ПРИЕМЫ ИЗОБРЕТАТЕЛЬСТВА

ФУНКЦИИ И СТРУКТУРА ТРИЗ

Функции ТРИЗ

При решении изобретательских задач всегда присутствует мощная интеллектуальная работа для выявления аналогий, создания метафорических и даже фантастических образов, придумывания новых структур и конструкций, не имеющих прямых логических аналогов. Для развития этих аспектов творчества были опробованы десятки альтернативных методов стимуляции воображения и генерации нетривиальных идей. В итоге сложилось ясное представление о возможностях и ограничениях ТРИЗ.

Возможности ТРИЗ основаны на следующем:

1) ясное формулирование структуры проблемы, редуцирование ее к предельно упрощенной форме в виде бинарного противоречия (или нескольких противоречий), так ТРИЗ обеспечивает правильную диагностику проблемы, выявление ее действительной сути;

2) определение взаимодействующих элементов проблемной ситуации и ресурсов, необходимых и достаточных для решения проблемы, для устранения противоречий;

3) выдвижение идеальных целей, мысленное идеальное моделирование нужных функций, требующихся от будущего решения;

4) использование опыта создания сотен тысяч эффективных изобретений для нахождения решений актуальных проблем;

5) применение законов развития систем для стратегического выбора направления поиска идеи решения;

6) применение строгой дисциплинирующей методики пошагового анализа проблемы и синтеза идеи решения в виде так называемых алгоритмов решения изобретательских задач (АРИЗ).

ТРИЗ позволяет:

· Точно выявить сущность задачи.

· Выявлять основные направления поиска, не упуская многие моменты, мимо которых обычно проходишь.

· Систематизировать поиск информации по выбору задач и поиску направлений решений.

· Найти пути отхода от традиционных решений.

· Мыслить логически, алогически и системно.

· Значительно повысить эффективность творческого труда.

· Сократить время на решение.

· Смотреть на вещи и явления по-новому.

Функции ТРИЗ:

1.Решение творческих и изобретательских задач любой сложности и направленности без перебора вариантов.

2.Решение научных и исследовательских задач.

3.Выявление проблем и задач при работе с техническими системами и при их развитии.

4.Выявление и устранение причин брака и аварийных ситуаций.

5.Максимально эффективное использование ресурсов природы и техники для решения многих проблем.

6.Прогнозирование развития технических систем (ТС) и получение перспективных решений (в том числе и принципиально новых).

7.Объективная оценка решений.

8.Систематизирование знаний любых областей деятельности, позволяющее значительно эффективнее использовать эти знания и на принципиально новой основе развивать конкретные науки.

9.Развитие творческого воображения и мышления.

10.Развитие качеств творческой личности.

11.Развитие творческих коллективов.

Структура ТРИЗ

В состав ТРИЗ (см. рисунок 1.1 и таблицу 1) входят:

1.Законы развития технических систем (ТС).

2.Информационный фонд.

3.Вепольный анализ (структурный вещественно-полевой анализ) технических систем.

4.Алгоритм решения изобретательских задач – АРИЗ.

5.Методы развития творческого воображения.

С помощью ТРИЗ решаются известные и неизвестные типы задач. Известные (стандартные) типы изобретательских задач решаются с использованием информационного фонда,а неизвестные(нестандартные) –применениемАРИЗ (рисунок 1.1)

Рисунок 1.1

Таблица 1 ФУНКЦИИ И СТРУКТУРА ТРИЗ.

Решение изобретательских задач осуществляется с помощьюзаконов развития технических систем, информационного фонда, вепольного анализа, АРИЗ и, частично, с помощью методов развития творческого воображения.

Информационный фонд состоит из:

· системы стандартов на решение изобретательских задач (типовые решения определенного класса задач);

· технологических эффектов (физических, химических, биологических, математических, в частности, наиболее разработанных из них в настоящее время - геометрических) и таблиц их использования;

· приемов устранения противоречий и таблиц их применения;

· ресурсов природы и техники и способов их использования.

