
- •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
23. Изменение объемных свойств объекта:
Изменение свойств жидкости (кажущейся плотности, вязкости) под действием электрических и магнитных полей. Введение ферромагнитного вещества и действие магнитным полем. Тепловое воздействие. Фазовые переходы. Ионизация под действием электрического поля. Ультрафиолетовое, рентгеновское и радиоактивные излучения. Деформация. Диффузия. Электрические и магнитные поля. Эффект Баушингера. Термоэлектрические, термомагнитные и магнитооптические эффекты. Кавитация. Фотохромный эффект. Внутренний фотоэффект.
24. Создание заданной структуры. Стабилизация структуры объекта:
Интерференция волн. Стоячие волны. Муаровый эффект. Магнитные поля. Фазовые переходы. Механические и акустические колебания. Кавитация.
25. Индикация электрических и магнитных полей:
Осмос. Электризация тел. Электрические разряды. Пьезо и сегнетоэлектрические эффекты. Электреты. Электронная эмиссия. Электрооптические явления. Эффекты Гопкинса и Баркхаузена. Эффект Холла. Ядерный магнитный резонанс. Гидромагнитные и магнитооптические явления.
26. Индикация излучения:
Оптико-акустический эффект. Тепловое расширение. Фотоэффект. Люминисценция. Фотопластический эффект.
27. Генерация электромагнитного излучения:
Эффект Джозефсона. Явление индуцированного излучения. Туннельный эффект. Люминесценция. Эффект Ганна. Эффект Черенкова. Электрические разряды.
28. Управление электромагнитными полями:
Экранирование. Изменения состояния среды, например, увеличение или уменьшение ее электропроводности и магнитной проницаемости. Изменение формы поверхностей тел, взаимодействующих с полями.
29. Управление потоками света. Модуляция света:
Преломление и отражение света. Электро- и магнитооптические явления. Фотоупругость. Эффекты Керра и Фарадея. Эффект Ганна. Эффект Франца-Келдыша.
30. Инициирование и интенсификация химических превращений:
Ультразвук. Кавитация. Ультрафиолетовые, рентгеновские, радиоактивные излучения. Электрические разряды. Ударные волны. Мицеллярный катализ.
2.7.3. Фрагменты фонда физико-технических эффектов [19]
1. Закон Ома - возникновение в проводнике электрического тока, плотность которого пропорциональна напряженности поля [23,24].
2. Закон Джоуля-Ленца - выделение в проводнике при протекании через него электрического тока определенного количества теплоты, пропорционального квадрату силы тока, сопротивлению проводника и времени протекания тока [23,24].
3. Эффект Зеебека - возникновение ЭДС в электрической цепи, состоящей из последовательно соединенных разнородных проводников, контакты между которыми имеют различные температуры [23,24].
4. Эффект Томсона - выделение или поглощение теплоты (помимо выделения джоулевой теплоты) в проводнике с током, вдоль которого имеется градиент температуры [23,24].
5. Эффект Пельтье - выделение или поглощение теплоты при протекании электрического тока через контакт разнородных проводников [23,24] .
6. Закон Био-Савара-Лапласа - создание в окружающем пространстве магнитного поля при протекании по проводнику электрического тока [23,24] .
7. Сверхпроводимость - скачкообразное уменьшение практически до нуля электрического сопротивления ряда металлических проводников, медьсодержащих керамик, сильнолегированных полупроводников при охлаждении ниже критической температуры, характерной для данного материала [23,24].
8. Тензорезистивный эффект - изменение электрического сопротивления в твердых проводниках под действием растягивающих или сжимающих напряжений [24,25].
9. Магниторезистивный эффект - изменение электрического сопротивления твердых проводников под действием магнитного поля [24,25].
10. Эффект Гопкинсона - резкое возрастание магнитной проницаемости ферромагнетика в слабом магнитном поле вблизи точки Кюри, причем в непосредственной близости к точке Кюри проницаемость падает (ферромагнетик становится парамагнетиком) [26].
11. Катодолюминесценция - излучение света, возникающее при возбуждении люминофора электронным пучком [24].
12. Пироэлектрический эффект - возникновение электрических зарядов на поверхности некоторых кристаллических диэлектриков (пироэлектриков) при их нагревании или охлаждении [24,27].
13. Электрокалориметрический эффект - изменение температуры пироэлектрического кристалла под влиянием электрического поля [24].
14. Термоэлектронная эмиссия - испускание электронов нагретыми телами в вакуум или другую среду [23,24].
15. Автоэлектронная эмиссия - испускание электронов проводящими твердыми и жидкими телами под действием внешнего электрического поля высокой напряженности у их поверхности [23,24].
16. Электролюминесценция - люминесценция, возбуждаемая электрическим полем [24].
17. Естественная оптическая активность - вращение плоскости поляризации оптического излучения при прохождении через некоторые вещества [24,28].
18. Закон Брюстера - полная поляризация естественного (неполяризованного) света при падении на границу двух диэлектриков под углом Брюстера [24,28].
19. Фотоэлектронная эмиссия (внешний фотоэффект) - испускание электронов твердыми телами и жидкостями под действием электромагнитного излучения в вакуум или другую среду [23,24].
