2020-05-25
51
Адаптация: крыша должна удерживать снег периодически, а периодически не удерживать снег. Крыша должна периодически очищаться от снега. Следует установить на ней периодический очиститель.
Решение: Установить на крыше надувную подушку, в которую периодически резко подавать газ. Надуваясь и увеличиваясь, подушка будет сбрасывать снег с себя и крыши.
Пример 1. Известен способ исследования процесса дуговой сварки с использованием дополнительного осветителя. Однако при дополнительном освещении наряду с улучшением видимости твердого и жидкого материала, находящегося в области дуги, ухудшается видимость плазменно-газовой фазы столба дуги (явное техническое противоречие!). Предложенный способ отличается тем, что яркость дополнительного осветителя периодически изменяют от нуля до величины, превышающей яркость дуги. Это позволяет совместить наблюдение, как за самой дугой, так и за процессом плавления электрода и переноса металла.
Пример 2. Способ контроля исправности термопары путем подогрева ее и проверки наличия в цепи э.д.с., отличающийся тем, что с целью уменьшения времени контроля нагревают термопару периодическими импульсами тока, а в промежутки времени между импульсами проверяют наличие термо-э.д.с.
|
|
|
Задания для самостоятельного решения
1) Придумайте свою задачу, используя данный принцип, предложите вариант или варианты её решения.
2) Предложите решение ситуации.
Ситуация:
Мартин Иден – обычный работяга, бывший моряк, вышедший из самых низов буржуазного общества. Случайно познакомившись с девушкой из состоятельной семьи, Мартин решает любым путем достичь успеха, стать своим в высшем свете и тем самым добиться расположения избранницы.
Осуществлять свои планы молодой человек начинает с самообразования, твердо решив поскорее стать высокооплачиваемым писателем. Для этого ему необходимо в совершенстве освоить родную английскую речь. Нелегкое задание для человека, который пока еще с трудом может связно выразить свои мысли и не знает значений многих слов. Как ускорить овладение языком, если кроме самообразования приходится регулярно отвлекаться на различные бытовые дела, а на счету каждая минута?
Системное противоречие:
Списки с заучиваемыми словами должны все время быть перед глазами, чтобы быстро их выучить, и не должны постоянно быть перед глазами, потому что надо часто отвлекаться на быт.
3. 20 Принцип непрерывности полезного действия
а) Вести работу непрерывно (все части объекта должны все время работать с полной нагрузкой);
б) Устранить холостые и промежуточные ходы.
Пример 1. Авторское свидетельство № 126440. Способ многоствольного бурения скважин двумя комплектами труб. При одновременном бурении двух-трех скважин применяется ротор с несколькими стволами, включаемыми в работу независимо друг от друга, и два комплекта бурильных труб, поочередно поднимаемых и опускаемых в скважины для смены отработанных долот. Операции по смене долот совмещаются во времени с автоматическим бурением в одной из скважин.
|
|
|
Пример2. Авторское свидетельство № 268926. Способ транспортировки сахара-сырца на судах, отличающийся тем, что, с целью снижения стоимости транспортировки путем утилизации свободных пробегов, используют танкеры, которые после разгрузки от нефтепродуктов или других жидких грузов, очистки и обработки моющими средствами загружают сахаром-сырцом.
Задания для самостоятельного решения
1) Придумайте свою задачу, используя данный принцип, предложите вариант или варианты её решения.
2) Придумайте способ кустового бурения скважин?
3. 21 Принцип проскока
Вести процесс или отдельные его этапы (например, вредные или опасные) на большой скорости.
Пример 1. Авт. свид. СССР № 241484. Способ скоростного нагрева металлических заготовок в потоке газа, отличающийся тем, что с целью повышения производительности и уменьшения обезуглероживания газ подают со скоростью не менее 200 м/сек, при сохранении потока постоянным на всем протяжении его контакта с заготовками.
Пример 2. Авт. свид. СССР № 112889. При разгрузке палубного лесовоза его накреняют с помощью судна - кренователя. Чтобы в воду свалился весь лес, приходится создавать большой крен лесовоза, а это опасно. Предлагаемый способ состоит в том, что лесовоз быстро (“рывком”) накреняют на небольшой угол. Возникает динамическая нагрузка, и лес разгружается при небольшом угле крена.
Задания для самостоятельного решения
1) Решите задачу. Вредным является процесс удержания снега. Его нужно осуществлять так быстро, чтобы нагрузка на крышу не превзошла критическую. Крыша должна появляться на некоторое время, в течение которого она начнет деформироваться под действием нагрузки, но недостаточное для развития разрушающих деформаций. После чего на ее месте должна оказываться другая, недеформированная крыша.
2) Как можно спасти солдата, наступившего на противопехотную мину?
