Современные средства и методы проектирования машиностроительных изд

14. Преобразование по аналогии

14.1.Применить объект, используемый для этих же целей

вдругой отрасли техники.

14.2.Использовать природный принцип повторяемости однотипных элементов (пчелиные соты, клетки, листья, кристаллы и т.п.).

14.3.Рассмотреть возможность копирования.

14.4.Применить решение, аналогичное имеющемуся:

в ведущей отрасли техники или в древних и прошлых технических объектах;

в неживой природе (физика, химия, биология и др.);

у современных или вымерших живых организмов;

в экономике или общественной жизни людей;

в научно-фантастической литературе.

Ответить на вопрос, как решаются подобные задачи в указанных областях. Перенести в свой объект аналогичный элемент. Выполнить аналогично компоновку, структуру, принцип действия и т.п.

14.5. Использовать аналогии свойств других объектов,

атакже свойства объекта.

14.6.Использовать принцип имитации, заключающийся в создании таких объектов, которые по форме, цвету, внешнему виду аналогичны другому объекту, но по ряду других свойств не соответствуют ему.

14.7.Выполнить объект по аналогии с одним особо значащим элементом другого объекта. Инверсия приема (второстепенный элемент) .

14.8.Применить вещество (элемент), аналогичное ферментам или катализаторам.

14.9.Использовать эмпатию: мысленно превратить себя в объект (элемент) и с помощью своих ощущений найти наиболее целесообразное решение.

14.10.Приспособить природные конструкции для технических целей.

141

14.11.Использовать аналогии функции и поведение других объектов.

14.12.Проверить, как решаются задачи, обратные данной.

15. Комбинирование и комплексный синтез

15.1.Гиперболизировать размеры объекта, создать «ги-

гант» и найти ему применение. Инверсия приема (миниатюризация).

15.2.Рассмотреть возможность использования различных энергетических установок (видов энергии) и их комбинации.

15.3.Создать объект (машину), сочетая унифицированные элементы (агрегаты), представляющие собой автономные узлы, устанавливаемые в различном числе и комбинациях на общей станине.

15.4.Базовый объект или основные его элементы использовать для создания объектов различного назначения, близких или различных по рабочему процессу.

15.5.Комбинировать универсальные элементы для осуществления различных функций.

15.6.Комбинировать: секции, узлы, блоки, агрегаты; универсальные элементы; переходные состояния.

15.7.Сделать объект компактным; изменить объект конструктивно, обеспечив его портативность.

15.8.Создать комплекс, гарнитур и т.п.

15.9.Комбинировать привлекательные признаки и свойства объекта, технические идеи.

15.10.Рассмотреть комбинированное использование различных принципов действия.

15.11.Переделать объект, приспособив его к другим условиям работы: операциям, видам продукции – без изменения основной конструкции.

15.12.Использовать в качестве прототипа искомого объекта объект неживой или живой природы, близкие или отдаленные области техники, детские игрушки.

15.13.Создать технический объект, моделирующий живой организм.

142

15.14.Рассмотреть возможность использования различных физических эффектов и их комбинаций.

15.15.Перейти от однофункционального объекта к многофункциональному. Комбинировать функции или цели.

15.16.Применить известный объект для другого назначения. Использовать объект в другой области, одновременно изменив его функции.

15.17.Придумать для известного объекта новую функцию. Найти новую область или способ применения объекта.

15.18.Придумать новую функцию, техническая реализация которой принесет значительное улучшение для жизни и работы человека.

15.19.Сформулировать (синтезировать) идеальное конструктивное решение и перейти от него к реальному.

15.20.Найти новое применение найденной идеи или идеи, обратной найденной.

15.21.Использовать принцип дробления общественных потребностей на несколько субпотребностей с последующим созданием технических объектов для удовлетворения каждой отдельной субпотребности.

