2015-10-13
1172
Рекомендуемая литература: [2], с.162-196; [3], с.93-163; [4], с.149-154, 177-188, 300-338; [5], с.42-109; [6], с.86-220.
В практике технического творчества широко используются три основных фонда: фонд физических эффектов и явлений; фонд технических решений; фонд эвристических приемов.
Они могут быть использованы специалистом при анализе и выборе задач, поиске идей решения, синтезе новых технических объектов, анализе технико-экономической эффективности найденного решения по сравнению с известными, прогнозировании развития науки и техники, составлении заявки на изобретение и проверке его патентоспособности и т. д.
Использование известных физических эффектов и явлений (ФЭиЯ) – это наиболее эффективный путь преодоления физических противоречий, выявленных в технической задаче. Использование ФЭиЯ необходимо после формулирования условия задачи, идеального результата, выявления физических, и технических противоречий и формулирования в общем виде действий, которые нужны для устранения противоречия. В этих условиях, решая прямую задачу, удобно пользоваться таблицей типа "нужное действие - физический эффект".
|
|
|
Можно решать обратную задачу, в которой, зная физический эффект, нужно найти техническую проблему, к которой он может быть применен для устранения какого-либо технического недостатка, улучшения какого-либо показателя. Для этого можно пользоваться таблицами типа "физический эффект - получаемое действие".
В обоих случаях применению арсенала ФЭиЯ предшествует изучение их физической сути, анализ полезных и вредных проявлений физических эффектов и т.п.
Фонд технических решений (ТР) можно рассматривать как фонд конкретных примеров, как иллюстрацию применения ФЭиЯ. В то же время существует целый ряд ТР, которые сами по себе универсальны и выражают научную идею в общей технической форме. Поэтому становится возможным их непосредственное использование для решения новых технических задач (в особенности это касается так называемых "пионерских" изобретений).
Ознакомиться с фондом физических эффектов и явлений можно в [3, 4]. Рассмотрим более подробно фонд эвристических приемов.
Эвристический прием (ЭП) – краткое указание того, какие преобразования в технической системе можно провести для получения нового решения, достижения поставленной цели. ЭП обычно не содержит прямого однозначного указания, как преобразовать прототип. Различным людям требуется приложить различные усилия, чтобы догадаться до искомого (удовлетворительного) технического решения.
Межотраслевой ФЭП содержит описания 180 отдельных эвристических приемов, которые разделены на 12 групп. Он состоит из совокупности приемов, которые содержатся в известных методах поиска новых ТР (в т.ч. в списках контрольных вопросов), в сборниках изобретательских приемов разных авторов, в том числе 40 типичных приемов преодоления ТП из арсенала АРИЗ (табл. 5.1), в специальной литературе по конструированию, в публикациях изобретателей, которые пишут о своей работе, в картотеках и рукописных материалах отдельных изобретателей и специалистов. Наиболее полное описание ФЭП дано в [4, 5, 6].
|
|
|
Постановку и решение технической изобретательской задачи (ТИЗ) методом эвристических приемов следует начитать с предварительной формулировки задачи. Для поиска решения необходимы следующие исходные данные:
1. конкретный прототип, который требуется улучшить;
2. главный недостаток прототипа, который требуется устранить;
3. главное противоречие развития прототипа, которое требуется устранить.
После определения этих данных переходят к выбору подходящих эвристических приемов.
Изучение этой темы предполагает решение двух задач: прямой и обратной.
Задание 1.
Предложить новые решения технической изобретательской задачи (по заданию преподавателя), используя фонд эвристических приемов и фонд технических решений.
Задание 2.
Проанализировать, какие эвристические приемы были использованы в конкретном техническом решении задачи, представленном в виде описания изобретения (по заданию преподавателя).
