Характеристика і відмінні ознаки операцій коллера

Б.1 Випромінювання - поглинання. Випромінювання будемо співвідносити з джерелом енергії, речовини чи інформації; поглинання - із стоком (місцем упадання) енергії, речовини чи інформації (сигналів). Ці дві основні операції, протилежні одна до одної, являють собою необхідні умови для створення чи ліквідації потоку (речовини, енергії чи інформації). Джерела і стоки можуть бути природні і штучні (наприклад, джерела – сонце, паливо, генератори; стоки, звукопоглинаюче покриття, заземлення і т.д.). Джерелами являються також всі природні джерела енергії, речовини чи сигналів. У технічних системах стоком в більшості випадків служить природне навколишнє середовище. Для практичного конструювання ТО обидві ці операції, на думку Р. Коллера, як правило мають порівняно невелике значення.

Б.2 Провідність - ізолювання. Для виникнення потоку, крім наявності джерела і стоку, необхідно, щоб між ними був провідний простір, що забезпечує рух чи розповсюдження потоку від джерела до стоку (тут не мається на увазі спеціальна організація потоку, наприклад, за допомогою трубопроводу).

Приклади провідного простору: повітряний простір, електроліт та інші; приклади ізолювання: непрозорі шторки, ізолятор, стінка та інші.

Б.3 Збір - розсіювання. Основна операція “збір” служить для того, щоб потік (ресурси) енергії, речовини і сигналів, що розповсюджується за всіма напрямками (розосереджений в просторі або, що рухається широким фронтом) змусити протікати в одному напрямку чи зосередитися (сфокусуватися) в одній точці. Операцію “збір” здійснює, наприклад: параболічна антена, фокусуюча лінза, патрубок, через який витікає рідина з басейну.

Операція “розсіювання” служить для того, щоб існуючий сконцентрований чи впорядкований потік розсіяти, розповсюдити за всіма напрямками або направити більш широким фронтом. Операцію “розсіювання” здійснює, наприклад: антена радіопередавача, наконечник душу, розсіювальна лінза та інші.

Відмітимо різницю між операціями “збір-розсіювання” і “випромінювання-поглинання”. Операції “випромінювання” і “поглинання” відповідають першій (початковій) і останній (кінцевій) ділянкам у потоці енергії, речовини чи інформації. До і після цих ділянок, можна сказати, немає організованого потоку. Операція “збір” і “розсіювання” відповідають проміжним ділянкам потоку: до і після цих ділянок також існує організований потік.

Б.4 Проведення – не проведення. Операція “проведення” забезпечує рух сконцентрованого потоку по визначеному заданому шляху (траєкторії) за допомогою технічних засобів, наприклад, трубопроводу, електропроводу, шарніра. Не проведення означає, що на природне направлення руху і розповсюдження потоку ТО не здійснює ніякого впливу (вільно падаюча струмина води, летюча куля, світловий промінь). Провідність - це рух, обмежений зв'язками; не проведення - вільний рух.

Б.5 Перетворення – зворотне перетворення. Це найбільш розповсюджені основні операції, протилежні одна одній, що забезпечують зміну властивостей енергії, речовини і сигналів.

Під перетворенням енергії розуміється перетворення одного виду енергії в інший, яке відбувається, наприклад, в електродвигуні або в двигуні внутрішнього згорання. До різних видів відносяться теплова, кінетична, потенційна, звукова, оптична та інші види енергії.

Під перетворенням речовини розуміється якісна зміна речовини, добавлення чи зникнення окремих властивостей речовини (наприклад: зміна агрегатного стану, нормальна провідність - надпровідність, немагнітна - магнітна речовина.)

Під перетворенням сигналів слід розуміти операції, при яких одна фізична вхідна величина перетворюється в іншу вихідну фізичну величину.

Б.6 Збільшення - зменшення. Ці основні операції змінюють стан потоку, тобто значення якої-небудь скалярної чи векторної фізичної величини. При цьому на вході і виході маємо одну і ту ж фізичну величину. Прикладами реалізації операцій “збільшення” і “зменшення” є: система важелів, зубчасті передачі, передачі з змінним крутним моментом, електричні трансформатори, механічні і електричні підсилювачі, вентилі, засувки, що регулюють площу перерізу потоку.

Б.7 Зміна напрямку - зміна напрямку. Ці основні операції забезпечують зміну напрямку векторної фізичної величини, значення якої залишається незмінним. Зміну напрямку здійснюють: колінчасті рівноплечі важелі, передачі з конічними шестернями, дзеркала і відбиваючі пластини, вигнуті трубопроводи чи світловоди і т.д.

