 |
Методы эвристического комбинирования
|
|
|
|
Методы эвристического комбинирования базируются на комбинировании отражений реального мира в нашем сознании. Они осуществляются приемами целесообразного подбора параметров, операций, элементов, изменением структуры технического объекта, перестановкой элементов в ином порядке, акцентированием отдельных из них, динамизацией процессов и действия объектов, изменением последовательности рабочих процессов во времени, приспособлением технических объектов к возможностям человека и условиям среды, изменениям среды, в которой работает технический объект или осуществляется процесс.
Одну из групп эвристического комбинирования составляют методы транслокации.
Метод пермутации заключается в перестановке детали, узла, механизма, агрегата с одного места на другое в пределах того же технического объекта.
Русский изобретатель П. Н. Яблочков переставил угольные электроды, которые ранее были расположены на одной прямой, параллельно, что дало существенно новый технический эффект - отпала необходимость применения механизма для сближения электродов во время горения лампы.
Метод транспозиции рекомендует менять местами или переставлять в ином порядке элементы технического объекта.
В Швейцарии созданы оригинальные токарные станки, у которых направляющие и суппорт с задней бабкой и механизмом для крепления резца поменялись местами - направляющие расположены выше обрабатываемой детали, что позволяет удобнее отводить стружку.
Метод трансдукции - излюбленный метод изобретателей и рационализаторов. Его сущность заключается в перенесении технического элемента с одного технического объекта на другой.
Методом трансдукции сервомеханизм, служащий для регулировки гидравлических турбин, был перенесен на автомобиль с целью облегчить управление им.
|
|
|
Изобретатель Э. Гау в 1846 году перенес челнок с ткацкого станка на швейную машину (патент США № 4750).
Метод эквипотенциальности заключается в перенесении технического объекта или элемента в другую область с одновременным изменением его функций.
На основе этого метода К. Боррихиус в 1673 г. предложил использовать в качестве целебного средства исландский мох, который в Исландии и Лапландии служил продуктом питания. В 1829 г. Э. Херд получил британский патент на применение французского пищевого маргарина для изготовления свечей. А. Прандтл в 1861 г. впервые перенес известную промышленную центрифугу в молочную промышленность для снятия сливок, а изобретатель Ф. Хрушка предложил использовать центрифугу для извлечения меда из сот.
Метод комбинирования компонентов сложных материалов и веществ, изменения соотношения между ними, довольно прост в применении. Так, путем повышения содержания фосфора в обычной углеродистой стали до 0,3% была создана гаечная сталь, что позволило улучшить качество резьбы. Метод создания компактных конструкций заключается в сближении материальных элементов в пространстве вплоть до совмещения. Этим методом созданы компактные конструкции космических аппаратов - первый, второй и третий советские искусственные спутники Земли, космическая станция "Луна-1", автоматическая станция "Луна-10", космический корабль "Восток", искусственный спутник связи "Синком" (США) и космический корабль "Джемини".
Метод локальной концентрации сил и процессов основан на том, что увеличение количества позволяет осуществить переход к новому качеству. Одним из приемов этого метода является контракция - сжатие струи при истечении. На принципе увеличения напора воды до нескольких атмосфер создан гидромонитор, увеличения напора до десятков атмосфер - пила для распиловки туш крупного рогатого скота, струей воды под напором в сотни атмосфер можно обрабатывать гранит и базальт.
|
|
|
С. Д. Гвоздовер и В. Л. Булат предложили устройство для бесконтурного возбуждения электромагнитных колебаний с помощью цилиндрической газоразрядной трубки, отличающееся применением электронной и газовой фокусировки электронного пучка (авт. свид. СССР №202233).
Метод создания местного качества заключается в коренном улучшении показателей качества отдельного функционально важного элемента технического объекта. Изобретатель А. И. Антонов разработал конструкцию транспортной шины, отличающейся тем, что с целью повышения качества каркас ее армирован пластмассой (авт. свид. СССР № 202444).
