых свойств (ОП) в структуре.

Используем фазовые переходы структуры. Сейчас около ампулы газ, значит, его нужно сделать или твердым или жидким.

Контрольный ответ. Мы можем налить воды в кассету, выше уровня лекарства (рис. 1.22).

Задача 1.20. Колеса вагонов (продолжение).

1. Поверхностное противоречие (ПП).

ПП: Обточка колес требует снятия и последующего установления колесной пары на что тратится много времени, сил и средств. Нежелательный эффект — анти А (снятие колес). Требование А — колеса не снимаются.

2. Углубленное противоречие (УП).

2.1. УП1: Если обточку производить на токарном станке, то колесную пару нужно снимать, но при этом колеса обрабатываются удобно и точно.

Б — анти А. Требование Б — удобство и точность обработки. Требование анти А — колеса снимаются.

2.2. УП2: Если обточку производить не на токарном станке (на вагоне), то колесную пару не нужно снимать, но при этом непонятно как обрабатывать колеса и обработка не удобная и не точная.

А — анти Б. Требование А — колеса не снимаются. Требование — анти Б — обработка не удобная и не точная.

3. Идеальный конечный результат (ИКР).

Обработка удобная и точная (Б) и колеса не снимаются (А). Токарный станок сам обтачивает колесо, не снимая его с транспорта.

Выделим весь токарный станок кроме резца. Можно не рассматривать и передний суппорт (патрон), так как колеса закреплены на транспорте. Значит, выделенная часть — это устройство подачи резца и привод, вращающий деталь (колесо).

4. Обостренное противоречие (ОП).

4.1. ОП1:Токарный станок должен быть большой (свойство С), чтобы обрабатывать было удобно и точно (Б), и должен быть маленький (анти С), чтобы не снимать колеса (А).

Напомним, что токарный станок состоит из привода, коробки передач, переднего суппорта (патрона), заднего суппорта, устройства подачи резца, станины. Наиболее громоздкие части: станина, коробка передач, привод патрон.

Продолжим дальше анализ для определения первопричин

4.2. ОП2: Чтобы токарный станок был большим (свойство С), он должен содержать все части (свойство С1), а чтобы был маленький (анти С), должен содержать только резец (свойство анти С1).

5. Решение задачи (РЗ).

5.1. Разделение противоречивых свойств (ОП) в пространстве.

Все большие части токарного станка не должны быть на локомотиве или вагоне, но их функции должны выполняться.

5.2. Разделение противоречивых свойств (ОП) во времени.

Обработка колес должна вестись во время движения локомотива и вагонов

5.3. Разделение противоречивых свойств (ОП) в структуре с использованием ресурсов в системе.

Колеса закреплены на транспорте, так, что они выполняют функцию переднего суппорта (патрона). Весь вопрос заключается в приводе. Можно, конечно, установить его на транспорте (вагоне). Да нужно ли это?

Ведь идеальный привод — привода нет, а функция его (вращать колеса) остается. Значит, колеса должны вращаться без специального привода. Функцию привода и коробки передач — вращение колес — может осуществить тепловоз во время движения. Колеса вращаются в процессе движения транспорта. Теперь, по-видимому, уже всем стало очевидным, что резец с системой его подачи необходимо непосредственно установить на колесе, закрепленном на транспорте.

Контрольный ответ. Такое решение предложили работники Ижорского завода . Устройство, предложенное ими, крепится к корпусу тепловоза или вагона и обтачивает бандажи во время движения поезда, на перегонах. Простоя подвижного состава на ремонте колес не стало.

Задача 1.21. Утечка нефти (продолжение).

1. Поверхностное противоречие (ПП).

При потере герметичности цистерны происходит потеря нефти и загрязнение поверхности моря. Как избежать утечки жидкого груза при разгерметизации цистерн?

ПП: Нужно не допустить вылив нефти из танкера при аварии. Нежелательный эффект — анти А (вылив нефти). Требование А — нефть не выливается (нефть в танкере) при аварии.

Вылив нефти значительно уменьшится если сделать большое количество непроницаемых перегородок (каждый отсек сделать очень маленьким.

2. Углубленное противоречие (УП).

2.1. УП1: Если отсеки большие, то легко заливать и выкачивать нефть из танкера, но при этом при аварии много нефти выливается.

Б — анти А. Требование Б — легко заливать и выкачивать нефть (легкость обслуживания и простота устройства танкера). Требование анти А — много нефти выливается.

2.2. УП2: Если отсеки маленькие, то трудно заливать и выкачивать нефть из танкера, но при этом при аварии мало нефти выливается.

А — анти Б. Требование А — мало нефти выливается. Требование — анти Б — трудно заливать и выкачивать нефть (трудность обслуживания и сложность устройства танкера).

3. Идеальный конечный результат (ИКР).

Танкер простой и легкий в обслуживании (Б), а нефть при аварии не выливается (А).

4. Обостренное противоречие (ОП).

4.1. ОП1: Отсеки танкера должны быть большие (свойство С), чтобы танкер был простой (Б), и должно быть малые (анти С), чтобы нефть не выливалась (А). В пределе отсеки должны быть очень большие — полностью с танкер (один отсек) и очень маленькие (с размер одной молекулы нефти). Продолжим дальше анализ для определения первопричин.

4.2. ОП2: Малые отсеки (свойство анти С) должны быть, чтобы удерживать нефть от растекания (свойство анти С1), и отсеки должны быть большие (свойство С), чтобы нефть свободно растекалась (свойство С1) внутри танкера (чтобы танкер сделать простым).

4.3. ОП3: Чтобы нефть не растекалась (свойство анти С1) необходимо воздействие (свойство анти С2) на нефть, и чтобы нефть свободно растекалась (свойство С1) внутри танкера, не нужно воздействия на нефть (свойство С2).