Таблица 5.1 – Основные приемы устранения технических противоречий
| № п/п | Прием, его содержание, подприемы |
| Принцип дробления | |
| а | разделить объект на независимые части |
| б | выполнить объект разборным |
| в | увеличить степень дробления объекта |
| Принцип вынесения | |
| отделить от объекта часть, которая „мешает” или ее свойство; или выделить единственно нужную часть или нужное свойство | |
| Принцип местного качества | |
| а | перейти от однородной структуры объекта или внешней среды к неоднородной |
| б | разные части должны иметь разные функции |
| в | каждая часть объекта должна находиться в условиях, которые более всего оказывают содействие работе |
| Принцип асимметрии | |
| перейти от симметричной формы объекта к асимметричной | |
| Принцип объединения | |
| а | объединить однородные или предназначенные для сопредельных операций объекты |
| б | объединить во времени однородные или сопредельные операции |
| Принцип универсальности | |
| Принцип матрешки | |
| Принцип антивеса. Компенсировать вес объекта | |
| а | соединением с другим, имеющим подъемную силу |
| б | взаимодействием со средой |
| Принцип предыдущего напряжения | |
| заранее провести изменения объекта, противоположные недопустимым рабочим изменениям |
Продолжение табл. 5.1
| Принцип упреждающего выполнения | |
| а | заранее выполнить нужное изменение объекта |
| б | заранее расположить объекты так, чтобы они вступали в действие без затрат времени на их доставку и из наиболее удобного места |
| Принцип заранее подложенной подушки | |
| компенсировать относительно невысокую надежность объекта заранее заготовленными способами | |
| Принцип эквипотенциальности | |
| изменить условия работы так, чтобы не приходилось поднимать или опускать объект | |
| Принцип наоборот | |
| а | вместо действия, которое диктуется условиями задачи, осуществить противоположное действие |
| б | сделать подвижную часть объекта или внешней среды неподвижной, а неподвижную – подвижной |
| в | перевернуть объект "вверх ногами" |
| Принцип сферичности | |
| а | перейти от прямолинейных частей к криволинейным, от плоских к сферическим, от частей в виде куба или параллелепипеда – к шаровым конструкциям |
| б | использование роликов, шариков, спиралей |
| Принцип динамичности | |
| а | характеристики объекта или внешней среды должны изменяться так, чтобы быть оптимальными на каждом этапе работы |
| б | разделить объект на части, способные перемещаться одна относительно другой |
| Принцип частичного или избыточного решения | |
| если тяжело получить 100 % нужного эффекта, следует получить "немного больше" или "немного меньше" – задача может существенно упроститься | |
| Принцип перехода в другое измерение |
Продолжение табл. 5.1
|
|
|
| а | трудности, связанные с движением или размещением объекта по линии устраняются, если объект приобретает возможность двигаться на плоскости; задачи, связанные с движением или размещением на плоскости, устраняются при переходе к 3-мерному пространству |
| б | многоэтажная компоновка вместо одноэтажной |
| в | использование обратной стороны данной плоскости |
| г | использование оптических потоков, которые падают на соседнюю площадь или обратную сторону имеющейся |
| Использование механических колебаний | |
| а | привести объект к колебательному движению |
| б | если осуществляются колебания, увеличить частоту |
| в | вместо механических применить пъезовибраторы |
| г | использовать ультразвуковые колебания в объединении с электромагнитными полями |
| Принцип периодического действия | |
| а | перейти от непрерывного действия к периодическому, импульсному |
| б | если действие осуществляется периодически, изменить периодичность |
| Принцип непрерывности полезного действия | |
| а | вести работу непрерывно – все части объекта работают с полной нагрузкой |
| б | устранить холостой ход и промежуточные действия и перейти от возвратно-поступательного к вращающемуся |