Метод аккумуляции предполагает накопление энергии и материалов для достижения нового технико-экономического эффекта. Творческая бригада под руководством В. И. Семенова изобрела способ извлечения жидких углеводородов из подземных емкостей путем вытеснения рассолом, аккумулированным в камере (авт. свид. СССР №246431).
Методы эвристической трансмутации веществ и материалов давно применяются в изобретательской практике. Однако огромный фактический материал методологически еще недостаточно обобщен. Многие методы химической трансмутации преобразования веществ хорошо разработаны и дают тривиальные решения. Однако нечеткость принципов отделения творческих задач от тривиальных в этой области приводит к тому, что новые материалы, созданные химическим путем, в некоторых странах не квалифицируются как изобретения.
Современный фонд методов эвристической трансмутации веществ и материалов можно разделить на методы химического и физического преобразования веществ.
В целом методика создания изобретений в области химии исследована мало. К. Брунне считает основными видами химических изобретений следующие:
· новые способы химического преобразования веществ;
· значительные изменения известных способов, достигаемые главным образом путем изменения температуры и давления реакции, повышения поверхности взаимодействующих веществ, применения катализаторов и
|
|
|
· новое применение известных или синтез новых химических веществ.
Физическое преобразование веществ осуществляется главным образом так же, как и преобразование конструкций: объединением, расчленением, изменением состава и расположения элементов и т. д.
Метод комбинирования универсальных элементов принципиально выдвинут Архимедом в его трактате "Стомахион". В современном понятии метод предполагает разработку научно обоснованной системы элементов, позволяющей при соответствующем отборе элементов выполнять множество разнообразных функций.
Примером применения метода может служить созданная в нашей стране универсальная система элементов пневмоавтоматики (УСЭПА), состоящая из набора унифицированных элементов дискретного и непрерывного действия, каждый из которых выполняет одну простейшую операцию. Посредством комбинирования унифицированных элементов можно автоматизировать практически любой технологический процесс, создать разнообразные управляющие устройства, а также сконструировать новые пневматические устройства телемеханики. Система широко применяется в нашей стране в химической и нефтегазовой промышленности.
Отдельной группой методов эвристического комбинирования являются методы динамизации работы технических объектов и протекания процессов.
Метод динамических потоков рекомендует использовать для достижения полезного эффекта энергию истечения жидкостей, газов и сыпучих материалов.
Примером применения рассматриваемого метода в изобретательстве может служить изобретение духового ружья в Индонезии и Южной Америке. Ружье представляет собой длинный, обычно бамбуковый, ствол с ровным каналом, из которого выдуваются отравленные дротики.
Изобретатели А. И. Пирумов, А. В. Бажанова и М. П. Пончек предложили устройство для аэродинамического обеспыливания мягких изделий, отличающееся использованием потока воздуха для встряхивания изделий (авт. свид. СССР № 239514).
Метод использования собственного веса материальных элементов для получения полезного эффекта - простой и распространенный метод решения изобретательских задач. Древнейшими изобретениями, созданными по рассматриваемому методу, являются некоторые типы ловушек для зверей, приводимые в действие силой веса животного или высвобожденной силой тяжести падающего предмета. Простейшими из таких ловушек были ловчие ямы различной конфигурации для мамонта, слона, жирафа. Множество изобретений создал этим методом известный античный изобретатель Герон Александрийский (игрушечный автомат "Геркулес и дракон", автомат "Поющая птичка", кукольные театры).
|
|
|
Метод создания качающихся и плавающих конструкций обеспечивает периодическое действие технических элементов.
Коллектив изобретателей, руководимый М. М. Кастановичем, предложил устройство для резки железобетона и других твердых материалов, отличающееся тем, что корпус редуктора шарнирно установлен на валу электродвигателя и имеет возможность качания с помощью механизма поворота, закрепленного на корпусе электродвигателя (авт. свид. СССР № 188878).
