Диалектика технологических систем
Проведение точного анализа взаимодействия веществ и энергий в оперативной зоне задачи. Структурный вещественно-полевой (вепольный) анализ и его характеристики. Построение вепольной схемы для новой технической системы. Линии общего развития веполей.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 16.02.2015 |
| Размер файла | 272,8 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Содержание
- Введение
- 1. Вепольный анализ
- 1.1 Веполь созидающий
- 1.2 Веполь развивающий
- 1.3 Веполь разрушающий
- 1.4 Веполь измеряющий
- 2. Право на ошибку
- 3. Решение реальной технической проблемы
Введение
Для решения изобретательской задачи обычно приходится долго добираться до скрытого в задаче физического противоречия и рассматривать конкретные физические процессы. Для этого нужен точный анализ взаимодействия веществ и энергий в оперативной зоне задачи. Известно, что ни одно событие в материальном мире не происходит без видоизменения вещества и энергии (поля). Взаимодействие этих двух составляющих и определяет все многообразие мира.
Поэтому в теории решения изобретательских задач - появился свой формальный язык, своеобразная математика в изобретательском труде. Это позволило свернуть тысячи физических понятий в несколько единиц, с которыми и работает изобретатель. Такая системность в использовании знаний вовсе не означает их обеднение или выхолащивание.
Не всегда можно решить задачу, которая имеет произвольное число исходных данных. Выйти из этого положения в изобретательской деятельности позволяет так называемый "вепольный анализ". Слово "веполь" образовано от слов "вещество" и "поле".
Вепольный анализ проводится в оперативной зоне возникновения задачи, т.е. там, где выявлено физическое противоречие. В этом месте обязательно должны быть два вещества В1 и В2, полезно или вредно взаимодействующие между собой, и поле П, которое связывает эти два вещества.
веполь диалектика технологическая система
1. Вепольный анализ
Структурный вещественно-полевой (вепольный) анализ - раздел ТРИЗ, изучающий и преобразующий структуру технических систем [7, 3]. Статистический анализ технических решений показал, что для повышения эффективности технических систем их структура должна быть выполнена определенной. Модель такой структуры называется веполем [7, 3].
Веполь - неологизм, образованный из сочетания первых букв слов "вещество" и "поле". Понятие "поле" имеет в вепольном анализе широкий смысл: кроме четырех полей, "узаконенных" в физике (электромагнитное, гравитационное, поля сильных и слабых взаимодействий), веполь может включать "поля" тепловые и механические. В сущности, "поле" в веполе - это энергия, прикладываемая к инструменту или изделию для выполнения полезной работы [6, 59].
Термин "вещество" тоже понимается в широком смысле слова: "веществами" могут быть, например, плотина и вода, винт и гайка, снаряд и танк, молоток и гвоздь [6, 60].
В задаче об оттаивании грунта - в оперативной зоне были вода - В1 и грунт - В2, на которые воздействовало тепловое поле - Пт. В задаче об износе колес шасси самолета тоже было два вещества и поле - протектор, аэродромные плиты и механическое поле трения. Во всех задачах, в которых мы добирались до физического противоречия, присутствовала эта тройка.
Наша цель - выяснить взаимоотношения имеющихся в веполь элементов и при необходимости создать новый веполь, усилить или разрушить старый.
Понятие "поле" в ТРИЗ условно расширено. Оно включает в себя не только "законные" физические поля электромагнитные, гравитационные, поля слабых и сильных взаимодействий, но и всевозможные "технические" поля - механическое, инерционное, тепловое, акустическое, лучевое, запаховое и т.д. Итак, любое взаимодействие между веществами будем называть полем. Это поле должно нести вещество. Оно же является и главным "информатором" о событиях, происходящих в оперативной зоне задачи. Понятие "вещество" в ТРИЗ также условное - им может быть любой, элемент, участвующий в задаче.
Графически веполь в общем виде выглядит так, как на рисунке 1: В1, и В2 - вещества, а П - поле, с помощью которого вещества взаимодействуют между собой. Пока в оперативной зоне не будет выявлена эта "троица", решение задачи будет невозможным.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Для примера, нужно найти иголку в стоге сена. Как быть? Знаменитый югославский ученый Тесла утверждал, что если бы Эдисону была предложена такая задача, то он с прилежанием пчелы начал бы перебирать каждую травинку этой копны. Метод проб и ошибок, который использовал Эдисон, и не предполагал другой технологии поиска. А как поступите вы?
По условию задачи есть два вещества (В1 - иголка и В2 - сено) и нет поля. Добавляем поле П, допустим, магнитное. Тогда задача сразу решается. А если игла не магнитная? Все равно в систему вводим другое какое-то поле, например инерционное. Раскрутив стог, поймаем иглу. Можно ввести и поле "выталкивания", которое испытывает всякое тело, погруженное в жидкость. Игла окажется вниз, а сено наверху жидкости. Всегда, изучая задачу, в первую очередь мы должны проверить, есть ли в оперативной зоне полный веполь. Если не хватает вещества, нужно его ввести. Если не хватает поля, то и его нужно ввести в систему.
Иногда роль одного из веществ может принять на себя и сам человек. Это было использовано в задаче о пожарной сигнализации в шумном заготовительном цехе. Там человек играл роль "вещества", на которое воздействовали запахом (полем) через общеобменную вентиляцию, где воздух был вторым веществом.
