Бионическая инженерия и теория решения изобретательских задач в мостостроении

Размещено на http://www.allbest.ru/

Бионическая инженерия и теория решения изобретательских задач в мостостроении

Илья Игоревич Овчинников

Артур Барменович Караханян

Игорь Георгиевич Овчинников

Вадим Барменович Караханян

Абстракт

Рассматривается возможность интегрального подхода к решению инженерных задач, в том числе и в области мостостроения, основанного на интеграции бионической инженерии и теории решения изобретательских задач.

Ключевые слова: бионическая инженерия, ТРИЗ, бионика, биомиметический подход, мостостроение.

Bionic engineering and the theory of inventive problem solving in bridge engineering

Abstract

проектирование инженерный конструкция мостостроение

We consider the possibility of an integral approach in solving engineering problems, including the field of bridge building, based on the integration of bionic engineering and the theory of inventive problem solving.

Keywords: bionic engineering, TIPS (Theory of Inventive Problem Solving), bionics, biomimetic approach, bridge engineering

Под бионической инженерией понимается использование природных биологических конструкций, систем и методов для анализа и проектирования инженерных конструкций, систем и технологий. Вопросам применения бионической инженерии посвящено довольно много публикаций, отметим некоторые из них [1-6]. Вопросам применения бионического подхода в мостостроении посвящены наши публикации [7,8,9]. Как видно, в разных публикациях используются разные названия биоинженерного подхода: бионическая инженерия, бионический или биомиметический подход.

Кстати, в статье [10] приведена информация, якобы свидетельствующая о взаимопроникновении и взаимообогащении различных наук. В этой статье утверждается, что французский инженер Александр Густав Эйфель предложил чертеж «своей» Эйфелевой башни, конструкция которой напоминает костную структуру головки и шейки бедренной кости человека. К сожалению, в этой статье, как и во многих других, повторяется мысль о том, что Эйфель является автором Эйфелевой башни. Однако Эйфель не автор Эйфелевой башни, ибо он только купил право проект башни у Маврикия Коэшлина и Эмиля Нутье, инженеров его фирмы и разработчиков проекта башни. История Эйфелевой башни описана в книге [11], при написании которой использовались французские источники.

Обращаясь к биоинженерии, отметим тот факт, что в ходе эволюционного процесса природа корректировала и совершенствовала свои «изделия» - элементы флоры и фауны, которые, можно сказать, в конечном счете, стали достаточно эффективными для своих условий. Поэтому весьма разумно и логично использовать результаты эволюционной деятельности природы при создании инженерных сооружений. Тем более благодаря полученным результатам в конструкции и поведении биологических систем, а также имеющимся широким возможностям компьютерного моделирования и создаваемых инженерных конструкций и технологических процессов их создания появилась эффективная возможность применять идеи природы в инженерном конструировании.

Можно также предположить, что природа дает нам подсказки для решения проблем, связанных с экологическим кризисом, предлагая методики экологически рационального проектирования инженерных систем и конструкций. Существующие в природе процессы и принципы устойчивого развития сформировались как реакция на последствия экологических, экономических и социальных кризисов и усилия природы в направлении поиска чистых, рациональных и инновационных решений. Эти подходы, развитые природой, и могут и должны быть использованы в методологиях биоинженерного проектирования. Например, при разработке материалов с низким экологически опасным влиянием на окружающую среду, использующих возобновляемые ресурсы.

Таким образом, основная цель биоинженерии - это поиск и анализ произведений природы, полученных, испытанных и модернизированных ей за миллионы лет эволюции с тем, чтобы использовать их для улучшения тех произведений, которые человек создает искусственно за гораздо более короткие сроки. Систематическое изучение и анализ природных процессов и систем позволит сформировать базы данных и базы знаний, использование которых позволит избежать многих ошибок при создании новых инженерных решений и обеспечить получение эффективных инженерных решений. Причем следует изучать и использовать не только биостатические, но и биодинамические формы, а также обращать внимание и на макроуровневые процессы и конструкции, и на микроуровневые [9].

Так как природа при создании своих «произведений» по сути дела занималась изобретательством, то имеет смысл при решении биоинженерных проблем использовать научную технологию творчества, основы которой начали разрабатываться в СССР еще в 1946 году Г.С. Альтшуллером [12, 13, 14]. Затем, пройдя через этап алгоритма решения изобретательских задач (АРИЗ) [15] эта технология творчества стала называться теорией решения изобретательских задач (ТРИЗ) [16, 17]. Другими словами, основной идеей теории решения изобретательских задач является мысль о том, что технические системы развиваются по определенным законам, и эти законы можно установить и в дальнейшем применять их для эффективного решения изобретательских задач. Или, как говорится даже в названии книги [16], ТРИЗ представляет собой точную науку о производстве новых технических идей, опирающуюся на строгую последовательность логических операций. Причем при установлении законов развития технических систем использованы аналоги биологических законов, описывающих развитие биологических систем. В процессе разработки ТРИЗ был установлен главный закон развития технических систем: в процессе своего развития технические системы стремятся к увеличению степени идеальности, причем идеальной считается такая система, которой нет, но ее функция выполняется. Для решения изобретательских задач в теории решения изобретательских задач используется специальный информационный фонд, включающий банк типовых способов устранения технических противоречий, а также указатели применения геометрических, физических и химических эффектов.