Метод выдвижения традиционных элементов технического объекта в пространстве позволяет приблизить рабочие органы машин и другие технические элементы к месту выполнения их функций без передвижения самого технического объекта.
Группа изобретателей под руководством М. К. Бараб-Тарле создала станок для расточки канавок и снятия фасок в отверстии поршня под поршневой палец. Особенностью станка является оборудование его выдвижными упорами, что позволяет выполнять различные операции на одном и том же станке (авт. свид, СССР №241920).
Метод применения упругих элементов для динамизации технических объектов отличается простотой и давностью использования. На основе этого метода Архимед создал боевую метательную машину.
Метод раздвижных конструкций, содержащих элементы, перемещающиеся в пространстве относительно друг друга, позволяет осуществить целесообразную трансформацию технического объекта.
Изобретатели из Латвийского научно-исследовательского института легкой промышленности Л. С. Лутрин, Т. Н. Элькина и Г. Э. Кан разработали устройство для пропитки волокнистого холста, отличающееся тем, что валы устройства имеют раздвижные кольца (авт. свид. СССР №242120).
К методам эвристического комбинирования можно отнести методы рационального подбора параметров, источников энергии, принципа работы, материалов.
Метод подбора оптимальных параметров был использован изобретателем Г. М. Тябут при разработке способа изготовления гибких металлорукавов, отличающегося тем, что оптимальную величину давления жидкости, подаваемой между трущимися поверхностями инструмента и обрабатываемой детали, выбирают из условия полного разделения трущихся поверхностей с расчетным зазором (авт. свид. СССР № 239186).
|
|
|
Метод рационального подбора параметров в процессе работы позволил изобретателям Д. 3. Бимбату, Г.Н. Доброму и В. А. Каташову создать конструкцию безбалластного дирижабля, подъемная сила которого может быть изменена в процессе полета (авт. свид. СССР № 198925).
Разновидностью метода является прием применения экстремальных параметров.
Метод подбора линейных размеров технического объекта основан на простейшем конструктивном приеме, однако он имеет немалую эвристическую ценность.
Рационализатор Г. Лапкин обнаружил, что у детских колясок расстояние между осями выбрано так, что передние и задние колеса одновременно подъезжают к началу ступенек, а при спуске одновременно спрыгивают с них. Увеличив расстояние между осями передних и задних колес на 50-70 мм, он достиг того, что колеса скатывались попеременно, без тряски.
Методом рационального подбора источника энергии был усовершенствован ручной молот для ковочных работ. Первое изменение заключалось в том, что молот стал приводиться в действие от водяного колеса; затем Дж. Несмитом в XIX в. был изобретен паровой молот.
Метод рационального подбора нового принципа работы особенно эффективен в случаях, когда прототип объекта в своем развитии уже прошел длительную стадию эксплуатации и приблизился к пределу технического усовершенствования.
Для реализации метода в первую очередь следует использовать новые научные открытия и исследования. На основе открытых Г. Галилеем свойств маятника X. Гюйгенс изобрел маятниковые часы. Изучив явление Эрстеда, русский инженер П. Шиллинг построил первый действующий телеграф.
Исследовательский подход к изучению свойств веществ и материалов часто позволяет найти новый принцип работы и применение известных материалов и веществ в другой области.
Исследователи А. В. Старков, В. И. Катунина и М. Л. Федер, изучив свойства диэтиламида капроновой кислоты, предложили способ его применения в качестве репеллента кровососущих насекомых (авт свид. СССР № 165610).
Группу эффективных методов поиска решения изобретательских задач, недостаточно используемых изобретателями, представляет совокупность методов комбинирования факторов эстетического восприятия технического объекта - формы, конфигурации, цвета, света, звука.
Методы эвристической трансформации заключаются в целесообразном изменении формы технического объекта. По свидетельству С. А. Семенова, метод этот применялся еще на заре изобретательства.