4.4. ОП4: Чтобы было воздействие (свойство анти С2) на нефть, необходимо создавать силы (свойство анти С3), а чтобы не было воздействие (свойство С2) на нефть, не нужно создавать силы (свойство С3).

4.5. Краткая формулировка:

Нужно создавать силы и не нужно создавать силы.

5. Решение задачи (РЗ).

5.1. Разделение противоречивых свойств (ОП) в пространстве.

Силы должны быть направлены от бортов к продольной оси танкера.

5.2. Разделение противоречивых свойств (ОП) во времени.

Силы должны создаваться во время разгерметизации (аварии).

5.3. Разделение противоречивых свойств (ОП) в структуре.

Силы должны создаваться или за счет изменения внутренней структуры емкости (танка) или за счет имеющихся ресурсов.

Контрольный ответ 1. Внутри танкера может быть капиллярно-пористый материал . Тогда даже при полном разрушении танкера нефть не выльется наружу. Это пионерское изменение в конструкции танкеров, поэтому оно требует внешних и внутренних изменений в танкере:

 Нет смысла в жестком корпусе. Именно жесткий корпус танкера «ломается» на высокой волне и разрушается при столкновении с подводными скалами. Корпус должен быть мягким. В идеале в виде пленки, мешка.

 Для эффективной загрузки и выгрузки необходимо использовать капиллярные эффекты (ультразвуковой капиллярный эффект, электрокапиллярный эффект, термокапиллярный эффект, геометрический капиллярный эффект).

5.4. Разделение противоречивых свойств использованием ресурсов.

Нефть должна удерживаться природными силами. Например, давлением воды.

Контрольный ответ 2. Чтобы избежать утечки жидкого груза из трюмов, шведские кораблестроители сконструировали танкер с водяной рубашкой. Сверху донизу вдоль стенок танка свешиваются толстые резиновые или пластмассовые листы. Сначала в танк наливают немного воды, а потом нефть. Под тяжестью нефти вода из донного слоя переливается в пространство между стенкой и резиновой завесой, образуя водяную рубашку. При повреждении корпуса танкера вода не выливается наружу, ее уровень лишь несколько падает — до уровня моря за бортом. Не выливается и нефть .

Задача 1.22. Снятие пружины с оправки (продолжение).

1. Поверхностное противоречие (ПП).

ПП: Пружину трудно снять с оправки. Нежелательный эффект — анти А (трудно снять). Требование А — пружина снимается легко.

2. Углубленное противоречие (УП).

2.1. УП1: Если пружину натягивать с натягом, то пружина получится качественная (нужного диаметра и равномерные витки), но снимать ее с оправки очень тяжело.

Б — анти А. Требование Б — качественная пружина. Требование анти А — трудно снимать.

2.2. УП2: Если пружину натягивать без натяга, то пружина получится не качественная (не нужного диаметра и не равномерные витки), но снимать ее с оправки легко.

А — анти Б. Требование А — легко снимать. Требование — анти Б — не качественная пружина.

3. Идеальный конечный результат (ИКР).

Пружина качественная (Б) и легко снимается с оправки (А). Пружина снимается САМА или оправка САМА ослабляет натяг пружины.

4. Обостренное противоречие (ОП).

4.1. ОП1: Намотка пружины должна осуществляться с натягом (свойство С), чтобы получить качественную пружину (Б), и намотка должна осуществляться без натяга (свойство анти С), чтобы легко снимать (А) пружину с оправки.

4.2. ОП2: Между пружиной и оправкой должно быть сильное взаимодействие (свойство С1), чтобы наматывать с натягом (свойство С), и слабое (отсутствующее) взаимодействие (свойство анти С1), чтобы наматывать без натяга (свойство анти С).

4.3. ОП3: Чтобы обеспечить сильное взаимодействие (свойство С1) между пружиной и оправкой, необходимо создавать силу (свойство С2), а чтобы обеспечить слабое (отсутствующее) взаимодействие (свойство анти С1), не нужно создавать силу (свойство анти С2).

4.4. Краткая формулировка:

Нужно создавать силу и не нужно создавать силу.

5. Решение задачи (РЗ).

5.1. Разделение противоречивых свойств (ОП) в пространстве.

Силы должны быть направлены к оси и от оси оправки.

5.2. Разделение противоречивых свойств (ОП) во времени.

Силы должны быть направлены к оси во время намотки и от оси во время снятия пружины с оправки.

5.3. Разделение противоречивых свойств (ОП) в структуре.

Оправка должна менять свой диаметр. Во время намотки диаметр должен быть необходимого диаметра, а при снятии меньшего диаметра.

5.4. Разделение противоречивых свойств (ОП) использованием эффектов.

5.4.1. Использование геометрических эффектов.

5.4.1.1. Эффект клина.

Контрольный ответ 1. Оправка может быть сделана из двух частей- клиньев (цилиндр, разрезанный по «диагонали»). Когда нужно снимать пружину, клинья раздвигаются в стороны (смещаться друг относительно друга) — диаметр уменьшается и пружина освобождается от оправки.

5.4.1.2. Набор отдельных элементов.

Контрольный ответ 2. Оправка может быть сделана из нескольких прутков. Один из прутков (лучше центральный) вынимается.

5.4.2. Использование физических эффектов.

5.4.2.1. Эффект температурного расширения.

Контрольный ответ 3. Можно, например, наматывать пружину на нагретый стержень. Когда стержень остынет, пружина легко снимется.

Контрольный ответ 4. Достаточно легко сделать наоборот — нагревать пружину, например, подключить ее специальным образом к сварочному трансформатору.