Строго говоря, в оперативной зоне задачи всегда есть какие-то вещества и какой-либо вид энергии (поле). Все дело в том, "работают" ли эти вещества и поля на нашу цель. Их "переорганизация" и "специализация" являются основной заботой изобретателя. Взаимодействие между веществами и полем обозначаются специальными символами (если поле входящее, то его обозначение располагают над веществами, если поле выходящее-под обозначением вещества).
Веполь условен. Это своеобразная графическая модель технической системы, а еще точнее, язык, изучая который можно легче понять состояние всей технической системы. Как в капле воды отражается химический состав океана, так и в этой "молекуле" техники отражается суть изобретательской задачи. Если веполь неполный, т.е. в нем не хватает какого-либо вещества или поля, его надо достроить. Если есть хотя и полный, но неэффективный веполь, его надо развить, задействуя новые вещества или поля. Если веполь "вредный", т.е. сам порождает, нежелательное явление, его надо разрушить и заменить новым. Это касается как изменительных задач, когда создается новая или совершенствуется старая система, так и измерительных задач, где требуется получить информацию о работе системы.
Итак, есть веполи на создание, развитие, разрушение и измерение технической системы. С каждым из них познакомимся в следующих главах. Отметим, что развитие всех видов веполей выглядит следующим образом: неполный веполь полный веполь цепной (сложный)
Веполь форсированный веполь (дробление, динамизация, переход к пористым веществам, структурирование вещества, согласование ритмики) феполь форсированный феполь, свертывание, переход в надсистему и к подсистемам.
Эти эволюционные шаги отображают общую линию развития любой технической системы и наиболее полно представлены в стандартных решениях изобретательских задач.
1.1 Веполь созидающий
Существует изречение: "Всякое новое достойно гибели." Парадоксальное утверждение, но вдумаемся в него. Если мы не будем заменять старое, бывшее когда-то новым, то, остановимся на месте и не будем прогрессировать. Так и в технике. Новая система по мере повышения требований становится старой. Ее нужно либо модернизировать, либо создать совершенно новую. Оба пути имеют право на существование, оба диктуются экономическими условиями конкретного места и времени.
Рассмотрим, как осуществляется построение вепольной схемы для новой технической системы. Когда рождается новая система? Тогда, когда возникает потребность в ней, или тогда, когда существующая система не в состоянии выполнить новую функцию. В этом случае вепольный анализ начинается с выявления нужных веществ, полей и максимального их задействования из окружающей среды, или ближайших над - и подсистем.
Проследим это на примерах.
При сборке прибора требуется уложить в его узкий паз пружину, при этом она должна там находиться в сжатом виде до тех пор, пока не будут вставлены другие детали. Как это сделать? Никакой технической системы у вас нет. Придется создать новую.
Остановитесь и немного подумайте, прежде чем продолжать чтение.
Удалось найти решение? Если нет, то попробуем порассуждать, оперируя рассмотренными ранее правилами.
Итак, требуется создавать новую техническую систему для временного удержания пружинки в сжатом состоянии.
Идеал - пружинка сама удерживает себя некоторое время в сжатом состоянии, а затем распускается.
Физическое противоречие - пружинка должна быть сжатой и не должна быть сжатой.
Принцип - разнесение противоположных требований во времени. Собственно, он диктуется уже самими условиями задачи. Но как это сделать? Вепольный анализ показывает, что собственно технической системы нет. Есть только одно вещество В1 - пружина. Чтобы создать систему для удержания пружины, должно быть как минимум еще одно вещество В2 и какое-то поле П. Работоспособный веполь должен иметь показанный на рисунке 2 вид. Какое-то поле через какое - то вещество В2 должно воздействовать на В1 (пружину) и удерживать в сжатом состоянии.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Решающие эту задачу в качестве В2 обычно предлагают металлическую скобу или же какую-то нить, бечевку, удерживающую пружину в сжатом виде. Да, здесь появляется полный веполь с наличием механического поля. Но решение очень далеко от идеала - пружина сама не удерживается и не распускается. Кроме того, требуется еще какая-то дополнительная техническая система для снятия зажимов с пружины. Чтобы не решать эту новую задачу, мы должны подобрать иное вещество и поле, которые бы через определенное время сами исчезали из прибора. Что это за вещество, которое вначале "сильное, крепкое", а затем "слабое и летучее"? Таких веществ много. Одно из них вода, под действием теплового поля она может быть льдом, жидкостью и газом. Итак, троица сформировалась, и решение стало ясным. Увлажняем пружину водой, сжимаем ее и замораживаем в таком положении. Лед удерживает витки пружины между собой. Помещенная в прибор сжатая пружина через минуту оттаивает и распрямляется, а вода сама испаряется. Все. Задача решена.
При достройке веполя всегда предпочтительно не вводить новые вещества и поля, а использовать имеющиеся в системе, при необходимости видоизменив их.
Отметим еще один важный момент в вепольных построениях на синтез системы. Веполь в качестве энергии и веществ охотно включает в себя магнитное поле и ферровещества. В этих случаях он уже будет носить имя - фепол ь, который, как правило, дает более сильные решения. Это о6ъясняется тем, что мы умеем хорошо управлять и магнитным полем, и ферромагнетиками.
Остается подкрепить сказанное примером.