Швейцарский механик А. Арган изменил форму лампового цилиндра и расширил его нижнюю часть. Трансформировав плоский ламповый фитиль, он в 1783 г. изобрел фитиль круглой формы. Путем трансформации традиционной поперечной пилы были изобретены циркулярная пила и ее разновидности, лобзик, ленточная пила, ножовка, бугельная пила, лучковая пила, наградка.
Широко распространены методы трансформации технических объектов механическим, гидравлическим или пневматическим путем.
Метод механической трансформации позволяет увеличить подвижность объекта, придать относительную свободу его элементам, преобразовать форму технического объекта в процессе работы.
Рассматриваемым методом создано большое количество складных технических объектов, например, складная лодка Э. Эндзиня (патент Латвии № 928), складной стол Ф. Ф. Меркулова (патент Латвии № 1116), складной глобус А. Эглита (патент Латвии № 724), кресло-кровать С. Мисьеро и С. Рейнаровича (патент Латвии № 1109).
Метод гидравлической трансформации позволил изобрести устройство для подъема и опускания кузовов автомашин-самосвалов, приспособления для открывания дверей железнодорожных и трамвайных вагонов, гидравлические домкраты и т. д.
Метод пневматической трансформации впервые применил Ктесибий Александрийский. Надувной спасательный круг, надувной скафандр водолазов и надувные "башмаки" для перехода рек и озер изобрел Леонардо да Винчи. Советские космические спутники "Эхо-1" и "Эхо-2" созданы путем использования метода пневматической трансформации.
В связи с развитием промышленного искусства, художественного конструирования, эргономики, психофармакологии и ряда других наук разрабатываются и постепенно внедряются в практику методы изменения освещения, цвета, запаха, звука с целью оптимизации работы технического объекта или создания комфорта в производстве. Хотя методы этой группы еще в практике работы новаторов техники мало распространены, на них следует обратить внимание ввиду их прогрессивности, В конкретных условиях современного производства и эксплуатации технических изделий эти методы позволяют получить на первый взгляд неожиданный положительный технико-экономический эффект.
Изобретения могут быть направлены на усовершенствование, комбинирование, видоизменение цвета, яркости,, контрастности, текстуры, тональности, шума, частоты, громкости, тембра, отношения сигнал/шум и т. д.
Наиболее часто в этой группе применяются следующие методы решения изобретательских задач.
Метод Протея заключается в создании технических объектов, способных изменять внешний вид в зависимости от воздействия среды (форму, цвет, компактность и другие признаки).
Еще пять столетий тому назад монах А. Пика изобрел термокраску, меняющую оттенки в зависимости от изменения температуры среды. В XVII веке итальянский сапожник В. Каскаролла изобрел светящееся вещество люминофор. Сейчас созданы люминофоры на основе сернистых соединений разных металлов, люминесцентные краски и люминесцентные обои. Изобретатель П. П. Воронцов создал ткани, покрытые несмываемыми люминесцентными красителями, меняющие цвет в зависимости от освещения. Разработаны способы люминесцентной дефектоскопии и люминесцентного микроскопирования.
Способ получения разноцветного стекла, разработанный В. В. Аршиновым, отличается тем, что в прозрачную органическую пластинку вставляют слой раздробленных кристаллов прозрачного одноосновного цветопреломляющего вещества, например, кальцита, и между двумя полученными слоями помещают лист звукопреломляющего вещества (авт. свид. СССР № 62493).
Метод эвристического подбора и использования освещения, цвета и запаха - сравнительно новый метод в изобретательской практике, имеющий, однако, огромные потенциальные возможности.
Изучением закономерностей психологического воздействия цвета на человека занимается специальная отрасль инженерной психологии - колородинамика. Исследования в этой области выявляют ряд объективных закономерностей, которые следует знать новаторам техники. Установлено, например, что желтый цвет стимулирует работу мозга, однако, у летчиков он может вызывать приступы морской болезни; зеленый цвет снижает утомляемость.