| Принцип проскока | |
| преодолеть вредные или опасные стадии процесса на большой скорости | |
| Принцип преобразования вреда в пользу | |
| а | использовать вредные факторы для получения положительного эффекта |
| усилить вредный фактор до такой степени, чтобы он перестал быть вредным | |
| Принцип обратной связи | |
| а | ввести обратную связь |
| б | если она есть, изменить ее |
Продолжение табл. 5.1
|
|
|
| Принцип посредника | |
| использовать промежуточный объект посредника | |
| Принцип самообслуживания | |
| а | объект должен сам себя обслуживать, выполняя вспомогательные и ремонтные операции |
| б | использовать отходы энергии, вещества |
| Принцип копирования | |
| а | вместо сложного объекта использовать его упрощенные копии |
| б | заменить объект оптической копией – изображением, использовать изменение масштаба |
| в | если используются видимые оптические копии, перейти к инфракрасным или ультрафиолетовым |
| Дешевая недолговечность взамен дорогой долговечности | |
| заменить дорогой объект набором дешевых, поступившись некоторыми свойствами | |
| Замена механической среды | |
| заменить электрической, оптической, акустической, тепловой схемой и т.п. | |
| Использование пневмо- и гидроконструкций вместо твердых частей объекта; использование надувной, гидронаполненной, воздушной подушки, гидростатических и гидрореактивных конструкций | |
| Использование гибких оболочек и тонких пленок, изоляция объекта от внешней среды | |
| Применение пористых материалов | |
| а | выполнить объект пористым, использовать пористые части |
| б | заполнить поры каким-нибудь веществом |
| Принцип изменения окраски, цвета | |
| изменить цвет объекта или обеспечить прозрачность, применить красящие добавки или меченые атомы | |
| Принцип однородности | |
| объекты, которые взаимодействуют сделать из одного материала или из материалов, близких по своим свойствам |
Продолжение табл. 5.1
| Принцип отбрасывания и регенерации частей | |
| часть, которая выполнила свое назначение, отбрасывается, растворяется, видоизменяется, испаряется | |
| Изменение физико-химических параметров | |
| а | изменить агрегатное состояние объекта |
| б | изменить концентрацию или консистенцию |
| в | изменить степень гибкости |
| г | изменить температуру, объем |
| Применение фазовых преобразований | |
| использовать явления при фазовых преобразованиях: изменение объема, выделение или поглощение тепла и т.п. | |
| Применения термического расширения | |
| использовать расширение или сжатие, применить несколько материалов с разными коэффициентами термического расширения | |
| Применение сильных окислителей | |
| обогатить воздух кислородом, применить озон, действовать ионизирующим излучением | |
| Увеличить степень инертности | |
| заменить обычную среду нейтральной, ввести в объект нейтральные части или добавки, использовать вакуум | |
| Применение композиционных материалов, переход от однородных материалов к композиционным |
Рекомендуемая литература
1. Основы научных исследований: Учеб. для техн. вузов / под ред. Н.И. Крутова, В.В. Попова. – М., 1989. – 400 с.
2. Основы научных исследований и технического творчества / И.В. Белый, К.П. Власов, В.Б. Клепиков. – Харьков, 1989. – 200 с.
3. Чус А.В., Данченко В.Н. Основы технического творчества. – К., 1983. – 184 с.
4. Половинкин А.И. Основы инженерного творчества.: Учеб. Пособие для студентов втузов. – М., 1988. –368 с.
5. Альтшуллер Г.С. Творчество как точная наука. – М., 1979. – 174 с.
6. Альтшуллер Г.С. Алгоритм изобретения. – М., 1973. – 295 с.
7. ГОСТ 7.1–84. Библиографическое описание документа. Общие требования и правила составления.
8. ДСТУ 3008-95. Документация. Отчеты в сфере науки и техника. Структура и правила оформления.
9. Поиск материалов и оформление библиографического списка к научной работе: (методические указания и рекомендации). / Олейникова Л.И., Ткаченко Т.В. – Мариуполь, 2003. – 44 с.
