книги из ГПНТБ / Альтшуллер Г.С. Алгоритм изобретения

до года. Порошки подаются медленно — крупинка за крупинкой. В этом случае тоже есть смысл отдозировать их заранее,, скажем, по недельным порциям.

2—2 д. Если допустимая стоимость устройства близка к нулю, устройства нет или почти нет. Собственно, доза­ тор нам не нужен: мы можем любым — самым дешевым способом отдозировать порошки заранее. Значит, надо как-то избавиться и от подающего устройства.

2—2 е. Если расходы на устройство могут быть высо­ кими, попробуем изменить природный элемент системы — порошки. Соединим — хотя бы с помощью клея — каж­ дую крупинку порошка с крупинкой ферромагнитного материала. Теперь подачей порошков очень легко управ­ лять. Правда, неясно, как в нужный момент отделять крупинки порошка от крупинок металла.

Что же нам дал оператор РВС? Одну безусловно под­ ходящую идею — дозировать порошки заранее. И одну дикую, но заманчивую идею: крупинки металла несут и сбрасывают частицы порошка.

Продолжим решение.

2—3. Дана система из фильтров и 24 добавок. Добав­ ки трудно подавать в фильтры по графикам.

2—4. а) — б) Фильтры, порошки.

Менять фильтры нельзя —мы их исследуем. Порошки тоже нрльзя менять —нарушатся условия эксперимента.

2— 5. Внешняя среда.

3— 1. Внешняя среда сама подает порошки по зада ным графикам просто и точно.

В этой формулировке, в сущности, указаны два дейст­ вия—дозировать («по заданным графикам») и подавать. Но шаг 2—2. уже дал идею предварительной дозировки. Поэтому мы можем уточнить ИКР'.

3—1. Внешняя среда сама подает заранее отдозировайные порошки просто и точно.

3—2. Будем для простоты рассматривать один поро­ шок, помня, что потом решение надо распространить на 24 порошка. Итак, мы имеем заранее отдозированный по­ рошок (рис. 29) ; сейчас внешняя среда не подает поро­ шок, а нам надо, чтобы она сама подавала его в воронку.

3—3. Не может выполнить требуемого действия часть внешней среды от того места, где лежат отдозированные порошки, до воронки.

Рис. 29. К задаче 8, шаг 3—2: заранее отдозированный порошок подается при помощи ленты.

3—4. а) Нам надо, чтобы эта часть внешней среды сама несла порошок.

б) Нетрудно сделать эту часть среды из ленты. На ленту можно положить предварительно от­ дозированный порошок. Но куда денется лента над воронкой?

в) Несовместимость (притом не очень страш­ ная— это уже видно) состоит в том, что лента должна быть и ленты не должно быть. Правда, требования эти относятся к разным моментам времени: пока лента несет порошок, она должна быть; когда порошок донесен, должна исчез­ нуть. Нечто подобное (с частицами ферромаг­ нитного материала) у нас получилось и на шаге 2 —2 е.

3—5. Итак, лента должна исчезнуть над воронкой. 3—6 . Либо надо уничтожить ленту, либо отвести ее в

сторону.

3—7. Можно загнуть ленту: пусть возвращается на­ зад. Получится что-то" вроде ленточного транспортера. 24 транспортера? А если их 240? Плохо! Транспортер хо­ рош, когда надо долго подавать материалы. А мы весь порошок расположили заранее — нам не нужна высвобо­ дившаяся лента транспортера.

Остается первый вариант — уничтожить ленту над во­ ронкой. Это ближе к идеальной машине: часть машины, выполнившая свою работу, должна исчезнуть.

3—8 . Куда и как будет исчезать лента? Можно отбра­ сывать ленту, но это, видимо, потребует применения ка­ кого-то механизма. Идеальнее, чтобы лента исчезала сама: таяла, испарялась и т. д.

4—1. Мы выиграли в точности (заранее тщательно до­ зируем), в простоте конструкции (набор исчезающих лент). Но вводится операция предварительной раскладки порошка на ленту.

4—2. Нетрудно нанести порошок на ленту равномер­ но: покроем ленту клеем, посыплем порошком, приклеим один слой. Однако нам нужна лента, несущая порошок в виде графика. Положить клей в те места, где по графику должен быть порошок? Проще вырезать график из лен­ ты, имеющей одинаковую ширину. Вещество ленты долж­ но легко резаться, легко покрываться клеем, легко исче­ зать. Обыкновенная бумага. А лучше — беззольная бу­ мага.

4—3. Теперь трудно найти недостатки. Изготовить за­ пас равномерно покрытых порошками листов несложно. Вырезать из этих листов нужные графики — совсем про­ сто. Равномерно подавать один или несколько (сложен­ ных в пачку) листов можно с помощью самых простых устройств. Сжигание беззольной бумаги над воронкой тоже не вызывает затруднений.

