Теория решения изобретательских задач

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего профессионального образования

«Комсомольский - на - Амуре государственный

технический университет»

Факультет энергетики, транспорта и морских технологий

Кафедра судовые энергетические установки

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

По дисциплине «Диалектика технических систем»

Студент группы 2ТЭб3ка ХмелёвА.А.

Преподаватель Щелкунов Е.Б.

2014г.

Содержание

1. Разрешение физического противоречия

2. Закон перехода с макро- на микроуровень

3. Решение методами ТРИЗ реальной технической проблемы

Вывод

Список использованных источников

1. Разрешение физического противоречия

Понять сущность физического противоречия поможет следующая задача. При посадке самолета происходит повышенный износ колес шасси. Неподвижные колеса, касаясь набегающих аэродромных плит, не могут мгновенно раскрутиться и проскальзывают по их шершавой поверхности. После посадки на колесах можно заметить лысины, которые сняты будто напильником. Это и есть результат встречи неподвижных колес с аэродромными плитами на большой скорости. Для тяжелых самолетов, особенно при неудачной посадке, протектор колес шасси изнашивается особенно быстро. Как устранить этот недостаток?

Вы можете сказать: «Ну, что это за задача? Нужно всего-навсего предварительно раскручивать колеса, чтобы их окружная скорость была равна линейной скорости посадки самолета». Вот в этом-то и вся сложность. Скорости посадки самолетов различные и зависят от направления и скорости ветра. Кроме того, пробовали ставить на колеса отдельные электродвигатели, но это недопустимо усложняло шасси: требовалось дополнительное место, куда можно было бы убирать эти электроприводы после взлета. А главное, электропривод значительно утяжелял самолет. Колеса раскручиваются всего несколько секунд перед посадкой, а возить электроприводы приходилось постоянно, расходуя на них дорогое в полете топливо.

Возникло серьезное техническое противоречие - улучшили одно, и сразу недопустимо ухудшилось другое, причем во многих местах. Вероятно, поэтому на большинстве самолетов отсутствуют приводы раскрутки колес. Противоречие так и остаётся пока не преодоленным.

Давайте уточним задачу, а для этого выйдем на её первопричину: найдём тот элемент, который испытывает противоречивые требования по физическому состоянию, и определим для него идеал. Если удастся, считайте, что задача близка к решению. Место и момент появления задачи -- это поверхность колеса, которая при приземлении касается бетонных плит аэродрома. Поверхность колеса должна быть подвижной, чтобы не происходило проскальзывания, и не должна быть подвижной, чтобы не иметь специальных систем раскрутки.

Идеальное решение -- икс-элемент, совершенно не усложняя и не утяжеляя самолет, сам раскручивает до нужной скорости колеса самолета, когда они выходят из крыльев.

Что это за икс-элемент? У нас вокруг только струи набегающего воздуха. Попробуем дать им роль этого загадочного икс - элемента. Задача уточнилась. Как сделать, чтобы набегающие потоки воздуха сами раскручивали колеса шасси? Из физики известно: чтобы что-то стало вращаться, нужно приложить пару сил. Но воздух одинаково давит на верхнюю и нижнюю части колеса. Пары не получается. Опять физическое противоречие: воздух должен давить равномерно на колесо, потому что самолет движется весь сразу, и не должен давить равномерно, чтобы появилась пара сил, и колесо стало вращаться от их воздействий.

Как разрешить это физическое противоречие? Снова обратился к идеалу: окружающий воздух сам неравномерно давит на части колеса. То есть на одну часть колеса -- нижнюю, воздух должен давить, а на другую часть -- верхнюю, не должен. Что нужно для этого сделать? Это уже микрозадача, решение которой наверняка доступно многим. Нужно просто перед верхней частью колеса поставить преграду набегающему потоку воздуха в виде кожуха или обтекатели. Воздух, воздействуя на протектор только в нижней части колеса, раскрутит его до скорости, близкой к скорости посадки. Проскальзывание колес в момент их касания об аэродромные плиты сведется к минимуму. В глубине технического противоречия всегда лежит физическое. Сформулировав его, можно считать, что мы угадали 5 цифр из 6 в нашей лотерее.