Рыхление почвы обычными дисковыми культиваторами неэффективно. В прикорневой зоне почва остается нетронутой, но именно туда и желательно попадание азота из воздуха и различных микроэлементов, вносимых в почву. Улучшить качество рыхления можно, максимально приблизив к корням дисковые ножи культиватора, но тогда неизбежно повреждаются корни. Как быть? Итак, В1 - корни, В2 - нож культиватора, П - механическое поле. "Портрет" имеющегося веполя выглядит так: нож культиватора В2 под действием механического поля неэффективно и вредно действует на корни В1. Имеется физическое противоречие: нож должен быть рядом с корнями - и нож должен быть вдали от корней. Нужна новая техническая система для рыхления почвы. Трудно найти решение этой задачи без осознанных действий по построению вепольной схемы.
Ход возможных рассуждений может быть таким. В оперативной зоне имеется лишь одно вещество - почва. Чтобы создать новый веполь, нужно достроить систему, т.е. ввести еще одно вещество и какое-то поле.
Ранее пробовали это делать, вводя туда дисковые ножи и прикладывая механическое поле. Увы, результат неважен - взрыхление идет в сторону или рвутся корни. Используем более высокую форму веполя - феполь. Вводим в почву феррочастицы - металлические шарики, опилки, окалину. Это можно делать еще в момент высева семян в почву. Затем, когда появляются всходы, над почвой проносим магнит. Феррочастицы, увлекаемые магнитом, выходят из почвы и аккуратно взрыхляют ее в самой корневой зоне, образуя многочисленные каналы. При этом их можно будет заставить совершать сложные колебательные движения или вести по спиральной траектории. Ферромагнитные частицы можно предварительно не вносить в почву, а запускать их туда с помощью полого сошника и тут же с помощью электромагнита вынимать из почвы по траектории, пересекающей корни растений.
Такое решение признано изобретением, и думается, что в недалеком будущем оно будет широко применяться в агротехнике, потому что соответствует законам развития технических систем.
1.2 Веполь развивающий
Мы всегда недовольны настоящим. Вероятно, это объективно справедливо, иначе у нас не было бы будущего. Так и с технической системой. Создана какая-то машина, но через некоторое время наши требования к ней повышаются, и мы пытаемся ее улучшить. Мы знаем, что улучшение технической системы может идти только в сторону повышения степени ее идеальности. В вепольном анализе это означает интенсификацию имеющихся веществ и полей или введение новых полей и веществ более высокого уровня развития.
Предположим, необходимо с помощью обычного жидкостного уровня проверить горизонтальность поверхности площадки, расположенной в труднодоступном месте, например в узкой нише. Установить туда уровень мы можем, но увидеть, в каком положении находится пузырек с воздухом, не удается. Вынимая уровень, сбиваем его показания. Как быть?
Выявляем физическое противоречие. Оно следующее: имеющаяся в ампуле жидкость, например вода, должна быть подвижной, чтобы пузырек воздуха мог перемещаться и показывать величину уклона, и она должна быть неподвижной, чтобы при выемке прибора сохранить его показания. Как этого достичь?
Вепольный анализ показывает: в оперативной зоне есть два вещества - жидкость В1 и пузырек воздуха В2. Есть также и поле ПГ - гравитационное, которое устанавливает жидкость строго горизонтально. Система представляет собой полный веполь, и прибор действительно хорошо выполняет свою основную функцию - замер уклонов. Но нам нужно, чтобы прибор выполнял еще одну функцию - сохранял свои показания при наклоне.
Гравитационное поле ПГ в этот момент вредно действует на жидкость В1. Нужно перестроить веполь, ввести в него другое поле, нейтрализующее действие первого. В известном изобретении так и сделано - применено тепловое поле (см. рис.3). Попеременно используем то один, то другой веполь.
После установки уровня его просто замораживают, обдувая холодным воздухом или обкладывая сухим льдом. Жидкость в ампуле превращается в лед и удерживает пузырек на одном месте. Теперь можно вынимать прибор, его показания не собьются.
А как быть, если нужно многократно фиксировать положение пузырька в ампуле? Постоянно замораживать и размораживать прибор хлопотно. Тем более, что в ампулах, как правило, находится не простая вода, а спирт или антифриз, которые не так просто заморозить.
В этом случае мы должны форсировать веполь. Это значит, что следует ввести в систему новое вещество В3 вместо В1, а вместо теплового ввести другое легкоуправляемое поле, например магнитное - Пм. При этом В3 должно быть чувствительным и к гравитационному полю, и к магнитному (см. рис.4).
Заполняем ампулу прибора магнитной жидкостью В3, которая твердеет при воздействии на нее магнитным полем Пм. Теперь в любой момент и в любом положении мы можем "закрепить" пузырек с воздухом и так же легко освободить его. Хотя это решение несколько усложняет прибор, но в некоторых случаях оно может быть необходимым и единственно возможным, например в различных геодезических приборах.
Обратимся и к такому примеру. Первый бронебойный снаряд отличался от обычного тем, что имел наконечник из специальной твердой стали, которая по прочности превосходила броню. Наконечник передавал механическую энергию броне, и она, не выдерживая, разрушалась. Но вот появилась броня с высокозакаленным поверхностным слоем. Наконечник соскальзывал с нее и рикошетил. Встал вопрос о том, как удержать снаряд от соскальзывания с брони. Существующий веполь не обеспечивал реализацию этой новой функции. Выход из положения: развить веполь, переведя его в цепной. Для этого наконечник нужно соединить с каким-то другим веществом, которое использовало бы при этом то же самое механическое поле, но уже для удержания самого снаряда в момент удара.
