элементов все возможные парные комбинации (табл. 21.7). Пусть в нашем абстрактном примере обе комбинации - допустимые и равноценные, по­ тому ни одну из них не относим к наихудшим и не исключаем.

2. Выбираем из табл. 21.6 следующий столбец с наименьшим число альтернатив - столбец Фг.

С помощью вариантов этого столбца и допустимых комбинаций из табл. 21.7 образуем все возможные комбинации из трех элементов (табл. 21.8). Сравнительный анализ этих комбинаций позволил три из них отнести к наихудшим и исключить.

Т а б л и ц а 21 . 8

Сокращение комбинаций из трех элементов

3. Выбираем из табл. 21.6 следующий столбец с наименьшим число альтернатив - столбец Oi и с помощью оставшихся допустимых комбина­ ций из табл. 21.8 образуем все возможные комбинации из четырех элемен­ тов (табл. 21.9). Поскольку комбинации легко образуются мысленно, то их не обязательно выписывать в клетках таблицы. В табл. 21.9 на основе срав­ нительного анализа зачеркнуты клетки с наихудшими комбинациями.

Т а б л и ц а 2 1 . 9

Сокращение комбинаций из 4 элементов

а‘2 а '4 а25

А22 А24 А25

а32 а '4 а '5

По аналогии с пп. 1-3 образуем таблицы вариантов до последнего столбца, имеющего наибольшее число альтернатив. В последней таблице (после исключения наихудших) остается множество допустимых вариантов ТР. Если допустимых вариантов окажется довольно много, то проводят со­ кращение по дополнительным наиболее важным показателям (надежность, расход энергии или дефицитных материалов, трудоемкость и т.д.).

Выбор наиболее эффективных вариантов ТР. Множество допус­ тимых вариантов ТР, полученное после сокращения множества возмож­ ных вариантов ТР путем исключения наихудших комбинаций элементов, упорядочивают по критерию качества от лучших к худшим. При равных или близких значениях критерия качества в упорядочиваемых вариантах учитывают степень устранения недостатков в прототипе. После упорядо­ чивания выбирают 3-5 наиболее эффективных вариантов ТР для дальней­ шей проработки.

Если упорядочение и выбор наиболее эффективных вариантов ТР вызывает затруднения, то рекомендуется воспользоваться таблицей срав­ нения вариантов, в которой дается обзорная сравнительная расчетно­ экспертная оценка вариантов. Фрагмент такой сравнительной оценки для одного аппарата приведен в табл. 21.10.

Для выбранных выше вариантов дают краткое их описание с приведением схем и эскизов, как это принято в патентных описаниях.

После составления предварительных эскизов проводят более деталь­ ную конструкторскую проработку найденных ТР с учетом дополнитель­ ного списка требований (надежность работы, удобство обслуживания,

1. Описание проблемной ситуации. Описание выполняется по эта­ пам. При этом пп. 1-4, 6 выполнены в соответствии с операциями 1-4, из­ ложенными в гл. 14, а пп. 7, 8 - в соответствии с настоящей главой.

Этап 1. Индивидуальные бытовые электроплитки имеют низкий КПД (30-40%) и по сравнению с газовой плитой чрезмерно большое время

доведения до кипения воды с начальной температурой 10-20°С.

Этап 2. Необходимо создать электроплитку с КПД 60-80% и време­ нем tk, не большим, чем у газовой плитки.

Этап 3. Низкий КПД связан с большими потерями теплоты, идущей на нагревание элементов плитки и окружающего пространства. Большое время tk обусловлено в первую очередь с предварительным нагреванием элементов плитки и ее низким КПД.

Этап 4. Устранение указанных недостатков электроплитки позволит получить значительную экономию электроэнергии и времени на приго­ товление еды, а также заменить менее гигиеничные и более опасные газо­ вые плитки на электроплитки.

2.Описание потребности (функции) электроплитки. Обобщен­ ное описание: нагревает воду в емкости до кипения. Количественное опи­ сание: нагревает воду в емкости объемом 3-6 л от начальной температуры 10°С до кипения за 15-30 мин.

