Понятия стандартных решений задач технического творчеств

Стандарт на решение изобретательских задач - это правило (или совокупность правил), позволяющее на высоком техническом уровне однозначно решать изобретательские задачи одного из классов, в который они объединены по способу их решения.

Если задача удовлетворяет условиям (ограничениям), указанным в каком-то стандарте, то данный стандарт определяет правила её решения. Термин “стандартная задача” не означает её простоту. Задача становится стандартной в зависимости от того, известны ли соответствующие законы развития технических систем, к которым относится данная задача. Ведь стандарты основаны на прямом использовании этих законов.

Первые разработки стандартов появились в начале 70-х годов (автор - В. С. Альтшуллер). До этого все задачи приходилось решать путём постепенного анализа по алгоритму решения изобретательских задач (АРИЗ). Помогая решать конкретные задачи, АРИЗ давал и другую продукцию: постепенно накапливались сведения о типах задач. Оказалось, что внешне совершенно непохожие задачи, относящиеся к разным отраслям техники, в некоторых случаях имеют удивительно сходные решения. Появилась возможность выделить несколько типов задач и указать соответствующие этим типам решения. Так возникли первые стандарты. Их число быстро увеличивалось. Изучение законов развития технических систем, исследование приёмов, вепольный анализ - все эти разделы теории решения инженерных задач (ТРИЗ) тоже вели к появлению новых стандартов.

Система стандартов постоянно пополняется и совершенствуется. Проходят испытание новые “кандидаты” в стандарты. Они должны обладать тремя качествами:

- относиться к широкому классу задач;

- давать для этих задач совершенно одинаковые решения;

- обеспечивать высокий уровень получаемых технических решений.

По структуре стандарт на решение изобретательских задач - это комплекс приёмов и физических эффектов, последовательно выполняемых и применяемых для решения задачи. Это те приёмы и эффекты, к которым приводит анализ изобретательских задач данного класса по АРИЗ. Таким образом, класс задач, решаемых по какому-либо стандарту, - это задачи, единообразно решаемые по АРИЗ. Этим обеспечиваются указанные три качества стандартов:

- поскольку АРИЗ не привязан к какой-либо отрасли техники или какому-либо классу задач, а опирается только на общие закономерности развития технических систем, то по нему единообразно решаются внешне сильно отличающиеся задачи;

- единообразие процесса решения этих задач приводит к однозначно определённой последовательности приёмов и физэффектов, реализующих решение;

- эти решения имеют высокий уровень, поскольку сам АРИЗ ориентирован на решение задач на высоком техническом уровне.

По действию стандарт и решение изобретательских задач - это способ преобразования технических систем, реализующий определённый комплекс законов развития технических систем. Производимые им преобразования последовательно направлены на преодоление физических противоречий, типичных для данного класса задач, на повышение степени идеальности данных в задаче технических систем и процессов. Многие стандарты повышают степень вепольности и отзывчивости систем, реализуют другие законы и тенденции развития. При этом в стандартах указываются физические эффекты, наиболее полно отражающие тенденции развития технических систем.

Система стандартов, описываемая в данном пособии, делится на три класса.

1. Стандарты на изменение систем.

2. Стандарты на обнаружение и измерение систем.

3. Стандарты на применение стандартов.

Это деление обусловлено различным характером противоречий, порождающих изобретательские задачи (ИЗ). Однако в процессе анализа изобретательские задачи из второго класса стандартов могут быть переведены в первый. Это, как правило, связано с тем, что измерение вызывает недопустимые изменения системы. В этом случае, если нет запрета на изменение системы, то противоречие разрешается путём перевода задачи в “изменительную”: необходимость в измерениях отпадает или же они резко упрощаются.

Третий класс систем стандартов является согласующим, т.е. устраняющим возникающие противоречия между требованиями применяемого стандарта и условиями задачи.

Рекомендации по использованию системы стандартов

1. Многие стандарты запоми­наются и при ознакомлении с задачей нужный стандарт не­вольно «всплывает» в памяти. Это, конечно, не самый лучший способ их применения: требуемый стандарт может и не вспомниться, а главное не используются возможности системы стандартов. Но управлять памятью трудно, памяти не прикажешь, и если вспомнился подходящий стандарт, можно им воспользоваться. При решении простых задач это вполне допустимо.

2. Разумеется, целесообразнее использовать стандарты в сово­купности с АРИЗ-85-В. В тексте АРИЗ есть шаги, указывающие, когда именно надо задействовать систему стандартов. При анализе задачи по АРИЗ ее условия претерпевают значительные изменения: так, модель задачи весьма существенно проясняет первоначальные смутные В простейшем случае стандарты можно применять «инди­видуально» (не в системе). При пользовании стандартами (или после 3—4-кратного прочтения, а иногда просто неверные условия. И потому применение стандартов к модели задачи заведомо сильнее, чем применение их к необработанной изобретательской ситуации — есть гарантия того, что решение начато с мини-задачи (направлено на минимальное изменение исходной системы).