Вепольный анализ (структурный вещественно-полевой анализ) позволяет представить структурную модель исходной технической системы, выявить ее свойства, с помощью специальных правил преобразовать модель задачи, получив тем самым структуру решения, которая устраняет недостатки исходной задачи [4, 11]. Вепольный анализ – это специальный язык формул, с помощью которого легко описать любую техническую систему в виде определенной (структурной) модели. Построенная таким образом модель преобразуют по специальным правилам и закономерностям, получая структурное решение задачи.

Классификация системы стандартов на решение изобретательских задач и сами стандарты построены на основе вепольного анализа технических систем. Кроме того, он включен в программу АРИЗ (это показано стрелками на рисунке 1.1).

АРИЗ представляет собой программу (последовательность действий) по выявлению и разрешению противоречий, т.е. решению задач.

АРИЗ включает: программу, информационное обеспечение, питающееся из информационного фонда (на рис.1.1 показано стрелкой), части предназначенные для выбора задачи и оценки полученного решения, и методы управления психологическими факторами, которые входят составной частью в методы развития творческого воображения.

Методы развития творческого воображения позволяют уменьшить психологическую инерцию при решении творческих задач.

Разработаны теории развития творческой личности [11, 13, 17] и творческих коллективов, которые описывают качества и знакомят с жизненной стратегией творческой личности и творческих коллективов.

При прогнозировании развития техники, поиске и выборе задач и оценке полученного решения используются система законов развития техники и системастандартов на решение изобретательских задач, вепольный анализ.

Рассмотрим более подробно отдельные разделы ТРИЗ.

ПРИЕМЫ ИЗОБРЕТАТЕЛЬСТВА

Наиболее распространенные приемы изобретательства:

· аналогия,

· инверсия,

· эмпатия,

· комбинирование

· фантазия.

Аналогия

Методы аналогии основываются на естественном стремлении человека к подражанию, т.е. к воспроизведению в создаваемых им технических объектах особенностей предметов, процессов и явлений окружающего мира.

При решении задач идею решения можно получить путем применения известного аналогичного решения, увиденного в кино или "подсмотренного" в природе.

Как же следует использовать аналогию:

1.Выяснить основные принципы и конструктивные особенности исследуемого объекта.

2.Выявить ведущую область техники по функции, которую выполняет этот объект.

3.Воспроизвести основной принцип и конструктивные особенности, используя опыт ведущих областей, на имеющихся элементах, материалах и технологиях. При этом что-то нужно будет придумать новое, учитывая недостатки прототипа.

Распространенные методы аналогии приведены в таблице Приведенный перечень методов является открытым, поскольку многообразие форм конструкторской деятельности, разнообразие инженерных задач и объектов живой и неживой природы, которые могут стать объектами подражания, практически безграничны.

Таблица . Систематизация эвристических методов аналогии

Как видно из табл.2, эвристические методы аналогии, применяемые при конструировании технических объектов, могут быть подразделены в зависимости от специфики объекта подражания на два класса:

1) методы подражания объектам неживой (естественной и искусственной) природы;

2) методы подражания объектам живой природы (человеку и другим биологическим существам).

В таблице приведены наиболее распространенные методы аналогии. Их перечень может быть продолжен в настоящем и будущем. Существенные особенности перечисленных методов заключаются в следующем.

Метод репродукции предусматривает воспроизведение специфических особенностей отдельных предметов естественной природы в проектируемых объектах. В этом случае воспроизводятся внешние очертания, формы, пропорции и другие особенности объектов подражания.

Примеры. Конструктивное исполнение телевизионной башни; архитектура некоторых ультрасовременных зданий.

Метод приспособления включает ряд, как правило, несложных операций с объектами неживой природы, позволяющих приспособить природные конструкции и вещества для технических целей. При этом в конструктивное исполнение объектов вносятся несущественные изменения.

Примеры. Простые орудия труда; декоративные украшения.

Метод копирования основан на использовании стандартных копирующих приспособлений (трафаретов, шаблонов, моделей и т.п.) для формирования конструктивного исполнения изделия или его отдельных составных частей с использованием найденных ранее аналогичных технических решений.

Примеры Товарные знаки, указатели и другие элементы конструкций, воспроизведенные с применением трафаретов, шаблонов, моделей и других приспособлений.