5.4.2.2. БИ-эффект

Более эффективное управление осуществляется использованием этого же эффекта с материалами, у которых различные коэффициенты температурного расширения (так называемый БИ-эффект). Контрольный ответ 5. Материал оправки подбирается с коэффициентом температурного расширения, меньшим, чем коэффициент температурного расширения металла пружины. Если нагреть пружину с оправкой, то пружина расширится больше, и ее можно будет легко снять.

5.4.2.3. Фазовый переход 1-го рода

Фазовый переход 1-го рода — это изменение фазового состояния. Переход от газообразного к жидкому и твердому состоянию и обратно.

Контрольный ответ 6. Оправка полностью или ее внешняя часть делается из легкоплавкого материала. После навивки пружины. Расплавляют оправку.

5.4.2.4. Эффект «памяти формы»

Покажем применение еще одного физэффекта — «памяти фор мы». Определенные материалы, например, никилид титана (нитинол) «вспоминает» заранее заданную форму при конкретной температуре. Контрольный ответ 7. Например, оправка, сделанная из такого материала, при комнатной температуре должна иметь диаметр, необходимый для намотки. При высокой температуре диаметр становится маленьким, и пружина свободно снимается.

5.4.3. Использование химических эффектов.

Продемонстрируем и самый простой химический эффект — горение.

Контрольный ответ 8. Оправку оборачивают легкосгораемым материалом, например, навивают на оправку бумажную ленту и сверху навивают пружину. Затем помещают пружину с оправкой в печь с температурой 400 град. С, — бумага сгорает, и пружина легко снимается.

Задача 1.23. Маховик (продолжение).

1. Поверхностное противоречие (ПП).

ПП: Маховик большого диаметра и массы при больших скоростях вращения разрывается. Нежелательный эффект — анти А (разрыв маховика). Требование А — маховик не разрывается. 2. Углубленное противоречие (УП).

2.1. УП1: Маховик большого диаметра и массы при больших скоростях вращения, запасает много энергии, но при этом разрывается.

Б — анти А. Требование Б — запасать много энергии. Требование анти А — разрыв маховика.

2.2. УП2: Маховик малого диаметра и массы при малых скоростях вращения, запасает мало энергии, но при этом не разрывается.

А — анти Б. Требование А — маховик не разрывается. Требование — анти Б — не запасать энергию (запасать мало энергии).

3. Идеальный конечный результат (ИКР).

Маховик большого диаметра и массы при больших скоростях вращения, запасает много энергии (Б) и не разрывается (А).

4. Обостренное противоречие (ОП).

4.1. ОП1: Маховик должен быть большого диаметра и массы (свойство С), чтобы запасать много энергии (Б) при быстром вращении, и должен быть малого диаметра и массы (анти С), чтобы не разрываться (А).

Можно обостренное противоречие сформулировать и иначе.

4.2. ОП2: На маховик должны воздействовать силы направленные к центру маховика (свойство С1), чтобы не допустить разрыва маховика, и воздействуют силы направленные от центра маховика (свойство анти С), так как возникают центробежные силы.

4.3. Краткая формулировка:

Нужно чтобы диаметр и масса маховика должны быть большими и малыми Силы должны быть направлены к центру и от центра маховика.

5. Решение задачи (РЗ).

5.1. Разделение противоречивых свойств (ОП) в пространстве.

Большая масса должна быть около оси маховика и малая по периферии. Контрольный ответ 1. В начале XX века изобретатели маховиков старались отодвинуть основную массу как можно дальше от центра, не понимая, что при этом центробежным силам тем легче разорвать маховик, чем больше обороты. Инженер самоучка А. Уфимцев поступил иначе. Он сделал диск массивным в центре и утончающимся к периферии. На больших скоростях вращения маховик становится равнопрочным и не разрывается. Соответственно росла энергоемкость маховика. Ее пределом служила прочность материала, из которого сделан диск.

Контрольный ответ 2. Маховик можно сделать в виде колокола и двигатель поместить внутрь его.

5.2. Разделение противоречивых свойств (ОП) во времени.

Силы, направленные к центру маховика должны появляться во время раскручивания маховика. Чем сильнее раскручивается маховик, тем больше должны появляться силы направленные к оси маховика. Контрольный ответ 3. Маховик представляет собой полый тор, заполненный жидкостью и шарами из ферромагнитного материала. Тор надет на ступицу, а на ободе тора закреплен соленоид. Момент инерции маховика можно плавно регулировать, изменяя магнитное поле в соленоиде.

5.3. Разделение противоречивых свойств (ОП) в структуре.

Контрольный ответ 4. Прочность маховика повышается, если его выполнить из туго намотанной и скрепленной стальной ленты.

Контрольный ответ 5. Маховик наматывается из сдвоенных изолированных лент. В процессе работы на ленты подается разноименное напряжение — создается сила прижатия лент друг к другу.

Задача 1.24. Растяжение арматуры (продолжение).

Сформулируем для данной задачи цепочку противоречий и разберем логику АРИЗ.

1. Поверхностное противоречие (ПП).

Сформулируем для данной задачи два ПП.

1.1. ПП1: Нужно не допустить порчу арматуры. Нежелательный эффект — анти А (испорченная арматура). Требование А — хорошая арматура.

1.2. ПП2: Нужно удлинить арматуру. Требование Б — удлинение арматуры.

2. Углубленное противоречие (УП).

2.1. УП1: Если температура большая, то арматура удлиняется, но при этом она портится. Б — анти А.

Требование Б — удлинение арматуры. Требование анти А — испорченная арматура.

2.2. УП2: Если температура маленькая, то не портится арматура, но она не удлиняется.

А — анти Б.

Требование А — хорошая арматура. Требование — анти Б — не удлиняется.

3. Идеальный конечный результат (ИКР).

Удлинение арматуры (Б) без ее порчи (А).

4. Обостренное противоречие (ОП).

Температура должна быть большой (свойство С), чтобы обеспечить удлинение арматуры (Б), и должно быть маленькой (анти С), чтобы не испортить арматуру (А).