Відмітимо, що для реалізації операцій “зміна напрямку” і “провідність” в окремих випадках можуть бути використані одинакові фізичні ефекти і відповідно одинакові конструкційні елементи, Наприклад, світловод, може застосовуватися для проведення світлового пучка і для зміни напрямку пучка променів; таку ж подвійну функцію може мати гумовий шланг з рідиною. Це пояснюється тим, що конструкційні елементи мають не одну, а декілька властивостей.

Б.8 Вирівнювання - коливання. Основна операція “вирівнювання” перетворює коливний (пульсуючий чи нестаціонарний) потік в стаціонарний (електричні випрямлячі, муфти вільного ходу, зворотні запірні клапани і т.д.).

Операція “коливання” створює зворотне перетворення (кривошипний механізм, що перетворює рівномірний обертальний рух в коливальний).

Б.9 Зв'язок - переривання. Основна операція “переривання” аналогічно вимикачу перериває (зупиняє) потік енергії, речовини чи інформації і відповідно перериває їх передачу від одного пункту до іншого. Операція “зв'язок”, навпаки, відновлює рух або передачу енергії, речовини і сигналів в потенційно існуючому потоці. Приклади реалізації цих операцій: вимикач, з’єднувальні муфти, затвори, засувки, запірні клапани і т. д.

Слід відмітити, що для реалізації операцій “зв'язок-переривання” і “збільшення - зменшення” в окремих випадках можуть бути використані одинакові конструкційні (функціо-нальні) елементи, які забезпечують реалізацію двох основних операцій (наприклад: засувка на трубопроводі і т.д.).

Б.10 З'єднання - роз'єднання. Основні операції “з'єднання-роз'єднання” мають відношення до неоднорідних потоків (енергії, речовини і сигналів), що мають різні значення фізичних величин (масу, густину, забарвлення, агрегатний стан, амплітуду, довжину хвилі, геометричну форму, розміри і ін.). Приклади реалізації операції “з'єднання”: змішувачі механічних компонент, частот, електричних сигналів, карбюратори та насоси, що з'єднають енергію і речовину і т.д. Приклади реалізації операції “роз'єднання”: сепаратори, центрифуги, різноманітні філь-три, спектроскопи, сортувальні пристрої, гідравлічні двигуни або турбіни, радіатори водяного опалення, що роз'єднують енергію і речовину і ін.

Б.11 Об'єднання - розділення. Основні операції “об'єднання - розділення” забезпечують відповідно об'єднання декількох однорідних потоків енергії, речовини і сигналів в один потік або, навпаки, розділення одного потоку на декілька однорідних потоків (тобто пристрої, що реалізують операції “об'єднання - розділення”, взаємодіють з такими потоками енергії, речовини і сигналів, у яких параметри потоку, крім кількості енергії, речовини і сигналів, до і після пристроїв об'єднання - розділення залишаються незмінними). Приклади реалізації операцій “об'єднання - розділення”: трійники і розгалужувачі у водопровідних, теплових, газових, електричних і вимірювальних мережах передачі з розподілом енергії, речовини або сигналів; диференціали ; пристрої для зварювання, паяння і різання матеріалів і інші.

Б.12 Накопичення - видача. Потоки енергії, речовини і інформації можуть накопичуватися і при необхідності використовуватися з нагромаджувача. Для цього існують дві основні операції “накопичення - видача”. Приклади реалізації цих операцій:

• для потоків енергії - механічні, гідравлічні, пнев-матичні, електричні і теплові акумулятори;

• для речовин - резервуари, баки, газові балони, бун-кери, елеватори, і ін.

• для сигналів - перфокарти, магнітні стрічки і диски; фотоплівки, і ін.

Б.13 Відображення - зворотне відображення. Операція “відображення” застосовується у тому випадку, коли реальний потік енергії, речовини або фізичних сигналів на вході в процесі перетворення отримує інформаційне відображення на виході в графічному, цифровому та іншому вигляді, зручному для візуальної оцінки, спостерігання чи розрахунку. Це може бути код, запис, зображення цифрового значення на цифровому індикаторі, показники на шкалі приладу, зображення на екрані дисплея або телевізора і ін. “Зворотне відображення” пов'язане з випадками, коли на вході задається цифрове значення або графічне зображення, а на виході одержується потік реальної речовини чи енергії.

Б.14 Фіксування - розфіксування. Операція “фіксу-вання” пов'язана з зменшенням числа рухомості ТО, включаючи закріплення його у визначеній точці простору і зменшенням числа степенів рухомості до нуля. Операцію “фіксування” здійснюють засоби і об'єкти, які закріплюють одні елементи ТО чи системи до інших, підтримують складові частини ТО на визначеній відстані однин від одного, фіксують задане положення об'єкту. Тут мається на увазі не тільки зменшення степенів рухомості якого-небудь елемента відносно іншого, а закріплення його на строго визначеній відстані. В останньому випадку на вході є невизначена координата (одна або декілька), а на виході -координати, які мають для даного технічного об'єкту визначене значення. Операція “розфіксування” пов'язана з збільшенням числа степенів рухомості або з зменшенням визначеності положення в просторі.