Метод прецедента состоит в использовании принятого во вновь созданном образце оригинального и достаточно эффективного технического принципа для создания конструкций того же или иного функционального назначения.

Примеры. Торговые автоматы, кассы-автоматы и др.

Метод модификаций заключается в таком обновлении отдельных компонентов (элементов, блоков, модулей и т.п.) существующей конструкции изделия путем их замены, при котором изделие способно выполнить новую функцию, аналогичную прежней, но не тождественной ей.

Примеры Магистральный тепловоз пассажирской модификации, полученный из грузовой путем замены тяговой зубчатой передачи на новую с иным передаточным отношением.

Метод конвертирования аналогичен методу модификаций, однако замене в существующем изделии подлежат не его компоненты а используемые для работы изделия эксплуатационные материалы. При этом изделие выполняет на новых эксплуатационных материалах аналогичную функцию.

Примеры. Поршневые двигатели внутреннего сгорания, переведенные на иные виды топлива; компрессоры, переведенные на иные рабочие агенты.

Метод конструктивного подобия заключается в получении технических объектов, аналогичных существующим, путем реализации принципа геометрического (линейного, плоскостного или объемного) подобия, либо масштабного воспроизведения основных компонентов существующих объектов. Разновидностями метода конструктивного подобия являются "принцип матрешки" (обеспечение объемного подобия изделий), метод базового проектирования и др.

Примеры. Семейства изделий (дизелей, автомобилей и др.) аналогичного назначения, построенные по единой конструктивной схеме или основанные на единой конструктивной базе.

Метод реинтеграции (метод нити Ариадны) заключается в создании нового сложного технического объекта по аналогии с относительно простым техническим объектом или с его одним особо значащим компонентом.

Примеры. Ракетный двигатель Ф. Цандера (1930г.), созданный им по аналогии с паяльной лампой.

Метод псевдоморфизации предполагает создание технического объекта, аналогичного по форме другому техническому объекту, но имеющего иное функциональное назначение. Целью создания такого объекта зачастую является создание ложного представления о его реальной функции.

Примеры. Авторучка в виде гвоздя, сигаретница в виде книги зажигалка в виде пистолета и т.п.

Метод биохимии заключается в использовании к разрабатываемых конструкциях принципов действия, аналогичных биохимическим реакциям, действиям ферментов, катализаторов и т.п.

Примеры. Устройства, реализующие способы получения красителей и др.

Метод биомеханики основан на воспроизведении в разрабатываемых конструкциях принципов действия, аналогичных механическим принципам действия живых существ

Примеры. «Стопоходящая машина» П.Л. Чебышева, воспроизводящая движение ног кузнечика, рулевое управление катера, вертолет.

Пример 2.1. По аналогии с кальмаром американские инженеры сконструировали судно, принцип движения которого схож с движением кальмара. Кальмар, как известно, передвигается резкими толчками, выбрасывая назад воду. Новое судно приводится в движение также реактивной отдачей. Пар выталкивает воду из трубы, направленной к корме судна. От этого толчка судно получает импульс. Оставшийся в трубе пар конденсируется, давление в котле падает, и всасывается очередная порция воды. Теперь котел снова готов к рабочему циклу.

Метод биоархитектуры предполагает использование в разрабатываемых конструкциях форм, архитектоники и пропорций объектов, создаваемых в мире живой природы.

Примеры. Монолитные исполнения сотовых конструкций (радиаторы, стены, ограждения и другие объекты).

Метод палеобионики основан на использовании прототипов вымерших животных и растений при поиске технических решений.

Примеры. Шагающие экскаваторы.

Метод антропоморфизации предусматривает придание конструкции технического объекта внешней формы, аналогичной человеческому облику или отдельным частям человеческого тела.

Примеры. Человекообразные технические конструкции (механические куклы), кариатиды (скульптурные изображения человеческих фигур, служащих опорой балки в здании или образно выражающих эту функцию) и др.

Метод биокибернетики применяется при решении изобретательских задач, связанных с воссозданием в технических объектах искусственных функций и процессов, аналогичных человеческим. В частности, применение этого метода актуально при построении кибернетических устройств, воспроизводящих процессы, выполняемые человеком при реализации им функций управления.