5. Решение задачи (РЗ).

5.1. Разделение противоречивых свойств (ОП) в пространстве.

Температура должна быть большой вне рабочей части арматуры (вне формы), и должна быть маленькой в рабочей части арматуры (внутри формы) (рис. 1.23).

5.2. Разделение противоречивых свойств (ОП) во времени.

В данной задаче не осуществимо. В одно и тоже время арматура должна быть сильно и слабо нагрета.

5.3. Разделение противоречивых свойств (ОП) в структуре.

Структура материала той части арматуры, которая сильно нагревается (вне формы) должна быть изменена. Ее нужно сделать из жаропрочной стали. Жаропрочная сталь значительно дороже обыкновенной, но так как вне рабочей зоны арматура не расходуемая, ее можно многократно использовать, то она может быть дорогой — жаропрочной.

Как известно, удлинение D l пропорционально коэффициенту линейного расширения a, разнице температур Dt и первоначальной длине нагреваемого объекта l0.

Поэтому, можно взять арматуру из обычного материала в 2,5-3 раза длиннее и нагревать ее до 400о.

Задача 1.25. Торможение танкера (продолжение).

Сформулируем для данной задачи цепочку противоречий и разберем логику АРИЗ.

1. Поверхностное противоречие (ПП).

Сформулируем для данной задачи ПП.

ПП: При торможении судно проходит большой тормозной путь

Нежелательный эффект — анти А (большой тормозной путь). Требование А — малый тормозной путь.

2. Углубленное противоречие (УП).

УП: Судно имеет требуемые мореходные качества (скорость, маневренность и т. д.), но при торможении судно проходит большой тормозной путь. анти А — Б.

Требование анти А — большой тормозной путь. Требование Б — хорошие мореходные качества.

3. Идеальный конечный результат (ИКР).

Малый тормозной путь (А), хорошие мореходные качества (Б).

Судно само мгновенно останавливается (при необходимости), не ухудшая свои мореходные качества.

4. Обостренное противоречие (ОП).

4.1. ОП1:Сопротивление корпуса судна воде должно быть малым (свойство С), чтобы судно имело хорошие мореходные качества (Б), и большим (анти С), чтобы иметь малый тормозной путь (А).

Сформулируем следующий уровень ОП, которые должны обеспечить свойства С и анти С.

4.2. ОП2:Чтобы сопротивление корпуса судна воде было малым (свойство С), ширина корпуса судна должна быть малой (корпус должен быть узкий) — свойство С1, а чтобы сопротивление корпуса судна воде было большим (анти С), ширина корпуса судна должна быть большой (корпус должен быть широкий) — свойство анти С1.

Определим альтернативные или более общие свойства, которые должны обеспечить свойства С и анти С.

4.3. ОП3:Чтобы сопротивление корпуса судна воде было малым (свойство С), не должны создаваться дополнительные силы — свойство С2, а чтобы сопротивление корпуса судна воде было большим (анти С), должны создаваться дополнительные силы — свойство анти С2.

5. Решение задачи (РЗ).

5.1. Разделение противоречивых свойств во времени.

Во время торможения ширина корпуса судна большая, во время хода — малая (нормальная).

5.2. Разделение противоречивых свойств (ОП) в пространстве.

В Гданьском политехническом институте (ПНР) носовую часть судна предложили делать раскрывающейся, подобно створкам ворот. При этом тормозной путь сокращается на 35 % .

5.3. Разделение противоречивых свойств в структуре.

Раскрывается весь корпус судна (см. рис. 1.24) или обшивка корпуса (фальшборт) .

5.4. Разделение противоречивых свойств использованием технологических эффектов. Можно использовать геометрические эффекты.

Если раскрывающийся нос или все судно выполнить в виде эллипсоида, то набегающий поток будет фокусироваться и создавать противопоток.

5.5. Разделение противоречивых свойств использованием ресурсов.

Из имеющихся ресурсов создает силу набегающий поток воды. Частично мы его использовали в предыдущем шаге. Например, можно, чтобы противопоток воды раскручивал турбины, которые могут создавать противопоток различными путями, например :

Турбина сама создает противопоток
Турбина раскручивает гребной винт, который создает противопоток
Турбина использует принцип водомета и т. д.

Задача 1.26. Окраска баллончиков (продолжение).

1. Поверхностное противоречие (ПП).

Сформулируем для данной задачи два ПП.

ПП1: Нужно не допустить нанесение избытка краски на баллончик. Нежелательный эффект — анти А (избыток краски). Требование А — нужное количество краски.

ПП2: Нужно быстро (производительно) окрашивать баллончик. Требование Б — быстрое (производительно) нанесение краски на баллончик.

2. Углубленное противоречие (УП).

2.1. УП1: Если струя краски сильная, то баллончик окрашивается быстро, но при этом наносится избыток краски.

Б — анти А.

Требование Б — быстрая окраска баллончика. Требование анти А — нанесение избытка краски.

2.2. УП2: Если струя краски слабая, то наносится нужный слой краски на баллончик, но при этом окрашивание происходит медленно.

А — анти Б.

Требование А — нужное количество краски. Требование — анти Б — окрашивание происходит медленно.

3. Идеальный конечный результат (ИКР).

Быстрое нанесение (Б) нужного слоя краски (А).

4. Обостренное противоречие (ОП).

4.1. Обостренное противоречие (ОП1).

Струя краски должно быть сильной (свойство С1), чтобы обеспечить быструю окраску (Б), и должно быть слабой (анти-С1), чтобы не наносить избыток краски на баллончик (А).

4.2. Краткая формулировка (ОП2).

Струя краски должна быть (С2) и струя краски не должна быть (анти-С2).

