Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Методические основы инженерно-технического творчества. Учебное пособие
.pdf
3. Рекомендуемые этапы реализации:
71
расчленение признаков:
сканирующее модифицирование (*) и синтез альтернативных при-
знаков (**) с привлечением одного из вспомогательных методов
технического творчества, например, перебора ситуаций.
анализ признаков;
синтез нового технического решения.
4. Достоинства метода: возможность многостороннего и много-
уровневого подхода к совершенствованию объекта, возможность комплексного усовершенствования его технических характеристик.
5. Недостатки метода: относительно большое число получаемых
вариантов, трудность их перебора и отбора.
6. Пример(ы) практической реализации: пример практической
реализации: см. пп. «Этапы метода».
1. Задача (постановка задачи):
2. Формулировка проблемы (пр
облема):
3. Процедуры, рекомендуемые методом:
4. Решение задачи:
2.2.3. Обобщенный эвристический метод [28].
72
Обобщенный эвристический метод – алгоритм поиска новых тех-
нических решений, предложенный А.И. Половинкиным (СССР) в 1976 г.
1. Определение метода: метод, использующий фонд специальных (эвристических) приемов (преобразований) объектов при решении
технических задач.
2. Идея метода: использование в изобретательском творчестве информационной базы, включающий фонд физических эффектов,
информационный фонд технических решений, материалов, конструкционных материалов, элементов, технологических процессов.
3. Рекомендуемые этапы
предварительная постановка задачи;
изучение задачи и ее анализ;
уточнение и детализация постановки;
поиск технических идей, решений, физических принципов;
выбор наилучших технических решений;
доработка выбранных технических решений;
анализ технико-экономической эффективности показателей техни-
реализации
:
ческих решений и оценки перспектив их внедрения (практического
использования).
4. Достоинства метода: полнота и комплексность разработки технического решения с доведение разработки до конечных результатов,
включая получение патента и внедрение.
5. Недостатки метода: избыточная сложность и заформализованность
процедур проведения работ, сложность формирования информационной базы, необходимость патентно-конъюнктурных исследований
и регулярного пополнения формиро
вания информационной базы.
2.2.3.1. Межотраслевой фонд эвристических приемов преобразова-
ния объектов [28].
Включает преобразование: а) формы; б) структуры; в) в простран-
стве; г) во времени; д) движения и силы; е) материала и вещества;
ж) приемы дифференциации; з) количественные изменения; и) использование профилактических мер; к) использование резервов; л) преобразование по аналоги
и; м) повышение технологичности.
2.2.3.2. Фонд операций Коллера [29].
1. Определение метода: ряд приемов для активизации
процесса пре-
образования технического объекта, использующий взаимопротивоположные операции; в основу метода заложен закон единства и
борьбы противоположностей.
2. Идея метода (предложен Рудольфом Коллером, Германия): приме-
73
няя набор типовых взаимно противоположных операций, использовать этот фонд для практического усовершенствования технического объекта.
3. Рекомендуемые этапы реализации: последовательный перебор взаимно противоположных операций с попыткой логического или интуитивного выбора наиболее подходящих операций для усовершенствования технического объекта:
излучение-поглощение;
сбор-рассеяние;
проведение-непроведение;
преобразование−обратное преобразование;
изменение направления−изменение направления;
увеличение-уменьшение;
проводимость-изолирование;
выравнивание-колебание;
связь-прерывание;
объединение-разделение;
накопление-выдача;
отображение−обратное отображение;
фиксирование-расфиксирование.
В функциональной структуре прототипа затем следует осуществить
различные перестановки физических операций с одновременным анализом полученных вариантов на работоспособность, допустимость и эффективность [28].
4. Достоинства метода: простота, удачное структурирование фонда
физических эффектов, удобное для поиска новых принципов действия технических систем и реализующих их решений.
5. Недостатки метода: возможность решения, как правило, простых
задач, отсутствие критериев для выбора наилучших вариантов среди множества возможных, и следоват
ельно, необходимость рас-
смотрения очень большого числа вариантов.
6. Пример(ы) практической реализации: необходимо выбрать, что
лучше: сначала передать электрическую энергию по проводам
, а
потом преобразовать ее в свет, или сначала преобразовать в свет, а
потом свет передать по св
етоводу. Во многих ситуациях второй вариант окажется предпочтительным, т. к. источник оптического излучения, установленный, например, в прибор может вносить помехи в его работу и вызывать нагрев.
2.2.3.3. Фундаментальный метод проектирования Э. Мэтчетта
74
(Великобритания) [34].
1. Определение метода: использование при проектировании но-
вых решений режимов мышления стратегическими схемами, в параллельных плоскостях, с нескольких точек зрения, оперирование образами
и т. п. с одновременным подавлением самокритики и полным высвобождением творческой фантазии.
2. Идея метода: научить проектировщика управлять своим обра-
зом мыслей в процессе поиска решения задачи.
3. Рекомендуемые этапы реализации:
Рациональная часть метода.
Этапы:
исследование проектной ситуации;
определение потребностей, для которых производится проектиро-
вание (1–3 группы контрольных вопросов);
выявление и анализ главной функции;
исследование альтернативных принципов реализации главной
функции (4 и 5 группы контрольных вопросов);
выполнение эскизного проекта;
оценка эффективности проекта;
определение стоимости осуществления проекта;
определение качества деталей и узлов.