Примеры. Системы и устройства автоматического контроля и регулирования рабочих процессов, автоматизированные системы управления.

Метод воспроизведения общественных явлений предполагает использование массовых сцен, непрерывных или повторяющихся событий, которые происходят с некоторым множеством людей одновременно в одинаковой или общей ситуации.

Примеры. Разработка Т. Гротгусом теории и способа электролиза воды по аналогии с танцем того времени «qrand chafne».

Инверсия

Методы инверсии играют важную роль в техническом творчестве. Они предусматривают поиск технических решений в направлениях, существенно отличных, как правило, противоположных принятым в конструировании аналогичных объектов.

Инверсия (от лат. inversio – перестановка) технических решений осуществляется различными методами. Разнообразие методов инверсии обусловлено различием признаков изделия, подвергаемых инвертированию, а также разнообразием используемых для этого способов поиска новых технических решений.

При решении задач идею решения при помощи инверсии или обратной аналогии можно получить путем изменения функций, свойств, или параметров, структуры и.т.д.

Признаки изделия, подвергаемые инвертированию, и соответствующие им методы эвристической инверсии приведены в таблице. Приведенный перечень методов, естественно, является открытым, поскольку способы инвертирования параметров конструктивного исполнения, содержания и формы как самого исполнения, так и образующих его элементов могут быть весьма разнообразными.

Таблица . Систематизация методов инверсии

Признаки исполнения изделия	Методы инверсии
Функция (параметр исполнения )	Метод инверсии физических величин Метод компенсации параметров Метод инверсии направления действия объекта …
Содержание исполнения	Метод инверсии рабочих материалов и веществ Метод инверсии энергии Метод инверсии информации Метод инверсии рабочих процессов Метод компенсации положения объекта …
Форма исполнения	Метод инверсии формы объекта Метод инверсии расположения объекта …
Содержание элемента	Метод инверсии свойств элемента Метод инверсии конструкционных материалов …
Форма элемента	Метод инверсии формы элемента Метод компенсации размеров …

Особенности методов инверсии, перечисленных в табл.6, заключаются в следующем.

Метод инверсии физических величин основан на потенциальной возможности материалов и конструктивных исполнений многих видов изделий преобразовывать одни физические величины в другие. Широко применяется в приборостроении, электротехнической, радиотехнической и других отраслях промышленности.

Примеры. Приборы и аппаратура, преобразующие оптические, звуковые, тепловые и другие величины в электрические; генератор, преобразующий механическую энергию в электрическую; электродвигатель, преобразующий электрическую энергию в механическую, и т.д.

Метод компенсации параметров основан на использовании технических решений, позволяющих поддерживать основные параметры функционирующего изделия в заданных пределах с помощью технических средств, противодействующих нежелательному изменению этих параметров.

Примеры. Технические объекты, в конструкцию которых включены специальные регулирующие устройства (терморегуляторы рабочих процессов, реостаты и др.).

Метод инверсии направления действия объекта предусматривает изменение направления действия (вектора, линии, плоскости) или траектории движения функционирующего изделия с целью повышении эффективности его работы при выполнении им той же функции.

Примеры. Детали, фиксирующие на своей поверхности звуковые сигналы посредством специальных устройств звукозаписи и инвертированные в последовательности: валик фонографа Т.А. Эдисона, пластинка Э. Берлинера, воспроизводящая звук от ее центра к периферии, пластинка братьев Пате, воспроизводящая звук от ее периферии к центру, рычажные устройства, позволяющие изделию выполнять ту же функцию при изменении направления движения его рабочего органа на обратный.

Метод инверсии структуры предусматривает изменение структуры системы на какую либо другую, позволяющую обеспечить улучшенные или более универсальные характеристики. При использовании этого типа инверсии решение задач основывается на изменении структуры. Много - мало элементов, однородные - разнородные элементы, сплошная - дискретная структура, монолитная - дисперсная - пустая, статичная - динамичная структура, линейная - нелинейная, иерархическая - одноуровневая и т.п.