При формировании индивидуального фонда эвристических приемов необходимо в первую очередь отобрать наиболее подходящие и эффективные приемы из межотраслевого фонда. Для этого полезно руководствоваться следующими рекоменда-

циями.

1. В индивидуальный фонд необходимо включать не менее одного приема из каждой классификационной группы (см. табл. 9.1). При этом особое предпочтение следует отдавать приемам преобразования по аналогии (группа 14). Всего из межотраслевого фонда отбирается от 50 до 100 приемов. Большинство из них с позиций логического анализа и экспертных оценок должны иметь значительные потенциальные возможности по улучшению интересующего класса ТС или тех-

143

нологических процессов. Кроме того, до 20 % отобранных приемов должны, наоборот, содержать наименее вероятные потенциальные возможности, поскольку такие приемы нередко обеспечивают нахождение наиболее оригинальных и эффективных ТР. Отобранные из межотраслевого фонда приемы желательно отредактировать и конкретизировать с ориентацией на рассматриваемый класс объектов.

2.Дальнейшее расширение и развитие индивидуального фонда можно выполнять на основе изучения и анализа истории конструктивной эволюции и соответствующего патентного фонда рассматриваемого класса ТС и объектов, близких по своему назначению и функциям, особенно в ведущих отраслях техники. При этом тщательно изучают моменты перехода от прототипов к улучшенным конструкциям и пытаются описать эти переходы в виде эвристических приемов. Особенно ценными являются заимствования из ведущих отраслей техники, где более быстрыми темпами развиваются аналогичные функциональные узлы и архитектура изделия в целом. Понятие «ведущая отрасль техники» объясняется функциональной близостью к рассматриваемому классу и более быстрыми темпами технического прогресса.

3.Индивидуальный фонд должен включать в себя приемы, отражающие субъективный стиль мышления конструкто- ра-изобретателя и его личный опыт. Как правило, эта группа приемов формируется независимо каждым пользователем.

Весьма ценное дополнение к индивидуальному фонду эвристических приемов составляют примеры решения конструк- торско-изобретательских задач с помощью приемов, описанных в специальной технической литературе. Для каждого целесообразно подобрать по два-три существенно отличающихся примера, которые бы иллюстрировали широкие возможности приема. Вместе с тем необходимо подбирать такие примеры, которые можно было бы заимствовать как готовые решения

144

(или фрагменты решений) при поисковом конструировании интересующего класса изделий. Подборку примеров уместно производить во время изучения и анализа истории конструктивной эволюции и патентного фонда указанных классов ТС.

9.2. Формирование фонда аналогов ТР

Фонд эвристических приемов используется в основном для преобразования некоторого аналога (известного конструктивного решения), не удовлетворяющего заданным требованиям, в искомое решение.

Впроектно-конструкторских разработках на выбор аналога часто не накладывается никаких ограничений, а иногда, наоборот, прототип оказывается жестко заданным. Даже в последнем крайнем случае оказывается полезным рассматривать более широкую постановку задачи, т.е. искать решение путем преобразования нескольких аналогов. Таким образом, всегда полезно иметь заранее подобранный фонд аналогов, чтобы, с одной стороны, сократить затраты времени на их поиск в процессе решения задачи, а с другой – брать за основу наиболее ценные прототипы с точки зрения отдельных показателей или комплексной оценки. В качестве аналогов рекомендуется брать существенно отличающиеся наиболее перспективные ТР. Особое внимание следует уделить отбору ТР на уровне лучших мировых образцов.

Вцелом фонд аналогов лучше подбирать во время изучения и анализа истории конструктивной эволюции аналогичных ТС и соответствующего патентного фонда.

9.3.Формирование фонда материалов

иконструктивных элементов

Поскольку многие приемы преобразования прототипов связаны с использованием новых материалов или узлов и деталей, с их заменой или комбинированием, то желательно иметь

145

специально подобранный (для интересующего класса ТС) фонд материалов и конструктивных элементов. Этот фонд должен также включать в себя наиболее разнообразные и перспективные материалы и элементы, которые можно подбирать в процессе изучения и анализа истории конструктивной эволюции различных ТС и их патентных фондов, а также на основе изучения справочной литературы и новых стандартов на соответствующие материалы, узлы и детали.