4—4. Мы нашли настолько простой способ, что его легко реализовать и испытать. Выигрыш отчетливо ви­ ден.

Контрольный ответ: «Способ непрерывного дозирова­ ния сыпучих материалов по весу в единице объема, на­ пример абразива, при ускоренных износных испытаниях двигателя внутреннего сгорания, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что с целью повышения точности, абразив предваритель­ но наносят равномерным слоем на поверхность гибкой ленты из легковоспламеняющегося вещества, подают ее с заданной скоростью в зону нагрева и сжигают, а абразив отводят к испытуемому объекту» (авторское свидетельст­ во №305363).

\* * *

Разумеется, практически записи решений несколько короче. Вот, например, решение В. Митрофанова, студен­ та 5-го курса Азербайджанского института нефти и хи­ мии:

«2—3. Дана система: агрегат и добавки. 2—4. а) —

б) Агрегат, добавки.

2— 5. Внешняя среда.

3— 1. Внешняя среда вводит добавки вовремя и как нам нравится.

3—2. (На рисунке «Было» показаны хаотические по­ токи добавок, на рисунке «Стало» — упорядоченные.)

3—3. (Выделены участки — там, где насыпаются до­ бавки.)

3—4. Внешняя среда не взвешивает, не знает времени и т. д.

3—5. Если бы ей не Надо было знать ничего. Если за­ ранее как-то все сделать».

Отсюда В. Митрофанов сразу пришел к ответу, сов­ падающему-с контрольным. На решение было затрачено всего 2 0 минут.

Инженер Р. Султанов получил тот же ответ, но не­ сколько иным путем:

«3—4. Внешняя среда не может захватить нужные ко­ личества порошков и подавать в строго определенное время.

3—5. Если внешняя среда обладала бы каким-то сред­ ством транспортировки (например, подавала бы 1 кон­ тейнер в секунду), в которое заранее насыпано нужное количество порошков. Контейнер — название условное. Допустим, оболочка, лента. После доставки лента исче­ зает».

Формулировки ответов на вопросы АРИЗ сохраняют индивидуальность. Но для всех сильных решений (на уровне или выше контрольного ответа) характерен об­ щий стиль мышления:

направленность мысли, отсутствие беспорядочных скачков, суетливых метаний;

постоянная ориентировка на ИКР, стремление полу­ чить результат, расплатившись предельно-минимальным устройством;

умение легко преодолевать психологические барьеры

(термин «контейнер» тянул к идее использования пакети­ ков, но Р. Султанов тут же отметил: контейнер— назва­ ние условное. Потому что оболочка или лента — тоже контейнеры...) ;

хорошее владение основными приемами устранения технических противоречий, когда малейшая подсказка анализа воспринимается как ясное указание применитьтот или иной прием (были использованы приемы предва­

рительного исполнения, отброса ненужных частей, дина­ мизации объекта).

** *

Теперь я приведу несколько задач для самостоятель­ ного решения. Это учебные задачи: в их условиях содер­ жатся все сведения, необходимые для решения. Каких-ли­ бо отраслевых знаний не требуется. Кроме того, посколь­ ку, задачи учебные, достаточно лишь в самом общем виде найти принцип решения.

Не ищите решение перебором вариантов. Пытаясь от­ гадывать (по знакомому методу «а если сделать так...»), вы лишь бесполезно затратите время. Если удастся пра­ вильно угадать ответ, ваше творческое мастерство от это­ го не повысится. Даже самые простые задачи надо ре­ шать по системе, это нужно для тренировки изобрета­ тельских навыков.

Решайте задачу так, как будто оценка ставится не за полученный ответ, а только за ход решения. Считайте, что самое важное — четко выстроить лесенку ответов на вопросы. Эта лесенка должна обладать двумя свойства­ ми: первое — цельность, отсутствие логических разрывов; второе — наличие какого-то неожиданного поворота. Вспомните решение задачи 7: уже в ИКР мы пришли к выводу, что нужно получить трение без трения. Здравый смысл уводил в сторону, но мы стали последовательно искать трение без трения и движение без движения...

З а д а ч а Э

N

Воздух, подаваемый в аквариум, позволяет в сравни­ тельно небольшом объеме воды содержать много рыбе­ шек. Поэтому давно возникла мысль использовать анало­ гичный прием для интенсификации рыбоводства в озерах, прудах и т. п. Беда, однако, в том, что способ этот неэко­ номичен: лишь небольшая часть воздуха успевает раство­ риться в воде, основная же его масса возвращается в ат­ мосферу. Для комнатного аквариума это не так страш­ но— маленький моторчик справляется с делом. Но в озе­ рах иные масштабы; потребовалось бы возле кйждого озера строить мощную компрессорную установку, про­ кладывать разветвленную систему труб и т. д.