4.3. ОП3. Для обеспечения свойства С2 должна быть сила направленная к баллончику, а для обеспечения свойства анти-С2 должна быть сила направленная от баллончика

5. Решение задачи (РЗ).

Разделение противоречивых свойств (ОП) в пространстве.

Сила, направленная к баллончику, должна быть только для слоя 1 (рис. 1.25), а для всех остальных слоев (2, 3, 4 и т. д.) должна быть сила нулевая или направленная в противоположную сторону — от баллончика. Слой 1 — минимально необходимый слой.

5.1. Разделение противоречивых свойств (ОП) во времени.

До нанесения слоя 1 сила должна быть направлена к баллончику, после нанесения слоя 1 (слои 2, 3, 4 и т. д.) должна быть направленная от баллончика.

5.2. Разделение противоречивых свойств (ОП) в структуре.

В данной задаче этот шаг не используется.

Вводим новые виды разделения противоречий (использование ресурсов и использование технологических эффектов).

5.3. Разделение противоречивых свойств (ОП) за счет использование ресурсов. В данной задаче необходимо использование сил (полей), поэтому мы, прежде всего, должны выявить полевые ресурсы. В качестве полевых ресурсов имеются струя краски (движение частиц краски с помощью сжатого воздуха) и поле вращения баллончика.

Струя краски уже использована для нанесения необходимого слоя на баллончик (сила направленная к баллончику). Необходимо создание силы, направленной от баллончика. Такую силу могут создать центробежные силы.

Контрольный ответ. Баллончик окрашивают большой струей краски (окунают в краску) и вращают. Центробежная сила сбрасывает лишнюю краску. Толщиной слоя управляют, регулируя скорость вращения баллончика .

Задача 1.27. Разлив металла (продолжение).

1. Поверхностное противоречие (ПП).

ПП: Разлив жидкого металла через донное отверстие из ковша осуществляется неравномерно. Нежелательный эффект — анти А (неравномерный разлив). Требование А — равномерный разлив.

2. Углубленное противоречие (УП).

УП: Жидкий металл выливается самостоятельно (с помощью силы гравитации), но неравномерно.

Б — анти А

Требование Б — самостоятельный вылив металла.

Требование анти А — неравномерный разлив.

3. Идеальный конечный результат (ИКР).

Жидкий металл выливается самостоятельно (Б) и равномерно (А).

4. Обостренное противоречие (ОП).

4.1. ОП1: Толщина металла (высота столба жидкого металла) должна быть постоянной (свойство С), чтобы разлив был равномерный (А), и должна быть переменной (свойство анти С), так как металл выливается самостоятельно (Б) (через донное отверстие).

4.2. Краткая формулировка (ОП2).

ОП2: Высота столба жидкости должен быть постоянной и переменной.

5. Решение задачи (РЗ).

5.1. Разделение противоречивых свойств во времени.

Во время разлива высота столба жидкого металла должна быть постоянной. 5.2. Разделение противоречивых свойств (ОП) в пространстве.

Над донным отверстием высота столба жидкого металла должна быть постоянной.

5.3. Разделение противоречивых свойств в структуре. Чтобы сделать разлив равномерным необходимо компенсировать действие силы гравитации, то есть воздействовать на жидкий металл другим (не гравитационным) полем.

5.4. Разделение противоречивых свойств (ОП) использованием физических эффектов. Контрольный ответ 1: Высоту металла над отверстием разливочного ковша (гидростатический напор) можно регулировать с помощью центробежных сил. То есть необходимо вращать металл в ковше. Это можно осуществить или механически, вращая ковш или металл электромагнитным полем. Легче вращать металл, чем вращать тяжелый ковш.

Задача 1.28. Абразивная обработка (продолжение).

1. Поверхностное противоречие (ПП).

ПП: Сопло быстро изнашивается, и его приходится менять

Нежелательный эффект — анти А (износ сопла). Требование А — сопло не изнашивается.

2. Углубленное противоречие (УП).

УП: Сопло направляет поток абразива (формирует струю), но из-за трения абразива о стенки сопла оно быстро изнашивается.

Б — анти А

Требование Б — направление потока абразива.

Требование анти А — износ сопла.

3. Идеальный конечный результат (ИКР).

Сопло направляет поток абразива (формирует струю) (Б) и не изнашивается(А).

4. Обостренное противоречие (ОП).

4.1. ОП1: Сопло должно соприкасаться (свойство С) со струей абразива, для формирования струи (Б), и не должно соприкасаться (свойство анти С) со струей абразива, чтобы не изнашиваться (А).

4.2. Краткая формулировка (ОП2).

ОП2: Контакт между соплом и абразивом должен быть и не должен быть.

5. Решение задачи (РЗ).

5.1. Разделение противоречивых свойств во времени.

Не разрешается.

5.2. Разделение противоречивых свойств (ОП) в пространстве.

Не разрешается.

5.3. Разделение противоречивых свойств в структуре.

Контакт должен осуществляться через посредник или не осуществляться совсем Опишем некоторые из возможных решений .

Таким образом, имеется два направления решения:

1. Сопло должно удерживать на внутренней поверхности частицы абразива 1.1. Частички удерживаются с помощью вакуума. Контрольный ответ 1. Сопло представляет собой сетку, на которой создается отсос (вакуум). Частички абразива притягиваются к сетке (рис.1.26) . Теперь сопло (сетка) «защищены» частичками абразива. Когда эти частички изнашиваются, на их месте появляются новые из потока. Вакуум в данном изобретении создается за счет имеющегося потока воздуха. Для этого сделан канал 8. Схема действия этого физического явления показана на рис. 1.27. Поток газа или жидкости, проходящий перпендикулярно концу трубки, создает в ней отсос (вакуум).