Додаток В

Таблиця В.1 - ПОКАЖЧИК ВИКОРИСТАННЯ ДЕЯКИХ ФІЗИЧНИХ ЕФЕКТІВ І ЯВИЩ ПРИ РОЗВ'ЯЗАННІ ВИНАХІДНИЦЬКИХ ЗАДАЧ

Потрібна дія, властивість	Фізичне явище, ефект, фактор, спосіб
1	2
1 Зміна температури	Теплове розширення і викликана ним зміна власної частоти коливань. Термоелектричні явища. Спектр випромінювання. Зміна оптичних, електричних, магнітних властивостей. Перехід через точку Кюрі. Ефекти Гопкінса і Баркхаузена.
2 Пониження температу-ри	Фазові переходи. Ефект Джоуля-Томсона. Ефект Ранка. Магнітокалорич-ний ефект. Термоелектричні явища.
3 Підвищення температу-ри	Електромагнітна індукція. Вихрові стру-ми. Поверхневі ефекти. Діелектричний ефект. Електронний нагрів. Електричні розряди. Поглинання випромінювання речовиною. Термоелектричні явища.
4 Стабілізація температу-ри	Фазові переходи (в тому числі і перехід через точку Кюрі).
5 Індикація положення і переміщення об'єкта	Введення міток-речовин, що перетво-рюють зовнішні поля (люмінофори) або створюють свої поля (феромагнетики) і тому легко виявляються. Відбивання і випромінювання світла. Фотоефект. Деформація. Рентгенівське і радіоактив-не випромінювання. Люмінесценція. Зміна електричних і магнітних полів. Електричні розряди. Ефект Доплера.
Продовження таблиці В.1
1	2
6 Керування переміщен-ням об'єктів	Дія магнітним полем на об'єкт або на феромагнетик, з'єднаний з об'єктом. Дія електричним полем на заряджений об'єкт. Передача тиску рідинами і газами. Механічні коливання. Відцентрові сили. Теплове розширення. Тиск світла.
7 Керування рухом рідини і газу	Капілярність. Осмос. Ефект Томсона. Ефект Бернулі. Хвильовий рух. Відцентрові сили. Ефект Вайссенберга.
8 Керування потоками аерозолів (пил, дим)	Електризація. Електричні і магнітні поля. Тиск світла.
9 Перемішування сумі-шей. Утворення розчинів	Ультразвук. Кавітація. Дифузія. Електричні поля. Магнітні поля в поєднанні з феромагнітною речовиною. Електрофорез. Солюбілізація.
10 Розділення сумішей	Електро- і магнітосепарація. Зміна густини рідини-розділювача під дією електричних і магнітних полів. Відцентрові сили. Сорбція. Дифузія.
11 Стабілізація положен-ня об'єктів	Електричні і магнітні поля. Фіксація в рідинах, що твердіють в магнітних і електричних полях. Гігроскопічний ефект. Реактивний рух.
12 Силова дія. Регулю-вання сил. Створення великого тиску	Дія магнітним полем через феромагнітну речовину. Фазові переходи. Теплове розширення. Відцентрові сили. Зміна гідростатичних сил зміною уявної густини магнітної або електропровідної рідини в магнітному полі. Використання вибухових речовин. Електрогідравлічний ефект. Оптикогідравлічний ефект.

Продовження таблиці В.1
1	2
13 Зміна тертя	Ефект Джонсона-Рабека. Дія випроміню-вання. Явище Крагельського. Коливання.
14 Руйнування об'єкта	Електричні розряди. Електрогідравліч-ний ефект. Резонанс. Ультразвук. Кавітація. Індуковане випромінювання
15 Акумулювання меха­нічної і теплової енергії	Пружні деформації. Гіроскопічний ефект. Фазові переходи.
1б Передача енергії: - механічної - теплової - променевої	Деформації. Коливання. Ефект Олексан-дрова. Хвильовий рух, у тому числі ударні хвилі. Випромінювання. Теплопровідність. Конвекція. Явище відбивання світла (світловоди). Індуковане випромінювання.
17 Встановлення взаємо­дії між рухомими (змінними) і нерухомими (незмінними) об'єктами	Використання електромагнітних полів (перехід від „речовинних" зв'язків до „польових")
18 Визначення розмірів об'єктів	Вимірювання власної частоти коливань. Нанесення і рахування магнітних і електричних міток.
19 Змінювання розмірів об'єкта	Теплове розширення. Деформації. Магнітоелектрострикція. П'єзоелектрич-ний ефект.
20 Контроль стану і властивостей поверхні	Електричні розряди. Відбивання світла. Електронна емісія. Муаровий ефект. Випромінювання.