Нужен иной способ — несложный, экономичный и, ко­ нечно, безвредный для рыб. Поэтому, в частности, не' надо использовать реактивы, выделяющие кислород.

Задача совсем простая. Попробуйте ее решить сразу (без анализа) по таблице типовых приемов.

З а д а ч а 10

При полировке оптических стекол используют дерево и ткани, а в последние годы — смолы и пластмассы. В зону соприкосновения стекла и инструмента подается водная взвесь полировального порошка.

Однако этот традиционный способ далек от совершен­ ства. Полировку приходится вести на низких скоростях, так как смолы, ткани, дерево и пластмассы с увеличени­ ем числа оборотов сильно разогреваются и теряют необ­ ходимые качества.

Как повысить скорость обработки?

Вероятно, вы сразу подумаете о подаче охлаждающей жидкости: пусть вместо водной взвеси будет взвесь полит ровального порошка в какой-нибудь охлаждающей жид­

п р и ж и м а я с ь к с т е к л у . Как подавать охлаждаю­ щую жидкость? Сбоку? Но ведь тепло выделяется под подушкой — там, где в данный момент прижат полиро­ вальник. Устроить сквозные каналы в полировальнике? Тут мы наталкиваемся на противоречие: чем больше в полировальнике каналов, тем равномернее будет пода­ ча жидкости, но тем хуже будет работать сам полиро­ вальник, ибо он будет состоять в основном из дырок...

Словом, дырчатый полировальник — не самая удачная идея.

Это тоже очень простая задача. Решите ее, используя таблицу типовых приемов.

3 а дач а 11

Для испытания материалов на длительную проч­ ность в условиях высоких температур и агрессивных сред используют прочные камеры:—сейфы. К образцу матери­ ала прикрепляют груз, после чего заполняют камеру аг­ рессивным веществом, герметично закрывают и включа­ ют систему обогрева (тепловые элементы размещены в стенках камеры). Вес груза — от 0,02 кг до 2 кг.

Основная трудность при таких испытаниях связана с определением момента разрыва образца. Правда, здесь

не требуется особой точности. Достаточно, если момент обрыва будет зафиксирован с точностью до нескольких секунд, так как испытания ведутся иногда в течение мно­ гих дней. Сложность в другом: трудно обеспечить надеж­ ность сигнальных устройств, размещенных внутри каме­ ры в сильно агрессивной среде. Нужно, чтобы момент об­ рыва определялся снаружи. Аппаратура, улавливающая шум падения груза, не годится — она слишком сложна и ненадежна.

Примем для определенности, что камера имеет разме­ ры 0,4 X 0,3 м X 0,3 м, а толщина стальных стенок — око­ ло 10 мм. Итак, нужен предельно простой и надежный способ регистрации момента разрыва образца. Помните: не должно быть ни одного сквозного отверстия в стенках камеры!

Начните анализ задачи с шага 2—3.

3 а дач а 12

Имеется пневматический конвейер. Он представляет собой наклонную трубку, по дну которой снизу вверх — под действием потока воздуха — перемещаются (катят­ ся) мелкие штучные грузы. В нашем случае — помидоры. Трубка идет с этажа на этаж, в нескольких местах меня­ ет направление (для наглядности можно считать, что тру­ ба расположена вдоль обычной лестницы). Недостаток системы: помидоры налетают друг на друга, ударяются, портятся.

Нужен способ пневматической транспортировки, при котором грузы будут двигаться по заданной программе с абсолютной надежностью: на определенном расстоянии друг от друга и в определенном темпе. Отказываться от пневматической системы транспортировки крайне неже­ лательно: потребуется новое оборудование, а его у нас нет.

Начните решение задачи с шага 2—3.

З а д а ч а 13

В электронных схемах высокой частоты применяют так называемые линии задержки. Они служат для сдвига выходного сигнала по времени. Линии задержки пред­ ставляют собой слоистую конструкцию — слои материала с низким и высоким омическими сопротивлениями чере­

дуются. Такими парами могут быть, например, стекло и сталь, сплав Вуда и медь. Толщина слоев составляет 0,1— мм, точность изготовления требуется высокая.

Известные способы изготовления (прессование, про­ катка) малопроизводительны, дороги, дают много брака. Из некоторых пар вообще не удается получить слоистую конструкцию: материалы, составляющие пару, обычно резко отличаются по температуре плавления (стекло — до 800°, сталь— 1500°, сплав Вуда — 70°, медь— 1083°); на тонкую пластину из сплава Вуда наложить раскален­ ную медную пластину, сплав Вуда просто растает.