Физическое противоречие возникает не между параметрами технической системы, а внутри какого-либо одного элемента или даже в части его.

К одному и тому же элементу предъявляются противоположные требования по физическому состоянию. Например, элемент должен быть тяжелым и легким, или горячим и холодным, или магнитным и немагнитным и т. п. физический противоречие микроуровень изобретательский

Проследим это на примере, а для этого продолжим разбор уже знакомой задачи о контроле за оттайкой грунта под опорами ЛЭП. В оперативной зоне, т.е. на глубине, где оттаивание грунта приводит к аварийной ситуации, элементов какой-либо технической системы нет. Поэтому требования идеальности предъявляем к имеющимся элементам природной системы, т. е. к грунту.

Идеальный конечный результат будет выглядеть следующим образом: грунт, совершенно не усложняя систему, сам выдает на поверхность сигнал о недопустимой величине своей оттайки. Как видите, задача стала звучать несколько фантастично, но посмотрим, что мешает тому, чтобы это действительно стало так.

Частица грунта, находящаяся на определенной глубине, не в состоянии сама подняться на поверхность и своим видом показать наблюдателю, что она оттаяла нужно принимать меры.

Вот оно -- физическое противоречие! Грунт должен быть твердым, неподвижным, чтобы держать нагрузку, и он же должен быть жидким и подвижным, чтобы вынести информацию наверх.

Пусть вас не смущает такой поворот событий - мы добрались до главной болевой точки. Образно говоря, мы уже достали кощееву иглу и держим в руках. Остается немногое -- переломить её. В этом помогут общие принципы разрешения физических противоречий.

Более подробно вы с ними познакомитесь позже, а сейчас пока воспользуемся одним из них, который рекомендует использовать явления, сопутствующие фазовому переходу вещества из одного состояния в другое.

Вы знаете четыре состояния вещества твердое, жидкое, газообразное и плазменное. В каком состоянии у нас грунт? Почти все виды грунтов включают в себя воду, поэтому при минусовых температурах он образует прочный монолит, который легко выдерживает нагрузку опоры. При плюсовых температурах содержащийся в грунте лёд превращается в воду, которая под массой твердых и тяжелых частей грунта вытесняется наверх. Вот и разрешилось физическое противоречие! Грунт стал твердым и жидким, подвижным и неподвижным.

Подвижная часть грунта -- вода и будет служить нам информирующим органом, который, как диктует ИКР, «сам выдает на поверхность сигнал о недопустимой величине оттайки». Но как отличить воду, поступившую из нижних слоев грунта, от воды, уже находящейся на поверхности? Это уже новая подзадача. Составляем идеал: «Поступившая на поверхность вода сама резко отличается по цвету или иным признакам от воды, которая уже имеется на поверхности». Как это сделать?

Вероятно, ответ у вас уже готов. На критической глубине оттаивания грунта нужно заранее расположить кусочки, какого- либо красящего вещества, например марганцовки. Как только грунт оттает и содержащаяся в нем вода перейдет в жидкое состояние, она тут же растворит кристаллы красителя и приобретёт яркий цвет. Под действием давления, развиваемого фундаментом опоры, а также в силу капиллярного эффекта подкрашенная вода выступит на поверхность и окрасит всю окружающую местность.

Совершая очередной облет ЛЭП, пилот замечает по окраске местности неблагополучную опору и сообщает о ней специальной аварийной команде, которая, выезжая на место, производит искусственное подмораживание грунта. В краситель, который располагается в грунте, можно добавить и люминофоры, тогда сигнал об аварийном оттаивании грунта будет виден даже ночью.

Конечно, полученное решение не является единственно возможным. Могут быть применены и другие явления, сопровождающие фазовый переход вещества из одного состояния в другое. Например, лед, превратившись в воду, в силу закона Архимеда, будет выталкивать наверх любое погруженное в него тело. Используем это явление. Рядом с фундаментом в мерзлом грунте пробуривают шпур нужной глубины, заполняют снегом, в который закладывают равномерно по высоте какие-либо плавучие элементы, например деревянные шары. По мере оттаивания грунта снег в шпуре превращается в воду и шары всплывают на ее поверхность. По количеству плавающих шаров можно судить о величине оттаивания грунта. Рассмотренный способ защищен авторским свидетельством.

