книги из ГПНТБ / Повилейко Р.П. Архитектура машины. Художественное конструирование. Проблемы и практика

1.7. Исчезают, выпадают из процесса фор­ ма, объем, чтобы затем снова восстановиться, как это и бывает, например, с различными надувными конструкциями (надувные сапоги для перехода рек и озер, изобретенные Леонар­ до да Винчи, надувные матрацы и спасатель­ ные круги, надувные скафандры водолазов, советские космические спутники Эхо-1

иЭхо-2).

2.7.Импульсами возникают или изменяются вес, усилия или другие характеристики матери­ алов (ловушки для зверей, срабатывающие под действием веса животных, различные торговые автоматы, срабатывающие под действием веса забрасываемых монет, закрепление деталей при шлифовании включением электромагнитов или вмораживанием в лед, различные виды

дискретного уравновешивания и взвешивания тел).

3.7. Лук со вздергиваемой ловушкой, мета­ тельная машина Архимеда, последовательное включение в работу ступеней ракетоносителя, выводящего на орбиту спутник, взрывные работы,стрельба.

4.7. Передвижные осадные башни, создан­ ные в Ассирии и Древней Греции, русская под­ вижная крепость «Гуляй-город», подъем и опускание кузовов в грузовиках-самосвалах, отброс отработанных ступеней ракеты, различ­ ные испытательные вибростенды.

5.7.Использование резиновых матов и пру­ жин для Смягчения ударов, различные буфер­ ные устройства в поездах и автомобилях, гид­ родемпфирование колебаний.

6.7.Шкаф с раздвижными полками, запа­ тентованный Марком Твеном, различная складная мебель, приспособления для откры­ тия и закрытия дверей железнодорожных и трамвайных вагонов, действие бумеранга, раз­ личные виды возвратно-поступательных дейст­ вий, начиная с древних лучковых приспособле­ ний для добывания огня (огнивное сверло), кончая современными строгальными и долбеж­ ными станками.

7.7.Резко меняющийся спрос на различные изделия под влиянием широкоизвестных собы­ тий (первый человек в космосе и на Луне, удачная реклама по телевидению, военные со­ бытия).

8.7.Единые условные единицы времени (ми­ нута, час, день, декада, месяц, квартал, год, столетие, эра);

9.7.Катапультирование летчика или космо­ навта через люки корабля. (Необходимость в

учете человеческого фактора проявляется не все время, а периодами, когда появляется у машины обслуживающий персонал).

10.7. Сменные цветные экраны, перекраска деталей, смена элементов интерьера в соответ­ ствии с биологическими ритмами.

ры), чтобы устранялись холостые и промежу­ точные ходы, прямолинейное и возвратно-по­ ступательное движение заменялось более выгодным непрерывным вращательным. (Для повышения быстроходности кораблей Р. Фультон заменил механические весла на вращаю­ щееся гребневое колесо со шлицами, к этой же группе относится великое изобретение ко­ леса).

7.8. Колеблющийся курс доллара, франка, марки, иены.

8.8. Постоянно опережающая, так называе­ мая динамическая, стандартизация.

9.8. Непрерывный следящий контроль за ра­ ботой системы (самолет, корабль, спутник).

10.8. Различные виды комплексного дина­ мического искусства на производстве с исполь­ зованием цвета, света, музыки, запахов, микро­ климата.

Аналогия

Принцип аналогии (от греческого «соот­ ветствие») заключается в отыскании и исполь­ зовании сходства, подобия в каком-либо отно­ шении систем (предметов и явлений), в целом различных. Наиболее крупными разновиднос­ тями этого принципа являются техноаналогия, биоаналогия и аналогия образная.

Техноаналогия ведет к взаимообогащению

различных отраслей техники — решения пере­ носятся из военной сферы в производственную, из производственной в бытовую, кочуют в са­ мых различных направлениях. По аналогии с паяльной лампой Ф. Цандер в 1930 г. создает свой ракетный двигатель Ф-1. Принцип детско­ го воздушного змея А. Ф. Можайский исполь­ зует при конструировании аэроплана. Детский волчок наталкивает Э. Сперри на создание ги­ роскопических приборов для автоматического управления самолетом.Очень часто прототи­ пами серьезных конструкций становятся иг­ рушки, и обратно. К техноаналогии относится метод моделирования, слагающийся из ряда приемов, к которым, в частности, могут быть от­ несены макетирование и копирование (вместо недоступной сложной, дорогостоящей, неудоб­ ной или хрупкой системы используются ее упрощенные и дешевые копии, модели, изобра­ жения, в частности, оптические копии); широ­ ко известно аналоговое моделирование.