1.2. Частички удерживаются с помощью магнитного поля. Контрольный ответ 2. Абразив может быть выполнен ферромагнитным, например, спечен с ферромагнитными частицами. Сопло выполняется магнитным. Частички притягиваются к соплу. Остальное аналогично п. 1.1. 1.3. Частички удерживаются за счет сил гравитации и трения. Контрольный ответ 3. В сопле могут быть сделаны «кармашки» 10 для абразива (рис. 1.28). Тогда струя абразива будет тереться о частицы застрявшего абразива, и застрявшие частицы будут предохранять сопло от истирания (рис. 1.29). Остальное аналогично п.1.1.

2. Частички абразива не должны допускаться к стенкам сопла или отталкиваться от него. Контрольный ответ 4. В стенках сопла имеются направляющие для сжатого воздуха. Они расположены тангенциально с наклоном к выходу сопла (рис. 1.30). Через направляющие подается сжатый воздух, который отталкивает частички абразива от стенок сопла.

Кроме того, струи воздуха закручивают поток абразива и формируя струю. При определенной конструкции и давлении воздуха, можно отказаться от основной струи воздуха. Контрольный ответ 5. Проще всего поменять местами воздух и абразив (рис. 1.31).

1.29. Подводное крыло (продолжение). 1. Поверхностное противоречие (ПП). ПП: Поток воды портит подводное крыло, и его приходится ремонтировать Нежелательный эффект — анти А (потрит крыла). Требование А — крыло не изнашивается. 2. Углубленное противоречие (УП). УП: Поток воды с помощью подводного крыла поддерживает судно, но создает кавитацию и портит подводное крыло. Б — анти А Требование Б — поддерживает судно. Требование анти А — портит крыло. 3. Идеальный конечный результат (ИКР). Поток воды с помощью подводного крыла поддерживает судно (Б) и не изнашивает (А) подводное крыло. 4. Обостренное противоречие (ОП). 4.1. ОП1: Крыло должно соприкасаться (свойство С) с потоком воды, для поддержания судна (Б), и не должно соприкасаться (свойство анти С) с потоком воды, чтобы не портить крыло (А). 4.2. Краткая формулировка (ОП2). ОП2: Контакт между крылом и потоком воды должен быть и не должен быть. 5. Решение задачи (РЗ). 5.1. Разделение противоречивых свойств во времени. Не разрешается. 5.2. Разделение противоречивых свойств (ОП) в пространстве. Не разрешается. 5.3. Разделение противоречивых свойств в структуре. Контакт должен осуществляться через посредник или не осуществляться совсем Контрольный ответ 1: Для предупреждения кавитационной эрозии гидродинамических профилей, например, подводных крыльев, защитный слой создают непрерывным намораживанием на поверхности корки льда (рис. 1.32) По мере ее разрушения от кавитации, толщину защитного слоя поддерживается в установленных пределах, исключающих оголение поверхности и ее эрозию под действием кавитации ".

Контрольный ответ 2: Крыло будем нагревать (рис. 1.33). Вокруг него будет образовываться паровой пузырь (паровая каверна). Каверна позволит не только предохранить крыло от эрозии, но и позволить уменьшить сопротивление движению крылу в воде.

Контрольный ответ 3: Может быть использована сама вода. В крыле можно сделать сквозные вертикальные каналы (рис. 1.34).

За счет разности давлений на верхней Р1 и нижней Р2 поверхностях крыла вода поднимается по каналам и обтекает крыло «смывая» кавитационные пузыри. Контрольный ответ 4: Можно на поверхности крыла сделать лунки (рис. 1.35). Поток воды будет закручиваться в них, и образуемый слой воды не будет допускать кавитационные пузыри к поверхности крыла.

Контрольный ответ 5: Можно изменить форму крыла, так чтобы кавитационные пузыри образовывались только на задней кромке крыла и потоком воды выносились за его пределы. Таким образом, всхлопывание пузырей будет происходить не на крыле (рис. 1.36). Контрольный ответ 6: Можно изменить форму крыла, так чтобы оно само создавала воздушную каверну. Это осуществляется за счет создания суперкавитации. Передняя часть крыла делается тупой. Возникает удар, который разбивает поток воды, и он как бы обходит крыло (рис. 1.37).

Контрольный ответ 7: Такое же решение применяется в быстро идущих торпедах (рис. 1.38). Они делаются «тупорылыми» или к ним на нос приделывается специальная «тарелка», которая создает суперкавитацию и вода как бы расступается.

1.30. Нить для платья (продолжение). 1. Поверхностное противоречие (ПП). ПП: Нужно чтобы не был виден шов на ткани со многими цветами Нежелательный эффект — анти А (виден шов). Требование А — не виден шов. 2. Углубленное противоречие (УП). 2.1. УП1: Если нитка одного цвета (одна нить), то легко шить платье, но при этом шов виден на участках ткани отличающейся от цвета нитки. Б — анти А. Требование Б — легко шить. Требование анти А — виден шов. 2.2. УП2: Если нитка разного цвета (много ниток — шьют малыми кусочками разноцветных ниток, соответствующих цвету каждого участка ткани), то трудно шить платье, но при этом шов не виден. А — анти Б. Требование А — шов не виден. Требование — анти Б — трудно шить. 3. Идеальный конечный результат (ИКР). Шьется одной ниткой (легко шить) путь (Б), шов не виден (А). 4. Обостренное противоречие (ОП). 4.1. ОП1: Нить должна быть одного цвета — одна нить (свойство С), чтобы легко шить (Б), и разного цвета — разные куски нити (анти С), чтобы не был виден шов (А). 5. Решение задачи (РЗ). 5.1. Разделение противоречивых свойств во времени. Не разрешается. 5.2. Разделение противоречивых свойств (ОП) в пространстве. На каждом участке нить должна принимать свой цвет. 5.3. Разделение противоречивых свойств в структуре. Контрольный ответ 1: Использовать бесцветную капроновую нитку.