Таким образом, можно сказать, что биоинженерия и теория решения изобретательских задач являются фундаментом большинства технических дисциплин, играющим важную роль в развитии исследований и применении инноваций. В последнее время обнаружилось, что ряд инструментов теории решения изобретательских задач эффективны в решении более широкого круга задач, включая проблемы бизнеса, управления качеством и других [18].

Заключение

Бионическая инженерия должна использовать то, что конструкции и функции и растений, и животных оптимизировались в течение миллионов лет эволюции, но такое длительное время поиска оптимальных форм не устраивает современных инженеров. Поэтому инженеры заинтересованы в использовании разработок природы, которые функциональны, оптимальны и экономически эффективны, а кроме того обладают хорошими эстетическими свойствами, о чем применительно к мостовым сооружениям говорится в [19, 20] но при этом заинтересованы и в применении теории решения изобретательских задач. Бионическая инженерия - это инновационное моделирование или обучение у природы. Интеграция теории решения изобретательских задач (ТРИЗ) и бионической инженерии, то есть объединение ТРИЗ с эволюционными принципами природы позволит решать многие важные и интересные проблемы применительно к сфере мостостроения.

Библиографические ссылки

1. Темнов, В.Г. Конструктивные системы в природе и строительной технике - Л.: Стройиздат, 1987. 256 с.

2. Архитектурная бионика / Ю.С. Лебедев [и др.]; под ред. Ю.С. Лебедева. - М.: Стройиздат, 1990. 269 с.

3. Ковырягин М.А., Овчинников И.Г. Управляемые конструкции (в мостостроении). - Саратов: Изд-во СГТУ, 2003. 95 с.

4. Bonser R.H.C. Patented biologically-inspired technological innovations a twenty year view // Journal of Bionic Engineering. - 2006. - № 3. Р. 39-41.

5. Гийо А., Мейе Ж.А. Бионика. Когда наука имитирует природу. М.: Техносфера, 2013. 293 с.

6. Bionic Architecture, Forms and Constructions/ Sadri Mehdi [etc.] // Research Journal of Recent Sciences. - 2014. - March. - Vol. 3(3). - P. 93-98.

7. Овчинников И.Г., Овчинников И.И., Караханян А.Б. Бионический подход в проектировании мостов // Наука: 21 век. - Саратов, 2015.

8. Развитие основных принципов проектирования транспортных сооружений. Использование биомиметического подхода / А.Б. Караханян, И.Г. Овчинников, И.И. Овчинников, В.В. Тимофеев // Транспортные сооружения, 2017 № 3, https://t-s.today/PDF/02TS317.pdf (доступ свободный). Загл. с экрана. Яз. рус., англ.

9. Современные пешеходные и велосипедные мосты (основные концепции проектирования и примеры): моногр. / И.И. Овчинников, А.Б. Караханян, И.Г. Овчинников, Ю.П. Скачков. - Пенза: ПГУАС, 2018. - 140 с.

10. Гуртовой Е.С., Батухтина Е.Е., Прокопьев Н.Я. Использование бионики в инженерии // Юный ученый. 2019. № 2 (22). с. 81-83.

11. Овчинников И.Г., Снарский С.В., Еллала Ф.А. Густав Эйфель и развитие индустриального мостостроения: Учебное пособие. Саратов. СГТУ. 2005. 46 с.

12. Альтшуллер Г.С., Шапиро Р.Б. О психологии изобретательского творчества // Вопр. психологии. -- 1956. -- № 6. -- С. 37-49.

13. Альтшуллер Г.С. Как научиться изобретать. -- Тамбов: Кн. изд., 1961. -- 128 с.

14. Альтшуллер Г.С. Основы изобретательства. -- Воронеж: Центр.-Чернозем. кн. изд-во, 1964. -- 240 с.

15. Альтшуллер Г.С. Алгоритм изобретения. -- 2-е изд., испр. и доп. -- М.: Моск. рабочий, 1973. -- 296 с. 1-е изд. -- 1969.

16. Альтшуллер Г.С. Творчество как точная наука: Теория решения изобретательских задач. -- М.: Сов радио, 1979. -- 175 с.

17. Альтшуллер Г.С. Найти идею: Введение в теорию решения изобретательских задач; Отв. ред. А.К. Дюнин; СО АН СССР. -- 2-е изд. испр. и доп. -- Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1991. -- 224 с.

18. Bogatyrev N.R., Bogatyreva O.A., TRIZ and biology: rules and restrictions// Proc. Of International TRIZ Conference, Philadelphia, USA, 2003, 19: р. 1-4.

19. Овчинников И.И., Горбачева И.А., Овчинников И.Г. Влияние инноваций на эстетику мостовых сооружений // Транспортные сооружения, 2019 № 1, https://t-s.today/PDF/01SATS119.pdf (доступ свободный). Загл. с экрана. Яз. рус., англ. DOI: 10.15862/01SATS119.

20. Неустроева Ю.Д., Овчинников И.Г. Эстетика мостового сооружения как один из способов повышения его качества // Интернет-журнал «Транспортные сооружения», 2020 № 1, https://t-s.today/PDF/18SATS120.pdf (доступ свободный). Загл. с экрана. Яз. рус., англ. DOI: 10.15862/18SATS120.

Размещено на Allbest.ru