20. Эффект Поккельса - изменение показателя преломления света в кристаллах пьезоэлектриков, помещенных в электрическое поле [24].
21. Эффект Фарадея - вращение плоскости поляризации линейно поляризованного света, распространяющегося в изотропном веществе вдоль постоянного магнитного поля, в котором находится это вещество [24,28].
22. Эффект Коттона - Мутона - двойное лучепреломление света в изотропном веществе, помещенном в сильное магнитное поле (перпендикулярное световому лучу) [24,28].
23. Эффект Доплера в оптике - изменение частоты колебаний, воспринимаемой наблюдателем при движении источника электромагнитного излучения и наблюдателя относительно друг другу [24,25].
24. Эффект Керра - возникновение двойного лучепреломления в оптически изотропных веществах под действием однородного электрического поля [24,28].
25. Фотопластический эффект (открытие СССР № 93) - увеличение прочности пластически деформированного образца (кристаллические полупроводники) под действием света [29].
26. Двойное лучепреломление - раздвоение световых лучей при прохождении через анизотропную среду, причем при падении световой линейно поляризованной волны на оптически анизотропную среду в ней возникает две волны с взаимно перпендикулярными плоскостями поляризации [24,28].
27. Фотоупругость (пьезооптический эффект) - возникновение оптической анизотропии в первоначально изотропных твердых телах под действием механических напряжений, что приводит к двойному лучепреломлению световой волны [24,28].
28. Фотопроводимость (фоторезистивный эффект) - увеличение электропроводности полупроводника под действием электромагнитного излучения [24].
29. Фотолюминесценция - возникновение люминесценции, возбуждаемой при действии на вещество оптического излучения [24].
30. Закон Ампера - возникновение механической силы, действующей на проводник, по которому протекает электрический ток при помещении его во внешнее магнитное поле [23,24].
31. Эффект Холла - возникновение разности потенциалов между боковыми гранями пластинки из металлического проводника или полупроводника, вдоль которого протекает электрический ток, при действии перпендикулярного к ней магнитного поля [24,29].
32. Магнитострикция - изменение формы и размеров тела при его намагничивании (ферромагнетики, антиферромагнетики) [23,24].
33. Эффект Эйнштейна-де-Хааза - поворот свободно подвешенного ферромагнитного образца во внешнем магнитном поле [23,24].
34. Эффект Виллари (магнитоупругий эффект) - влияние механических деформаций (растяжения, кручения, изгиба) на намагниченность ферромагнетика [24,26].
35. Эффект Баркгаузена - скачкообразное изменение намагниченности образца при непрерывном изменении внешнего магнитного поля [24].
36. Эффект Барнетта - изменение намагниченности ферромагнетика при его вращении в отсутствии внешнего магнитного поля [23,24].
37. Пьезоэлектрический эффект - изменение поляризации некоторых кристаллических диэлектриков (пьезоэлектриков) при механической деформации [23,24].
38. Терморезистивный эффект - изменение электрического сопротивления проводящих тел при изменении их температуры: у металлических проводников сопротивление возрастает с ростом температуры, у жидких электролитов и полупроводников - падает [23,25].
39. Поляризация диэлектриков - образование объемного дипольного момента диэлектрика под действием электрического поля, при этом на поверхности диэлектрика появляются связанные (поляризованные) заряды [23,24].
40. Ионизация газа под действием электрического поля - образование положительных, отрицательных ионов и свободных электронов из электрически нейтральных атомов и молекул газа под действием сильного электрического поля [23,24].
41. Термоэлектретный эффект - образование устойчивой поляризации в диэлектрике при его охлаждении в присутствии постоянного электрического поля, например, твердые диэлектрики (полиамиды, полиметилметакрилат, эбонит и др.) [24].
42. Термолюминесценция - возникновение люминесценции при нагревании некоторых твердых люминофоров (кристаллических и аморфных), предварительно возбужденных светом [24].
43. Эффект Эттингсхаузена - возникновение градиента температур в твердом проводнике с током под действием магнитного поля в направлении, перпендикулярном току и полю [24,29].
44. Пластическая деформация при воздействии ультразвука - усиление пластических свойств твердого тела, находящегося под механическим напряжением, при воздействии ультразвуковых колебаний [27].
45. Деформационное упрочнение металлов (наклеп) - упрочнение металлов при пластической деформации: предел прочности возрастает с увеличением степени пластической деформации [30].
46. Влияние пластической деформации на электрическое сопротивление металлов - возрастание удельного электрического сопротивления металлов при увеличении степени их пластической деформации [30].
47. Коронный разряд - высоковольтный самостоятельный электрический разряд в газах при давлении, большем 105 Па, возникающий в резко неоднородном электрическом поле вблизи электродов с большой кривизной поверхности [23,24].
48. Барьерный разряд - высоковольтный разряд переменного тока, осуществляемый через барьер из диэлектрика [24].
49. Термическая ионизация - распад атомов и молекул нейтрального газа на заряженные частицы в результате столкновений, вследствие теплового движения при достаточно высокой температуре [24].
50. Эффект Томса - небольшие (доли %) добавки длинноцепочечных полимеров в жидкость уменьшают трение турбулентной движущейся жидкости о твердую поверхность, например, о стенки трубы [24].