Повторяем, все возможные решения касались сохранения уже существующих опор ЛЭП, а не создания новых.

А теперь вернемся к задаче о закалке металлической детали в масле. Вы уже проанализировали техническое противоречие, и вышли в оперативную зону, т. е. в зону возникновения первопричины. Выяснили, что основным виновником возгорания масла является воздух, точнее кислород, который содержится в нем. Теперь составим идеал к воздуху: «Воздух не поддерживает горение и сам гасит пламя». Это возможно в том случае, если в воздухе не будет кислорода, но, с другой стороны, он должен быть, иначе мы с вами задохнемся. Итак, появилось физическое противоречие - кислород должен быть и не должен быть.

Одни из принципов разрешения физических противоречий рекомендует разнести противоречивые требования в пространстве. Это значит, что там, где находимся мы, в воздухе есть кислород, а там, где раскаленная деталь соприкасается с маслом, кислорода нет. Как это выполнить?

Задача предельно упростилась, и для многих она уже не представляет трудности.

Действительно, над поверхностью масла следует образовать какую-то газовую среду, в которой отсутствует кислород. Это может быть углекислый газ, который по удельному весу тяжелее воздуха и всегда будет находиться в ванне над поверхностью масла. Теперь масло хотя и будет нагреваться, соприкасаясь с горячей деталью, но гореть не будет, так как в этой зоне нет кислорода. Как что выполнить? Берем углекислотный огнетушитель и обрабатываем им масло. Проблема решена! Можно еще более упростить решение добавить в масло вещество, которое при высокой температуре, разлагаясь, выделяет инертный газ.

Обобщим изложенное. Выходя в оперативную зону задачи (а она всегда лежит в месте возникновения первопричины), находят элемент, не выполняющий нужную функцию или порождающий нежелательное явление, и предъявляют к нему требования с позиции идеала. Если в оперативной зоне такого элемента технической системы нет, то предъявляют требования идеальности к ближайшему элементу окружающей среды. И вот здесь, как правило, возникает внешне непреодолимое физическое противоречие. На этом этапе окончательно формулируется собственно задача, которую нужно решать, применяя свои знания по физике, химии и другим наукам.

А теперь подведем итог рассмотрения противоречия и попробуем сформулировать его основной признак, причина возникновения и возможные последствия и условия разрешения.

Физическое противоречие

Основные признаки - возникновение противоречивых требований к физическому состоянию одного элемента подсистемы. Выявление одной новой физической задачи на уровне подсистемы.

Необходимость внесения изменений в один элемент или в часть его.

Причины -- несоответствие состояния вещества элемента или вида энергии требуемому.

Последствия -- усложнение системы, введение новых элементов и новых видов энергий.

Условия разрешения - уточнение физических требований по времени и пространству. Задействование ранее неиспользуемых веществ и энергий, имеющихся в системе, подсистеме и надсистеме. Использование знаний законов природы.

Отметим, что задача может быть удовлетворительно решена на любом этапе ее обработки. Это зависит от имеющегося опыта и знаний. Но чаще всего приходится уточнять задачу, добираясь до одного-единственного противоречия на физическом уровне.

2. Закон перехода с макро - на микроуровень

Переход с макро - на микроуровень - главная тенденция развития всех современных технических систем. Взять хотя бы самолёты. В погоне за грузоподъемностью они на закате своей поршневой эры снабжались шестью, двенадцатью и более моторами. Затем рабочий орган -- винт -- все же перешел на микроуровень, став газовой струей. Так появилась реактивная техника. Если вы обратитесь ко многим приведенным в этой книге решениям различных технических задач, то увидите, что в них, как правило, для достижения высокого результата были задействованы возможности структуры вещества. Вначале используется кристаллическая решетка, затем ассоциации молекул, единичная молекула, часть молекулы, атом и, наконец, части атома.

А как конкретно можно использовать знание закона перехода на микроуровень в изобретательской практике? В качестве примера возьмём наиболее «грубую», макроуровневую систему строительную забивную сваю.