Пример 2.8. Электронная и радио аппаратура ранее имела платы со многими элементами (транзисторы, резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности, соединительные провода и т.п.), которые в дальнейшем были заменены микросхемами, а затем и на процессоры. Процессор заменил многие элементы.

Пример 2.9.Суда, как правило, имеют постоянную (статическую) структуру: сухогруз, танкер и т.д. Разработана модульная (динамичная) конструкция судна, которая имеет носовую и кормовую части (оконечности), а в середину (среднюю часть корпуса) может помещаться любой модуль (см. рисунок 2.2). Таким образом, собираются транспортные суда различного назначения. Модульные суда строили в США на Великих озерах.

Рисунок 2.2

Метод инверсии рабочих материалов и веществ предусматривает замену традиционных материалов и веществ, применяемых для функционирования изделия, на нетрадиционные, позволяющие тому же изделию выполнять новые функции или проявлять при выполнении прежних функций новые полезные свойства.

Примеры. Технические средства, обеспечивающие достижение технического эффекта путем преобразования агрегатного состояния веществ (холодильные компрессоры, сатураторы, пульверизаторы, ингаляторы и др.)

Метод инверсии энергии позволяет преобразовать энергию одного и того же вида из одной формы в другую.

Примеры. Инверторы, преобразующие постоянный электрический ток в переменный в электроэнергетических установках; выпрямительные устройства, преобразующие переменный ток в постоянный.

Метод инверсии информации позволяет преобразовать знак сигнала на входе или выходе сигнального устройства на противоположный.

Примеры. Простейшие устройства ЦВМ (инверторы), выполненные на транзисторах или интегральной микросхеме, преобразующие сигналы низкого уровня на входе в сигналы высокого уровня на выходе и наоборот, что эквивалентно логической операции отрицания.

Пример 2.13. Соединять - разъединять (отключать). На этом принципе построены многие средства связи, например, телефонная связь. Когда идет разговор, то обеспечивается связь. Во все остальное время этой связи постоянно нет.

Пример 2.14. Отрицательная обратная связь используется в системах автоматического управления. Текущий параметр сравнивают с заданным или изменяемым, по определенной программе, сводя разницу к нулю. Это и есть принцип обратной связи. Положительная обратная связь используется, например, в усилителях. Сигнал складывается с существующим сигналом и увеличивается (усиливается).

Метод инверсии рабочих процессов заключается в целесообразном изменении направленности или характера протекания рабочего процесса, реализуемого техническим объектом при его функционировании.

Примеры. Технические устройства, преобразующие асинхронные процессы в синхронные, возвратно-поступательные движения во вращательные и наоборот; реверсоры, изменяющие направление движения изделия или его рабочего органа на противоположное; устройства, преобразующие побочные вредные процессы в силовых установках в полезные (обогрев рабочего помещения за счет использования тепла выхлопных газов, использование энергии выхлопных газов для турбонаддува) и т.п.

Пример 2.4. Спортсмены тренируются, бегая по беговой дорожке на стадионе. Сейчас имеются движущиеся беговые дорожки и тренажеры, в которых можно задавать скорость движения ленты, ее наклон и другие параметры.

Пример 2.5.Устройство для тренировки пловца. Пловец на месте, а движется вода (см. рисунок 2.1).

Рисунок 2.1

Пример 2.6. Обычно траву сначала косят, а потом сушат, выбирая для этого самые жаркие и сухие дни. А что если делать на оборот - сначала сушить, причем как можно быстрее, а потом косить? Голландские специалисты сконструировали машину, которая довольно быстро подсушивает траву, обрабатывая ее паром при температуре 300^оС. Ширина захвата машины 6 метров, производительность 40 т/час. Паром можно обработать не только будущее сено, но и картофельную ботву перед уборкой или какую-либо другую культуру, если нужно замедлить ее рост.

Пример 2.7. В печи-гриле вертится приготавливаемая пища, например, курица. Разработан гриль, где приготавливаемая пища неподвижна, а вокруг нее вращаются горячие потоки воздуха.