Нужен принципиально новый способ изготовления слоистых конструкций.

Эта задача сложнее двух предыдущих: барьеры на пути к ее решению весьма высокие. Начните решение с шага 2 —2 .

3 адач а 1 4

Трубопровод далеко не всегда удается загрузить ка­ ким-либо одним нефтепродуктом. Поэтому была предло­ жена последовательная транспортировка, при которой разные нефтепродукты передаются по одному трубопро­ воду друг за другом, так сказать, встык. Способ этот в принципе имеет большое преимущество: вместо несколь­ ких параллельных трубопроводов можно построить один. Но широкого распространения последовательная пере­ качка пока не получила.

- Причина в том, что при перекачке одного горючего вслед за другим в зоне их соприкосновения неизбежно происходит смешивание. В связи с этим возникают слож­ ные технические проблемы. Как, например, точно устано­ вить, когда кончается чистый бензин и начинается смесь его с дизельным топливом? А где кончается эта смесь и н пинается последующий чистый продукт? Как своевре­ менно отделить' смесь от чистых продуктов и избежать загрязнения топлива, ранее поступившего в разервуары конечного пункта перекачки?

До 1960 года почти на всех магистральных нефтепро­ водах применялся ручной способ контроля: во время оче­ редного цикла перекачки лаборанты контрольных пунк­ тов в любую погоду, днем и ночью часами просиживали в сырых колодцах трубопровода, производя многочислен-

ные анализы. Делалось это кустарно: прямо из трубо­ провода брали пробу, нали­ вали ее в колбу и по уровню плавающего в ней поплавка определяли плотность нефте­ продукта. Но разность плот­ ности светлых горючих весь­ ма незначительна, и «ло­ вить» таким путем границы смешения было почти невоз­ можно. В результате за каж­ дый цикл перекачки только по одному трубопроводу

среднего диаметра (500 мм) вместе со смесью уходило в брак от 800 до 1 2 0 0 тонн чистых продуктов.

Было внесено несколько предложений. Например, предложили прибор «нефтеденсиметр», который опреде­ лял сортность нефтепродуктов по их плотности тоже на основе поплавка, но установленного в горловине трубо­ провода. Предлагалось также осуществлять контроль гамма-плотномером. Этот прибор действует при помощи гамма-излучений радиоактивных изотопов, устанавливая качество горючего опять-таки по его плотности. Есть ультразвуковые установки, измеряющие скорость рас­ пространения звука в жидкости.

Посмотрите на рис. 30. По трубопроводу встык дви­ жутся два разных нефтепродукта А и Б. На стыке обра­ зуется смесь А + Б. Если бы удалось точно фиксировать границы I и II, то потери не превышали бы объема смеси.

.Но из-за неточности контроля приходится начинать отде­ ление смеси раньше (линии III), а заканчивать позже (ли­ ния IV), чем это теоретически возможно. Совершенствуя методы контроля, приближа­ ют линию III к I и линию IV к II. Потери при этом умень­ шаются, но смесь А + Б об­ разуется по-прежнему. Це­ лесообразнее обходной путь:

вообще избежать образова­ ние смеси А + БЛ использо­ вав какой-то разделитель между А и Б.

Известны разделители (рис. 31) с манжетными, диско­ выми и щеточными уплотнителями. Однако эти «ерши­ ки» имеют принципиальные недостатки: смесеобразова­ ние не предотвращается — нефтепродукты просачивают­ ся через зазоры между стенками трубы и уплотнителями; «ершики» застревают в трубопроводах, а кое-где вообще не могут пройти. На трассе (через определенные расстоя­ ния) стоят промежуточные насосные пункты. Понятно, что пройти через насосы твердый разделитель не может.

Расположить вдоль трубопровода гибкую перегород­ ку? Дорого, сложно, ненадежно...

Были предложены жидкие разделители: вода, лигро­ ин,- На первый взгляд это удачное решение: чтобы не про­ исходило смешивания, достаточно взять жидкий разде­ литель в небольшом количестве — полтора процента от объема трубопровода. Но беда в том, что и вода, и лигро­ ин, и любой другой жидкий разделитель в процессе тран­ спортировки смешиваются с нефтепродуктами. Конечно, не жалко выбросить отработавшую в качестве разделите­ ля воду, но как отделить ее от нефтепродуктов?

Итак, твердые и жидкие разделители имеют серьез­ ные недостатки. Газообразные вообще не подходят: газ поднимается в верхнюю часть трубопровода и перестает играть роль разделителя.

Проведите анализ задачи с шага 2—3.