Структура АРИЗ

Общие сведения

Первая часть

Вторая часть

Третья часть

Четвертая часть

Пятая часть

Шестая часть

Седьмая часть

Восьмая часть

Девятая часть

Анализ задачи

Основные понятия и структура первой части АРИЗ

Формулировка мини-задачи

Формулировка конфликтующей пары

Формулировка углубленного противоречия

Выбор конфликтующей пары

Усиление конфликта

Формулировка модели задачи

Представление вепольной модели задачи

Анализ модели задачи

Основные понятия и структура второй части АРИЗ

Определение оперативной зоны

Определение оперативного времени

Определение вещественно-полевых ресурсов

Определение ИКР и ОП

Основные понятия и структура третьей части АРИЗ

Формулировка идеального конечного результата — ИКР

Усиленная формулировка ИКР

Формулировка обостренного противоречия

Формулировка ИКР-2

Применение системы стандартов

Мобилизация и применение вещественно-полевых ресурсов

Основные понятия и структура четвертой части АРИЗ

Применение метода ММЧ

Шаг назад от ИКР

Применение преобразованных ВПР

Применение информационного фонда

Основные понятия и структура пятой части АРИЗ

Использование системы стандартов

Использование задач-аналогов

дан масив из N чисел(Xi). наити максимльный элемент массива(Max). вычислить и напречатать величину zi, если известно

zi =

Использование типовых преобразований

Применение технологических эффектов

Изменение и / или замена задачи

Анализ способа устранения ОП

Основные понятия и структура седьмой части АРИЗ

Контроль решения

Оценка решения

Определение новизны и подзадач

Развитие полученной идеи

Основные понятия и структура восьмой части АРИЗ

Согласование полученного решения

Использование полученной системы по новому назначению

Литература

Альтшуллер Г. С., Шапиро Р. Б. Психология изобретательского творчества. — Вопросы психологии, 1956, № 6, с. 37-49.
Альтшуллер Г. С. Как научиться изобретать. — Тамбов: Кн. изд., 1961, 128 с.
Альтшуллер Г. С. Основы изобретательства. — Воронеж: Центрально-Черноземное кн. изд., 1964, 240 с.
Альтшуллер Г. С. Алгоритм изобретения. — М: Московский рабочий, 1969.-272 с.
Альтшуллер Г. С. Алгоритм изобретения. 2-е изд. — М: Московский рабочий, 1973.-296 с.
Альтшуллер Г. С. Творчество как точная наука. Теория решения изобретательских задач. — М.: Сов. радио, 1979.-184 с.- Кибернетика.
Альтшуллер Г. С., Селюцкий А. Б. Крылья для Икара: Как решать изобретательские задачи. — Петрозаводск.: Каре лия, 1980, 224 с.
Альтшуллер Г. С. Найти идею. Введение в теорию решения изобретательских задач. — Новосибирск: Наука, 1986. 209 с.
Альтшуллер Г. С. АРИЗ — значит победа. Алгоритм решения изобретательских задач АРИЗ-85-В.- Правила игры без правил/ Сост. А. Б. Селюцкий. — Петрозаводск: Карелия, 1989.-280 с.-(Техника — молодежь — творчество), с. 11-50.
Поиск новый идей: от озарения к технологии (Теория и практика решения изобретательских задач)/ Г. С. Альтшуллер, Б. Л. Злотин, А. В. Зусман, В. И. Филатов.-Кишинев: Картя Молдовеняскэ, 1989.-381 с.
Жуков Р. Ф., Петров В. М. Современные методы научно-технического творчества. — Л: ИПК СП, 1980.-88 с.
Жуков Р. Ф., Петров В. М. Методы научно-технического творчества (учебное пособие), Ч.1-3.-Л., 1982.-356 с.
Злотина Э. С., Петров В. М. Методы научно-технического творчества. — Л.: ЛДНТП, 1987.-20 с.
Дерзкие формулы творчества/Сост. А. Б. Селюцкий. — Петрозаводск: Карелия, 1987. — 269 с.-(Техника-молодежь-творчество).
Нить в лабиринте/Сост. А. Б. Селюцкий. — Петрозаводск: Карелия, 1988.-277 с.-(Техника — молодежь — творчество).
Правила игры без правил/ Сост. А. Б. Селюцкий. — Петрозаводск: Карелия, 1989.-280 с.-(Техника — молодежь творчество).
Как стать еретиком/Сост. А. Б. Селюцкий. — Петрозаводск: Карелия, 1991.-365 с.-(Техника — молодежь творчество).
Шанс на приключение/Сост. А. Б. Селюцкий. — Петрозаводск: Карелия, 1991.-304 с.-(Техника — молодежь творчество).
Петров В. М., Злотина Э. С. Теория решения изобретательских задач — основа прогнозирования развития технических систем. — Л.: Квант, — Прага: ЧДНТО, 1989, 92 с.
Петров В. М., Злотина Э. С. Структура и основные понятия теории решения изобретательских задач. Тель-Авив, 1991.

