
- •Морозов Александр Прокопьевич
- •К.Т.Н., доцент кафедры «Теплотехнических и энергетических систем»
- •Магнитогорского государственного технического университета
- •Методы изобретательского творчества в теплоэнергетике и теплофизике
- •Введение
- •1. Неалгоритмические методы решения задач
- •1.1. Метод проб и ошибок (мПиО)
- •1.2. Метод мозгового штурма (брейнсторминг)
- •1.3. Метод контрольных вопросов
- •1.4. Морфологический анализ
- •1.5. Синектика
- •2. Теория решения изобретательских задач
- •2.1. Уровни изобретательских задач
- •2.2. Принцип вепольного анализа
- •2.2.1. Понятие веполя и его значение
- •2.2.2. Правила построения и преобразования веполей
- •2.3. Изобретательская ситуация, задача и модель задачи
- •2.4. Противоречия: административные, технические и физические
- •2.5. Основные механизмы устранения противоречий
- •2.6. Приемы решения изобретательских задач
- •2.6.1. Типовые приемы устранения технических противоречий [11].
- •1. Принцип дробления:
- •3. Принцип местного качества
- •4. Принцип ассиметрии
- •5. Принцип объединения
- •7. Принцип "матрешки"
- •8. Принцип антивеса
- •10. Принцип предварительного исполнения или действия:
- •13. Принцип "наоборот"
- •14. Принцип сфероидальности
- •15. Принцип динамичности
- •17. Принцип перехода в другое измерение.
- •18. Использование механических колебаний
- •19. Принцип периодического действия.
- •20. Принцип непрерывности полезного действия.
- •22. Принцип "обратить вред в пользу".
- •24. Принцип посредника
- •25. Принцип самообслуживания
- •26. Принцип копирования
- •28. Замена механической системы
- •30. Использование гибких оболочек и тонких пленок.
- •31. Применение пористых материалов.
- •32. Принцип изменения окраски.
- •34. Принцип отброса и регенерации частей.
- •37. Применение теплового расширения.
- •38. Применение сильных окислителей.
- •39. Применение инертной среды
- •2.6.2. Фонд приемов по поиску новых технических решений [l9,20]
- •1. Количественные изменения
- •2. Преобразование формы
- •3. Преобразования в пространстве
- •4. Преобразование во времени
- •5. Преобразование движения и силы
- •6. Преобразование материала и вещества
- •7. Преобразования путем исключения
- •8. Преобразование путем добавления
- •9. Преобразование путем замены
- •10. Преобразование путем дифференцирования
- •11. Преобразования путем интеграции
- •12. Преобразования путем профилактических мер
- •13. Преобразование путем использования резервов
- •14. Преобразования по аналогии
- •15. Комбинирование и синтез.
- •16. Преобразование структуры
- •17. Повышение технологичности
- •2.6.3. Некоторые рекомендации и правила по использованию приемов преобразования объектов техники
- •2.6.4. Уровни приемов: макро и микро
- •2.7. Применение физико-химико-геометрических эффектов при решении изобретательских задач
- •2.7.1. Особенности и правила использования эффектов
- •2.7.2. Применение некоторых физических эффектов и явлений при решении
- •12. Силовое воздействие. Регулирование сил. Создание больших давлений:
- •23. Изменение объемных свойств объекта:
- •24. Создание заданной структуры. Стабилизация структуры объекта:
- •2.7.4. Применение механических эффектов
- •2. Эффекты, связанные с трением [33-35].
- •3. Эффект Ребиндера [36].
- •4. Эффект Александрова [36].