Еще более упрощается задача (а значит, и применение стан­дартов для ее решения) после уточнения вещественно-полевых ре­сурсов (ВПР). Учет и использование ВПР дает решения близкие к ИКР.

3. Независимо от того, каким образом решена задача (по стандартам или по АРИЗ), к решению ее для форсирования и дальнейшей идеализации необходимо применить стандарты как систему. Расположение стандартов не хаотично, оно согласуется с общей схемой развития систем. Поэтому систему стандартов следует использовать и как прогностический инструмент, даже в том случае, когда в условиях задачи нет такого требования.

Итак, в общем случае последовательность действий подчинена простой логике: надо без спешки, грамотно и четко построить модель задачи, определить вещественно-полевые ресурсы, затем подобрать подходящий стандарт (обходя если надо запреты на введение).

Дополнительные теоретические сведения: https://www.altshuller.ru/triz/standards1.asp

Задание на работу:

1. Провести анализ технических решений, представленных в реферативном журнале «Изобретения и полезные модели» и привести примеры технических решений, основанных на использовании «Стандартных решений задач технического творчества»..

2. Предложить технические решения задач, описывающих проблемные ситуации, используя «Стандартных решений задач технического творчества».

Задача 1. Имеются полистироловые катушки с тонким изолиро­ванным проводом и металлическими ножками. Припайку провода к нож­кам осуществляли окунанием в ванну с припоем при 280°. Однако при этом требовалась зачистка концов провода. С целью повышения произ­водительности было предложено вести пайку при температуре припоя 380°. При этой температуре изоляция провода сгорает, происходит лужение провода. Однако при такой температуре ножки катушки пере­греваются, полистирол размягчается и ножки перекашиваются, а это недопустимо. Как быть?

Задача2. При осаждении металлов электролизом из водных растворов возникает проблема отделения осадка (продукции) от катода (инструмента). Операция эта весьма трудоемкая и производится вручную (красноречиво само название операции — «сдирка»). Как быть?

Задача 3. Установка для получения искусственных шаровых молний представляет собой реактор («бочку»), внутри которого находится гелий (давление до 3 атм.). Под действием мощного электромагнитного излучения в гелии возникает плазменный шнуровой разряд, стягиваю­щийся в сферический сгусток плазмы. Для удержания этого сгустка в центральной части «бочки» используют соленоид, кольцеобразно рас­положенный вокруг «бочки». Изменились условия опыта — резко повы­силась мощность ЭМ-излучения. Плазма стала горячее и, следовательно, менее плотной, более легкой. Плазменный шар стал всплывать вверх. Чтобы удержать молнию в центре «бочки», попробовали повысить мощность соленоидного кольца. Ничего не получилось: молния под­нималась вверх — только чуть медленнее. Сотрудники П. Л. Капицы предложили демонтировать установку, строить новую, имеющую значи­тельно более сильную соленоидную систему. Но П. Л. Капица нашел другое решение. Какое?

Задача 4. Предположим, что на одной из планет системы Тау Кита обнаружена жизнь. Правда, всего лишь в виде планктона. Автоматы доставили на Землю образцы воды с крохотными (50—100 микрон) комочками живой материи. Сразу же возникла задача: как наблюдать «инопланетян» в микроскоп, если они находятся в постоянном броунов­ском движении? Посмотришь в микроскоп и ничего не разглядишь: тау-китяне, как сказано у поэта, «то явятся, то растворя~с

Чтобы вести наблюдение с помощью микроскопа, Объ*~*г нужно остановить и некоторое время (1—2 минуты) подержать L_a месте. Требуется предложить идею способа фиксирования микрообъектов в жид­кости (в условиях максимально близких к естественным).

Задача 5. Из описания к а. с. 903 090: «Известен способ шлифова­ния деталей инструментом в виде баллона из эластичного материала, рабочая поверхность которого покрыта абразивом. Шлифование проис­ходит в условиях постоянного прижима инструмента к заготовке. Для равномерного прижима абразива к обрабатываемой поверхности в баллон вводят ферромагнитные частицы, образующие суспензию, а инструмент прижимают путем воздействия на него постоянным маг­нитным полем. Реализация данного способа позволяет повысить равно­мерность прижима абразива к обрабатываемой поверхности и точность обработки. Однако одновременно, вследствие увеличения площади кон­такта круга с заготовкой, в зоне резания повышается температура, усиливается затупление абразива, что приводит к повышению шерохо­ватости обрабатываемых поверхностей и снижает производительность процесса...» Как быть?

Задача 6. При распиливании драгоценных камней и чистых крис­таллов применяют очень тонкие пильные полотна: чем тоньше полотно, тем меньше отход? Л Привод полотна может быть любым (ручным, механическим, элек^омагнитным и т. д.). Сложность состоит в обес­печении строго постоянной по величине и направлению силы прижатия ко дну паза (пропила, разреза). Постоянство величины силы обеспе­чивает однородность плоскости после разрезания (без помутнений, тем­пературных напряжений и т. д.). Непостоянство силы по направле­нию — гарантия сколов. Нужна идея способа, дающего строго постоян­ную силу прижатия полотна.