Приложения
Таблица П1 – Интегральная функция Лапласа
| t | р д | t | р д | t | р д |
| 0,00 | 0,0000 | 0,75 | 0,5467 | 1,50 | 0,8664 |
| 0,05 | 0,0399 | 0,80 | 0,5763 | 1,55 | 0,8789 |
| 0,10 | 0.0797 | 0,52 | 0,6047 | 1,60 | 0,8904 |
| 0,15 | 0,1192 | 0,90 | 0,6319 | 1,65 | 0,9011 |
| 0,20 | 0,1585 | 0,95 | 0,6579 | 1,70 | 0,9109 |
| 0,25 | 0,1974 | 1,00 | 0,6827 | 1,75 | 0,9199 |
| 0,30 | 0,2357 | 1,05 | 0,7063 | 1,80 | 0,9281 |
| 0,35 | 0,2737 | 1,10 | 0,7287 | 1,85 | 0,9357 |
| 0,40 | 0,3108 | 1,15 | 0,7419 | 1,90 | 0,9426 |
| 0,45 | 0,3473 | 1,20 | 0,7699 | 1,95 | 0,9488 |
| 0,50 | 0,3829 | 1,25 | 0,7887 | 2,00 | 0,9545 |
| 0,55 | 0,4177 | 1,30 | 0,8064 | 2,25 | 0,9756 |
| 0,60 | 0,4515 | 1,35 | 0,8230 | 2,50 | 0,9876 |
| 0,65 | 0,4843 | 1,40 | 0,8385 | 3,00 | 0,9973 |
| 0,70 | 0,5161 | 1,45 | 0,8529 | 4,00 | 0,9999 |
Таблица П2 – Коэффициент Стьюдента aст
| n | рд | |||||
| 0,80 | 0,90 | 0,95 | 0,99 | 0,995 | 0,999 | |
| 1,383 | 1,83 | 2,26 | 3,25 | 3,69 | 4,78 | |
| 1,363 | 1,80 | 2,20 | 3,11 | 3,50 | 4,49 | |
| 1,350 | 1,77 | 2,16 | 3,01 | 3,37 | 4,22 | |
| 1,341 | 1,75 | 2,13 | 2,95 | 3,29 | 4,07 | |
| 1,333 | 1,74 | 2,11 | 2,90 | 3,22 | 3,96 | |
| 1,328 | 1,73 | 2,09 | 2,86 | 3,17 | 3,88 | |
| 1,310 | 1,70 | 2,04 | 2,75 | 3,20 | 3,65 | |
| 1,306 | 1,68 | 2,02 | 2,70 | 3,12 | 3,55 | |
| 1,298 | 1,68 | 2,01 | 2,68 | 3,09 | 3,50 | |
| 1,290 | 1,67 | 2,00 | 2,66 | 3,06 | 3,46 | |
| ¥ | 1,282 | 1,64 | 1,96 | 2,58 | 2,81 | 3,29 |
n – число параллельных серий опытов
Таблица П3 – Критерий появления грубых ошибок bmax
| n | bmax при рд | n | bmax при рд | ||||
| 0,90 | 0,95 | 0,99 | 0,90 | 0,95 | 0,99 | ||
| 1,41 | 1,41 | 1,41 | 2,33 | 2,49 | 2,80 | ||
| 1,64 | 1,69 | 1,72 | 2,35 | 2,52 | 2,84 | ||
| 1,79 | 1,87 | 1,96 | 2,38 | 2,55 | 2,87 | ||
| 1,89 | 2,00 | 2,13 | 2,40 | 2,58 | 2,90 | ||
| 1,97 | 2,09 | 2,26 | 2,43 | 2,60 | 2,93 | ||
| 3,04 | 2,17 | 2,37 | 2,45 | 2 62 | 2,96 | ||
| 2,10 | 2,24 | 2,46 | 2,54 | 2,72 | 3,07 | ||
| 2,15 | 2,29 | 2,54 | 2,61 | 2,79 | 3,16 | ||
| 2,19 | 2,34 | 2,61 | 2,67 | 2,85 | 3,22 | ||
| 2,23 | 2,39 | 2,66 | 2,72 | 2,90 | 3.28 | ||
| 2,26 | 2,43 | 2,71 | 2,76 | 2,95 | 3,33 | ||
| 2,30 | 2,46 | 2,76 | 2,80 | 2,99 | 3,37 |
Таблица П4 – Коэффициент для вычисления предельно допустимой ошибки измерения q
| n | рд | |||
| 0,95 | 0,98 | 0,99 | 0,995 | |
| 3,04 | 4,10 | 5,04 | 9,43 | |
| 2,78 | 3,64 | 4,36 | 7,41 | |
| 2,62 | 3,36 | 3,96 | 6,37 | |
| 2,51 | 3,18 | 3,71 | 5,73 | |
| 2,43 | 3,05 | 3,54 | 5,31 | |
| 2,37 | 2,96 | 3,41 | 5,01 | |
| 2,29 | 2,83 | 3,23 | 4,62 | |
| 2,24 | 2,74 | 3,12 | 4,37 | |
| 2,20 | 2,68 | 3,04 | 4,20 | |
| 2,17 | 2,64 | 3,00 | 4,07 | |
| 2,15 | 2,60 | 2,93 | 3,98 | |
| 1,96 | 2,33 | 2,58 | 3,29 |