Метод компенсации положения объекта предусматривает применение специальных технических устройств, компенсирующих отклонение положения функционирующего объекта под воздействием внешних факторов или нейтрализующих (локализующих) действие этих факторов с целью обеспечения стабильности заданного положения или траектории движения объекта в пространстве.

Примеры. Оптические компенсаторы в рефрактомерах; механические компенсаторы, уравновешивающие нежелательные и вредные факторы механическими средствами противоположного действия; гидравлические демпферы для гашения колебаний; электромагнитные компенсаторы для динамической компенсации индуктивности обмоток генератора при переходном процессе, акустические компенсаторы для звуковой пеленгации; устройства, стабилизирующие космический аппарат давлением солнечных лучей.

Метод инверсии формы объекта предусматривает переход от принятых, традиционных форм технического объекта к новым, нетрадиционным, позволяющим изменять в нужном направлении его эксплуатационные свойства или проявлять новые полезные свойства при функционировании.

Примеры. Самолет со складывающимися крыльями; катер на подводных крыльях.

Известно, что для лучшего обтекания водой, или воздухом телу придают соответствующую форму, а поверхность выполняется максимально гладкой. Одной из фирм штата Минисота (США) разработана пленка, снижающая сопротивление воды. Тысячи мелких, почти незаметных для глаз желобков на ее поверхности напоминают в поперечном разрезе зубья пилы и гасят трение жидкости о стенку (корпус судна). Пленку толщиной 6 мм крепят к корпусу яхты, как обои к стенке. Пленку предполагается использовать также на самолетах и автомобилях для снижения сопротивления воздуху.

Метод инверсии расположения объекта заключается в изменении пространственного положения технического объекта без существенного изменения его конструктивного исполнения и принципа действия.

Примеры. Замена токарных станков горизонтального типа с вращающейся планшайбой станками вертикального типа с неподвижной планшайбой, позволяющими обрабатывать крупногабаритные детали.

При решении технических задач производят изменение положения в пространстве на 90^o и 180^o.

Пример 2.15. Ось ветроэлектродвигателей обычно расположена по горизонтали, а электрогенератор находится на башне рядом с ветровым колесом. Американские конструкторы разработали ветряк, колесо которого вращается вокруг вертикальной оси (рисунок 2.3).

Рисунок 2.3

Его генератор находится на земле - для передачи вращения при этом уже не нужны передаточные механизмы, опорная башня может быть проще и меньше. А главное, его работа не зависит от направления ветра и, значит, не нужны устройства, разворачивающие ветровое колесо, словно флюгер, против воздушного потока. В результате конструкция обходится в несколько раз дешевле традиционных.

Метод инверсии свойств элемента (метод антитезиса) предполагает такое воздействие на конструкционные материалы и геометрические фермы конструктивных элементов, при котором эти элементы приобретают диаметрально противоположные свойства;

Примеры. Гибкие валы для сверхскоростных турбин; гибкие сверла для сверхскоростной обработки деталей; гибкие корпусные детали, снимающие чрезмерные напряжения от действия вибрационных нагрузок, и т.п.

Метод инверсии конструкционных материалов применяется в тех случаях, когда одновременно должны быть выполнены предъявленные к ним противоречивые требования.

Примеры. Замена металлических деталей пластмассовыми, обеспечивающими сочетание традиционно противоречивых свойств (например, прочность и легкость).

Метод инверсии параметров – Изменение параметров процесса на противоположные параметры.

Предложили труднодеформируемые и легко окисляющиеся металлы и сплавы ковать в вакууме, и при этом обрабатывающий инструмент и заготовку не нагревать, а охлаждать от 0^оС до порога хладноломкости.

Пример 2.12. Изменение размера детали при токарной обработке обычно выполняют путем контроля за размером изделия. Если контролировать расстояние между щупом и резцом, то можно гарантировать абсолютно точное изготовление деталей. Этот принцип лег в основу новых прецизионных токарных станков, созданных в Швейцарии.

Решение технических задач основывается на изменении временных параметров. Быстро - медленно, непрерывно во времени - квантовано, прошлое - настоящее - будущее.

Пример 2.16. При резке труб нож сминает края. Предложено резку труб осуществлять на большой скорости.