3. 22 Принцип «обратить вред в пользу»
а) использовать вредные факторы (в частности, вредное воздействие среды) для получения положительного эффекта;
б) устранить вредный фактор за счет сложения с другими вредными факторами;
в) усилить вредный фактор до такой степени, чтобы он перестал быть вредным.
Пример. «Способ восстановления сыпучести смерзшихся насыпных материалов, отличающийся тем, что с целью ускорения процесса восстановления сыпучести материалов и снижения трудоемкости смерзшийся материал подвергают воздействию сверхнизких температур» (а. с. № 409 938.)
Задания для самостоятельного решения
1) Где вы сталкивались с принципом «обратить вред в пользу»? Приведите пример.
2) Вредным фактором является снег. Усилить его - значит увеличить его количество. Если увеличить количество снега аж до самой земли, то он начнет держать себя сам. Как это можно использовать в жизни?
3. 23 Принцип обратной связи
а) ввести обратную связь;
б) если обратная связь есть, изменить ее.
Пример 1. Внутри градирни ветер образует циркуляционные зоны, что снижает глубину охлаждения воды. Чтобы повысить эффективность охлаждения, в секциях градирни устанавливают температурные датчики и по их сигналам, автоматически изменяют количество подаваемой воды.
Пример 2. Способ автоматического запуск конвейера, отличающийся тем, что с целью экономии электроэнергии, потребляемой в момент запуска конвейерного двигателя, измеряют мощность, потребляемую двигателем конвейера во время работы, фиксируют ее в момент остановки конвейера и полученный сигнал, обратно пропорциональный весу материала на конвейере, подают на пусковой двигатель в момент запуска конвейера.
|
|
|
Пример 3. Способ автоматического регулирования процесса ректификации путем воздействия на расход орошения в колонну в зависимости от температуры и давления на выходе продукта, отличающийся тем, что с целью стабилизации содержания одного из компонентов в трехкомпонентной смеси дополнительно вводят коррекцию по удельному весу выходного продукта.
Задания для самостоятельного решения
1) Придумайте примеры, используя данный принцип, и объясните их.
2) Вы подъехали к магазину на велосипеде. Вам надо зайти в магазин. Как предотвратить угон велосипеда? Сколько вариантов решений вы придумали?
3. 24 Принцип «посредника»
а) использовать промежуточный объект, переносящий или передающий действие;
б) на время присоединить к объекту другой (легкоудаляемый) объект.
То есть при генерировании идей мы можем внедрить, заменить, улучшить посредника. Посмотрите, что произошло с "посредником", участвующим в покупках в супермаркетах. Однажды владельцу супермаркета пришло в голову заменить пакеты, на тележки! То есть заменили только "посредника" между покупателем и товаром, а как хорошо стало всем: и покупателям (легче нести), и продавцам (больше покупают)!
А книги-посредники между нами и чудесными мирами!
Пример 1. Способ подвода электрического тока в жидкий металл, отличающийся тем, что с целью снижения электрических потерь ток к основному металлу подводят охлаждаемыми электродами через промежуточный жидкий металл, температура плавления которого ниже, а плотность и температура кипения выше, чем у основного металла.
Пример 2. Способ нанесения летучего ингибитора атмосферной коррозии на защищаемую поверхность, отличающийся тем, что с целью получения равномерного покрытия внутренних поверхностей сложных деталей через последние продувают нагретый воздух, насыщенный парами ингибитора.
|
|
|
Задания для самостоятельного решения
1) Придумайте задачи, используя данный принцип, и решите её. Важно: задачи носят творческий характер, поэтому не имеют однозначно верного решения.
2) Решите задачу. Сюжет: в США на побережье жила колония пеликанов. Одно время там находился плавучий завод для переработки рыбы, который сбрасывал отходы в океан. Пеликаны питались ими, и их количество значительно возросло. Экологи забили тревогу и добились закрытия завода. Выяснилось, что пеликаны разучились добывать пищу самостоятельно. Как не допустить вымирания?
3. 25 Принцип самообслуживания
а) Объект должен сам себя обслуживать, выполняя вспомогательные и ремонтные операции;
б) Использовать отходы (энергии, вещества).
Пример 1. Дробеметный аппарат, корпус которого облицован изнутри износоустойчивыми плитами, отличающийся тем, что, с целью повышения стойкости облицовки, плиты выполнены в виде магнитов, удерживающих на своей поверхности защитный слой дроби. На стенках дробемета возникает, таким образом, постоянно обновляемый защитный слой дроби.
Пример 2. Способ сооружения каналов оросительных систем из сборных элементов, отличающийся тем, что, с целью упрощения транспортировки изделий после монтажа начального участка канала, его торцы закрывают временными диафрагмами, готовый участок канала затопляют водой и последующие элементы, также закрытые с торцов временными диафрагмами, сплавляют по этому участку канала.
