
- •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
2.9.2. Применение оператора рвс
Оператор РВС (размеры, время, стоимость) используется на шаге 1.9 (АРИЗ-82) и включает шесть мысленных экспериментов, перестраивающих условие задачи. Цель операторов РВС - преодолеть психологическую инерцию, сломать навязчивый старый образ ТС. Главное назначение оператора РВС - понизить психологическую инерцию, путем мысленного изменения параметров объекта. Это своеобразный выход за пределы привычного затем, чтобы увидеть ранее не замечаемые свойства и возможности объекта. Изменение параметров доводят до самых крайних пределов, раскачивая воображение и вырывая его из пут инерции мышления. Оператор РВС не преследует цель решить задачу, возможно получить лишь необычные направления для решения. В развитие оператора РВС можно использовать правило крайних признаков [22] гласящее: крайние проявления любого объекта, явления или события приводят к одному и тому же результату, например, интенсивность испарения воды при высокой (кипение) и при низкой (лед) температурах увеличивается.
Технические системы не существуют изолированно, каждая из них входит в надсистему, являясь одной из ее частей и взаимодействуя с другими ее частями, в то же время сами системы состоят из взаимодействующих частей - подсистем. Признак талантливового мышления - умение переходить от системы к надсистеме и подсистемам. Причем на каждом из этих этапов необходимо видеть линию развития: прошлое, настоящее и будущее.
2.9.3. "Линия жизни" технических систем [11]
Для сокращения поискового поля необходимы приемы позволяющие выявлять и устранять физические противоречия, содержащиеся в изобретательских задачах, с учетом развития ТС. Жизнь любой ТС (а также биологической, человека, общества, коллектива) можно изобразить в виде S-образной кривой, показывающей как меняются во времени главные характеристики системы (мощность, производительность, скорость, число выпускаемых систем и т.д.). На кривой имеются характерные участки: начальный участок - медленное развитие, период обрастания вспомогательными изобретениями, делающими новый принцип практически осуществимым; участок развития - быстрое совершенствование, начало массового применения; конечный участок - спад темпов развития (причем возможно два варианта: система А либо деградирует, сменяясь принципиально другой систолой Б, либо на долгое время сохраняет достигнутые показатели). Реальная точка перехода в конечный участок всегда выше теоретической, так как возникает инерция интересов - финансовых, научных, карьеристких и человеческих (боязнь оставить привычную и обжитую систему). Причем иногда, вплоть до деградации,ТС продолжает оставаться экономически выгодной, например за счет загрязнения окружающей среды.
Необходимо знать особенность S- образных кривых ТС, чтобы решить: "Следует ли решать данную задачу и совершенствовать указанную в ней ТС или надо поставить новую задачу?" Для этого необходимы знания об резервах развития ТС (то есть сведения о ходе предыдущего развития). При этом возможны три случая: прогнозируя развитие ТС на начальном этапе надо ориентироваться на состояние предшествующей системы; на участке развития - определение физических пределов (например, прочность материалов, теплотворная способность топлива); конечный участок - прогноз сводится к отысканию новой ТС.
В каждом из этих случаев можно действовать двояко. Например, если ТС находится на начальном участке, здесь возможны изобретения 3, 4 и 5 уровней. Но, путь до окончания начального участка может быть долгим (вся жизнь) из-за больших жизненных ресурсов предшествующей ТС (например, автомобиль-электромобиль). На участке развития необходимы изобретения 2 уровня, в большом количестве с легким внедрением и гонораром. Нелегко отказаться от этого и переключиться на новую ТС (например, Лаваль - специалист по паровым турбинам переключается на газовые турбины, существующие тогда в виде сомнительной идеи, чем вызвал недоумение даже у своих учеников). Изобретения 4-5 уровней, превращающие новый принцип в отрасль техники, поначалу не дают прибыли, они убыточны. Прибыль появляется потом, когда новая машина находит массовое применение. На участке старения создаются изобретения 1 уровня.
Психологические барьеры возникают, когда ТС переходит к участку деградации. Неизбежность замены ТС становится очевидной, но предел развития данной системы воспринимается как предел развития вообще. Гипнотизирует кажущаяся невозможность отказаться от привычной ТС. Система Б приходит на смену системе А, включая ее в качестве одной из подсистем - этот прием используется системой Б, чтобы преодолеть давящее действие системы А и блокирующее влияние инерции интересов (способ преодоления противоречия: система А сохраняется и не сохраняется). Для понимания механики развития ТС важен закон: "ТС поднимается на качественно новый уровень, становясь подсистемой более общей системы".
Решая задачу, изобретатель должен определить, следует ли ее решать или идти в обход, руководствуясь двоякими критериями: объективными (исследования "жизненной кривой" ТС) и субъективными (личная установка на "большое" или "малое" изобретение). При поиске обходных путей пользуются системным оператором: задачу изменяют переводом в надсистему или подсистему, а на каждом из уровней - переводом в антизадачу, обратную данной задаче. Данный оператор не предназначен для решения задач, хотя трансформация задачи иногда приводит к решению. Одна из самых частых и дорогостоящих ошибок в развитии техники - попытка совершенствовать не достигшую насыщения в развитии подсистему, а ту, которая лучше совершенствованию поддается.