ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра автоматизации технологических процессов и производств

Прахова м.Ю., Ахметова и.Б. Защита объектов интеллектуальной собственности Практикум

УФА

2014

Учебно-методическое пособие предназначено для студентов по направлению подготовки магистров 220700 «Автоматизация технологических процессов и производств», изучающих дисциплину «Защита объектов интеллектуальной собственности».

В пособии содержатся методические указания по выполнению контрольных практических заданий и приводятся краткие теоретические сведения, существенно облегчающие эту работу. Большое количество примеров по тематике указанных направлений подготовки облегчает восприятие курса в целом.

Необходимо отметить, что в приведенных формулах изобретения по сравнению с оригиналами могут быть некоторые изменения, сделанные для повышения наглядности примеров (без изменения технической сути изобретений).

Учебно-методическое пособие может также быть полезно студентам других направлений подготовки, изучающих аналогичные дисциплины, в частности, 131000 «Нефтегазовое дело» и 220400 «Управление в технических системах».

Составители: Прахова М.Ю., доц.

Ахметова И.Б., ведущий инженер отдела патентов и лицензий

Рецензент Поставить ту фамилию, которая рецензент программы

© Уфимский государственный нефтяной

технический университет, 2014

Тема 1. Изобретение – объект технического творчества

Существенно новые и полезные технические решения задач в различных областях деятельности человека признаются изобретениями. Изобретение может быть создано в результате теоретических или экспериментальных исследований, в ходе конструкторских или технических разработок с помощью методов технического творчества или благодаря интуиции.

Изобретения создают основу нашей технической цивилизации и условия для появления новых изобретений. История человечества тесно связана с развитием изобретательских способностей человека. Только изобретения дают ускорение развитию общественного производства, росту производительности труда, увеличению экономического и оборонного потенциала государства.

Этапы развития изобретательства, через которые прошло человеческое общество, показаны на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 – Этапы развития изобретательства

Этап 1. Техника первобытнообщинного периода характеризовалась появлением простых орудий: палок, дубин, копий, грубых каменных средств труда. Со временем человек сознательно стал придавать орудиям труда определенную форму, изобретать новые их виды. Так появились ручные рубила, остроконечники, скребла, скобели, костяные орудия и т. п.

Первобытный изобретатель внимательно изучал различные явления природы и стремился воспроизвести их, накапливая знания, знакомился с разными простейшими изобретениями и на этой основе создавал новые, более сложные орудия труда.

Свойство отогнутой ветки дерева стремительно возвращаться в свое естественное положение и наблюдение за действиями метательных орудий (камня, палки и копья) помогли человеку изобрести лук и стрелы, представлявшие в свое время большое техническое достижение. Это было первое сложное орудие труда, которое стало основным видом оружия вплоть до XVII в.

Случайный характер изобретений хорошо иллюстрирует открытие обжига глиняной посуды. На мысль использовать обжиг для придания тестообразной массе глины новых свойств - прочности, водоустойчивости, огнестойкости – человека навели обломки глиняного сосуда, случайно упавшие в огонь и превратившиеся в твердые, непохожие на исходную глину осколки.

В ту пору техническое творчество характеризовалось изобретением не только орудий труда («устройств» по сегодняшней патентной терминологии), но также и способов их изготовления. К их числу относится, например, шлифование лезвия каменного топора с помощью кварцевого песка. При этом способе коэффициент полезного действия каменных топоров значительно повышался и достигал 0,78—0,8, то есть был не ниже современных ручных орудий.

Одним из крупнейших изобретений следует считать способ сверления и сверлильный снаряд. Вначале человек, вращая палку и прижимая ее к одной точке сухого куска дерева, научился зажигать огонь, потом на основе этого создал сверлильный снаряд, позволяющий намного ускорить вращение и, следовательно, сократить время на добычу огня. Изобретение это широко применялось в течение тысячелетий. Наблюдая за изменением состояния различных предметов под действием огня, первобытный изобретатель еще в IV в. до нашей эры заметил, что некоторые из них сначала плавятся, а затем твердеют, причем приобретают новые формы. Так был изобретен способ выплавки меди, открывший новые возможности для развития техники. Обрабатывать медь было проще, чем камень, и это позволяло изготовить большинство известных орудий и оружие с меньшей затратой труда, хотя изделия из меди не смогли в то время полностью вытеснить каменные орудия.

Изобретатели настойчиво и постоянно совершенствовали все созданное предшественниками, устраняя имевшиеся неудобства и недостатки. Орудия труда из самородной меди были слишком мягкими, и человек, используя накопленный опыт, искал пути создания прочного металла. Опробование различных способов отливки меди и других легкоплавких металлов и обработки путем проковки, заточки привели к необходимости экспериментирования. В результате проведенных экспериментов рождалось новое - отличное от старого.