Русский адмирал Макаров первый предложил такой бронебойный снаряд, который "прилипал" к броне. Сердечник снаряда, как и раньше, выполнялся из высокопрочной стали, но имел снаружи рубашку из мягкого материала. В момент удара рубашка снималась с наконечника, превращалась в комок и прилипала к броне. Наконечник уже не мог сойти в сторону, так как со всех сторон был обжат материалом рубашки и вся его кинетическая энергия передавалась через острие на броню. Развитие веполя выглядело таким образом:
Можно и дальше развивать этот веполь, сделав рубашку или снаряд термитным, т.е. подключив новое тепловое поле. Смысл цепного веполя уже понятен, но применять его хотелось бы только в мирных целях. Кстати, для многих пробивных штампов, где есть тонкий прокалывающий стержень, так называемый пуансон, актуальна та же задача - удержать пуансон от изгиба и соскальзывания с заготовки.
А теперь обобщим сказанное и рассмотрим линии общего развития веполей.
Вначале это обычный, простейший веполь, обеспечивающий минимальную работоспособность системы и состоящий из трех четко обозначенных элементов - В1, В2 и П. Затем он начинает включать в свой состав дополнительные вещества или поля, становясь сложным веполем. При дальнейшем повышении требований сложный веполь перерастает в цепной. В этом случае к одному из имеющихся веществ подключается новое поле и новое вещество. Образовавшийся новый веполь в свою очередь может взаимодействовать с другой группой вещества и полей и т.д., образуя единую цепь для достижения поставленной цели.
Далее идет форсирование веполей (дробление, динамизация и т.д.), переход к феполям и, наконец, сворачивание всех веществ в одно. Когда и здесь возможности нового вещества исчерпываются, вепольная система передает свои функции в надсистему, где все повторяется сначала.
1.3 Веполь разрушающий
Древние жрецы, поднимая руки к небу, восклицали: "Господи, дай мне силы изменить то, что я могу изменить. Дай мне терпение смириться с тем, что я не могу изменить. Дай мне мудрость, чтобы отличить первое от второго". Хорошая заявка на нормальный образ мышления. Вот только со второй частью этой заявки изобретателям согласиться трудно.
Терпеть - и не попытаться изменить? А если веполь вредный, если он сводит на нет все наши старания по предыдущим изменениям? Здесь сам Бог велит исправить положение.
Разберем такую ситуацию. Второй день соседский кот недвусмысленно прохаживается вокруг деревянного столба, на котором висит скворечник с тревожно чирикающими птенцами. Кот явно вынашивает план своего визита к ним. Этого допустить нельзя. Как быть? Решая задачу, учтите, что кот должен остаться котом, его нельзя "видоизменять". Любые ограждения вокруг столба он легко преодолевает. Ваши предложения?
Конечно, нужно исключить возможности влезания кота на деревянный столб. Кот вонзает свои когти - В1 в дерево - В2 и благодаря увеличенной при этом силе трения - Пм (механическое поле) совершает свое восхождение. Как видите, "работоспособность" кота обеспечена полным веполем. Нужно его разрушить. Вводим между двумя веществами - котом и столбом - новое третье поле или вещество. Можно применить запаховое поле, допустим запах собаки. Повесим на столб несколько клочков шерсти самой злой собаки - и птенцы спасены. Но запах со временем слабеет, да и кот достаточна наблюдателен, чтобы определить ложную для него опасность. Тогда попробуем между столбом и лапами кота ввести третье вещество, которое исключило бы их взаимодействие. Это может быть, например, кусок жести, обернутый вокруг столба. Он обеспечит недосягаемость птенцов.
А вот задача совсем из другой области. Днище бочки, в котором перемешивается абразивная паста, истирается за несколько дней. И даже установка броневых плит из особо твердых сплавов не дает положительного результата.
Здесь явно виден "хорошо" работающий веполь на разрушение. Его действие нужно нейтрализовать, сохранив процесс перемешивания. Для этого на днище бочки приваривают невысокие ребра так, чтобы они образовывали карманы. Набившаяся в них паста будет неподвижной, принимая на себя истирающее действие перемешиваемой пасты. Теперь днище можно делать хоть из фанеры. Оно будет вечным.
Сформулируем основные правила разрушения вредных веполей.
Правило 1. Если одно вещество вредно действует на другое, то между ними вводят третье вещество, при этом желательно, чтобы оно было видоизмененным состоянием одного из двух имеющихся.
Для примера приведем эпизод из Великой Отечественной войны. Партизаны минировали железнодорожные пути, чтобы подрывать немецкие эшелоны с военной техникой. Операции шли успешно. Но однажды немцы привезли дрессированных собак, которые по запаху определяли местоположение взрывчатки.
Начал работать веполь на обнаружение. Взрывчатка В1 собака В2 и поле - запах самой взрывчатки. Конечно, для партизан это был вредный веполь, и его надо было разрушить. Что они сделали? Воспользуйтесь правилом, и вы узнаете их решение. Совершенно верно, они ввели еще одно поле, которое оттягивало на себя вредное действие В2 (собаки). Для этого поверх путей на большом расстоянии посыпали взрывчатку, а саму мину закапывали под шпалу. Поди узнай, где она лежит, если кругом пахнет взрывчаткой.
