0

Национальный Исследовательский Университет –

Высшая Школа Экономики

Факультет менеджмента

Кафедра управления проектами

Изобретательский проект

«Концептуальное обоснование новых решений устройств для кипячения воды (чайник)»

Работа по курсу

Методы поиска нестандартных проектных решений

Выполнила

студентка ___ группы

Руководитель

проф., к.т.н., д.э.н. Колоколов В. А.

Москва 2010

Содержание

Исторический срез 4

История чайника 4

Особенности современных чайников 9

Отдельные линии развития чайника 12

Функционально-физический анализ 19

1. Функция предназначения 19

2. Описание физической операции 19

3. Двухуровневая иерархическая схема по Колмогорову 20

4. Объекты окружающей среды 22

5. Описание функций выделенных элементов 22

6. Конструктивная функциональная структура 23

7. Выделение основных и вспомогательных потоков (абстрагированная потоковая функциональная структура) 24

8. Описание физических операций и операций Колера для выделенных элементов 26

9. Конкретизированная потоковая функциональная структура 27

10. Описание принципа действия 28

11. Технические решения 28

Иерархическая матрица удовлетворения потребностей 30

Вектор развития на ближайшие 10 лет 31

Недостатки лучших современных моделей 33

Составление реестра недостатков 33

Ранжирование недостатков 35

Исследование закономерностей конструктивной эволюции 36

О стадийном развитии артефакта (эссе) 40

Применение методов активизации творческого мышления и поисковых методов для разработки новых решений 43

Метод мозгового штурма 43

Метод гирлянд ассоциаций 47

Морфологический метод Цвикки 54

Метод фантограммы 58

Метод контрольных вопросов 60

Межотраслевой фонд эвристических приёмов 63

Метод маленьких человечков 67

Вепольный анализ по Г. Альтшуллеру 69

Метод расстановки приоритетов 71

Заключение 74

Использованные источники 77

Исторический срез История чайника

Собственно, чайником называют небольшой закрытый сосуд с носиком, крышкой (как правило, хотя бывают и исключения — см. Рисунок 1 и ручкой для подогревания и кипячения воды. Существуют и электрические.

С лово «чайник» происходит от латинского catillus, которое в различных контекстах переводится как шар, или воронка. Чайник, вероятно, самый древний вид металлической утвари приготовления пищи. В основном, для его изготовления используются материалы из кованого железа и штампованной стали пластины. Для электрических, соответственно, термостойкие виды пластика.

До нашей эры и вплоть до 19 века

Необходимость иметь вскипячённую воду, то есть воду, которая является обеззараженной от микроорганизмов и бактерий и которую можно использовать в дальнейшем приготовлении пищи, а, значит, для удовлетворения естественных и самых важных потребностей в еде и воде, возникла тогда, когда появился человек. Но вот историю того, что сейчас мы называем чайником (имея ввиду обычный или электрический), отсчитывается с очень древних времён.

В древности открытый огонь не использовали – а пользовались раскалёнными камнями. Кипячение воды и приготовление пищи с помощью раскаленных камней – единственно возможный способ при употреблении берестяных и деревянных емкостей, так как их на огонь не поставишь. При наличии глиняной посуды он уже не актуален, но глиняная посуда существовала еще во времена неолита (VI-III тыс. до н.э.). Это наводит на мысль, что способ нагрева воды камнями должен был возникнуть, по крайней мере, еще в мезолите. Известен он был не только на Русском Севере, но и в других странах и на других континентах, например у некоторых племен Северной Америки. Наряду с названным приемом на Русском Севере издавна использовали нагрев пищи и воды в глиняной посуде¹.

Аналогичными способами пользовались в Древнем Риме. Там пользовались для подогрева воды и варки пищи сосудами двух типов. Первый тип - автепса. Делали его в виде четырехугольной площадки с обнесенной двойной стенкой. Между стенками наливали воду, а на площадке в середине разводили огонь. Так подогревали воду для добавления в вино. Над площадкой устраивали треножник для подогрева или варки пищи. Второй тип - сосуды в виде вазы с краном, но без трубы и поддувала. В целом, второй способ можно считать прототипом самовара.

Отдельно стоит поговорить о Китае, в котором ещё с древних времён кипяток имел функцию не просто кипятка, но и необходимого элемента чайной церемонии. В связи с этим, кипяченю воды в Китае уделялось особенное внимание – гораздо большее, чем в других странах в любое другое время. Кипяток для чая готовился в специальном сосуде. Лу Юй писал, что металлический чайник невозможно сохранить "чистым" (имелось в виду то, что даже в серебряном чайнике вода приобретает вкус металла, а металл поражает "дерево" чая). Каменный чайник не дает управлять "огнем". Лучший чайник для кипячения воды - из закаленной белой глины. Как только сосуд подавал голос, с него снималась крышка, и с этого момента готовность кипятка отслеживалась по виду, звуку и пару.

Использование чайника из глины началось с того момента, когда люди стали делать собственно, глиняную посуду. А уж история глиняной посуды в Древней Греции восходит к 2500 гг. до нашей эры. Однако, глину можно считать определённый изыском – для заваривания чая. Более распространенной практикой было кипячение воды в сосудах из бронзы.

Бронзовый сосуд был практически идентичен современным чайникам по форме с носиком. Их образцы относят (!) к 3500-2000 гг. до н.э., а территория первых чайников – это Месопотамия. Предполагается, что они использовались для фильтрации, а не только для кипячения воды.