Задания для самостоятельного решения
1) Придумайте задачи, используя данный принцип, и решите её.
2) Крыша гаража должна себя обслуживать. Так как снег она не пропускает, то обслуживание может заключаться в самоочистке от снега. У крыши должны быть элементы, помогающие ей очиститься от снега. Желательно за счет самого снега. Какие это элементы?
3. 26 Принцип копирования
а) Вместо недоступного, сложного, дорогостоящего, неудобного или хрупкого объекта использовать его упрощенные и дешевые копии;
б) Заменить объект или систему объектов их оптическими копиями (изображениями). Использовать при этом изменение масштаба (увеличить или уменьшить копии);
в) Если используются видимые оптические копии, перейти к копиям инфракрасным или ультрафиолетовым.
Пример 1. Авт. свид. СССР № 86560. Наглядное учебное пособие по геодезии, выполненное в виде написанного на плоскости художественного панно, отличающееся тем, что с целью последующей геодезической съемки с панно изображения местности оно выполнено по данным тахеометрической съемки и в характерных точках местности снабжено миниатюрными геодезическими рейками.
Пример 2. Иногда необходимо (для измерений или контроля) совместить два объекта, которые физически совместить невозможно. В этих случаях целесообразно применять оптические копии. Так была, например, решена задача пространственных измерений на рентгеновских снимках. Обычный рентгеновский снимок не позволяет определить, на каком расстоянии от поверхности тела находится очаг заболевания. Стереоскопические снимки дают объемное изображение, но и в этом случае измерения приходится вести на глаз: ведь внутри тела нет масштабной линейки! Нужно, таким образом, “совместить несовместимое”: тело человека, подвергнутого просвечиванию, и масштабную линейку.
Новосибирский изобретатель Ф. И. Аксенов решил эту задачу, применив метод оптического совмещения. По способу Ф. И. Аксенова стереоскопические рентгеновские снимки совмещаются со стереоскопическими же снимками решетчатого куба. Рассматривая в стереоскоп совмещенные снимки, врач видит “внутри” больного решетчатый куб, играющий роль пространственного масштаба.
Вообще, во многих случаях выгоднее оперировать не с объектами, а с их оптическими копиями.
Задания для самостоятельного решения
1) Спортивные рекорды устанавливаются для того, чтобы быть побитыми…
В идеале хорошо бы тренироваться в паре с лидером, бегущим или плывущим по графику рекорда. Но где раздобыть столько чемпионов для каждого тренирующегося спортсмена? Итак, проблема: чем можно заменить чемпиона города (страны, мира) на беговой или плавательной дорожке?
2) Как быстро и точно узнать площадь страны по географической карте? Разбивать ее площадь на квадратики и подсчитывать их число - занятие долгое и утомительное...
3. 27 Принцип дешевой недолговечности взамен дорогой долговечности
Заменить дорогой объект набором дешевых объектов, поступившись при этом некоторыми качествами (например, долговечностью).
Пример 1. Правила асептики требуют, чтобы кипячение шприца с иглами для инъекции продолжалось не менее 45 минут. Между тем во многих случаях бывает необходимо ввести лекарство как можно быстрее (эта задача была актуальной еще до появления одноразовых шприцев). Во Всесоюзном научно-исследовательском институте медицинских инструментов и оборудования создан шприц-тюбик для одноразового пользования. Это тонкостенный сосуд из пластмассы, на горловине которого укреплена стерильная игла, защищенная колпачком. Корпус шприца-тюбика в заводских условиях заполняется лекарственным препаратом и запаивается. Такой шприц можно привести в готовность буквально за считанные секунды—для этого достаточно лишь снять колпачок, прикрывающий иглу. Во время инъекции лекарство из тюбика выдавливается, после чего использованный шприц-тюбик выбрасывают.
Пример 2. Патент США № 3430629. Пеленка одноразового использования. Содержит наполнитель типа промокашки. Существует много патентов такого типа: на одноразовые термометры, мусорные мешки, зубные щетки и т. д.
Задания для самостоятельного решения
1) Приведите примеры принципа дешевой недолговечности взамен дорогой долговечности.
2) Крыша гаража должна стать одноразовой и уничтожаться после каждого снегопада. Как это сделать?
3. 28 Принцип замены механической системы
а) заменить механическую схему оптической, акустической или “запаховой”;
б) использовать электрические, магнитные и электромагнитные поля для взаимодействия с объектом;
в) перейти от неподвижных полей к движущимся, от фиксированных — к меняющимся во времени, от неструктурных — к имеющим определенную структуру;
г) использовать поля в сочетании с ферромагнитными частицами.