Правило 2. Если поле вредно действует на вещество, то между ними вводят второе поле, нейтрализующее действие первого, или его вредное действие оттягивают на третье вещество.
Покажем на примере реализацию первой части этого правила.
Тяжело нагруженные зубчатые колеса, образующие зубчатую пару, посредством своих зубьев взаимодействуют между собой и интенсивно изнашиваются. Предложено встроить в зубья шестерен магниты, обращенные друг к другу одноименными полюсами. Зубья будут передавать давление, но не будут касаться друг друга, так как силы отталкивания при сближении магнитов достигают огромных величин. Такая зубчатая передача практически вечна и не требует смазки.
Проверьте это явление. Возьмите в руки магниты и попробуйте сблизить их одноименными полюсами. Как бы вы их ни сдавливали, между ними всегда будет зазор, хотя давление передаваться будет.
А вот и пример ко второй части правила.
Для защиты емкостей с водой от разрыва при замораживании в воду помещают эластичный предмет, например мяч, полый шланг ит.п. Поле давления расширяющейся при замерзании воды сжимает это, третье вещество, а стенки емкости остаются целыми. Садоводы давно пользуются этим приемом. Чтобы бочку с водой не разорвало зимой, они опускают в нее несколько сухих досок.
1.4 Веполь измеряющий
Нам всегда приходится что-то измерять. Существует даже целая наука - метрология. Но в изобретательстве задачи на измерение или обнаружение стоят в особом ряду. Дело в том, что изобретатели всегда стремятся превратить задачу на измерение в задачу на изменение. Это соответствует основному закону развития техники - идеальности, согласно которому система должна сама себя обслуживать и не требовать каких-то измерений, которые чаще всего нужны только для внесения необходимых поправок в ее работу. По этой причине наличие измерительных задач есть признак несовершенства системы.
Мы поступим неверно, если сразу начнем решать задачу на измерение, не убедившись в невозможности ее перевода в изменительную задачу или хотя бы в обнаружительную. Ведь всегда легче просто обнаружить отклонение от нормы, чем замерять величину этого отклонения, которая часто ни о чем не говорит и никому не нужна.
Но если все же приходится измерять, попробуйте поручить эту работу уже имеющимся в системе элементам, так сказать "по совместительству". Многофункциональность - первый признак повышения степени идеальности. А из элементов выбирайте те, которые непосредственно находятся в зоне возникновения измерительной задачи, и выделяемые ими поля (сигналы) используйте как источник информации.
Вот пример. Температуру подшипника скольжения можно узнать, подключив достаточно чувствительный вольтметр к корпусу вкладыша и к его антифрикционному слою. Эти два вещества образуют термопару, а она вырабатывает ЭДС в зависимости от температуры. Теперь заметим, что если в обычном изменительном веполе требуются, как минимум, два вещества и одно поле, то в измерительном, кроме веществ, обязательно наличие не одного, а двух полей. Одно из них будет входящим в вещество, другое - выходящим из него, и это выходящее поле несет необходимую информацию, которая принимается отдельной технической системой или непосредственно человеком.
Входящее в систему поле может проходить через одно или сразу два и более веществ, но в любом случае оно должно как-то видоизменяться, чтобы на выходе по этим изменениям можно было судить о происходящих событиях.
В измерительном веполе входящее поле может так воздействовать на имеющиеся в системе вещества, что они начнут испускать совершенно новые поля, которые и будут нести нужную информацию. Например, при нагреве стальной заготовки нужно определить момент мартенситных превращений (когда кристаллическая решетка материала переходит из одного состояния в другое). Конечно, это можно сделать, измеряя температуру заготовки, но опытные металлисты поступают иначе. В момент мартенситных превращений цвет заготовки резко меняется, она как бы выбрасывает яркий пучок света. И здесь мы имеем два вещества в заготовке - железо и углерод, входящее поле - тепло и выходящее поле - свет, которое порождено веществами.
Более простой пример. Для того чтобы узнать, не перегрелась ли букса железнодорожного вагона, ее поверхность покрывают термочувствительной краской. При нагреве краска меняет цвет, и это улавливается специальными фотоприемниками или обнаруживается осмотрщиками вагонов. Принцип веполя на измерение остается тот же.
Графически такие простые измерительные веполи выглядят так, как показано на рисунке.
Синтез и развитие измерительных веполей идет аналогично изменительным. Хочется обратить внимание на следующее явление, которое хотя и присуще всем видам веполей, но особенно проявляется в измерительных.
Если в задаче дан веполь с полем П1 а на выходе нужно получить П2, то название нужного физического вещества можно узнать, соединяя название полей П1 и П2. Это очень ценная рекомендация, следование которой позволит значительно сократить поиск вещества и найти нужный физический эффект.
2. Право на ошибку
Пожалуй, это самый древний метод создания технических систем и устройств. Им пользовался еще наш далекий пращур, когда прилаживал к своей палке соответствующий камень.
