Методология научного творчества. Учебное пособие

Методология научного творчества

–составление списка отечественной и зарубежной литературы;

–уточнение метода исследования.

Разработка плана написания работы:

–составление развернутого плана работы;

–составление рабочего плана работы.

Анализ состояния вопроса, цели и задачи исследования:

–оценка существующих конструкций, методов, способов и технологий;

–выявление преимуществ и недостатков;

–получение необходимой априорной информации;

–формулировка выводов по результатам анализа;

–окончательная формулировка целей и задач исследования.

Организация патентного поиска (последовательность работ изложена в теме 3).

Разработка теоретической части работы:

–описание математических, экономико-математических и имитационных моделей;

–модели взаимодействия процессов;

–инженерные расчеты;

–расчеты элементов конструкций;

–установление зависимостей;

–установление закономерностей;

–обоснование технологий;

–формулировка выводов.

Разработка экспериментальной части работы:

–планирование эксперимента;

–схемы и описание экспериментальных установок;

–конструктивные решения;

–проведение эксперимента;

–формулировка выводов по результатам проводимых экспериментов.

11

В. Г. Назаркин, В. Е. Сергеенков, Н. И. Верёвкин, Н. А. Давыдов

Разработка практических рекомендаций по применению предлагаемых решений:

– рекомендации по применению предлагаемых инженерных решений;

–описание технологических и производственных процессов;

–информационное обеспечение;

–описание пакетов прикладных программ.

Оценка экономической эффективности предлагаемых решений (технико-экономическая оценка или обоснование результатов)

Технические показатели:

–уменьшение времени;

–сокращение числа рабочих мест;

–уменьшение количества машино-мест;

–увеличение производительности;

–увеличение объемов;

экономические показатели:

–уменьшение себестоимости;

–сокращение приведенных затрат;

–экономический эффект.

Написание заключения и выводов по работе:

–реализация цели исследования;

–формулировка основных выводов

( 5…10 пунктов).

Написание введения:

–актуальность темы исследования;

–стержень всей работы в постановочном плане;

–цели исследования.

Рецензирование работы и представление к защите

(кратко излагается в теме 6).

12

Методология научного творчества

Тема 3. Организация изобретательства и патентной работы

3.1. Организация изобретательства и рационализации

Руководит изобретательством в стране Государственное патентное ведомство (Роспатент). Оно осуществляет:

–единую политику в области охраны промышленной собствен-

ности;

–принимает к рассмотрению заявки на изобретение;

–проводит по ним экспертизу;

–регистрирует и выдает патенты;

–издает патентные правила.

Право на изобретение защищается законом. Патент удостоверяет приоритет, авторство и исключительное право на его использование.

В РФ предусмотрены следующие виды научно-технических решений:

–открытие;

–изобретение;

–полезная модель;

–промышленный образец;

–рационализаторское предложение.

Открытие – установление неизвестных ранее объективно существующих закономерностей, свойств и явлений, вносимых коренные изменениявуровеньпознания.ОткрытиерегистрируетсяРоспатентом и на него выдается диплом.

Изобретение – новое и обладающее существенными отличиями техническоерешение влюбой областидеятельности, дающееположительный эффект. Изобретению предоставляется правовая охрана, если оно является новым, имеет изобретательский уровень и промышленно применимо.

Изобретениеявляетсяновым,еслиононеизвестноизуровнятехники.

Изобретение имеетизобретательский уровень, еслионо дляспециалиста явным образом не следует из уровня техники.

Изобретение является промышленно применимым, если оно может быть использовано в промышленности, сельском хозяйстве, здравоохранении и других отраслях деятельности.

13

В. Г. Назаркин, В. Е. Сергеенков, Н. И. Верёвкин, Н. А. Давыдов

Объектами изобретения являются:

–устройство;

–способ;

–вещество;

–штамм микроорганизма;

–культуры клеток растений и животных;

–известные ранее устройства, способы, вещества и штаммы, примененные по новому назначению.

Не признаются изобретениями:

–математические методы;

–методы организации и управления;

–условные обозначения, расписания и правила;

–методы выполнения умственных операций;

–программы для ЭВМ;

–проекты и схемы планировок сооружений, зданий и территорий;

–решения, касающиеся только внешнего вида изделий;

–технологии интегральных схем;

–сорта растений и породы животных;

–решения, противоречащие принципам гуманности и морали. Полезноймодельюназываетсяконструктивноевыполнениесредств

производства и предметов потребления или их составных частей. Полезной модели предоставляется правовая охрана, если она яв-

ляется новой и промышленно применимой.

Полезная модель является новой, если совокупность ее признаков не известна на уровне науки.