Задача 7. Как зафиксировать образование первых трещин при испытаниях на усталость металлических образцов, например, шатуна?

Задача 8. Сортировка металлического лома. При переработке дефектных иди изношенных деталей и металлического лома с целью вторичного использова­ния требуется, прежде всего, разделить этот лом по виду металла, например, цветные металлы, черные (различные стали) и так далее. Ручная сортировка дает неплохие результаты, но крайне непроизводительна. Это объясняется не­обходимостью отделять компоненты из лома по одному, перемещать их к мес­ту измерения, проводить анализ и перемещать к месту накопления односорт-ных компонентов. Применение точных автоматических анализаторов также не достигает цели, так как они ненадежно работают в условиях производства, на­пример, окраска многих деталей искажает результаты измерений. Было бы по­лезно, по крайней мере, для предварительной сортировки применить какие-то другие способы, более пригодные в качестве промышленной технологии.

Задача 9. Фирма Microsoft патентует... куклу! Универсальным средством ин- I теллектуального и эмоционального развития детей являются игры с объемны­ми предметами, например, с различными наборами для конструирования, с куклами и так далее. Но вот проблема: куклы неразговорчивы, не могут быть собеседником, рассказывать ему сказки, не могут смотреть вместе с ребенком интересную и полезную телевизионную передачу, не могут плакать и смеяться вместе с ребенком, не могут... Вы вполне можете продолжить этот перечень, чтобы заменить в нем вскоре не могут на «могут».

Задача 10. Шумящая сеть. В морях ежегодно гибнут многие тысячи дельфи­нов, запутавшихся в рыболовных сетях. Они стремятся к сетям, пытаясь охо­титься на попавшую в сети рыбу, и сами становятся жертвами сетей. Как можно повысить безопасность сетей для дельфинов?

Задача 11. Две шляпки одним ударом. При производстве некоторых изделий забитый гвоздь нужно извлечь. Это характерно для тех случаев, когда гвоздь используется как элемент для временного, вспомогательного соединения де­талей, после чего он должен быть удален. Это не просто сделать, не повреж­дая материал, в котором находится гвоздь, особенно шляпка гвоздя. В матери­ал вдавливают острые концы специальных плоскогубцев или какой-нибудь острый и прочный предмет, чтобы зацепиться за шляпку, плотно прижатую к поверхности изделия, а иногда и полностью утопленную в материал. Задача 12. Протезирование сосудов. Ряд операций на кровеносных сосудах, на стенках пищевода, на желчных протоках и на некоторых других сосудах про­водится с установкой поддерживающего протеза (трубки, спирали и т. п.) внутрь или снаружи сосуда. Протез придает сосуду требуемую форму, либо расширяя сосуд, либо сжимая его. В обоих случаях возникает острое противо­речие: рабочий диаметр (сечение) протеза не соответствует размеру (сечению) поврежденного сосуда. Так, в узкий сосуд надо вставить более широкий про­тез, а на расширенный сосуд надеть узкий протез. Применение протезов с пружинящими свойствами сложно при большой длине протеза, так как его трудно удерживать в предварительно сжатом состоянии при установке внутрь сосуда или, наоборот, в растянутом состоянии при установке поверх сосуда. Нужен протез, который мог бы сам устанавливаться в нужное рабочее состоя­ние при исходном состоянии, удобном для проведения операции

Задача 13. Мощная звуковая колонка... на ладони. Самая громоздкая часть любой аудиоаппаратуры — звуковые колонки, особенно низкочастотные. Причем, чем качественнее аппаратура, тем большие размеры имеют низкочас­тотные колонки. Это связано с тем, что для воспроизведения низких частот нужен излучательный элемент (динамик) большого диаметра.

Задача 14. Зеркало для телескопа. Как изготовить зеркало идеальной вогнутой пара-
болической формы из расплавленной стеклокерамики для телескопа диамет-

ром 8 метров?

Контрольные вопросы

1.Как обозначаются вещества и поля в вепольном анализе?

Что означает термин «веполь»?

2. К какому классу, и к какому стандарту относится следующее устройство:

Пример:

«Способ демпфирования механических колебаний путём перемещения металлического неферромагнитного подвижного элемента между полюсами магнита, отличающийся тем, что, с целью уменьшения времени демпфирования, в зазор между полюсами магнита и подвижным элементом вводят магнитную жидкость и меняют напряженность магнитного поля пропорционально амплитуде колебаний.»

3.Что обозначает волнистая стрелка между обозначением веществ и полей?

4.Как построить исходную модель технической задачи на «языке» вепольных проебразований?

5.В чем отличия 1 и 2 классов «Стандартных решений задач технического творчества»?

Литература

1.Орлов М.А. Основы классической ТРИЗ. Практическое руководство для изобретательного мышления. - 2-е изд., испр. и доп. – М.: СОЛОН-ПРЕСС, 2006. – 432 с.: ил.

2. Сорокин А.А., Юдин В.В., Семенова Ю.В. Проблемы выбора технических решений, Учебное пособие, РГАТА, 2005. -