Пример 1. Авт. свид. СССР № 163559. Способ контроля износа породоразрушающего инструмента, например буровых долот, отличающийся тем, что с целью упрощения контроля в качестве сигнализации износа применяют монтируемые в теле долота ампулы с резко пахучими химическими веществами, например с этилмеркаптаном.
Пример 2. Авт. свид. № 154459. Неизнашиваемая винтовая пара (см. рис.). Винтовая пара состоит из винта 1, в резьбу которого уложена обмотка 2, и гайки 3 с обмоткой 4. Винт и гайка расположены с зазором между ними. Гайка 3 жестко связана с подвижным узлом станка или прибора. При прохождении тока по обмоткам 2 и 4 вокруг них создаются магнитные поля. Замыкание этих полей происходит соответственно через гайку и винт, причем магнитный поток достигает максимальной величины при совмещении витков винта и гайки.
При вращении винта магнитный "поток между сместившимися один относительно другого витками обмоток винта и гайки искривляется и, как следствие, возникает усилие, стремящееся восстановить первоначальное взаимное расположение витков. Это усилие и будет вызывать поступательное перемещение гайки с подвижным узлом.
Наличие зазора между винтом и гайкой позволяет значительно продлить срок службы винтовой пары, сделать их практически неизнашиваемыми.
Пример 3. На одном заводе делали сверхювелирную по тонкости работу: шлифовали стенки отверстия диаметром в полмиллиметра.
Для такой операции изготовили миниатюрный шлифовальник диаметром в две десятых миллиметра, обсыпанный алмазной пылью.
Инструментик этот вращала пневматическая турбина со скоростью 1000 оборотов в секунду! Кроме того, щлифовальник двигался по контуру отверстия, обходя его каждую минуту 150 раз. Рабочий был не в силах проникнуть взглядом в зону обработки, не мог уловить момент, когда крохотный инструмент касался детали. Рабочий то затягивал процесс обработки, то кончал его слишком рано, в обоих случаях детали шли в брак.
Собирались уже конструировать уникальный станок-автомат. Но изобретательская мысль нашла простой выход: деталь изолировали от станка, присоединили к ней один полюс электробатарейки, а другой полюс подвели к станку. В цепь включили усилитель и громкоговоритель. Теперь, как только инструмент касался детали, громкоговоритель “вскрикивал”. Кричащий станок издавал звуки, по которым можно было судить и о том, когда началась шлифовка, и о том, как она проходит,— тональность звука менялась.
Пример 4. Авт. свид. СССР № 261372. Способ проведения процессов, например каталитических, в системах с движущимся катализатором, отличающийся тем, что с целью расширения области применения создают движущееся магнитное поле и применяют катализатор с ферромагнитными свойствами.
Пример 5. Авт. свид. СССР № 144500. Способ интенсификации теплообмена в трубчатых элементах поверхностных теплообменников... отличающийся тем, что с целью повышения коэффициента теплоотдачи в поток теплоносителя вводят ферромагнитные частицы, перемещающиеся под действием вращающегося магнитного поля преимущественно у стенок теплообменника, для разрушения и турбулизации пограничного слоя.
Пример 6. Французский патент № 1499276. После обработки деталей в галтовочных барабанах или вибрационных установках детали нужно отделить от абразивных зерен. Если детали крупные, это сделать нетрудно, если они ферромагнитные, их можно выловить на магнитных сепараторах. Но если детали не обладают магнитными свойствами, а по размерам не отличаются от абразивных зернышек? По данному изобретению задача решается тем, что абразиву придают магнитные свойства. Это можно сделать спрессовыванием или спеканием смеси абразивных зерен и магнитных частиц—стружек, крупинок и т. п., а также внедрением их в поры абразивов.
Задания для самостоятельного решения
1) Людям с плохим зрением нужно иметь две пары очков. Одни, чтобы смотреть в даль и другие, чтобы смотреть вблизи, например, читать. Очень неудобно постоянно менять очки. Как быть?
2) Благодаря какому принципу вы решили эту задачу?
3. 29 Принцип использования пневмо- и гидроконструкций
Вместо твердых частей объекта использовать газообразные и жидкие: надувные и гидронаполняемые, воздушную подушку, гидростатические и гидрореактивные.
Пример 1. Цель изобретения — улучшение тяги и увеличение высоты рассеивания отводимых газов. Это достигается тем, что корпус трубы (см. рис.) образован конической спиралью 1, полые витки которой имеют сопла 2 и соединены с полыми опорами 3, свободные концы которых, в свою очередь, присоединены к компрессору 4.
При включении компрессора 4 воздух, поднимаясь под давлением по опорам 3, попадает в спиральные витки корпуса и, вырываясь из сопел 2, создает воздушную “стенку”.