Изменение цвета может давать не только психологический, но и технический эффект. На заводах фирмы "Дженерал Электрик" детали, обрабатываемые пламенем газовых горелок, окрашивают в оранжевый цвет, так как только на его фоне видно голубое пламя газа. По данным исследований Мориса Дерибери, оказывается, что надписи белым мелом на черной доске читаются хуже, чем черной краской на желтой.
Изучение свойств цвета и окраски позволяет создать новые изобретения. Изобретатели лаборатории лаков и красок Всесоюзного научно-исследовательского института новых строительных материалов создали краску МС-226-П, которая отталкивает положительно заряженные частицы пыли. Поскольку производственная пыль в основном заряжена положительно, окраска стен и оборудования этой краской является хорошим способом борьбы с запыленностью.
Коллектив изобретателей под руководством М. Р. Нечаевской предложил новый способ отбора токсигенных возбудителей газовой гангрены, позволяющий определить токсигенную активность бактерий. Авторы предлагают окрашивать колонии бактерий на плотной питательной среде акридинооранжем и отбирать культуры, имеющие зеленый цвет при люминесцентном микроскопировании (авт. свид СССР № 189528).
Много изобретений направлено на создание новых способов цветного оформления изделий. Изобретатель Н. Г. Корсак разработал способ обработки строительных изделий путем расплавления их поверхности кислородно-ацетиленовым пламенем, позволяющий, в зависимости от соотношения объемов кислорода и ацетилена, получить устойчивые белые, голубые, зеленые, желтые и черные поверхности изделий (авт. свид СССР № 172663).
Новые изобретения создаются также путем рационального использования свойств света. В. В. Седов предложил вводить в почву люминофоры для поглощения ультрафиолетовых лучей в целях борьбы с сорняками.
Многие изобретения основаны на использовании облучения различного рода лучами. Изобретатель У. Д. Брегвадзе предложил способ производства ускорителя из древесины дуба для созревания коньячных спиртов путем облучения древесины гамма-лучами дозой, преимущественно равной 20 мрад при интенсивности 800 рад/сек (авт. свид. СССР № 248608).
Метод антропотехники заключается в создании новых технических объектов путем приспособления технического объекта к возможностям человека.
К. X. Кремер предложил антропотехнический вариант клавиатуры пишущей машинки для печатания по слепому десятипальцевому способу, так называемой К-клавиатуры с отогнутыми краями, значительно облегчающей выбор нужной буквы.
К группе методов эвристического комбинирования принадлежат и методы хиротехники, ритмичного членения технических объектов, прозрачных конструкций, комбинирования первичных запахов, комбинированного выполнения рабочих процессов во времени, комбинирования параметров среды, в которой работает технический объект или протекает процесс, и др.
Известно также много разнообразных специальных методов поиска решения изобретательских задач, методов психоэвристической активизации, сознательного использования случайностей и т. д.
ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ:
1. Если бы вы были знакомы только с регистрами или чугунными батареями парового отопления, каким(и) методом(и) бы вы изобрели:
а) современные многосекционные алюминиевые и биметаллические секционные батареи?
б) стальные пластинчатыми батареи?
2. Взяв в качестве примера любые три искусственно созданных предмета, назовите метод(ы), в результате которых они были изобретены.
3. Какими методами вы бы воспользовались, чтобы заново изобрести:
· Термопласт-автомат
· Вендинговый автомат
· Таймшер (timeshare)
· Апарт-отель (как результат реконструкции промобъекта)
4. Приведите не менее 3 примеров изобретений, основанных на методах эвристической аналогии
5. Приведите не менее 3 примеров изобретений, основанных на методах эвристического комплекса
6. Приведите не менее 3 примеров изобретений, основанных на методах эвристического разделения и редукции
7. Приведите не менее 3 примеров изобретений, основанных на методах эвристической инверсии
8. Приведите не менее 3 примеров изобретений, основанных на методах эвристического комбинирования
ГЛАВА 7
|
|
|