Механизмы и принципы живой природы ко­ пировались и использовались в технике издав­ на. Тараны в виде бараньих голов прекрасно разбивали ворота крепостей в Древней Греции. Страшные увечья противнику наносили касте­ ты по форме когтей льва. Биоаналогия вызвала к жизни первые автоматы для развлечений — летающего голубя Архита Тарентского (V— IV вв. до н. э.), ползающую улитку Дмитрия

Фалернского (IV—III вв. до н. э.), а также многих человекоподобных андроидов — желез­ ного привратника Альберта* Великого, писца Ф. Клауса, флейтиста Ж. Вокансона, пианис­ та и пишущего мальчика семейства Дро, па­ рикмахера Г. Гарсфельда, роботов. Ценные для авиации опыты с птицами проводил док­ тор Н. А. Арендт, а Г. Г. Гельмгольц создал ряд приборов, базирующихся прямо на знании устройств органов зрения. Триумфом биоана­ логии стал девиз 1-го симпозиума по бионике (сентябрь 1960 г., Дайтон, США): «Живые прототипы— ключ к новой технике». Бурное развитие биокибернетики привело в последние годы к созданию особых жизнеподобных сис­ тем, предназначенных для решения интеллек­ туальных задач. К биоаналогии могут быть отнесены приемы антропоморфизации (подо­ бие человеку в целом или его части, например, руке — ковшовый экскаватор), мимикрии (мас­ кировочные приемы), регенерации, протезиро­ вания, различные метаморфозы и псевдомор­ фозы (если они копируют явления живой при­ роды) и др.

Образная аналогия предполагает в своей основе образно-художественное мышление и широкую научно-техническую эрудицию. Образ качающейся люстры Пизанского собора при­ вел Г. Галилея к маятнику для измерения биений пульса. Представление о механизме

электропроводности, известная в электролизе «цепочка Т. Гротгуса», со свободными крайни­ ми звеньями у полюсов тока, сложилось, по утверждению автора, по аналогии с одним из модных танцев того времени «гранд-шайн». А бензольные кольца, строение которых было подсказано в зоопарке обезьянами, сцепивши­ мися хвостами, — история, известная сегодня каждому десятикласснику!

1.9.Часы И. П. Кулибина в форме яйца.

2.9.Акад. Е. О. Патон рассказывает, что мысль заменить дефицитный флюс АН-2 домен­

ным шлаком у изобретателя А. Коренного бы­ ла вызвана их внешним сходством, сходство же цемента и извести по цвету и консистенции позволило изобретателю Н. В. Смирнову вы­ сказать предположение о наличии вяжущих свойств у извести, которое в дальнейшем под­ твердилось.

3.9. Орнитоптер Леонардо да Винчи, махо­ леты В. Татлина (летатлин) и П. Митурича, современные, машущие крыльями планеры.

4.9. Стопоход-кузнечик П. Л. Чебышева, прыгоход В. Турина.

5.9. Башни из металлоконструкций повто­ ряющие структуру волокон берцовой кости, са­ мозатачивающиеся многослойные резцы, пред­ ложенные биологом и инженером А. М. Иг­ натьевым, по типу зубов и когтей кошки (твердость слоев возрастает с глубиной).

6.9. Покрытия подводных лодок аналогично структуре кожи дельфина позволили увеличить скорость движения.

7.9. Прикидочиые экономические расходы по аналогии.

8.9. Сотовые сварные панели, позволившие

мы, обладающей подъемной силой, с которой она связана. (Протягивание троса через про­ лив воздушными шарами; обеспечение самоподдерживания системы за счет аэродинами­ ческих, гидродинамических сил — парение турбогенератора в магнитном поле). Идеали­

авторучка по форме гвоздя, гипсовая копилкакошка, потайной радиопередатчик в виде мас­ лины с соломинкой в коктейле, кариатиды, венчающие части колонн и служащие опорой для антаблимента или арки, куклы и игрушки, различные виды охотничьих чучел и др.

лей стандартизации, удобства обслуживания и художественно-конструкторских предполага­ ет всеобщую стандартизацию технических сис­ тем, предельную приспособленность‘этих сис­ тем к человеку по всему комплексу требований и тотальный дизайн в высших формах прояв­ ления.