Также примерами могут послужить: спасательные жилеты, пневмодомкрат, гидропресс и др.
Ситуация:
В современном мегаполисе поиск свободного парковочного места может стать настоящей проблемой. Там, где большие по площади официальные парковки переполнены, водителю необходимо обладать орлиным зрением и развитым чутьем, чтобы отыскать свободное пространство для парковки автомобиля. Нужен простой метод, позволяющий быстро определить, где имеется свободное парковочное место. Как быть?
Системное противоречие:
Индикатор свободного места должен быть, чтобы водитель сразу мог определить место для парковки, и такого индикатора быть не должно, чтобы не усложнять систему и не нарушать закон стремления к идеальности.
Решение:
Южнокорейские изобретатели нашли остроумный, простой и дешевый способ индикации свободных парковочных мест. Для их обозначения используются надувные шарики в виде желтой стрелки, которые привязывают к асфальту. Занимая такое место, автомобиль бампером натягивает шарик, который опускается вниз. Когда машина покидает парковку, шарик сам поднимается вверх, где его очень легко заметить тем, кто занят поисками парковочного места.
Задания для самостоятельного решения
1) Приведите ряд примеров, в которых применяется данный принцип.
2) Предложите решение ситуации.
Ситуация:
Каждый, кому хоть раз приходилось просыпаться с утра пораньше под невыносимо противные звуки будильника, знает, какой это стресс. Существуют, конечно, будильники, «дружественные по отношению к пользователю», когда вас будит, скажем, мягко нарастающая по громкости мелодичная музыка. Но ведь в любом случае надо вставать, и никуда от этой необходимости не денешься… А порой так и хочется в момент пробуждения разнести в щепки всё в округе в радиусе десяти миль, и, в первую очередь, ненавистный символ этого суетливого мира – злосчастный будильник. Да ведь жалко – назавтра он опять потребуется. Как быть?
Системное противоречие:
Будильник, должен быть расколочен, чтобы снять стресс, и не должен быть расколочен, чтобы было чем снять стресс завтра утром.
3. 30 Принцип использования гибких оболочек и тонких пленок
а) Вместо обычных конструкций использовать гибкие оболочки и тонкие пленки;
б) Изолировать объект от внешней среды с помощью гибких оболочек и тонких пленок.
Пример 1. Чтобы уменьшить потери влаги, испаряющейся через листья деревьев, американские исследователи опрыскивают их полиэтиленовым "дождем". На листьях создается тончайшая пластмассовая пленка. Растение, укрытое пластмассовым одеялом, развивается нормально благодаря тому, что полиэтилен значительно лучше пропускает кислород и углекислый газ, чем пары воды.
Пример 2. Способ экстракции в системе жидкость - жидкость, отличающийся тем, что, с целью интенсификации процесса массообмена, струю одной фазы подают через слой газа на поверхность другой фазы, перемещаемой пленкой по твердой поверхности.
Пример 3. Так как исходная задача уже подразумевает крышу, как плоскость не имеющую толщины, применение этого приема "в лоб" не даст ничего нового. Значит надо посмотреть на ситуацию по-другому. Пленка - это не обязательно пленка вещества, это может быть пленка воздуха.
Решение: Установить по всей поверхности крыши сопла, подающие воздух. Снег будет или динамически поддерживаться в воздухе или сдуваться в сторону, если крышу или сопла наклонить.
Задания для самостоятельного решения
1) Приведите примеры, в которых используется данный принцип.
2) Как можно усовершенствовать способ формирования газобетонных изделий путем заливки сырьевой массы в форму и последующей выдержки?
3. 31 Принцип применения пористых материалов
а) Выполнить объект пористым или использовать дополнительные пористые элементы (вставки, покрытия и т. п.);
б) Если объект уже выполнен пористым, предварительно заполнить поры каким-то веществом.
Машины всегда строились из плотных (непроницаемых) материалов. Инерция мышления приводит к тому, что задачи, легко решаемые при использовании пористых материалов, зачастую пытаются решить введением специальных устройств и систем, сохраняя все элементы конструкции непроницаемыми. Между тем высокоорганизованной машине присуща проницаемость—примером может служить любой живой организм, начиная с клетки и кончая человеком.
Внутреннее перемещение вещества – одна из важных функций многих машин. «Грубая» машина осуществляет эту функцию с помощью труб, насосов и т. п., «тонкая» машина – с помощью пористых материалов и молекулярных сил.
Пример 1. Авт. свид. СССР № 262092. Способ защиты внутренних поверхностей стенок емкости от отложений твердых или вязких частиц из находящегося в емкости продукта, отличающийся тем, что с целью повышения эффективности защиты и снижения энергозатрат внутрь емкости, изготовленной из пористого материала, подают через ее стенки не образующую отложений жидкость под давлением, превосходящим давление внутри емкости.