Метод подкупает своей простотой и надежностью - взял, примерил, отбросил. Снова взял, примерил. Опять вял. Так работали и сто лет, и сто тысяч лет назад. Метод проб и ошибок, пожалуй, и сегодня остается наиболее распространенным среди изобретателей и рационализаторов. Ежедневно в мире патентуется более 500 технических решений, и только малая их часть, не более 10-15%, находит применение в практике. Все остальное является своеобразным "информационным шумом", т.е. эти решения никогда не будут внедрены, это "брызги" случайностей, "отходы" интеллектуальной деятельности человека, работающего методом проб и ошибок. Выявлено, что для того, чтобы сделать этим способом хотя бы одно изобретение среднего уровня, требуется совершить многие сотни и даже тысячи проб. Вероятно, поэтому и появилось крылатое выражение: "Талант - это 99% пота и 1% удачи".
Действительно, талантливый изобретатель успевает в уме за короткое время перебрать десятки, а то и сотни вариантов. Это необычайно трудная и утомительная работа, на которую физиологически способны немногие. Что же делать?
Корифей изобретательства А. Эдисон держал целый институт экспериментаторов, которые, например, в поисках нужного материала для нити накаливания электрической лампочки привели многие тысячи опытов, испытывая все имеющиеся под рукой материалы. В ход шли все известные металлы и сплавы, обугленные нити из шерсти, шелка, бристольского картона, бумаги и даже из человеческого волоса. По заданию Эдисона его сотрудники ездили в Бразилию, Китай, Японию и другие страны для поиска и сбора различных видов растений, например бамбуков. Как показывали опыты, обугленные палочки из некоторых сортов бамбука достаточно хорошо работали в качестве нищ накаливания.
Эдисон получил несколько десятков патентов на различные виды нитей накаливания для лампы. Однако работоспособность ламп с этими нитями все еще была низка. Лишь значительно позже Эдисоном была понята основная причина этого - кислород, который все же оставался в колбе после откачки из нее воздуха, окислял материал нити, и она разрушалась. Стали делать высоковакуумные лампы или заполнять их полость инертным газом. Долговечность работы лампы резко увеличилась. Теперь нить накаливания можно было делать из обычных тугоплавких металлов, которые к тому времени стали уже не столь дефицитными.
Около 40 тысяч опытов пришлось сделать Эдисону и его сотрудникам, чтобы получить достаточно работоспособную конструкцию щелочного аккумулятора. Это действительно был титанический труд.
Отдадим должное таланту и трудолюбию Эдисона. Но если метод проб и ошибок еще был допустим в начале века, когда мир техники только зарождался, то сейчас он просто исчерпал свои возможности. Подсчитано, что для того, чтобы этим методом сохранить набранные темпы развития изобретательской деятельности, то в скором будущем за стол экспериментатора надо будет посадить все население нашей планеты!
Да, пробы нужны, ошибки неизбежны, и человек всегда будет иметь право на них, но их количество по мере "взросления" человечества должно все более и более сокращаться. Иначе нам придется оставить мысль об ускоряющемся развитии человеческой цивилизации путем эффективного использования в изобретениях накопленных знаний.
3. Решение реальной технической проблемы
До определенного этапа развития человеческого общества, в частности индустрии, в природе существовало экологическое равновесие, т.е. деятельность человека не нарушала основных природных процессов или очень незначительно влияла на них. Экологическое равновесие в природе с сохранением естественных экологических систем существовало миллионы лет и после появления человека на Земле. Так продолжалось до конца XIX в. Двадцатый век вошел в историю как век небывалого технического прогресса, бурного развития науки, промышленности, энергетики, сельского хозяйства. Одновременно как сопровождающий фактор росло и продолжает расти вредное воздействие индустриальной деятельности человека на окружающую среду. В результате происходит в значительной мере непредсказуемое изменение экосистем и всего облика планеты Земля.
В настоящее время с ростом и бурным развитием промышленности большое внимание уделяется ее экологической обоснованности, а именно проблеме очистке и утилизации отходов.
Тепловая энергетика оказывает огромное влияние на окружающую среду, загрязняет воду и атмосферный воздух. Самая грязная и экологически опасная - угольная электростанция. При мощности в 1 млрд. Вт она ежегодно выбрасывает в атмосферу 36,5 млрд. куб. метров горячих газов, содержащих пыль, вредные вещества и 100 млн. куб. метров пара. В отходы идут 50 млн. куб. метров сточных вод, в которых содержится 82 тонны серной кислоты, 26 тонн хлоридов, 41 тонна фосфатов и 500 тонн твёрдой извести. Ко всем этим выбросам необходимо добавить углекислый газ - результат сгорания угля. Наконец, остаётся 360 тысяч тонн золы, которую приходится складировать. В целом для работы угольной электростанции ежегодно требуется 1 млн. тонн угля, 150 млн. кубических метров воды и 30 млрд. кубических метров воздуха. Если учесть, что такие электростанции работают десятилетиями, то их воздействие на окружающую среду можно сравнить с вулканической деятельностью. Каждый крупный город имеет несколько подобных "вулканов".
Сточные воды.
Структурное подразделение "Комсомольская ТЭЦ - 2" филиала "Хабаровская генерация" ОАО "Дальневосточная генерирующая компания" осуществляет сброс сточных вод в реку Амур и озеро Хорпы. Количество и степень загрязнения стоков электростанции зависит от ее мощности, технического состояния установленного оборудования, вида топлива, схемы очистки сточных води технического уровня эксплуатации электростанции. Основным законодательным документом по защите водоемов от загрязнения являются "Правила охраны поверхностных вод от загрязнения".