Б ронзовые чайники были самыми распространёнными, до нашей эры – и в нашу эру. Долгое время в развитии чайников не наблюдалось никаких эксцессов, да и сложно было придумать что-то более эффективное, чем сосуд, в который можно сверху заливать воду, а когда она вскипятиться – выливать её через носик. Источником тепла были разного рода безопасные или опасные источники открытого огня.

До XIX века самым распространённым материалом (после того, как медь стала непопулярна), был металл. После XIX века стали использовать медные чайники. Их, как и бронзовые, также нагревали непосредственно над огнем или печи. Основной проблемой медных чайников было то, что они очень пачкались от всполохов огня – и чистка требовалась после каждого использования². Впрочем, у них была и ещё одна значительная проблема – в медных чайниках вскипячённая вода остывала очень быстро, и её приходилось вновь нагревать. На Рисунке 1 представлен старинный неэлектрический чайник из железа.

От электрических чайников и до наших дней

Электрочайник придумали в 1891 году в американской компании «Карпентер Электрик Компани", однако еще очень долгое время люди нагревали и кипятили воду в обычных металлических чайниках с широким дном. Такое решение было выбрано для того, чтобы вода нагревалась максимально быстро, однако ни один обычный чайник никогда не позволял добиться таких же результатов по скорости кипячения, каких с легкостью добивается самый простой и дешевый электрочайник. Правда, первому электрочайнику, чтобы нагреть воду, было необходимо целых двенадцать минут, потому что нагревательный элемент находился в отдельном отсеке, и не погружен в воду, как в современных чайниках. Первоначально электрический нагревательный элемент чайника располагался в нижней части корпуса, под дном. Большой, тяжелый традиционный сосуд с длинным изогнутым носиком и дугообразной ручкой был как бы дополнен электроплиткой. В том же году, британский изобретатель, Кромптон из Кромптон и компании в Великобритании, разработал концепцию радиатора для электрического чайник. Когда «Карпентер электрик компании» выставляла свой электрический чайник на Всемирной выставке в Чикаго в 1893 году, компания Кромптона использовала концепцию встроенного подогрева от радиатора Кромптона.

Известно, что уже в 18 веке в России существовали металлические чайники со впаянной внутрь сосуда трубой, что позволяло долго поддерживать высокую температуру, однако использовали их вовсе не для приготовления воды для чая, а для приготовления сбитня.

Т олько в 1922 году инженеры из Swan – Компании придумали помещать нагревательный элемент, заключенный в изогнутую трубку, прямо в воду вблизи дна чайника. Вода стала закипать значительно быстрее. Такой чайник быстро распространился по Европе, Америке и миру.

Чайники были главным образом сделаны из металла с бакелитовыми ручками и крышками. Такие чайники быстро набрали популярность в 1930-х гг. Во время Второй мировой войны использовались керамические конструкции с бакелитовыми крышками – на такие уступки производители пошли из-за дефицита металла. Такие изделия оставались популярными в мире и в послевоенные годы.

Должно было пройти ещё около 50 лет после появления первого электрического чайника, чтобы инженеры додумались до оборудования электрочайника системой, автоматически отключавшей пустой чайник. Только в 1956 году Рассел Хоббс выпустил первый полностью автоматический электрический чайник. Вначале такие чайники делали из традиционной меди, но вода в них так же быстро остывала, как и нагревалась, поэтому чуть позже материалом для чайников стала хромированная сталь, а затем – алюминий. На рисунке – один из первых электрических чайников, выполненный из металла (изображённый чайник датируется 1909 годом)³.

Т радиционная „лебединая“ форма корпуса чайника оставалась неизменной ещё несколько десятков лет. Материалом для него чаще всего служила медь, позже хромированная сталь, ещё позже алюминий.

И только в середине 50-х годов появились модели электрических чайников новой формы: полусферические и приземистые цилиндрические, с широким коротким носиком. К этому времени уже были изобретены автоматические электрические модели, отключающиеся при кипении благодаря скрытой от глаз изгибающейся биметаллической пластине.

Дизайн чайника в форме кувшина, широко распространённый сегодня, сформировался к концу 70-х годов. Специалисты немало потрудились над носиком такой модели, добиваясь, чтобы ни одна капля с него не упала на скатерть.

Сейчас нагревательный элемент принято размещать в самом дне чайника. Самые удобные модели имеют в качестве нагревателя плоский металлический диск. Такие чайники быстрее греют воду, да и чистить их намного удобнее. Сегодня практически все электрочайники делают из пластика – это проще и дешевле. К тому же пластиковый чайник весит намного меньше своих металлических коллег. Конечно, существуют модели из стекла или металла, но они тяжелее, дороже, а стекло к тому же еще и легко бьется.

Правда, в конце прошлого века (XX) вновь вернулись к идее электроплитки: на смену спиральному нагревательному элементу, вмонтированному внутри корпуса чайника, вблизи дна, пришёл нагревательный элемент из нержавеющей стали, помещённый в дно чайника. В таком приборе лучше всего сохраняется естественный вкус воды и накипи образуется намного меньше, к тому же им безопаснее пользоваться благодаря отсутствию контакта нагревательного элемента с водой.

Но ещё совершеннее — дисковый нагреватель. Это уже не „приклеенная“ под дном спираль, а плоский металлический диск, к которому подведены электрические контакты. Дисковый нагреватель имеет более высокий коэффициент полезного действия и быстрее кипятит воду.