Идеализация

Принцип идеализации заключается в пред­ ставлении идеального решения, от которого следует отталкиваться. Идеализация геомет­ рических показателей обозначает бесконечно большое увеличение или же исчезновение да­ ты, ширины, площади, объема, формы. Идеали­ зация физико-механических показателей озна­ чает исчезновение характеристики материала, например, веса. Система, «потерявшая вес», компенсирует эту утрату за счет другой систе­

Модель конструкторскоизобретательского поиска

В результате системного анализа и клас­ сификации показателей объектов и изобрета­ тельских приемов была создана обобщенная

модель конструкторско-изобретательского по­ иска. Существо модели заключается в фор­ мальной увязке показателей и приемов во вре­ мени с целью получения единой основы построения ДМП и дальнейшего использова­ ния ДМП для решения изобретательских задач на ЭВМ. Разработка общей модели базировалась на следующих рассуждениях:

Изменения значений любого из показателей Пкг могут быть фиксированы на оси абсцисс и принимать любые значения, как реальные, так и отраженные показатели, или показателифантомы. Примеры показателей реальных и фантомных: вес — антивес, прибыли — убытки,

чиваются введением временной оси ординатТ/. Довольно много удачных приемов относят на­ чало работы системы в прошлое (предвари­ тельная расстановка элементов, предваритель­ ное напряжение конструкции) и на оси орди­ нат занимают область отрицательных значений

— от< 1, < 0. Если же приемы предусматри­ вают изменение показателей системы во время ее работы в будущем (регулирование различ­ ных показателей, поочередная работа элемен­ тов системы, проскок опасных участков на вы-

Рис. 47. Обобщенная модель поиска конструкторско-

изобретательских решений.

соких скоростях), то речь идет о положитель­ ных значениях 0 < Тг < + < » . П ри’ Тг — 0 фиксируются значения Пк в настоящее время, т. е. приемы предполагают, что показатели приняты и остаются неизменными во все вре­

мя работы.

Пакет плоскостей Пкг — Тг характеризует пакет решений конструкторско-изобретатель­ ских задач. Например, если принять в качеству показателя П к; вес системы, то пакет плоско­ стей будет характеризовать пакет 1, 2, 3,...п решений путем изменения массы (одна пло­ скость), применения электромагнитных сил (вторая), аэродинамических (третья) и т. д.

Переход от плоскости к плоскости качествен­ но меняет методы решения задач.

- В этой модели получают возможность алго­ ритмического описания все известные приемы решения конструкторско-изобретательских и художественно-конструкторских задач, в част­ ности сформированные 10 групп основных при­ емов. Обозначим величину показателя исход­ ной системы-прототипа через Пк исх и огово­

рим, что существуют две группы показателей — дискретные, или делимые, показатели (коли­ честворабочих органов, позиций,одновременно обрабатываемых деталей) и непрерывные, или неделимые, показатели (температура, давле­ ние, шум, вибрации). Если показатели характе­ ризуют неделимость системы, то отклонение Пкг по отношению к Пк исх не более чем в 2 ра­

за в большую или меньшую сторону (интервал 0,5 Пкисх < Пкг- < 2 Пк исх) будет обозначать

адаптацию, а более чем в 2 раза — мультипли­ кацию (изменения в интервалахПкг^ 2 П Кисх,

0 < Пкг< 0 ,5 П кисх. Например,незначитель­

ное увеличение температуры будет говорить об адаптации, а резкое, уменьшенное значение температуры •— о мультипликации. Если же показатели характеризуют делимость системы в каком-либо отношении, то интеграция бу­ дет охватывать интервал значений, в которых Пи меньше Пк исх (0 < Пкг < Пк исх) , а диф­

электродвигателей в станке ведет к дроблению кинематической схемы на независимые участ­ ки, к ее дифференциации, а уменьшение числа электродвигателей в пределе — единый элект­ ропривод станка, характеризует интеграцию кинематической схемы.

В отдельных, достаточно редких случаях в изменяющейся системе можно одновременно наблюдать и адаптацию, и мультипликацию, и дифференциацию в зависимости от того, ка­ ким образом охарактеризован исходный пока­ затель. Предположим, в сложной и большой конструкции (корабль, ракета) изменяется ис­ ходное число деталей в целях приспособления к новым задачам. Если показатель П кг будет оценивать относительную величину, процент­ ное соотношение числа деталей системы по от­ ношению к прототипу, то изменения Пкгмо­ гут характеризоваться адаптацией и мульти­ пликацией. Действительно, отброс или прибав­ ление 1 — 2 деталей по отношению к массиву нескольких десятков тысяч настолько незначи­ тельно изменят относительную, процентную величину, что показатель практически потеря­ ет дискретную природу и может быть причис­ лен к неделимым. В то же время показатель может оценивать абсолютную величину, про­ сто количество деталей в системе, и тогда по­

Десятичная матрица поиска отраслевая

I I I

станках

станкостроении (станины)

I

Конструкционно-техно­ 4 логические показатели

костроении

5. 5.

Моноблочные

станины

станков