Пример 2. Авт. свид. СССР № 283264. Способ внесения добавок в жидкий металл с помощью огнеупорных материалов, отличающийся тем, что с целью улучшения режима внесения добавок в металл погружают пористый огнеупор, предварительно пропитанный материалом добавки.
Задания для самостоятельного решения
1) Как сделать крышу пористой? Назовите несколько вариантов решения задачи.
2) Где вы сталкивались с принципом применения пористых материалов? Назовите примеры.
3. 32 Принцип изменения окраски
а) изменить окраску объекта или внешней среды;
б) изменить степень прозрачности объекта или внешний среды.
Пример 1. В кузнечных и литейных цехах, на металлургических заводах, всюду, где необходимо защитить рабочих от действия жары, применяются водяные завесы. Такие завесы отлично защищают рабочих от невидимых тепловых (инфракрасных) лучей, однако слепяще-яркие лучи от расплавленного металла беспрепятственно проходят сквозь тонкую жидкую пленку. Чтобы защитить рабочих и от них, сотрудники польского Института охраны труда предложили окрашивать воду, из которой создается водяная завеса,— оставаясь прозрачной, она полностью задерживает тепловые лучи и в нужной степени ослабляет силу видимого излучения.
Пример 2. Авт. свид. СССР № 165645. В фиксирующий раствор вводят краситель, который обратимо абсорбируется фотографическим слоем и не закрашивает подложку-бумагу или целлулоид. Краситель при последующей промывке водой должен удаляться из слоя. Скорость вымывания красителя из фотографического слоя примерно равна скорости вымывания тиосульфата натрия или несколько меньше ее. Обесцвечивание фотографического изображения свидетельствует о полноте промывки слоя от остатков солей” при помощи которых производилось фиксирование фотографического материала.
Задания для самостоятельного решения
1) Где вы сталкивались с данным принципом? Приведите примеры.
2) Что будет, если изменить окраску крыши или снега в черный цвет? Назовите преимущество такого метода.
3. 33 Принцип однородности
Объекты, взаимодействующие с данным объектом, должны быть сделаны из того же материала (или близкого ему по свойствам).
Пример 1. Литейный желоб для обработки расплавленного металла звуком или ультразвуком с помощью звукоизлучателя, помещенного в расплавленный металл, отличающийсятем, что находящаяся в соприкосновении с расплавленным металлом часть звукоизлучателя выполнена из того же металла, что необрабатываемый металл, или одного из его легирующих компонентов и частично расплавляется этим расплавленным металлом, а остальная часть звукоизлучателя принудительно охлаждается и остается прочной.
Пример 2. Способ смазывания охлаждаемого подшипника скольжения, отличающийся тем, что с целью улучшения смазывания при повышенных температурах в качестве смазывающего вещества берут тот же материал, что и материал вкладыша подшипника.
Пример 3. Способ очистки газов от пыли, содержащей расплавленные частицы, отличающийся тем, что с целью повышения эффективности процесса исходные газы барботируют в среде, образованной при слиянии этих же частиц в расплав.
Пример 4. Способ сварки металлов, при котором свариваемые кромки устанавливают с зазором и подают в него присадочный материал с последующим нагревом свариваемых кромок, отличающийся тем, что с целью улучшения сварки в качестве присадочного материала используют летучие соединения тех же металлов, что и свариваемые.
Задания для самостоятельного решения
1) Тринадцатилетний эскимосский парнишка Киш и его мать оказались в трудном положении. Отец Киша героически погиб на охоте, но соплеменники, быстро забыв о заслугах отца, перестали делиться с Кишем и его матерью справедливой долей охотничьей добычи. Семья бедствовала. И вот однажды на общем совете Киш демонстративно бросил вызов соплеменникам. Он заявил во всеуслышание, что тоже будет охотиться и справедливо делить добычу, чем вызвал насмешки и неудовольствие присутствующих. Итак, вызов брошен, осталось за него «ответить». Надо выполнить данное племени обещание, но как это сделать подростку, который с трудом может держать в руках тяжелое отцовское копьё? И тем не менее, Киш ушел из поселка и вернулся на четвертый день, велев охотникам идти по его следу, где их ждёт много мяса – медведица и двое медвежат… Как такое могло произойти?
2) Ученые подсчитали, что на каждого москвича приходится семнадцать крыс, и эти вредные грызуны со страшной силой продолжают размножаться в подвалах домов, на свалках, где для них практически не существует серьезной опасности. Как заставить крыс убраться из дома? В Германии, например, пытаются использовать ультразвуковые установки, которые отпугивают животных, да вот где взять столько дорогих устройств? Вот бы раздобыть хорошего бойцового кота, который одним своим присутствием заставил бы крыс навсегда убраться от человеческого жилья…
3. 34 Принцип отброса и регенерации частей
а) выполнившая свое назначение или ставшая ненужной часть объекта должна быть отброшена (растворена, испарена и т. д.) или видоизменена непосредственно в ходе работы;
б) расходуемые части объекта должны быть восстановлены непосредственно в ходе работы.
Пример 1.Саморазрушающаяся бутылка сделана из пластмассы, разлагающейся под действием солнечных лучей и кислот, содержащихся в грунте.
Пример 2. При аварийной посадке самолета бензин вспенивают с помощью специальных химических веществ, переводя в негорючее состояние.
Ситуация:
В 20-е годы во времена «сухого закона» в США бандиты зарабатывали на контрабанде спиртного. И первым крупным делом известного гангстера Меира Лански была разгрузка судна с виски. Обычно, когда появлялась полиция, ящики с товаром гангстеры бросали за борт. Пусть себе в убыток, но зато и улик никаких. Лански придумал остроумный способ избавиться от улик и избежать при этом убытков. Что бы предложили вы на его месте?
Системное противоречие:
Ящики со спиртным должны утонуть, чтобы скрыть улики от полиции… и не должны утонуть, чтобы не было убытка.
Решение:
Меир Лански стал заранее привязывать к ящикам мешки с солью и поплавок. Через пару часов, когда полиция уже покинула судно «не солоно хлебавши», ящики всплывали – соль-то в воде растворялась!
Задания для самостоятельного решения
1) Придумайте свои примеры, используя данный метод.
2) Предложите решение ситуации.
Ситуация:
К середине 1958 года в СССР был готов проект небывалого по тем временам космического летательного аппарата. Он состоял из двух отсеков: приборно-агрегатного и кабины космонавта. Главная проблема, с которой столкнулись конструкторы, состояла в разработке способа возвращения корабля из космического пространства.
Предстояло посадить корабль в заданном районе. Главный конструктор Сергей Павлович Королев предложил использовать для посадки парашютную систему. Но ракета-носитель, которой предстояло подняться в космос, должна была придать ускорение объекту весом около четырех с половиной тонн. У конструкторов каждый килограмм был на учете. Вопрос, стоял так: каким образом обеспечить при помощи парашютной системы посадку на землю такой большой массы? Как быть?
Системное противоречие:
Масса корабля должна быть большой, потому что он так сконструирован, и масса корабля должна быть маленькой, чтобы было проще посадить его на поверхность Земли при помощи парашютной системы.
3. 35 Принцип изменения физико-химических параметров объема
а) Изменить агрегатное состояние объекта;
б) Изменить концентрацию или консистенцию;
в) Изменить степень гибкости;
г) Изменить температуру.
Пример1. Способ проведения массообменных процессов в системе газ-вязкая жидкость, отличающийся тем, что, с целью интенсификации процесса, вязкую жидкость перед подачей в аппарат предварительно газируют.
| Пример2. Дозатор сыпучих материалов, например минеральных удобрений и ядохимикатов, выполненный в виде шнека, заключенного в кожух с выходным отверстием, отличающийся тем, что, с целью возможности регулирования шага, винтовая поверхность шнека выполнена из эластичного материала с пружинной спиралью на внутренней и наружной. В дозаторе сыпучих материалов шнек выполнен из эластичного материала с пружинной спиралью; это позволяет регулировать шаг шнека. |
Задания для самостоятельного решения
1)Придумайте свои примеры, для решения данным принципом.
2)какой по вашему мнению должен использоваться материал для участка торможения посадочной полосы самолета? Свой ответ обоснуйте.
3. 36 Принцип применения фазовых переходов
Использовать явления, возникающие при фазовых переходах, например, изменение объема, выделение или поглощение тепла и т. д.
Пример 1. Авт. свид. СССР № 190855. Способ изготовления ребристых труб, заключающийся в раздаче заглушенных труб водой, подаваемой под давлением, отличающийся тем, что с целью удешевления и ускорения процесса изготовления поданную под давлением воду замораживают.
Может возникнуть вопрос: чем прием № 36 отличается от приемов № 35-а (изменение агрегатного состояния) и № 15 (принцип динамичности)? Прием № 35-а заключается в том, что вместо агрегатного состояния А объект используют в агрегатном состоянии Б и именно за счет особенностей состояния Б получают нужный результат.
Суть приема № 15 в том, что мы пользуемся то свойствами, присущими состоянию А, то свойствами, присущими состоянию 6.
При использовании приема № 36 задача решается за счет явлений, связанных с переходом от А к Б или обратно. Если, например, мы наполним трубу не водой, а льдом, ничего с трубой не произойдет. Требуемый эффект достигается за счет увеличения объема воды при замерзании.
Пример 2. Авт. свид. СССР № 225851. Способ охлаждения различных объектов с помощью циркулирующего по замкнутому контуру жидкого теплоносителя, отличающийся тем, что с целью уменьшения количества циркулирующего теплоносителя и снижения энергетических затрат часть теплоносителя переводят в твердую фазу и охлаждение ведут полученной смесью.
«Фазовые переходы» - понятие более широкое, чем “изменение агрегатного состояния”. К фазовым переходам, в частности, относятся и изменения кристаллической структуры вещества. Так, олово может существовать в виде белого олова (плотность 7,31) и серого олова (плотность 5,75). Переход — при 18° С — сопровождается резким увеличением объема (значительно большим, чем при замерзании воды; поэтому и усилия здесь могут быть получены намного большие).
Полиморфизм (кристаллизация в нескольких формах) присущ многим веществам. Явления, сопровождающие полиморфные переходы, могут быть использованы при решении самых различных изобретательских задач. Например, в патенте США № 3156974 используются полиморфные трансформации висмута и церия.
Задания для самостоятельного решения
1) Процесс уплотнения снега при его длительном лежании приводит к повышению плотности и прочности снега. Как этот эффект можно использовать для поддержания прочности крыши?
2) Решите задачу. Как обеспечить сохранность миниатюрных скульптур, выставляемых на всеобщее обозрение в музее? Герои старой советской комедии «Старики-разбойники» задались прямо противоположным вопросом: «Можно ли безнаказанно украсть скульптуры?» В разговоре со смотрительницей музея выяснилось, что ранее злоумышленникам повезло умыкнуть одну из скульптур, но сейчас с этим покончено навсегда. Каким образом удалось полностью исключить возможность хищения экспонатов?
3. 37 Принцип применения теплового расширения
а) использовать тепловое расширение (или сжатие) материалов;
б) использовать несколько материалов с разными коэффициентами теплового расширения.
Пример 1. Авт. свид. СССР № 309758. Способ волочения труб на подвижной оправке при пониженных температурах, отличающийся тем, что с целью создания зазора между трубой и оправкой после волочения для извлечения последней из трубы без обкатки, в охлажденную трубу перед волочением вводят предварительно подогретую, например, до температуры 50—100° С оправку, извлечение которой после деформации производят после выравнивания температур трубы и оправки.
Пример 2. Авт. свид. СССР № 312642. Заготовка для горячего прессования многослойных изделий, выполненных в виде концентрично расположенных втулок, изготовленных из различных материалов, отличающаяся тем, что с целью получения многослойных изделий с напряженными слоями каждая втулка изготовлена из материала, имеющего температурный коэффициент линейного расширения выше температурного коэффициента линейного расширения материала втулки, расположенной внутри нее.
Смысл приема — в переходе от “грубого” движения на макроуровне к “тонкому” движению на молекулярном уровне. С помощью теплового расширения можно создавать большие усилия и давления. Тепловое расширение позволяет очень точно “дозировать” движение объекта.
Пример 3. Авт. свид. СССР № 242127. Устройство для микроперемещения рабочего объекта, например, кристаллодержателя с затравкой, отличающееся тем, что с целью обеспечения максимальной плавности оно содержит два стержня, подвергаемых электронагреву и охлаждению по заданной программе, находящихся в закрепленных на суппортах термостатируемых камерах и поочередно перемещающих объект в нужном направлении.
Задания для самостоятельного решения
1) Приведите примеры принципа применения теплового расширения.
2) Как можно использовать термическое расширение материала крыши для выравнивания нагрузки на нее?
3. 38 Принцип применения сильных окислителей
а) заменить обычный воздух обогащенным;
б) заменить обогащенный воздух кислородом;
в) воздействовать на воздух и кислород ионизирующим излучением;
г) использовать озонированный кислород;
д) заменить озонированный кислород (или ионизированный) озоном.
Основная цель этого приема – повысить интенсивность процессов. В качестве примеров можно назвать способ спекания и обжига дисперсного материала с применением интенсификации процесса горения путем продувки воздухом, обогащенным кислородом; плазменно-дуговую резку нержавеющих сталей, при которой в качестве режущего газа берут чистый кислород; интенсификацию процесса агломерации руд путем ионизации окислителя и газообразного топлива перед подачей в слой шихты и т.д.
Задания для самостоятельного решения
1) Прямое крыло самолета создает большое лобовое сопротивление при околозвуковых и сверхзвуковых скоростях полета. Как быть?
2) Благодаря какому принципу вы решили эту задачу?
3. 39 Принцип применения инертной среды
а) заменить обычную среду инертной;
б) вести процесс в вакууме.