Новый сплав становился тверже, и изобретатель уже сознательно старался найти такие пропорции, при которых достигалась наибольшая прочность и другие необходимые свойства. Так были изобретены первый искусственный сплав — бронза и способ обработки литьем. Это сыграло большую роль в развитии общества, открыло возможность для массового производства орудий и оружия в бронзовый век. Выплавка металла из руды и отливка орудий требовали производственной специализации, поэтому в широких масштабах используется простая кооперация и общественное разделение труда, выделяются ремесла, создаются условия для появления таких изобретателей, как Архимед и Герон Александрийский.

Этап 2. На втором этапе техническое творчество, опираясь на предыдущий опыт и зарождающуюся науку, всё больше проникало во вce сферы деятельности человека и развивалось лавинообразно. Изобретение бумаги, например, стало исходным для целого ряда новых изобретений, в том числе и такого важного, как книгопечатание, сыгравшего огромную роль в распространении культуры, науки, достижений техники и т. д. Оно совершенствовалось благодаря возникновению способов печатания от печатных досок до изготовления печатных форм из отдельных рельефных элементов, то есть набора подвижными, сначала глиняными, а затем бронзовыми литерами. Немецкий изобретатель Иоганн Гутенберг создал европейский способ книгопечатания подвижными литерами. В России Иван Федоров самостоятельно разработал процесс книгопечатания и в 1564 году напечатал первую книгу «Апостол».

На этом этапе были изобретены новый медный сплав — латунь, горизонтальный ткацкий станок, самопрялка, оконное стекло, очки, компас и т. п. Изготовление и применение очков подготовили изобретение подзорной трубы, микроскопа и привели к созданию теоретических основ оптики, а изобретение автоматических часов, сыгравших большую роль в развитии техники XVII— XVIII вв., стало примером сочетания теории с конструктивными решениями проблем. Христиан Гюйгенс, голландский механик, физик и математик, в 1657 году применил балансир для регулятора хода часов с упругой спиралью.

Этап 3. Третий (сегодняшний) этап изобретательства имеет две характерные черты – создаются изобретения, которые позволяют передать механизмам и машинам функции управления, а также научные теории и методологии изобретательства (ТРИЗ – теория решения изобретательских задач, психоэвристическая методика, методика направленного мышления в техническом творчестве и целый ряд других).

Сами изобретения по своей значимости и эффективности могут иметь существенные различия, поскольку их творческий и технический уровень неодинаков. В зависимости от степени новизны и затрат творческого труда известный ученый Г.С. Альтшуллер предлагает оценивать изобретения по пяти уровням (рисунок 1.2).

Первый уровень - это незначительные изобретения, мало меняющие совершенствуемый объект. Задача и средства ее решения лежат в пределах одной профессии, поэтому ее решение под силу каждому специалисту (например, изменение формы поплавка в поплавковом уровнемере).

Второй уровень - это мелкие изобретения, полученные способами, известными в данной отрасли. При этом может частично меняться только один элемент системы (например, изменение топологии тензорезисторов в датчике давления).

Третий уровень - это средние изобретения, которые решаются способами, известными в пределах одной науки, в результате чего полностью меняется один из элементов системы (например, в преобразователе давления использован чувствительный элемент с новым принципом преобразования давления).

Четвертый уровень - это крупные изобретения, позволяющие синтезировать новую техническую систему. Решаются они средствами, как правило, далеко выходящими за пределы науки, к которой относится задача (например, изобретение американским исследователем Ч. Карлсоном электрофотографического процесса, заложившего основы развития новой репрографической информационной технологии, реализованной впервые в копировальных аппаратах фирмы «Ксерокс»).

Пятый уровень - это крупные, пионерные (не имеющие аналогов) изобретения. Они образуют принципиально новую техническую систему. При этом нередко создается новая отрасль техники и производства. Это впервые изобретенные телефон, дизель, электродвигатель, лазер и т.д.

Анализ запатентованных изобретений показывает, что 75% выдаваемых патентов относится к решениям первого и второго уровней и совсем незначительная доля, около 5%, относится к сильным, революционного характера изобретениям четвертого и пятого уровней (рисунок 1.3). Именно благодаря этим малочисленным изобретениям (считают, что их около 200), современная цивилизация имеет высокий технический уровень оснащения и развития.