- •5. Применение вибраций
- •2.7.5. Некоторые электрохимические эффекты
- •2.7.6. Эффекты, связанные с тепловым расширением
- •1. Тепловое расширение (tp)
- •2. Сдвоенный эффект термического расширения (би-тр)
- •2.7.7. Применение фазовых переходов и изменения агрегатных состояний веществ
- •1. Фазовые переходы первого рода (фп-1)
- •2. Фазовый переход второго рода (фп-2)
- •2.7.8. Некоторые гидро-газодинамические эффекты
- •5. Парадоксы закона Бернулли:
- •2.7.9. Эффекты, связанные с тепломассообменом
- •2.7.10. Применение некоторых химических эффектов и явлений при решении изобретательских задач [84]
- •2.7.11. Геометрические эффекты
- •2.8. Вещественно-полевые ресурсы
- •2.9. Особенности управления психологическими факторами при решении изобретательских задач
- •2.9.1. Моделирование с помощью метода "маленьких человечков"
- •2.9.2. Применение оператора рвс
- •2.9.3. "Линия жизни" технических систем [11]
- •2.10. Применение стандартов для решения изобретательских задач [84]
- •2.10.1. Определение и типы стандартов
- •2.10.2. Стандарты на решение изобретательских задач [84]
- •Класс 2. Развитие вепольных систем
- •Класс 3. Переход к надсистеме и на микроуровень
- •Класс 4. Стандарты на обнаружение и измерение системы
- •Класс 5. Стандарты на применение стандартов
- •2.11. Законы развития технических систем
- •2.11.1. Закон полноты частей системы
- •2.11.2. Закон "энергетической проводимости" системы
- •2.11.3. Закон согласования ритмики частей системы
- •2.11.4. Закон динамизации систем
- •2.11.5. Закон увеличения степени вепольности системы
- •2.11.6. Закон неравномерности развития систем
- •2.11.7. Закон перехода с макро- на микроуровень
- •2.11.8. Закон перехода в надсистему
- •2.11.9. Закон увеличения степени идеальности системы
- •2.11.10. Закон развертывания-свертывания технических систем
- •2.11.11. Механизмы свертывания тс
- •2.11.12. Особенности использования законов развития технических систем для решения изобретательских задач
- •2.12. Алгоритм решения изобретательских задач - ариз-82 [19]
- •Часть 1. Выбор задачи
- •Часть 2. Построение модели задачи
- •Часть 3. Анализ модели задачи
- •Часть 4. Устранение физического противоречия
- •Часть 5. Предварительная оценка полученного решения
- •Часть 6. Развитие полученного ответа
- •Часть 7. Анализ хода решения
- •2.13. Алгоритм решения изобретательских задач ариз-85-б
- •Часть 1. Анализ задачи
- •Часть 2. Анализ модели задачи
- •Часть 3. Определение икр и фп
- •Часть 4. Мобилизация и применение впр
- •Часть 5. Применение информфонда
- •Часть 6. Изменение и/или замена задачи
- •Часть 7. Анализ способа устранения фп
- •Часть 8. Применение полученного ответа
- •Часть 9. Анализ хода решения
- •2.14. Пример разбора задачи по ариз-85б
- •1. Анализ задачи
- •2. Анализ модели задачи
- •3. Определение икр и фп
- •4. Мобилизация и применение ресурсов
- •5. Применение информфонда
- •6. Изменение и (или) замена задачи
- •7. Анализ способа устранения фп
- •8. Применение полученного ответа
- •9. Анализ хода решения
- •3. Контрольные изобретательские задачи
- •Библиографический список
32. Принцип изменения окраски.
а) Изменить окраску объекта или внешней среды.
б) Изменить степень прозрачности объекта или внешней среды. Например: прозрачная медицинская повязка, позволяющая наблюдать рану, не снимая повязки и не проводя частые и мучительные перебинтовки (пат. США 3425412).
в) Для наблюдения или контроля за плохо видимыми объектами или процессами использовать красящие добавки. Например, безвредные красящие добавки вводят в сетевую воду систем теплоснабжения при опрессовке трубопроводов.
г) Если такие добавки уже применяются, использовать люминофоры, меченные атомы и др.
33. Принцип однородности: объекты, взаимодействующие с данными объектами, должны быть из того же материала (или близкого ему по свойствам). Например, для смазывания охлаждаемого подшипника скольжения в качестве смазывающего вещества берут тот же материал, что и материал вкладыша подшипника, например, в виде солей металла, реализуя безизносное трение.
34. Принцип отброса и регенерации частей.
а) Выполнившая свое назначение или ставшая ненужной часть объекта должна быть отброшена (растворена, испарена и т.д.) или видоизменена непосредственно в ходе работы. Например, в плазменной шахтной печи для сжигания горючих радиоактивных отходов (а. с 1487726) шахта печи выполнена в виде расходуемого полого электрода, содержащего стеклообразователи, что исключает появление остаточной радиоактивности на стенках камеры сгорания и позволяет совмещать процесс сжигания и остекловывания отходов.