Промышленным образцом называют художественно-конструк- торское решение изделия, определяющее его внешний вид.

Промышленномуобразцупредоставляетсяправоваяохрана, если он является новым, оригинальным и промышленно применимым.

Патент на изобретение действует в течение 20 лет с момента поступления заявки.

Свидетельство на полезную модель действует в течение 5 лет. Патент на промышленный образец действует в течение 10 лет. Экспертиза заявки на изобретение проводится:

– по истечении двух месяцев с даты поступления заявки – формальная экспертиза, о положительном результате которой уведомляется заявитель;

14

Методология научного творчества

–в течение трехх лет с даты поступления заявки – экспертиза по существу – по ходатайству заявителя;

–по истечении 18 месяцев с даты поступления заявки в случае положительного результата патентное ведомство публикует сведения

озаявке.

Рационализаторским предложением признается техническое решение, являющееся новым и полезным для организации, в которой оно подано.

Объектами рационализаторского предложения являются:

–устройства;

–конструкции изделия;

–технология;

–способ;

–материал;

–вещество.

Предложениепризнается новым, если до его поступленияданное техническое решение не было известно в организации в степени, достаточной для его реализации.

Предложение признается полезным, если оно дает положительный эффект или улучшает условия труда.

Не признается рационализаторским предложением техническое решение, ставящее только задачу без ее раскрытия.

Предложение может быть отклонено, если в организации отсутствуют средства для его реализации.

По предложению могут быть приняты следующие решения:

–признать предложение рационализаторским;

–провести опытную проверку;

–отклонить.

Для оформления рационализаторского предложения необходимо представить:

–заявление на рационализаторское предложение;

–заключение по предложению;

–схемы, чертежи или фотографии;

–акт об использовании рационализаторского предложения;

–расчет обоснования размера вознаграждения.

15

В. Г. Назаркин, В. Е. Сергеенков, Н. И. Верёвкин, Н. А. Давыдов

3.2. Поиск информации об изобретениях

Патентная информация – совокупность сведений о результатах научно-технической деятельности.

Основными звеньями системы патентной информации являются:

–патентные фонды;

–сигнальная информация;

–справочно-информационное обслуживание.

Патентный фонд комплектуется описаниями изобретений к патентам страны и иностранных государств.

Сигнальная информация об изобретениях и заявках выпускается Всероссийским институтом научной и технической информации.

Справочно-информационноеобслуживаниеосуществляетнаучно- производственное объединение «Поиск» путем ответов на запросы специалистов.

Виды патентной документации:

–описания к дипломам и открытиям;

–предварительные описания к заявкам на изобретения;

–описания изобретений к авторским свидетельствам;

–официальные указатели авторских свидетельств и патентов;

–официальные публикации об изменениях в состоянии правовой охраны.

Аннотации, опубликованные в официальных бюллетенях. Описанияирисункиксвидетельстваморегистрацииизобретений.

СХЕМА ПОИСКА ПАТЕНТНОЙ ИНФОРМАЦИИ

Этап I. Определениеобласти поиска

1.Поисковый запрос.

2.Рассматривается алфавитно-предметный указатель. Определяются ключевые слова и индекс указателя классов изобретений.

3.Рассматривается указатель классов изобретений международного классификатора информации (МКИ), определяются основные

исмежные рубрики.

Этап II. Отбор описаний изобретений

Рассматриваются указатели:

– итоговый систематический;

16

Методология научного творчества

–систематический к сериям;

–текущий систематический;

–определяется набор номеров патентов по данному вопросу. Рассматриваются выпуски «Рефератов заявок» и «Сборники

изобретений за рубежом».

Рассматривается фонд изобретений данной страны.

Этап III.Корректировкапредварительныхрезультатовпоиска

Рассматриваютсяописанияизобретений,соответствующиезапросу с определенными номерами.

Окончательный результат поиска. Определяется номер патента.

Тема 4. Основы инженерного творчества и принципы конструирования машин

4.1. Общие правила решения инженерных задач

Правильная постановка и уяснение сущности задачи является необходимым условием ее решения.

Алгоритм постановки задачи может быть представлен в виде последовательности следующих операций:

1. Формулировка проблемной ситуации в общем виде. Должны быть найдены ответы на следующие вопросы: В чем состоит затруднение или противоречие?

Что требуется сделать для разрешения противоречий или какое требование необходимо удовлетворить?

Что мешает или ограничивает достижение цели? Насколько актуальна эта цель?

Каков возможный эффект при ее достижении (будет ли вообще эффект)?

2.Описание функции объекта, с помощью которой можно удовлетворить возникшую потребность.