3.Выбор прототипа и его описание. В качестве прототипа дана бытовая электроплитка (см. рис. 21.3), состоящая из нагревательной спи­ рали 4, лежащей на теплоизоляционном огнеупорном блоке 5, который опирается на корпус 6. Электроэнергия подводится изолированным про­ водом 2 через разъем 1. Нагревательная спираль прикрыта защитным эк­ раном 3 из тугоплавкого металла. В качестве первого дополнительного прототипа примем такую же конструкцию электроплитки, только без за­ щитного экрана 3. Второй дополнительный прототип в отличие от основ­ ного имеет регулируемую мощность, т.е. вода до кипения нагревается при максимальной мощности, что сокращает время tk, а затем устанавливается мощность для поддержания кипения.

4.Выявление недостатков прототипа. Потери теплоты при на­ гревании емкости с водой слишком большие, что приводит к низкому

КПД (30-40%). Требуется снизить потери теплоты и довести КПД до 60-80% в соответствии с показателями других нагревательных приборов. Время доведения воды до кипения от начальной температуры 10°С в ем­ кости объемом 3-6 л обычно составляет 30-60 мин. Требуется сократить это время до 15-30 мин.

Для снижения трудоемкости приготовления пищи и потерь электро­ энергии желательно иметь систему автоматического управления, которая после доведения воды до кипения поддерживает кипение (при минималь­ ных затратах энергии) в течение заданного времени; после чего выключа­ ет подачу электроэнергии.

5. Выбор критериев качества. За критерий качества примем КПД электроплитки, повышение которого в значительной мере влияет на со­ кращение времени нагревания.

КПД электроплитки определяется по формуле

r|=Qn/Qo,

где Qn- затраты энергии на нагревание воды от 10 до 100°С; Qo- потреб­ ляемая за это время электроэнергия.

6. Разделение электроплитки (прототипа) на элементы. Описа­ ние функции элементов приведено в табл. 14.2, а соответствующие им конструктивные функциональные структуры (ФС) - на рис. 14.1 в гл. 14.

Построение улучшенных ФС. Представляется целесообразным вве­ сти функциональные элементы, обеспечивающие повышение количества теплоты, передаваемой емкости с жидкостью, и снижение потерь теплоты в окружающую среду. Полифункциональный элемент Ej (см. табл. 14.2) представляется перспективным только для реализации функций Ф 'з , Ф'"з, а для функции Ф " з — не вводить отдельно функционального элемента. Улучшенная ФС представлена в табл. 14.2 и на рис. 14.2 (см. гл.14). В табл. 14.2 не указаны названия новых элементов Е\, Ег, Ев, поскольку пока не­ известно их точное название.

7. Составление морфологических таблиц. Рассмотрим пример заполнения морфологической матрицы на основе табл. 21.11.

торой устраняются наихудшие комбинации (зачеркнуты двумя линия­ ми). Поскольку осталось много допустимых вариантов, то для них про­ водится сравнительная оценка и из них исключаются худшие (зачерк­ нуты одной чертой).

А1] А22

------- -

А т а А2| А32 А3,А42

А3,А4з

Строится окончательная табл. 21.15, в которой сначала устранили явно худшие варианты (зачеркнуты двумя линиями).

Т а б л и ц а 21 15

Нагрев осуществляется спиралью 8, которая крепится на тонкой не­ проводящей решетке 5. Часть теплоты излучения, ушедшая от спирали вниз, отражается сферическим зеркалом 7 и задерживается дополнительно слоем теплоизоляционного материала 6. В дополнение к плитке для огра­ ничения потоков теплоты, уходящих в стороны от кастрюли и вверх, при­ дается легкий металлический полый цилиндр 1 с зеркальной внутренней поверхностью. Сверху на цилиндр надевается крышка 2.

ТР2 отличается от ТР1 тем, что спираль 8 помещается в жестких трубках из изоляционного материала (кварцевое стекло), которые заменя­ ют собой решетку 5.

ТРЗ отличается от ТР1 тем, что спираль 8 поддерживается металли­ ческими крючками, изолированно укрепленными в стенках 4.

Контрольные вопросы

1.Что такое морфологическое проектирование?

2.Опишите процедуру постановки задачи и построения конструктивной функциональной структуры.

3.Опишите процесс составления морфологических таблиц.

4.Каким образом производится выбор наиболее эффективных вариан­ тов ТР?