Пример 2.17. Аналоговая техника все больше заменяется дискретной (цифровой). Первоначально это касалось компьютеров и измерительной техники, а в настоящее время большое распространение получили бытовые цифровые приборы.

Метод инверсии формы элемента применяется в тех случаях, когда в рамках традиционной формы не удается найти технические решения, удовлетворяющие принятым ограничениям (например, по габаритам и т.д.).

Примеры. Многорядные аксиально-поршневые двигатели внутреннего сгорания и гидромоторы с прямоугольными поршнями, обладающие высокой компактностью и удельной энергоемкостью по сравнению с традиционными изделиями с круглыми поршнями (изобретения инж. А.А. Смирнова).

Метод компенсации размеров заключается в подготовке и принятии технических решений, позволяющих восстанавливать изменяющиеся при работе ее геометрические формы и размеры и постоянно поддерживать их в установленных пределах.

Примеры. Самозатачивающиеся резцы; регулировочные прокладки; вагонные пружинные буферы; сальниковые компенсаторы и др.

Эмпатия

Эмпатия – прием, используемый при разработке объекта, основанный на отождествлении личности разработчика с разрабатываемым объектом, процессом, или деталью. Применение приема заключается в устранении недостатков, или наложения новых функций разработчиком с позиции, или с " точки зрения"детали.

Пример 2.18. Проиллюстрируем прием на примере добывания ядра из грецкого ореха. Разработчик представляет себя ядром грецкого ореха, находящегося внутри скорлупы.

Наилучшим вариантом для добывания ядра является воздействие не с наружи, а изнутри (инверсия), для чего нужно привлекать внешние силы.

Наилучшим является следующее решение. Орех помещают в герметичный сосуд и создают избыточное давление воздуха. Воздух постепенно проникнет под скорлупу. Через некоторое время в сосуде резко сбрасывается давление. Внутри ореха давление больше чем снаружи, по этому, скорлупа раскалывается и сбрасывается.

Пример 2.19. По аналогии с этим решением добываются семечки из шишек, производится очистка семечек, стручков сладкого перца, очищаются фильтры или пористые объекты.

Пример 2.20. При выпуске пористого титана одна из последних операций –откачка жидкости из пор. Это осуществляют с помощью вакуума. Процесс идет очень медленно - вакуум создавать достаточно долго. Здесь решение аналогично рассмотренным ранее. Избыточное давление создается значительно быстрее.

Комбинирование

Методы комбинирования базируются на системном анализе основных признаков изделия, образующих техническое описание его конструктивных исполнений (параметры, элементы, связи между элементами). Их использование связано с синтезом новых технических решений по разрабатываемому объекту в целом и всему возможному в перспективе многообразию его исполнений.

В научно-техническом творчестве применяются обе разновидности системного анализа: функциональный (функционально-технический) и морфологический (элементно-структрурный, комбинаторно-структурный) анализ.

Комбинирование, как способ действий при конструировании, включает в общем случае четыре последовательные операции:

1) разделение параметра (функции) изделия на упорядоченное множество параметров (подфункций) изделия;

2) классификация подфункции и составление «морфологического ящика», т.е. соответствующей морфологической матрицы комбинаций компонентов исполнений изделия, обеспечивающих реализацию всех подфункций;

3) установление ограничений на множество возможных комбинаций компонентов исполнений изделия;

4) отбор, с учетом установленных ограничений, из всего множества возможных комбинаций подмножеств, технически совместимых и целесообразных комбинаций.

Комбинирование, как формализуемый в определенной степени способ решения конструкторских задач, целесообразно выполнять с использованием ЭВМ. В связи с необходимостью проверки анализируемых вариантов технических решений на соответствие принятым ограничениям такая работа должна проводиться конструктором в режиме интерактивного диалога с ЭВМ.

Регулирование множества анализируемых вариантов в случае его недостаточности (чрезмерности) осуществляется ослаблением (ужесточением) требований к ожидаемому результату решения задач конструирования.