Свая поражает своей простотой, вероятно, позаимствованной у лома. Трудно понять, что же в ней можно улучшить. В свое время меня заинтересовало, как развить конструкцию сваи, пользуясь законом перехода с макро- на микроуровень. «И зачем ты такая длинная?- разглядывая сваю, начал придираться я.-- Известно ведь: чем короче стержень, тем он более жесткий. У тебя же все наоборот. Кроме того, судя по твоему поперечному сечению и материалу, из которого сделана, ты можешь одна выдержать вес половины дома, однако тебя забивают в землю чаще, чем сидит морковка в грядке. Почему?» Ответы на эти вопросы я нашел в конструкции нижней части сваи, точнее в наконечнике. Оказывается, он переживал сильнейшие противоречия. Когда сваю забивают в землю, ее наконечник должен быть острым, чтобы легко раздвигать слои грунта. Но, в то же время он должен быть и тупым, чтобы свая не погружалась в землю, когда на нее поставят здание. Пытаясь разрешить это противоречие, конструкторы, как показал анализ изобретений по этой теме, сделали наконечник и не острым, и не тупым. По форме он напоминал что-то среднее между зубилом и каблуком. Такую сваю уже с трудом можно было забивать в землю, но полной уверенности в том, что она не просядет под нагрузкой, не было. Противоречие оставалось непреодолённым. По этой причине сваю стали забивать до тех пор, пока она сама не останавливалась, наткнувшись на скальные породы грунта или на какой-либо огромный булыжник. Это могло произойти на глубине и трех метров, и пятнадцати. В результате все сваи оказались непомерной длины, и на строительной площадке стали скапливаться порой сотни метров их обломанных концов, которые не вошли в землю. В грунтах, не имеющих скального основания, была попытка вообще исключить из работы наконечник. Это так называемые висячие сваи. Они держатся за грунт только своей боковой поверхностью. В результате их длина еще более возросла. Возникло новое противоречие - при забивке свая должна быть скользкой, чтобы легко и глубоко проникать в грунт, и она же должна быть шершавой, чтобы иметь большое трение с грунтом. Противоречие это пока так и остается непреодолённым.

Однако вернёмся к обычной забивной свае. Итак, ее наконечник должен быть и острым, и тупым. Это физическое противоречие может быть разрешено во времени, т. е. при забивке свая острая, как игла, и на глубине 2--3 м наконечник сам превращается в большую опорную пяту, и тогда никакими силами сваю нельзя опустить дальше или выдернуть. Такая конструкция содержится в авторском свидетельстве № 201969: раздвижной наконечник, состоящий из нескольких лопастей, связанных между собой системой рычагов, которые приводятся в действие штырем, опускаемым сверху в канал ствола. С одной стороны, это усложняет сваю, а с другой -- позволяет ей быть короче в несколько раз своей предшественницы. Ее можно ставить во многих мягких или пластичных грунтах, где обычные сваи не годятся.

Но и эта конструкция потребовала дальнейшего развития: ведь надежность раскрытия лопастей с помощью рычагов, работающих в земле, недостаточно высока. Появились сотни модификаций этой сваи. Она стала напоминать знаменитые кулибинские часы: букет шестерен, зубчатых реек, фиксаторов, толкателей и прочих механизмов. По сути это была отчаянная попытка спасти конструкцию сваи, выполненной на макроуровне.

А что если перейти на микроуровень? Совместно с В. М. Луговым мы решили еще более ужесточить требования идеальности к наконечнику сваи и для его достижения максимально применить молекулярные силы вещества. Раскрывающийся наконечник сваи должен быть не из металла, а из того же материала, что и сама свая, т.е. из бетона. Таким образом, произойдет согласование с грунтом по веществу, что повысит долговечность сваи и удешевит
ее изготовление, устранит нарушения по энергопроводимости сваи.

Предложенное нами решение породило целый куст новых свай с самоорганизующейся пятой. В полости наконечника сваи закладывается сухая бетонная смесь и пиропатрон. На определенной глубине пиропатрон взрывается и разрушает наконечник. Сухая бетонная смесь, реагируя с влагой земли, превращается в монолит. Образовалась надежная бетонная пята, которая будет вечно находиться в земле. Всю работу совершила молекула.