Рисунок 1.2 – Уровни изобретений

Подобное соотношение неслучайно, так как для изобретательских задач первых уровней характерно наличие небольшого числа составляющих элементов, среди которых неизвестных практически нет. Легко просматривается связь между ними, поэтому на их решение требуется немного времени и достаточно применения только профессиональных навыков и знаний.

Рисунок 1.3 – Соотношение числа изобретений различных уровней

Для успешного поиска направлений совершенствования техники и новых технических решений необходимо знание основных закономерностей и этапов эволюции технических объектов. Результатом эволюции технических объектов является появление технических систем, которыми буквально населен окружающий нас мир.

Важнейшее свойство любой технической системы состоит в том, что изменение одной составляющей системы отражается на состоянии других ее частей и всей системы в целом. И наоборот, изменение системы в целом сказывается на состоянии ее частей.

Необходимым условием жизнеспособности технической системы является наличие и хотя бы минимальная работоспособность четырех основных частей системы: двигателя, трансмиссии, рабочего органа и средства управления, а также сквозной проход энергии от двигателя до рабочего органа при согласовании ритмики частей системы, т.е. подчинение перемещения рабочих и вспомогательных органов циклограмме. История развития техники показала, что развитие технических систем идет по пути прогрессивной эволюции в направлении увеличения степени ее совершенства.

Жизненный цикл технической системы по аналогии с биологической можно изобразить в виде S-обратной кривой (рисунок 1.4, а), показывающей, как меняются во времени главные показатели системы (мощность, скорость, производительность и т.д.). Каждая техническая система имеет свою кривую развития с учетом индивидуальных особенностей. Но всегда эту кривую можно аппроксимировать на характерные прямолинейные участки (рисунок 1.4, б).

Рисунок 1.4 – Жизненный цикл технической системы

С момента рождения технической системы (точка А) она проходит медленный путь своего развития (участок АВ), после чего начинается участок ВС ее активного развития, совершенствования и эксплуатации. Отрезок АВ - это самый сложный и затратный этап, ответственный за дальнейшую жизнедеятельность системы. Ее путь начинается с момента зарождения идеи (точка А), далее ее апробация в лабораторных условиях и, наконец, запуск в серийное производство (точка В). По мнению американских социологов, эти три стадии по затратам времени и денежных средств разделяются между собой в соотношении 1:3:10. Видно, что выход системы в массовое производство - это наиболее длительный по времени и максимальный по финансовым вложениям этап по сравнению с моментом ее зарождения.

С некоторого момента (точка С) начинает ощущаться замедление темпов ее развития и через какое-то время она достигает своего апогея (точка D), что соответствует наступлению ее «старости». Далее возможны два варианта ее развития. Техническая система А либо отмирает (отрезок 1), сменяясь более совершенной системой Б, которая к этому времени вышла на активную фазу развития (четырехцилиндровый двигатель с водяным охлаждением, разработанный братьями Райт, давно сменился на реактивный двигатель), либо техническая система надолго сохраняет свои достигнутые показатели (отрезок 2) и не вытесняется другой системой (велосипед не претерпел существенных изменений за последние несколько десятилетий и не был заменен мотоциклом). Более того, как правило, техническую систему, достигшую апогея развития, пытаются всячески поддержать и по возможности продлить ее существование, несмотря на экономическую нецелесообразность. Это происходит оттого, что в этот момент сталкиваются многие интересы - финансовые, научные и просто человеческие, когда появляются опасения оставить привычную и обжитую систему.

На протяжении всей «жизни» технической системы она усовершенствуется за счет создания различных изобретений. При этом уровень изобретений и их количество меняются в зависимости от «возраста» системы, что наглядно видно при сопоставлении жизненной кривой с изобретательскими показателями (рисунок 1.5).

Если проанализировать характерные переломные точки ее развития на фоне активности изобретательской деятельности, то видно, что первый пик приходит на момент перехода системы к массовому серийному производству (точка В), а второй (наибольший) пик в точке D обусловлен стремлением продлить ее жизнь. Для момента запуска технической системы в жизнь (точка А) характерно небольшое количество изобретений (как правило, одно - два), но зато самого высокого уровня, что должно обеспечить ей жизнестойкость. Затем уровень изобретений резко снижается, зато количество изобретений низкого уровня возрастает. Что касается эффективности или отдачи от изобретений, то практика показала, что первые изобретения, несмотря на их высокий уровень, не дают сразу прибыли. В этот период техническая система существует еще в разработке или в опытах, единичных образцах, которые имеют недостатки и требуют доработки. Прибыль начинает проявляться только после запуска системы в производство. В этот период даже небольшие незначительные усовершенствования в системе дают большую экономию.

Рисунок 1.5 – Зависимость уровня изобретений от времени «жизни» технической системы