Понятие "сточные воды"
Сточная вода - разновидность возвратной воды, т.е. вода, которая организованно возвращается с помощью технических сооружений в естественные звенья. Это океаническое, в нашем случае - озерное и речное звенья. Сточная вода включает хозяйственно-бытовую сточную воду населенных мест, дождевую (снеговую) воду и производственную сточную воду. К числу сточных вод сбрасываемых электростанциями относятся:
Воды, загрязненные нефтепродуктами;
Воды от промывки хвостовых поверхностей котлов;
Сбросные воды ХВО;
Воды от консервации и химических очисток теплосилового оборудования;
Воды, сбрасываемые системами гидрозолоудаления.
Сбрасываемые воды должны быть разделены на незагрязненные и загрязненные потоки.
На Тэц-2 Выпуск №1 (Перелив из бассейна) имеет официальный статус - нормативно чистый сток. Вода, взятая из р. Амур и использованная для охлаждения конденсаторов турбин, возвращается в реку с неизменными свойствами, тем же составом и качеством. Для контроля влияния этого стока на воду р. Амур отбираются пробы с реки на водо-насосной станции и ниже по реке 200 м, от сбросов Выпуска №1. Отбор должен производиться с плавсредств, в зимний период - с лунок.
На все другие стоки ТЭЦ - 2 территориальным управлением федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору установлены допустимые концентрации загрязняющих веществ. >
Предельно допустимая концентрация - максимальная концентрация вещества в воде и при ежедневном поступлении его в ваш организм в течение всей жизни он не должен оказывать прямого или опосредованного влияния на ваше здоровье и здоровье последующих поколений.
Южный выпуск сток образован сточными водами ХВО, ливневые стоки с дорог и грунтовые воды. Шлам, сбрасываемый со сточными водами, содержит органические вещества, снижает содержание кислорода в воде, что приводит к нарушению процесса естественного самоочищения реки. Содержащиеся в шламе хлопья окислов металлов осаждаются на слизистой оболочке жабр рыбы, вызывая их гибель. По общим требованиям к составу и свойству воды, водных объектов, у пунктов хозяйственно-питьевого и культурно - бытового водопользования, рН не должен выходить за пределы 6,5-8,5 ед., т.к. процессы биохимического самоочищения водоемов усилено протекают именно в этих границах рН. При рН 9,5 ед. у рыб начинает разрушаться кожный покров, ткани плавников, жабры. Кроме того, воды загрязненные кислотами, аммиаком и другими веществами, содержащимися в сточных водах, в ряде случаев становятся агрессивными по отношению к строительным конструкциям.
Проблема.
КТЭЦ-2, как и многие предприятия, не имеют своих очистных сооружений.
Поэтому происходит загрязнение реки Амур Щелочными водами.
Задача.
Существенно уменьшить поступление щелочных вод с ХВО химического цеха в реку Амур и pH-среды стоков соответствовал pH-среды пресных водоемов (pH-нейтральная).
Ход решения проблемы.
Обессоленная вода, предназначенная для подпитки котлов близка по своему составу к основному конденсату турбин. Для освобождения находящихся в воде катионов и анионов, вода проходит обработку специальным материалом (катионитом и анионитом). При истощении материала его обрабатывают: катионит - раствором кислоты (H2SO4), а анионит - раствором щелочи. Продукты обработки (кислотные и щелочные) воды сбрасывают через Южный сток в реку Амур. Кислые и щелочные воды необходимо нейтрализовывать, чтобы в Амур поступала вода pH нейтральная. Так как кислые воды более агрессивные то для их нейтрализации на сегодняшний день используются два запараллеленных бака (баки щелочных отмывочных вод V=180мі каждый).
Идеальный конечным результатом будет Существенное уменьшение поступающих щелочных вод с ХВО химического цеха в реку Амур и pH-среды стоков соответствовал pH-среды пресных водоемов (pH - нейтральная).
Сточные щелочные воды нейтрализовать нечем, так как нет емкости для хранения кислых вод (смотреть план-схему). На регенерацию поступает 70 мі щелочного раствора, этого достаточно, чтобы заполнить один бак отмывочных вод. Второй бак можно использовать под кислые воды для нейтрализации щелочных вод. Для этого необходимо заглушить трубопровод, связывающий эти баки между собой. С дренажного коллектора (Южный выпуск) необходимо завести новый трубопровод в бак № 2. Таким образом мы будем нейтрализовывать поступающие в Амур не только кислотные, но и щелочные воды.
Вывод.
Таким образом, выявив проблему и поставив перед собой задачу, мы нашли вариант, который может быть реализован. Данное решение не несет больших экономических затрат и поможет справиться с данной проблемой.
План - СХЕМА до модернизации
План - СХЕМА после модернизации
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Рентгенография как решение основной задачи структурного анализа при помощи рассеяния рентгеновского излучения. Кристаллическая структура и дифракция. Взаимодействие излучения с веществом. Компьютерные программы уточнения параметров элементарной ячейки.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 23.07.2010Конкретизация условий, построение и анализ модели задачи. Нахождение принципиального решения технической задачи для первой подсистемы. Модель задачи для подсистемы управления передаточным отношением. Выявление и разрешение противоречий.