Продовження таблиці В.1
1 11	2
21 Зміна поверхневих властивостей	Тертя. Адсорбція. Дифузія. Ефект Баушингера. Електричні розряди. Механічні і акустичні коливання. Ультрафіолетове випромінювання.
22 Контроль стану і властивостей в об'ємі	Введення „міток'' - речовин, що перетво-рюють зовнішні поля (люмінофори) або створюють свої поля (феромагнетики), залежно від стану і властивостей досліджуваної речовини. Зміна питомого електричного опору в залежності від зміни структури і властивостей об’єкта. Електро- і магнітооптичні явища. Поляризоване світло. Рентгенівське і радіоактивне випромінювання. Елек-тронний парамагнітний і ядерний магніт-ний резонанси. Магнітопружний ефект. Перехід через точку Кюрі. Ефекти Гопкінса і Баркхаузена. Вимірювання власної частоти коливань об’єкта. Уль-тразвук. Ефект Мессбауера. Ефект Холла.
23 Зміна об'ємних влас­тивостей об'єкта	Зміна властивостей рідини (уявної густи-ни, в'язкості) під дією електричних і маг-нітних полів. Введення феромагнітної речовини і дія магнітним полем. Теплова дія. Фазові переходи. Іонізація під дією електричного поля. Ультрафіолетове, рентгенівське, радіоактивне випроміню­вання. Деформація. Дифузія. Електричні і магнітні поля. Ефект Баушингера. Термоелектричні, термомагнітні і магні-тооптичні ефекти. Кавітація. Фотохром-ний ефект. Внутрішній фотоефект.
Закінчення таблиці В.1
1	2
24 Створення завданої структури. Стабілізація структури об'єкта	Інтерференція хвиль. Стоячі хвилі. Муаровий ефект. Магнітні поля. Фазові переходи. Механічні і акустичні коливання. Кавітація.
25 Індикація електрич-них і магнітних полів	Осмос. Електризація тіл. Електричні роз-ряди. П'єзоелектричні розряди. П'єзо- і сегнотоелектричні ефекти. Електрети. Електронна емісія. Електрооптичні яви-ща. Ефекти Гопкінса і Баркхаузена. Ефект Холла. Ядерний магнітний резо­нанс. Гіромагнітні і магнітооптичні явища.
26 Індикація випроміню-вання	Оптико-акустичний ефект. Теплове розширення. Фотоефект. Люмінесценція. Фотопластичний ефект.
27 Генерація електро­магнітного випроміню-вання	Ефект Джозефсона. Явище індукованого випромінювання. Тунельний ефект. Люмінесценція. Ефект Ганна. Ефект Черепкова
28 Керування електро­магнітними полями	Екранування. Зміна стану середовища, наприклад, збільшення або зменшення його електропровідності. Зміна форми поверхні тіл, що взаємодіють з полями.
29 Керування потоками світла. Модуляція світла	Заломлення і відбивання світла. Електро- і магнітооптичні явища. Фотопружність. Ефекти Керра і Фарадея. Ефект Ганна. Ефект Франца-Келдиша.
30 Ініціювання і інтен­сифікація хімічних, перетворень	Ультразвук. Кавітація. Ультрафіолетове, рентгенівське, радіоактивне випроміню-вання. Електричні розряди. Ударні хвилі. Міцелярний каталіз.

Додаток Г

Таблиця Г1 - ПОКАЖЧИК ВИКОРИСТАННЯ ДЕЯКИХ ГЕОМЕТРИЧНИХ ЕФЕКТІВ

Геометрична форма	Реалізований ефект, функція
1 Сипке тіло	Створення опори. Фіксація тіл, кріплення. Амортизація. Руйнування взаємодії тіл. Нові матеріали.
2 Щіткові конструкції	Забезпечення контакту. З'єднання тіл. Обробка поверхонь, копіювання. Орієнтування тіл. Розсіювання енергії.
3 Спіраль, гвинтова форма	Перетворення обертового руху в посту­пальний. Створення оболонок, конструкцій із змінними розмірами. Амортизація. Транспортування.
4 Стрічка Мебіуса	Збільшення довжини і площі тіл в обмеженому просторі. Вирівнювання навантаження.
5 Кульова конструкція. Сфера	Фокусування потоків. Забезпечення свободи переміщень. Датчики рівня. Демпфування. Передача зусиль, енергії. Фіксація тіл.
6 Еліпс	Фокусування потоків. Створення коливань.
7 Парабола	Фокусування і формування потоків.
8 Гіперболоїд	Жорсткі конструкції. Регулювання об'ємів.
9 Трикутник Рьолло	Передача зусилля (обертання). Створення вібрацій.