Получение идеального конечного результата

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.

При решении технических задач ответ не известен, а для достижения решения представляется идеал разрабатываемого устройства - идеальное устройство - идеальный конечный результат (ИКР).

Идеальная техническая система - это система, которой нет, а ее функции выполняются, т.е. цели достигаются без средств.

Одна из основных особенностей "идеального устройства" ("идеальной машины") та, что оно должно появляться только в тот момент, когда необходимо выполнять полезную работу, причем в это время несет 100% расчетную нагрузку. 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).

Пример 5.4. 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. 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.

Приведем примеры на свойство идеальности.

Пример 5.5. "Автомобильные ремни безопасности необходимо периодически менять. Вызвано это опасениями, не ослаблен ли материал. Изобрели ленту, которая сама своим видом покажет, когда ее менять".

Пример 5.6. "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.

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

Так, 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.

Пример 5.6 (продолжение) Определим идеальный конечный результат.

ИКР радиатора (теплоотвода) - отсутствующий радиатор, обеспечивающий полный отвод тепла от транзистора.

Рассмотрим направления решения: 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.

В первом направлении, 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. 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.

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

Пример 5.7. Для подводного аппарата идеальная форма прочного корпуса - сфера. Она "обладает высокой устойчивостью и небольшой плотностью. У сферического корпуса минимальное отношение площади поверхности к объему...".

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.

Идеальное решение, конечно, получить почти невозможно. ИКР - это эталон, к которому следует стремиться. Как раз 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 при решении технических задач.

Путь к идеи решения

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 выше приведенной цепочке(1).

Для формулировки всех ее звеньев, прежде всего, выявляют, чем не устраивает 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, не удовлетворяющие требованиям ИКР. Таким образом, формулируется обостренное противоречие (ОП), которое и представляет собой точную формулировку задачи.

Последовательность (1) характерна для основных модификаций АРИЗ.

Пример 5.8. 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.

Пример 4.9. 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, т.е. 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.

Логика АРИЗ

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

Поверхностное противоречие (ПП) выражается в виде нежелательного эффекта (НЭ), и формулируется в виде необходимости в появлении нового свойства или действия " A " (положительного эффекта), или в виде нежелательного эффекта (анти-B), который необходимо устранить. Схематически изобразим это так:

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 ").

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

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, т.е. 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).

Дальнейшее обострение противоречий осуществляется выявлением более глубинных свойств " C₁ ", которые необходимы для создания (обеспечения) выявленных ранее свойств " C ". 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, т.е. что необходимо для выполнения этого свойства.

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

Полностью логическая схема решения задач по АРИЗ показана на рисунке 4.1.

 

 

Рисунок 4.1

Причем основа методики состоит в последовательном определении УП, ИКР, ОП.

Задача 4.1

Необходимо перевести весь газ из транспортного баллона в два пустых (рабочих). Емкость каждого из них равна половине емкости транспортного баллона.

Известны два способа перекачки газа (рисунок 4.2).

а) исходное состояние; б) непосредственное соединение транспортного баллона с рабочим; в) соединение через компрессор.

Первый способ (рисунок 4.2 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 (рисунок 4.2 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).

 

Рисунок 4.2

С такой задачей приходится сталкиваться при "зарядке" баллонов глубоководных аппаратов на судне-базе. Сжатый воздух там, в частности, используется для продувки цистерн при всплытии.

Решение задачи

⇐ Предыдущая3456789101112Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: