Главные функции пуговицы

Размещено на http://www.allbest.ru

1. Постановка задачи

Постановка задачи всегда формулируется как некоторое выявленное противоречие. Это так называемое административное противоречие. Оно возникает:

в процессе эксплуатации некоторой производственной системы (оборудование, инструмент и др.) Например, усовершенствовать аппарат для производства труб. Скорость изготовления значительно возросла, а аппарат для измерения и обрезки трубы остался прежним. Возникло противоречие;

как общественная потребность (как улучшить что-то или как уменьшить вредное влияние чего-то).

Вот как звучала бы задача о пуговице в «административной» постановке:

Пуговица, пришитая нитками к одежде, часто отрывается из-за износа ниток. Потом довольно неудобно эту пуговицу пришивать: то потерялась пуговица именно этой формы, то нет ниток именно этого цвета. И вообще это нудное занятие.

По большому счету, как только где-то вы почувствовали неудобство, значит, вы наткнулись на противоречие. Существует поговорка: правильная постановка задачи означает половину ее решения. Поэтому любую постановку задачи, в том числе содержащую административное противоречие, необходимо поставить правильно.

А это значит:

Конкретизировать задачу. В приведенном выше примере «общественная потребность» формулируется в виде недовольного бурчания, где все, что мешает жизни, сваливается в одну кучу. В эту кучу может свалиться и недовольство соседской собакой или президентом. Надо отбросить все, что не относится к задаче. В нашем случае противоречие конкретизируется в форме: неудовлетворенность способом соединения деталей одежды при помощи пуговиц.

Надо локализовать противоречие. Например, задача про пуговицу распадается на две части (а то и три и более):

- износостойкость пришитой пуговицы неудовлетворительна, надо повысить;

- производительность пришивания пуговицы низкая, надо повысить;

- форма пуговиц и цвет ниток чрезвычайно разнообразны, что затрудняет подбор соответствующих элементов.

Таким образом, определив административное противоречие, приступаем к решению одной задачи (бывает, что одно техническое решение снимает несколько противоречий, но задача решается одна).

По практическим соображениям примемся за задачу быстрого пришивания пуговицы. Эта задача чаще нас «достает».

административный конфликт противоречие

2. Анализ задачи

Основной целью анализа задачи является переход от расплывчатой изобретательской ситуации к четко построенной и предельно простой схеме. Этот этап называется выявление технического противоречия.

На этом этапе необходимо решить следующие задачи.

2.1 Выделить и записать конфликтующую пару элементов

Конфликт может возникать между различными элементами системы: изделие, инструмент и технологический процесс.

Изделие: пуговица, элемент крепления пуговицы к одежде.

Инструмент: устройство крепления (например, иголка).

Технология крепления: например, последовательное кольцевое прошивание.

В этом списке деталь одежды может быть какой угодно, и менять ее мы не имеем права. Если следовать условию «все можно менять», то выявляются пары:

пуговица - элемент крепления пуговицы;

пуговица - деталь одежды;

пуговица - устройство крепления;

пуговица - технология крепления;

элемент крепления пуговицы - устройство крепления;

элемент крепления пуговицы - технология крепления.

В зависимости от того, где возникла изобретательская ситуация, определяется стратегия поиска и выбора конфликтующих пар. Например, на швейной фабрике уже утвержден фасон одежды (т.е. пуговица, нитки, цвет нитки, инструмент). Остается только попробовать изменить технологию: пуговица - технология крепления.

По мере освобождения от ограничений возрастает количество используемых конфликтующих пар и, следовательно, вероятность «сильного» решения. Однако всякий раз можно рассматривать одну конфликтующую пару. Если полученное решение для этой пары не удовлетворяет, то необходимо рассмотреть следующую конфликтующую пару. И всегда только одну.

2.2 Записать условия мини-задачи

Условия мини-задачи записываются по возможности не используя специальных терминов по следующей схеме:

Техническая система [указать название], предназначенная для [указать назначение] включает в себя [перечислить основные части], содержит техническое противоречие [ТП-1] и содержит техническое противоречие [ТП-2]. Необходимо обеспечить [желаемое]:

- при минимальных изменениях системы;

- при возможном частичном изменении системы;

- при возможном полном изменении системы.

Как правило, основное затруднение на этом шаге возникает при выявлении технических противоречий. Здесь полезно воспользоваться следующими рекомендациями:

Выделить список нежелательных эффектов и среди них выделить наиболее существенный, например крепление несколькими рядами ниток малопроизводительно, крепление одним рядом ниток малонадежно, крепление иголкой травмоопасно и т.п.;

Определить причинно-следственные связи между парой нежелательных эффектов по схеме: «если нежелательный эффект №1 исчезнет при устранении нежелательного эффекта №2, то связь существует; если нежелательный эффект №1 не исчезнет при устранении нежелательного эффекта №2, то эти нежелательные эффекты независимы и не могут рассматриваться вместе». Попарно перебирая все сочетания нежелательных эффектов, определяют взаимосвязанные и выбирают наиболее значимый. Например, в нашем случае: «Крепление пуговицы станет высокопроизводительным, если будет выполняться за один ряд ниток». А вот обратная взаимосвязь между этими нежелательными эффектами отсутствует или неявная: «Крепление пуговицы станет надежным, если технология крепления станет высокопроизводительной». Для взаимосвязанных нежелательных эффектов стоящий в конце фразы нежелательный эффект является причиной, стоящий в начале - следствием. Записывается символически это так НЭ №2 -> НЭ №1;

Определяется возможность устранения нежелательных эффектов. Для этого рассматриваются варианты действий:

а) улучшить функцию или уменьшить затраты на ее выполнение;

б) устранить вредное влияние некоторого вещества или поля;

в) повысить полезное влияние некоторого вещества или поля;

Ставится задача для устранения нежелательных эффектов. Для этого подбирается анти-свойство для причинного нежелательного эффекта. Например, в нашем случае повышение прочности однорядного крепления устранит нежелательный эффект №2 (малую надежность) и устранит нежелательный эффект №1 (малую производительность);

Ставятся ограничения на изменение элементов системы. Например, можно изменить элемент крепления пуговицы, технологию крепления, но нельзя изменять саму пуговицу.

Таким образом, в нашем случае мини-задача записывается так:

Техническая система, предназначенная для скрепления двух или нескольких деталей одежды включает: устройство крепления, элемент крепления пуговицы к одежде, деталь одежды, к которой крепится элемент крепления, содержит ТП-1: присоединение устройства крепления к одежде может быть надежным (например, несколько рядов нити), но малопроизводительным, и содержи ТП-2: присоединение устройства крепления к одежде может быть высокопроизводительным, но малонадежным.

Необходимо обеспечить быстрое и надежное присоединение устройства крепления к одежде при возможном полном изменении системы.

Здесь можно заметить, что и термин «пуговица» можно было бы заменить чем-то более универсальным, например «соединительная деталь одежды».

На первый взгляд может показаться, что мы имеем дело с излишней бюрократизацией процесса. Для такой простой задачи, как «пуговица», вместо того, чтобы приступать к решению задачи, битый час занимаемся ее постановкой.

На это можно было бы возразить, что аналогичные заблуждения существовали когда-то в технологии программирования. Тогда игнорирование этапов предварительного анализа задачи, выявления всех переменных модели задачи, их типов, объемов, путей развития и т.п. ради скорейшего перехода к собственно кодированию программы приводило к последующим значительным затратам и неэффективности работы программы.

2.3 Составить графические схемы ТП-1 и ТП-2 для конфликтующих пар

Вначале символически обозначаются все элементы технической системы: А - элемент крепления; Б - пуговица; В - технологический процесс.

Затем графически задаются взаимосвязи: сплошной линией - полезные, волнистой - вредные.

а) ТП-1



б) ТП-2

Элемент крепления (шитье многорядное) надежно крепит пуговицу, но технология малопроизводительна.

Элемент крепления (скобка) малонадежен, но высокопроизводителен.

Возможна следующая постановка этой задачи:

А - элемент крепления;

Б - инструмент крепления;

В - технология крепления.

в) ТП-1

г) ТП-2

Шитье многорядное (А) имеет простое устройство (Б, например иголку), но сложную технологию (В).

Шитье однорядное (А, например скоба) имеет простую технологию (В), но сложную конструкцию устройства (Б).

2.4 Выбрать опорную схему для разрешения конфликта

Учитывая, что нас интересует повышение простоты и производительности в бытовых условиях, стоит взять за основу схему (б). Неплохо, если будут проанализированы все варианты.

2.5 Усилить конфликт

Рассматривая конфликт необходимо избегать таких постановок задачи вида: «подобрать оптимальный состав», «увеличить скорость», «уменьшить количество» и т.п. Необходимо указывать предельные состояния объекта, вплоть до нуля или бесконечности. В выбранной опорной схеме необходимо одновременно обеспечить и высокую производительность процесса крепления, т.е. мгновенно, и высокую надежность элемента крепления, т.е. прочность сравнимая с деталью одежды.

В нашей конфликтующей паре «крепление элемента высокопроизводительно, но малонадежно», можно еще более усилить конфликт: крепление без крепежных элементов.

2.6 Записать формулировку модели задачи

В формулировке модели задачи необходимо указать:

конфликтующую пару;

усиленную формулировку конфликта;

что должен сделать вводимый для решения задачи икс-элемент (что он должен сохранить и что устранить, что усилить, что уменьшить и т.д.).

Например, в нашем случае:

Даны крепежный элемент и элемент крепления его к одежде. Однорядный элемент крепления позволяет повысить производительность крепления, но не обеспечивает необходимую прочность. Необходимо ввести такой икс элемент, чтобы он обеспечивал высокую прочность соединения при высокой производительности процесса крепления.

2.7 Модель задачи

Дан отсутствующий (упрощенный) крепежный элемент, крепящий пуговицу к детали одежды надежно и высокопроизводительно.

Кто-то может сказать, что, чтобы сделать такую формулировку, опять же не надо было городить такой огород. Но попробуйте отмотать свое представление о задаче на несколько шагов назад, и вы поймете, насколько были не упорядочены ваши представления о задаче.

3. Анализ модели задачи

Цель этого этапа - учет имеющихся ресурсов, которые можно использовать при решении задачи: ресурсов пространства, времени, веществ и полей. Необходимо проанализировать:

Определить оперативную зону (ОЗ) - пространство, в пределах которого возникает конфликт, указанный в модели задачи.

В нашем случае это участок одежды под пуговицей и необходимый зазор для «затекания» материала петли.

Определить оперативное время (ОВ) - время протекания процесса.

У нас это: время подготовки, время выполнения процесса крепления - влияющее на производительность.

Определить вещественно-полевые ресурсы (ВПР) рассматриваемой системы, внешней среды и изделия. Составить список ВПР:

а) внутрисистемные: ВПР изделия (одежда, материал крепежного элемента (если он есть) и ВПР инструмента);

б) внешнесистемные: ВПР среды, фоновые (гравитация, магнитное поле Земли и т.п.);

в) надсистемные: ВПР соседних сопряженных элементов (если они есть) или очень дешевые (ветер, солнечные лучи и т.п.).

В нашем случае вещества известны, а вот поля можно отметить только фоновые.

4. Формулировка ИКР и ФП

Определяется идеальный конечный результат (ИКР) и выявляется физическое противоречие (ФП), мешающее достижению ИКР. ИКР это некоторый икс-элемент, который абсолютно не усложняя систему и не вызывая вредных явлений, устраняет (указываются вредные действия) в течение оперативного времени в пределах оперативной зоны, сохраняя способность объекта совершать (указать полезное действие).

При поиске ИКР необходимо: определить условия усиления конфликта. Например, в нашем случае увеличение объема нитей ведет к упрочнению соединения, но сильно снижает производительность. Тогда, с позиции ИКР вводится некоторый икс-элемент, который:

изменяет взаимодействие: большое количество нитей прикрепляется одновременно;

изменяется свойство: нить одна, но ее прочность и ресурс возрастают;

использование ВПР: вводится некоторое вещество или поле, которое изменяет:

а) производительность крепления;

б) прочность крепления;

создание новой системы: пуговицы нет, есть другая система крепления, когда детали одежды крепятся сами собой;

переход в надсистему;

и т.п.

Здесь полезно помнить о закономерностях развития технических систем:

1) переход от моносистемы > к бисистеме > к полисистеме: функция > две функции > много функций, но с характеристиками: однородными, сдвинутыми, разными (например: однородные - блоки проката, смежные теплицы для уменьшения потерь тепла; разнородные - карандаш и циркуль; сдвинутые - растения в теплице одни выделяют СО, другие поглощают);

2) свертывание би(поли)системы в моносистему следующего уровня и новый виток (например, фильтр: много трубочек - полисистема; много трубочек в блоке - свернутая полисистема; фильтр из пористого материала - моносистема следующего уровня; и т.д.);

3) усиление связей: нулевая связь (куча) > жесткие связи > гибкие связи > поверхностные связи > нулевые связи на новом уровне > и т.д

В нашем случае: ИКР - икс-элемент, не усложняя систему и не вызывая вредных явлений, позволяет инструменту присоединить пуговицу к одежде в оперативной зоне за минимальное оперативное время (ОВ) и с высокой надежностью.

Физическим противоречием (ФП) называют противоположные требования к физическому состоянию оперативной зоны.

Крепежный элемент в оперативной зоне должен быть объемным и сплошным для обеспечения надежности и его не должно быть (или он должен быть минимальным) для обеспечения минимального оперативного времени.

Если проще: крепежный элемент для крепления пуговицы к одежде должен быть объемным (прочным) и его не должно быть.

Тогда ИКР и ФП позволяют записать рабочую формулировку задачи:

Крепежный элемент должен быть объемным и прочным и его не должно быть в оперативной зоне, соединяя пуговицу с деталью одежды за минимальное время.

5. Мобилизация и применение ВПР

Для эффективного использования имеющихся веществ и ресурсов АРИЗ предлагает ряд правил, или стандартов. Например:

а) Разделение функций: если частицы А не справляются с действиями 1 и 2, то вводится частица Б так, что А выполняет действие 1, а Б - действие 2.

б) Разделение веществ: если частица А не справляется с действиями 1 и 2, то ее делят на две части: часть А1 выполняет действие 1, часть А2 - действие 2.

в) Объединение веществ: если частицы А и Б раздельно не справляются с функцией 1, то надо объединить эти вещества.

Разделение и объединение возможно для веществ, полей, функций, оперативной зоны, оперативного времени и т.д. Разделение и объединение возможно на макро- и микроуровне (например, метод маленьких человечков - ММЧ). Разделение и объединение возможно между структурами, например вещество - пустота. Это могут быть: твердое тело - жидкость, твердое тело - газ, твердое тело - вакуум, жидкость - газ, жидкость - вакуум, газ - вакуум; то есть объединение структурно разнородных состояний вещества.

Если собственных ВПР недостаточно, вводятся внешние.

Попробуем несколько вариантов решения, используя вышеприведенные правила. В нашем случае функция соединения деталей одежды - внешняя, т.е. когда одежда носится человеком. В системе функция сохраняется только в соединении пуговицы с одеждой посредством крепежного элемента (или в его отсутствие). Поэтому функция одна - соединить.

По максимуму в нашей системе три вещества: пуговица, деталь одежды и крепежный элемент (при необходимости). В идеале - два вещества.

Попробуем деление вещества на две части:

1) Пуговица состоит из двух частей: часть 1 - пуговица, часть 2 - крепежный элемент (рисунок 1).

Положительные свойства данного технического решения:

- отсутствует крепежный элемент;

- высокопроизводительная установка.

Отрицательные качества:

- требуется специальный инструмент;

- отсутствие гибкости.

2) Деталь одежды состоит из двух частей (рисунок 2).

а) крепление декоративной булавкой; б) крепление декоративным зажимом

Положительные свойства данного технического решения:

- деталь одежды сама - крепежный элемент;

- крепление высокопроизводительное.

Отрицательные качества:

эстетически непригодно (только в специфических приложениях);

форма пуговицы конструктивно изменяется.

Пробуем объединение веществ: деталь одежды и пуговица - одно целое.

Пуговица исполняется как деталь одежды, например путем литья (рисунок 3).

Положительные свойства данного технического решения:

- прочность высокая;

Отрицательные качества:

- постановка только при производстве;

- отсутствие технологической гибкости (только одно положение).

Попробуем переход от макроуровня к микроуровню: соединяемая поверхность - вся пуговица (или крепежный элемент). Например, технология «репейника»-липучки (рисунок 4).

Для поиска способа крепления пуговицы и выбора крепежного элемента конфликт локализуется в паре деталь одежды - крепежный элемент. Основное противоречие - крепление должно быть простым и быстро устанавливаемым, но прочным и гибким.

Для устранения этих противоречий можно воспользоваться рядом приемов:

Принцип матрешки (рисунок 5);

Принцип предварительного исполнения (рисунок 6):

3) Принцип наоборот (рисунок 7):

Не пуговица пришивается к одежде, а одежда цепляется к пуговице.

Принцип использования физических эффектов, например, памяти формы. Здесь пуговица выполняется с ножками, выполненными из материала с памятью формы. Тогда при нагреве пуговицы в момент постановки ножки сворачиваются, закрепляя пуговицу (рисунок 8):

6. Оформление технического решения

Различные варианты технических решений анализируются с точки зрения максимального приближения к ИКР. Возможно, что среди этих решений окажется решение, имеющее мировую новизну, т.е. соответствующее защищаемому объекту - изобретение. Опуская все детали оформления заявки на изобретение, рассмотрим только этап описания технического решения, в котором для защищаемого устройства должно быть описано его конструктивное исполнение, говорят «описание объекта в статике», и описан принцип действия устройства, его работа, или говорят «описание объекта в динамике».

1. Описание объекта в статике

Возьмем, например, решение, основанное на применении принципа «матрешки» (рисунок 5).

Пуговица состоит из двух элементов: верхней части 1 и нижней части 2 (рисунок 9). Верхняя часть 1 включает функциональную декоративную поверхность, ножку 3 и полость 4, имеющую тороидальную форму. С торцевой стороны поверхности ножки 3 может быть выполнен кольцевой прилив 7, расширяющий поверхность контакта ножки с тканевой поверхностью детали одежды 6.

Нижняя часть 2 выполнена в виде плоской площадки 8, перпендикулярно которой расположен фиксирующий стержень 5, имеющий на торце тороидальный наплыв с формой и размерами, допускающими упругий контакт с ответной полостью 4 верхней части 1. Стержень 5 имеет на торце заостренную часть 9, позволяющую проникновение стержня сквозь тканевую основу детали одежды 6. При установке пуговицы на деталь одежды нижнюю часть пуговицы 2 располагают на жесткой поверхности 10.

2. Описание объекта в динамике

Разъемная часть 2 устанавливается на детали одежды 6 в позиции, определенной функциональным назначением детали одежды, путем прокола тканевой основы до соприкосновения площадки 8 с тканевой поверхностью. После этого площадка 8 вместе с деталью одежды 6 устанавливается на жесткую неподвижную основу 10, затем верхняя часть 1 устанавливается так, что ее полость 4 вводится на стержень 5. Прилагается усилие Р вдоль оси сопрягаемой пары такой величины, которая позволяет произвести упругую деформацию материала частей 1 и 2.

Для предотвращения деформации тканевой основы детали одежды в точке установки пуговицы поверхность контактного трения тканевой основы и ножки 3 увеличивается за счет кольцевого буртика 7.

Для компенсации различной толщины детали одежды стержень 5 выполнен из пластичного материала, допускающего упругую деформацию растяжения в пределах 1..2d, где d - диаметр стержня 5.

3. Формула изобретения

П.1. Пуговица, состоящая из двух частей, расположенных по обеим сторонам тканевой основы детали одежды с возможностью проникновения одной из частей сквозь ткань с изнаночной стороны и силового замыкания ответной части за счет упругой деформации частей в сопрягаемой зоне, отличающаяся тем, что стержень проникающей части пуговицы выполнен из эластичного материала с возможностью упругой деформации растяжения.

П.2. Пуговица по П.1, отличающаяся тем, что на торцевой части замыкающей части пуговицы выполнен кольцеобразный прилив.

Размещено на Allbest.ru

...