3.Выбор прототипа и составление перечня требований.

4.Разработка перечня недостатков прототипа.

Необходимо ответить на вопросы:

Что затрудняет выполнение функции у прототипа? Что снижает эффективность использования прототипа?

17

В. Г. Назаркин, В. Е. Сергеенков, Н. И. Верёвкин, Н. А. Давыдов

Какие показатели желательно улучшить? 5. Предварительная формулировка задачи.

Требуется так изменить прототип или найти такое техническое решение, которое бы реализовывало заданную функцию и не имело недостатков, присущих прототипу.

6.Построение улучшенной конструкционной функциональной структуры. Ответить на вопрос: Какие элементы целесообразно улучшить для выполнения функции?

7.Анализ функций перспективных образцов.

8.Выявление причин недостатков у прототипов.

9.Выявление и анализ ухудшений, сопровождающих введение усовершенствований.

10.Формулирование оптимального решения.

11.Улучшениедругихпоказателейобъектапомимоглавнойзадачи.

В результате решения инженерной задачи возникает вопрос:

Что можно изменить?

1.Преобразовать форму.

2.Преобразовать структуру.

3.Преобразовать движение или силу.

4.Преобразовать материал или вещество.

5.Выполнить количественные изменения.

6.Выполнить профилактические меры.

7.Использовать резервы.

8.Преобразовать по аналогии.

Общие принципы конструирования машин

ипути их реализации

1.Альтернативность конструктивных решений:

– получение возможных вариантов решений;

– конструктивное преобразование схем;

– функциональное преобразование деталей и соединений;

– совмещение различных функций.

2.Обеспечение самоустановленности, адаптации к положению

иформе нагрузки:

–компенсация отклонений от соосности и перекосов;

–исключение погрешности монтажа и деформации деталей;

–обеспечение приспособляемости к полезной нагрузке.

18

Методология научного творчества

3.Согласование геометрических и нагрузочных характеристик конструкции:

– жесткость деталей и соединений;

– замыкание силовых линий;

– точность расчетов звеньев размерной цепи.

4.Уравновешивание и разгрузка:

–рациональное распределение нагрузок между деталями и элементами деталей;

–рациональное распределение напряжений;

–компенсация теплового расширения;

–исключение дисбаланса и неуравновешенности.

5. Конструктивная реализация смягчения ударов и нагрузок, уменьшение вибрации:

–установка упругих элементов;

–установка устройств для смягчения ударов;

–установка виброизолирующих опор.

4.2.Основные правила конструирования машин

1. Необходимо увеличивать:

– экономический эффект и производительность;

–степень автоматизации;

–долговечность;

–применение стандартизированных деталей. 2. Необходимо уменьшать:

–эксплуатационные расходы на техническое обслуживание

иремонт;

–число типоразмеров;

–объемы обработки.

3.Необходимо предупреждать:

– техническое устаревание;

– возможности перенапряжений и поломок;

– коррозию деталей;

– возможность несчастных случаев.

4.Необходимо предусматривать:

–резервы развития и совершенствования;

–безремонтную эксплуатацию;

19

В. Г. Назаркин, В. Е. Сергеенков, Н. И. Верёвкин, Н. А. Давыдов

–принципы модульности;

–рациональные формы деталей;

–высокую жесткость деталей без увеличения массы;

–автоматическую смазку;

–простые внешние формы;

–удобство технического обслуживания и ремонта;

–размещение органов управления в одном месте;

–соблюдение требований технической эстетики;

–удобство диагностирования конструкций.

5. Необходимо избегать:

–подбора деталей при сборке машин;

–периодической смазки;

–открытых механизмов и передач;

–сложных многодетальных конструкций;

–применения оригинальных деталей. 6. Необходимо изучать:

–опыт эксплуатации и ремонта машин;

–тенденции развития данной отрасли народного хозяйства.

Тема 5. Планирование экспериментов. Регрессионный анализ

5.1. Метод наименьших квадратов

Построение эмпирических моделей предполагает проведение экспериментовилинаблюденийдлясборастатистическихданных,выбор одной определенной модели из множества возможных, вычисление коэффициентов этой модели и оценку полученных результатов.

В процессе экспериментальных исследований получается статистический ряд измерений двух величин, когда каждому значению переменных y1, y2, … yn соответствует значение аргумента x1, x2, …xn. Наосновеэкспериментальныхданныхследуетподобратьалгебраическое выражение функции y = f(x).

Например,врезультатепроведенияэкспериментаустановлено,что независимая переменная y зависит от зависимой переменной x следующим образом (рисунок).

20