9.4. Рекомендации по применению метода

При решении задач методом эвристических приемов последовательно выполняются следующие этапы поиска и обработки информации:

1)уяснение или формулировка технического задания – списка требований к искомому ТР;

2)выбор из фонда аналогов одного или нескольких прототипов, в наибольшей мере удовлетворяющих техническому заданию;

3)анализ прототипов, выявление их недостатков и формулировка постановки задачи в виде ответов на вопросы: какие показатели в прототипе и насколько желательно улучшить; какие новые свойства должно иметь создаваемое изделие или какие свойствадолженутратить рассматриваемый прототип;

4)задачу начинают решать с выбора наиболее подходящих

приемов из индивидуального фонда эвристических приемов. С помощью этих приемов преобразуют выбранные на втором этапе прототипы и анализируют возможность решения поставленной задачи. При этом следует иметь в виду, что задачу можно решить не сразу, не с помощью одного приема, а последовательно улучшая результаты с помощью различных отдельных приемов. Иногда удачное решение можно получить при одновременном комплексном использовании двух и более приемов.

Если использование какого-либо из выбранных приемов вызывает затруднение, то анализируют соответствующие приме-

146

ры, которые играют роль обучающих задач или полуготовых решений. Если выбранные приемы не дают желательного результата, то делается попытка применить подряд все приемы фонда. Если решаемая задача весьма важна и нет жестких ограничений по времени, то также целесообразно анализировать ее с точки зрения всех приемов индивидуального или даже межотраслевого фонда. Причем повторный анализ может дать интересные дополнительные результаты, если в качестве аналогов используются уже полученные промежуточные ТР. При неудачных попытках решения задачи необходимо вернуться к этапу 2 и изменить состав прототипов или к этапу 1 и изменить список требований.

Эффективность специализированного метода эвристических приемов можно значительно повысить, привлекая компьютерные технологии. Рекомендуются следующие пути использования вычислительной техники.

На первом этапе можно создать обычную фактографическую информационно-поисковую систему, позволяющую по определенным запросам выбирать необходимую информацию (из фонда эвристических приемов и примеров решения аналогичных задач, фонда материалов и конструктивных элементов), что значительно сократит время поиска нужных приемов и других сведений. При этом преобразование аналогов (синтез новых технических решений и их оценка) остается за человеком. На втором этапе ведут работы по программированию эвристических приемов. Это позволяет, с одной стороны, часть работы по синтезу передать ЭВМ, с другой – иметь возможность создания и программирования математических моделей по оценке автоматически синтезируемых ТР. В некоторых случаях можно создавать универсальные математические модели, позволяющие оценивать весьма широкий класс решений по части показателей. Это позволяет в значительной мере автоматизировать оценку технических решений, синтезируемых конструктором или машиной.

147

Метод эвристических приемов можно использовать при разработке самостоятельных человеко-машинных программ поиска новых ТР заданного класса. Такую программу можно включить в пакет прикладных программ подсистемы поискового конструирования. Кроме того, этот метод рекомендуется использовать при подготовке информационного обеспечения в машинных методах синтеза ТР, в частности при расширении множества ТР. Межотраслевой фонд эвристических приемов используется также при расширении возможностей методов математического программирования в поисковом конструировании.