Ссылки

↑ Альтшуллер Г. С. Противоречия административные, технические, физические. — Альтшуллер Г. С. Творчество как точная наука. Теория решения изобретательских задач. — М.: Сов. радио, 1979.-184 с. — Кибернетика. (с. 19-21).
↑ Альтшуллер Г. С., Селюцкий А. Б. Крылья для Икара: Как решать изобретательские задачи. — Петрозаводск: Карелия, 1980. — 224 с. (с. 47-48).
↑ Альтшуллер Г. С. Дерзкие формулы творчества. — Дерзкие формулы творчества/(Сост. А. Б. Селюцкий). — Петрозаводск: Карелия, 1987. — 269 с. — (Техника-молодежь-творчество), с. 64-66.
↑ Жуков Р. Ф., Петров В. М. Современные методы научно-технического творчества (на примере предприятий судостроительной промышленности). Учебное пособие. — Л.: ИПК СП, 1980. — с.57-74. http://www.trizland.ru/trizba.php?id=105, http://trizfido.narod.ru/00/petrov.htm.
↑ Селюцкий А. Б., Слугин Г. И. Вдохновение по заказу. Уроки изобретательства. Петрозаводск: Карелия, 1977, 190 с. (с. 48-51).
↑ Альтшуллер Г. С. Творчество как точная наука. Теория решения изобретательских задач. — М.: Сов. радио, 1979.-184 с. — Кибернетика. (с. 30-43)
↑ Альтшуллер Г. С. История развития АРИЗ. — Рекомендации по организации работы юных техников. — Норильск, 1987. — с. 6-9. http://www.altshuller.ru/triz/ariz-about1.asp.
↑ Альтшуллер Г. С. Алгоритм решения изобретательских задач (АРИЗ-85В). Метод. разраб. для слушателей семинара «Методы решения науч.-техн. Задач. — Л.: Ленингр. металлич. з-д. — 1985. — 123 с. http://www.altshuller.ru/triz/ariz85v.asp.
↑ Альтшуллер Г. С. АРИЗ — значит победа. Алгоритм решения изобретательских задач АРИЗ-85-В.- Правила игры без правил / Сост. А. Б. Селюцкий. — Петрозаводск: Карелия, 1989.-280 с. — (Техника — молодежь — творчество), с. 11-50.
↑ Altshuller G., Zlotin B., Zusman A. and Philatov V. Tools of Classical TRIZ. Ideation International Inc. 1999. — 266с.
↑ Альтшуллер Г. С. Алгоритм изобретения. — М: Московский рабочий, 1969.-272 с.
↑ Изобретатель и Рационализатор, № 10, 1987,с. 32
↑ Бюллетень изобретений, 1966, № 18, с.143
↑ Петров В., Злотина Э. Алгоритм решения изобретательских задач. Учебное пособие. Тель-Авив, 1992
↑ Дмитриев А. Н. Проектирование подводных аппаратов. 1978, с.
↑ Альтшуллер Г. С. Как научиться изобретать. — Тамбов: Кн. изд. 1961. с.45-46.
↑ Техника и Наука, № 9, 1982, с. 24-27.

Авторство

Изначальный вариант текста учебника был электронной копией книги «Алгоритм решения изобретательских задач. Учебное пособие. Тель-Авив, 2002», помещённой на сайте [13] лично её автором — Владимиром Петровым. Сама электронная книга также доступна на сайте [14].© Vladimir Petrov

См. также

Ссылки

[1] Альтшуллер Г. С. Противоречия административные, технические, физические. — Альтшуллер Г. С. Творчество как точная наука. Теория решения изобретательских задач. — М.: Сов. радио, 1979.-184 с. — Кибернетика. (с. 19-21).

[2] Альтшуллер Г. С., Селюцкий А. Б. Крылья для Икара: Как решать изобретательские задачи. — Петрозаводск: Карелия, 1980. — 224 с. (с. 47-48).

[3] Альтшуллер Г. С. Дерзкие формулы творчества. — Дерзкие формулы творчества/(Сост. А. Б. Селюцкий). — Петрозаводск: Карелия, 1987. — 269 с. — (Техника-молодежь-творчество), с. 64-66.

[4] Жуков Р. Ф., Петров В. М. Современные методы научно-технического творчества (на примере предприятий судостроительной промышленности). Учебное пособие. — Л.: ИПК СП, 1980. — с.57-74. http://www.trizland.ru/trizba.php?id=105, http://trizfido.narod.ru/00/petrov.htm.

[5] Селюцкий А. Б., Слугин Г. И. Вдохновение по заказу. Уроки изобретательства. Петрозаводск: Карелия, 1977, 190 с. (с. 48-51).

[6] Альтшуллер Г. С. Творчество как точная наука. Теория решения изобретательских задач. — М.: Сов. радио, 1979.-184 с. — Кибернетика. (с. 30-43)

[7] Альтшуллер Г. С. История развития АРИЗ. — Рекомендации по организации работы юных техников. — Норильск, 1987. — с. 6-9. http://www.altshuller.ru/triz/ariz-about1.asp.

[8] Альтшуллер Г. С. Алгоритм решения изобретательских задач (АРИЗ-85В). Метод. разраб. для слушателей семинара «Методы решения науч.-техн. Задач. — Л.: Ленингр. металлич. з-д. — 1985. — 123 с. http://www.altshuller.ru/triz/ariz85v.asp.

[9] Альтшуллер Г. С. АРИЗ — значит победа. Алгоритм решения изобретательских задач АРИЗ-85-В.- Правила игры без правил / Сост. А. Б. Селюцкий. — Петрозаводск: Карелия, 1989.-280 с. — (Техника — молодежь — творчество), с. 11-50.

[10] Altshuller G., Zlotin B., Zusman A. and Philatov V. Tools of Classical TRIZ. Ideation International Inc. 1999. — 266с.

[11] Альтшуллер Г. С. Алгоритм изобретения. — М: Московский рабочий, 1969.-272 с.

[12] Изобретатель и Рационализатор, № 10, 1987,с. 32

[13] Бюллетень изобретений, 1966, № 18, с.143

[14] Петров В., Злотина Э. Алгоритм решения изобретательских задач. Учебное пособие. Тель-Авив, 1992

[15] Дмитриев А. Н. Проектирование подводных аппаратов. 1978, с.

[16] Альтшуллер Г. С. Как научиться изобретать. — Тамбов: Кн. изд. 1961. с.45-46.

[17] Техника и Наука, № 9, 1982, с. 24-27.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]