б) Расходуемые части объекта должны быть восстановлены непосредственно в входе работы. Например, в способе исследования высокотемпературных зон (например, сварочной ванны, зоны плавления или горения), при котором в исследуемую зону вводят зонд-световод, для улучшения
возможности исследования, используют плавящийся зонд-световод, который непрерывно подают в зону со скоростью не менее скорости его плавления (а. с. 433397).
35. Изменение физико-химических параметров (концентрации, степени гибкости, температуры, объема и др.) и агрегатного состояния. Например, используют простые переходы: от твердого состояния к жидкому, а также переход к псевдоожижению и промежуточным состояниям (эластичных твердых тел). Другой пример: способ охлаждения сварочной горелки со стабилизацией дуги защитным углекислым газом, осуществляется путем подачи жидкой углекислоты.
36. Применение фазовых переходов: используют явления, возникающие при фазовых переходах (изменении объема, выделении или поглощении теплоты и др.). Например, заглушка для герметизации трубопроводов и горловин с различной формой сечения, для унификации и упрощения конструкции, выполнена в виде стакана, в который заливается легкоплавкий металлический сплав, расширяющийся при затвердевании и обеспечивающий герметичность соединения (а. с. 319806).
37. Применение теплового расширения.
а) Использование теплового расширения или сжатия материалов.
б) Если термическое расширение уже используется, то применить несколько материалов с разными коэффициентами теплового расширения. Например, крышка парников выполняется из шарнирно-закрепленных пустотелых труб, внутри которых находится легкорасширяющаяся жидкость, причем при изменении температуры меняется центр тяжести труб и они сами поднимаются и опускаются (а. с. 463423).
в) Использовать эффект памяти формы. Эффект памяти формы основан на применении сплавов обладающих свойством термоупругого мартенситного превращения, при переходе кристаллической решетки металла из одной фазы в другую (например, нитинола - сплава никеля и титана). Например, в способе изготовления охлаждаемой лопатки турбины, выполняют оболочку лопатки с открытой полостью под дефлектор, формируют и термически обрабатывают дефлектор, а затем вводят его в полость оболочки и собирают. При этом, для улучшения качества изделия, дефлектор изготавливают из сплава, обладающего свойством запоминания формы, и до введения его в оболочку переформовывают до придания профилям поперечных сечений размеров, меньших размера входного отверстия оболочки, а термообработку ведут путем постепенного нагрева дефлектора с момента ввода его в отверстие полости оболочки и до окончания сборки (а. с. 754094). Детали придают при повышенной температуре определенную форму, затем охлаждают, потом изменяют форму (растягивают, сжимают, изгибают). Если деталь нагреть, она полностью восстановит свою первоначальную форму. Память может быть двойной: сплав помнит обе формы - "горячую" и "холодную". Переход из одной формы в другую можно повторять практически бесконечно, не опасаясь усталости металла, появления трещин. На свойстве восстановления первоначальной формы вещества под действием теплового поля, основан способ ремонта согнутых нитиноловых бамперов автомобилей, которые выпрямляют нагреванием (а. с. 863932). При термоупругом мартенситном превращении меняются структура вещества с изменением электрических и магнитных свойств, например температурные датчики (термометры), имеющие значительно большую чувствительность чем обычные, основанные на тепловом расширении (а. с. 471515). Возможно прямое преобразование тепловой энергии в механическую, за счет изменения натяжения упругих элементов, например, в двигателях использующих тепловую энергию низкопотенциальной воды (а. с. 340453). Для ликвидации свищей в действующем трубопроводе заглушку выполняют в виде заклепки, стержень которой имеет ступенчатое сечение и выполнен из материала с термической памятью формы. Головка заклепки снабжена камерой, заполненной твердым горючим веществом (а. с. 1239441). На основе нитинола получают самонастраивающиеся регуляторы расхода и задвижки в трубопроводах газов и жидкостей. При этом задвижка выполняется в виде пластины, например, в форме буквы "Г". При повышении температуры воды выше критической пластина разгибается, регулируя расход [17,18].