9.5. Обобщенный эвристический метод и его применение

Каждый метод предполагает разделение на определенное число последовательных этапов, предназначенных для решения отдельных подзадач по поиску и обработке информации, а каждый этап содержит некоторый набор процедур для обработки информации. Во многих методах присутствуют одинаковые или близкие (в содержательном смысле) этапы и процедуры. В большинстве методов существует некоторый инвариантный порядок следования этапов и процедур. В ряде методов используются информационные фонды, облегчающие поиск необходимых сведений и получение новых ТР. Перечисленные свойства дают основание для создания обобщенного эвристического метода. Представляют интерес следующие аспекты его применения:

1. В первую очередь обобщенный эвристический метод целесообразно использовать как пособие для составления специализированных эвристических методов, ориентированных на определенный класс технических систем. Специализированный метод (по сравнению с обобщенным) становится проще и эффективнее за счет исключения ряда процедур и использования более узкоориентированных информационных фондов.

148

2.Обобщенный эвристический метод и получаемые с его помощью специализированные методы представляют собой хорошую эвристическую и алгоритмическую основу для разработки человеко-машинных программ поиска новых, более рациональных ТР. Эти программы можно использовать как самостоятельные эвроритмы, а также включить в пакет прикладных программ подсистемы поискового конструирования.

3.С помощью обобщенного метода можно улучшать известные эвристические методы поиска новых ТР, а также получать модификации этих методов. При этом производная модификация оказывается эффективнее своего оригинала. Это объясняется тем, что в обобщенном методе большинство процедур и информационных массивов дополнено рекомендациями из других методов или специальными разработками, что обогащает получаемые модификации известных методов.

4.Обобщенный метод можно также использовать непосредственно для решения задач поискового конструирования. Особенно это имеет смысл при решении отдельных задач, когда нецелесообразна предварительная разработка специализированного метода.

5.Обобщенный метод может служить пособием в подготовке и переподготовке специалистов. При этом его необходимо дополнять примерами решения задачи. Следует заметить, что разработка обобщенного эвристического метода выполнялась на эмпирическом уровне для получения практически полезной и негромоздкой методики составления специализированных эвристических методов. В связи с этим в излагаемую редакцию обобщенного метода включены только наиболее широко распространенные и действенные этапы и процедуры.

Вбудущем целесообразно проводить специальные методологические исследования по научно обоснованному обобщению эвристических методов и установлению полного набора и иерархии этапов и процедур обработки информации при решении различных задач и подзадач поиска новых ТР.

149

9.6. Структура обобщенного эвристического метода

Поиск новых более эффективных ТР – это прежде всего процесс подготовки и обработки информации, с помощью которой синтезируют новую в виде конструктивных решений изделий или технологических процессов. В связи с этим обобщенный эвристический метод представляет собой как бы описание такого процесса, условно разделенного на семь этапов, существенно отличающихся целевым назначением. Каждый этап состоит из нескольких процедур подготовки и обработки информации, которые отличаются однородностью выполняемой работы. Значительной и весьма важной составной частью обобщенного метода являются следующие информационные фонды: М1 – фонд физических эффектов; М2 – фонд ТР рассматриваемого класса ТО, включающий в себя отдельный массив М2А описаний ТО на уровне лучших мировых достижений; М3 – список требований, предъявляемых к рассматриваемому классу ТО; М4 – фонд материалов и конструктивных элементов, перспективных для создания новых ТР; М5 – фонд технологических процессов, которые можно использовать при изготовлении рассматриваемого класса ТО; М6 – фонд эвристических приемов; М7 – фонд ТР ведущего класса ТО; М8 – методы оценки и выбора вариантов ТР. Фонды М1, М6, М8 в большой мере универсальны и мало зависят от рассматриваемого класса ТО. Остальные фонды более специализированные.

На рис. 9.1 приведена схема обобщенного эвристического метода, где указаны названия этапов, число процедур в каждом этапе и информационные фонды.

Этап 1. Предварительная постановка задачи. Выпол-

няется качественная и количественная формулировка функции разрабатываемого ТО, сопоставление этой функции с возможностями существующих близких по функциям ТО и выявление недостающих компонентов функции. Последние представляют собой список недостатков функционально близких ТО или список целей решения задачи. В данном случае формулировка функции отражает потребность в создании нового ТО.

150