статья [521,8 K], добавлен 30.07.2007Анализ работы системы управления для электроусилителя руля легкового автомобиля на базе вентильного двигателя с постоянными магнитами. Построение структурной схемы программы. Компоновка принципиальной электрической схемы. Построение диаграммы управления.
курсовая работа [1,7 M], добавлен 15.09.2012Физические законы для систем электрического и теплового зарядов. Параметр электрического сопротивления. Механический эквивалент тепла. Термо-электрический потенциал. Закон сохранения и преобразования энергий. Интегральный и дифференциальный процессы.
контрольная работа [398,8 K], добавлен 10.05.2015Природа рентгеновских лучей. Кристаллическая структура и дифракция. Взаимодействие рентгеновского излучения с веществом. Методы и программные средства рентгеноструктурного анализа. Структурные характеристики элементарных ячеек системы NdxBi1-xFeO3.
курсовая работа [4,6 M], добавлен 23.07.2010Полная и линеаризированная структурные схемы системы электропривода, численные значения коэффициентов связи и постоянных времени неизменяемой части. Анализ установившегося режима системы. Исследование динамики системы, расчёт кривой переходного процесса.
курсовая работа [1,3 M], добавлен 13.12.2009Динамический, структурный, кинематический и силовой анализ механизма, построение плана скоростей и ускорений. Выбор расчетной схемы и проектный расчет механизма на прочность. Построение эпюр и подбор сечений звена механизма для разных видов сечений.
курсовая работа [118,9 K], добавлен 18.09.2010Исследование кристаллической структуры поверхности с помощью рентгеновских и электронных пучков. Дифракция электронов низких и медленных энергий (ДЭНЭ, ДМЭ), параметры. Тепловые колебания решетки, фактор Дебая-Валлера. Реализация ДЭНЭ, применение метода.
курсовая работа [3,2 M], добавлен 08.06.2012Анализ естественных и искусственных радиоактивных веществ. Методы анализа, основанные на взаимодействии излучения с веществами. Радиоиндикаторные методы анализа. Метод анализа, основанный на упругом рассеянии заряженных частиц, на поглощении P-частиц.
реферат [23,4 K], добавлен 10.03.2011Общие положения об электроприводе. Современный автоматизированный электропривод и тенденции его развития. Двигатели постоянного тока. Построение структурной схемы АЭП, синтез математической модели. Сравнительный анализ разработанных систем управления.
курсовая работа [681,0 K], добавлен 08.07.2012Анализ физико-математических принципов аксиоматического построения первичных уравнений электромагнитного поля, физическое содержание которых представляет собой концептуально новый уровень развития полевой теории классического электромагнетизма.
статья [164,4 K], добавлен 22.11.2009Проектирование волоконно-оптической линии передачи с использованием оптического кабеля между Великим Новгородом и Смоленском. Расчет пропускной способности проектируемой линии. Выбор схемы резервирования, схемы синхронизации и системы управления.
курсовая работа [5,9 M], добавлен 14.11.2021Порядок построения кинематической схемы рычажного механизма по структурной схеме, коэффициенту изменения скорости выходного звена и величине его полного перемещения. Число подвижных звеньев механизма, построение диаграммы перемещения и плана скоростей.
курсовая работа [63,4 K], добавлен 11.11.2010Оценка состояния технической документации, договорных отношений с энергоснабжающими организациями. Анализ финансовых затрат на потребляемые энергоресурсы, существующей системы учета электроэнергии. Характеристики схемы внешнего электроснабжения объекта.
отчет по практике [6,3 M], добавлен 22.10.2012Надежная работа устройств системы электроснабжения - необходимое условие обеспечения качественной работы железнодорожного транспорта. Расчет и анализ надежности системы восстанавливаемых объектов. Анализ надежности и резервирование технической системы.
дипломная работа [593,4 K], добавлен 09.10.2010Структурный анализ разрабатываемой схемы. Разработка и расчет электрических схем отдельных структурных блоков. Формирование и анализ оптимальности общей электрической принципиальной схемы. Расчет потребляемой мощности и разработка источника питания.
курсовая работа [3,0 M], добавлен 04.02.2015Составление альбома главных принципиальных технологических схем АЭС и ее вспомогательных систем. Устройство, состав оборудования и элементы двух типов атомных реакторов: ВВЭР-1000 и РБМК-1000. Характеристика технологического режима работы системы.
методичка [2,3 M], добавлен 10.09.2013Структурная схема системы фазового управления (построение блок-схемы системы фазового управления вентилями выпрямителя). Расчет и построение регулировочных и внешних характеристик выпрямителя. Номинальный режим выпрямителя, его основные характеристики.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 08.03.2016Классификация веществ по электропроводности. Расчёт эффективной массы плотности состояний электронов в зоне проводимости и дырок в валентной зоне, концентраций свободных носителей заряда. Определение зависимости энергии уровня Ферми от температуры.
курсовая работа [913,5 K], добавлен 14.02.2013Проведение расчета общего, аварийного, местного электрического освещения и токов короткого замыкания с целью разработки мероприятий по технической эксплуатации оборудования ЗРУ-10 кВ. Сравнительная характеристика масляных и вакуумных выключателей.
дипломная работа [1,2 M], добавлен 25.02.2010