Повышенный интерес к методам комбинирования в последние годы вызван автоматизацией конструкторских работ и все более широким применением САПР. Использование САПР позволяет уже на ранних стадиях конструирования отбирать для последующего анализа и разработки отдельные исполнения объекта или группы его исполнения, которые по предварительной оценке могут оказаться наиболее эффективными с точки зрения устранения технических противоречий.

К распространенным методам комбинирования относятся методы сочетаний, перестановок, размещения, перемещения.

Метод сочетаний основан на переборе рассматриваемого множества признаков объекта таким образом, что из него получается ряд разновидностей множества с тем же общим числом признаков ( ), из которых часть признаков ( ) обновляется. При этом порядок расположения признаков внутри каждого множества не имеет значения, т.е. не регламентируется и может быть любым.

Метод перестановок (транспозиции) заключается в таком переборе упорядоченного множества признаков объекта, при котором сами признаки сохраняются, однако порядок их расположения в множестве меняется таким образом, что на каждом шаге меняются местами только два признака.

Если, например, исполнение изделия включает элементов, располагаемых в последовательности , то перестановке может быть подвергнута каждая пара элементов и ( ).

Метод размещения (транслокации) основан на комплексном использовании методов перестановок и сочетаний. Сущность этого метода заключается в упорядочении исходного неупорядоченного множества признаков объекта по следующим двум этапам:

1) выявление разновидностей исходного множества признаков объекта (число возможных разновидностей равно числу сочетаний из признаков по );

2) упорядочение каждой разновидности множества признаков объекта посредством транспозиции обновляемых признаков (число возможных перестановок равно ).

Метод перемещения представляет собой совокупность приемов конструирования, при помощи которого компонент технического объекта перемещается в рамках данного объекта или переносится на другой технический объект с сохранением или изменением его изначальной функции.

Соответственно различают четыре разновидности метода перемещения, обусловленные областью применения переносимых компонентов и стабильностью реализуемых ими функций:

1) метод аутотрансдукции, предусматривающий перемещение элемента внутри данного объекта с сохранением функции этого элемента;

2) метод аутотрансмутации, заключающийся в перемещении элемента внутри данного объекта с изменением (расширением, сужением или сменой) функции этого элемента;

3) метод функциональной трансдукции, основанный на сохранении изначальной функции элемента технического объекта, переносимого на другой объект (например, сервомеханизм, перенесенный с гидротурбины на автомобиль; газовая турбина, перенесенная с самолета на локомотив-газотурбовоз, и т.п.);

4) метод эквипотенциальное, заключающийся в перенесении элемента с одного технического объекта на другой с обязательным изменением его изначальной функции (например, использование промышленной центрифуги в молочной промышленности и т.д.).

Фантазия

Прием фантазия связан с использованием некоторых фантастических решений, в которых при необходимости используются нереальные вещи, или сверхъестественные процессы, которые могут привести к осуществимому решению.

Пример 2.21. Для забрасывания радиоактивных отходов за пределы Солнечной системы предлагается построить электромагнитную катапульту.

Пример 2.22. В США предложена идея добычи полезных ископаемых в космосе, заключающаяся в доставке металлов с астероидов на землю. Для этого надо подыскать астероид массой около 1 млрд. тонн и необходимого состава, отбуксировать его на околоземную орбиту, переплавить с помощью солнечной энергии в слитки от 1 до 10 тонн каждый и направить их по баллистической траектории на Землю в специальное место, а дальше - дело уже земной техники.

Пример 2.23. Известно много устройств, управляемых голосом, звуком, сенсорные устройства, с УФ датчиками. Например выключатели освещения, воды, управляемые голосом автомобили корабли и т.д., управляемые от голоса, автоматизированные телефонные станции.

Пример 2.24.Изобретение, позволяющеесоздавать искусственную облачность над крупными городами предложил Эндрю Детуилер из университета штата Нью-Йорк. В холодное время года, считает он, так можно уменьшить излучение тепла земной поверхностью в космос, а значит, можно сократить расход энергии. Двух небольших реактивных самолетов, распыляющих кристаллы йодистого серебра, вполне достаточно, чтобы создать скопление перистых облаков над несколькими крупными городами, что позволит увеличить температуру воздуха на пять градусов.