Итак, мы кратко познакомились с некоторыми законами развития техники. Зная их, изобретатель уже может представлять себе, какой должна быть изменяемая им техническая система и что для этого нужно делать.

3. Решение методами ТРИЗ реальной технической проблемы

Описание реальной технической проблемы:

На Комсомольской ТЭЦ-1 тягодутьевые механизмы котельных агрегатов установлены внутри помещения котельного отделения КТЦ. Во время работы к/а, цех находится под «разряжением», т.к. забор воздуха дутьевыми вентиляторами (ДВ) производится из помещения цеха. Конструкция ДВ не предусматривает производить забор воздуха с улицы. Приток влажного воздуха в цех, особенно в весенне-осенний период, отрицательно влияет на кирпичную кладку здания, когда температура наружного воздуха днем поднимается до «плюсовых» значений, а ночью опускается до температур со знаком « - ».

Формулировка проблемы:

Из-за притока влажного воздуха в цех происходит разрушение кирпичной кладки здания.

Цель:

Необходимо исключить или хотя бы снизить вредное воздействие влажного воздуха на кирпичную кладку здания.

Сформулируем ИКР для элементов находящихся в оперативной зоне:

Дутьевой вентилятор сам устраняет «разряжение» в цехе.

Возникает физическое противоречие:

Забор воздуха ДВ должен быть, для горения факела, и не должен быть, чтобы не было «разряжения» в цехе, и соответственно поступление влажного воздуха.

Для решения данной задачи я решил применить «Вепольный» метод. Выбор метода обуславливается наличием 2-х веществ (В₁ и В₂) и поля, необходимых для его использования. Под воздействием поля вещество В₂ оказывает вредное воздействие на вещество В₁. Можно применить веполь на разрушение, т.е. добавить вещество В₃, чтобы убрать вредное воздействие вещества В₂ на вещество В₁

1 вещество: кирпичная кладка здания

2 вещество: влажный воздух

поле: разряжение в цехе

3 вещество: горячий воздух под давлением

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Для решения данной задачи, я предлагаю, внутри помещения, вдоль наружной стены цеха, смонтировать воздуховод из металлической тонкостенной трубы, диаметром 400- 500 мм. По всей длине воздуховода сделать отверстия для выхода горячего воздуха. Произвести врезку этого воздуховода в общий короб подвода воздуха к горелкам после воздухоподогревателя котельного агрегата. Горячий воздух под избыточным давлением будет поступать в помещение котельного отделения КТЦ, из-за чего практически исчезает «разряжение» в цехе. В следствии чего, приток влажного воздуха в помещение цеха значительно снижается. А в зимний период времени года, этот воздуховод будет играть роль дополнительной отопительной системы помещения.

Эту задачу можно решить и другим способом. К воздуховоду (предложенному в первом способе решения задачи), в нескольких местах, со стороны стены здания, по длине воздуховода, нужно смонтировать трубки небольшого диаметра. Один конец трубок врезать в воздуховод, а другой конец вывести сквозь стену на улицу. На противоположной стенке воздуховода вырезать вентиляционные окна. Площадь сечения вентиляционных окон должна быть больше площади сечения трубок. Из-за разряжения в цехе, горячий воздух, из воздуховода через вентиляционные окна будет идти в помещение цеха, в связи, с чем будет подтягиваться влажный воздух с улицы через трубки. Тем самым снимем лишнее давление воздуха на стены здания с улицы, и соответственно проникновения влажного воздуха сквозь стены здания.

Вывод

Теория решения изобретательских задач (ТРИЗ) - наука, позволяющая не только выявлять и решать творческие задачи в любой области знаний, но и развивать творческое (изобретательское) мышление, развивать качества творческой личности. ТРИЗ дает возможность человеку не только быть готовым, но и получать кажущиеся на первый взгляд "дикие" идеи.

Список использованных источников

1 Альтшуллер, Г. Найди идею: Введение в ТРИЗ - теорию решения изобретательских задач / Г. Альтшуллер. - М.: Альпина Бизнес Букс, 2007. - 400с.

2 Иванов,Г. Формулы творчества, или Как научиться изобретать / Г.Иванов.-М.:Просвещение,1994.-208с.

Размещено на Allbest.ru