Эти этапы могут меняться местами, изменяться, комбинироваться
либо не выполняться в зависимости от характера задачи.
Списки контрольных вопросов
Контрольные вопросы разбиваются на вопросы «первичного» и
«вторичного» колец. Вопросы «первичного кольца» предназначены для
анализа проектной ситуации и выработки альтернативных решений.
Они объединены в пять групп, причем вопросы разных групп могут
комбинироваться. Вопросы «вторич
ного кольца» предназначены для
развития полученных решений.
А. Группы контрольных вопросов «первичного кольца»:
определить важность потребностей (классификация потребностей
а)
по важности);
определить потребности с точки зрения объекта и надсистем, в ко-
б)
торые ни входят в течение своего жизненного цикла;
определить потребности на каждом этапе создания и функциони-
в)
рования объекта;
г) ответить на вопросы:
75
какие потребности являются жизненно важными, очень важ-
ными, важными, желательными;
каковы потребности функциональной системы, потребителя,
фирмы, внешнего мира;
каковы потребности на каждом из перечисленных ниже десяти
этапов существования изделия: проектирование и деталировка;
отработка; изготовление деталей; сборка; испытание и отладка;
окончательная отделка и упаковка; сбыт; монтаж; эксплуатация и
неправильное использование; техническое обслуживание и уход;
какие сведения можно получить, если задать шесть основных
вопросов анализа трудовых операций: что нужно сделать? (потребности); почему это нужно сделать? (причина); когда это
нужно сделать? (время); где это нужно сделать? (место); кем
или с помощью чего это должно быть сделано? (средства); как
это сделать? (метод);
каким образом каждую часть проекта можно: исключить; объ-
единить с другими; унифицировать; перенести; модифицировать; упростить;
наметить возможные пути упрощения частей проекта.
д)
Б. Контрольные вопросы «вторичного кольца»:
Какие эффекты, потребности, ограничения вызовет каждая деталь
технического объекта в отношении любой другой детали этого объекта
при сопоставлении с помощью матрицы взаимодействий?
Матрица взаимодействия элементов
Матрица взаимодействия служит для систематического поиска
возможностей улучшения взаимосвязей между элементами. Анализ
каждой пары взаимодействующих элементов проводится одновременно
с поиско
м других вариантов взаимодействия с помощью пятой группы
контрольных вопросов «первичного кольца» и контролем результата с
помощью контрольных вопросов «вторичного кольца».
Структ
урно-функциональные модели объекта
Для углубления процесса переоценки функций и пересмотра элементов проекта рекомендуется строить графические схемы: выписываются все элементы объекта и показываются их связи. Причем ка
ждая
графическая связь сопровождается подписью выполняемой функции.
Иррациональная часть метода – управление мышлением
76
А. В фундаментальном методе проектирования наибольшее внимание
уделяется обучению использования «режимов мышления» для осознания,
контроля и приспособления образа мышления к задачам проектирования.
Б. Режимы мышления:
а) стратегическими схемами – заранее выбрать стратегию (план) про-
ектирования и постоянно сравнивать достигнутое с намеченным,
оценивая также совокупность и последовательность мыслей, при-
ведших к результату;
б) в параллельных пл
оскостях – это одновременное видение и задачи, и
себя. Проектировщик, в частности, должен осознавать, в какой степени своими решениями он направляет работ
у других участников про-
ектирования объекта, а в какой степени они направляют его работу;
в) с нескольких точек зрения – умение видеть проектную ситуацию и
решение глазами различных людей, ра
зных специалистов. Развитию этой способности помогает регулярное применение при проектировании третьей группы вопросов «первичного кольца»;
г) «образами», основное назначен
ие которого − дать проектировщику
запоминающийся образ (геометрическую схему) взаимосвязей между задачей проектирования, процессом проектирования и решением;
д) в основных элементах – это мышление, элементарные компоненты
которого осознаются и контролируются. Э. Мэтчетт разработал
списки э
лементарных мыслительных операций, которые он может
предпринять в каждой точке поискового процесса.
4. Достоинства метода: параллельно идет процесс решения твор
-
ческой задачи и процесс самообучения проектировщика, метод более
эффективен, если им пользуются люди с развитым художественным образом мышления.
5. Недостатки метода: нет четких правил выявления и оценки
взаимо
рациональных операторов, а также критериев оце
связей между элементами, методическая размытость конкретных
нки правильности выполнения оператором метода, нет конкретной схемы и правил обучения
режимам мышления, что делает метод не универсальным.
2.2.3.4. Банк физических эффектов. Фонд физико-технических эф-
фектов [36].
1. Определение метода: метод технического творчества, основанный на
использовании банка физических (физико-технич
еских) эффектов.
2. Идея метода: использовать богатейший фонд (до 3–5 тысяч) физи-
ческих (физико-технических) эффектов и их описаний для расши
-
рения представления изобретателя о возможных путях преобразо-
77
вания технического объекта; обеспечения возможности выбора нетрадиционного подхода, использования нестандартных процедур.
3. Рекомендуемые этапы реализации:
подготовка технического задания (правильно поставленная задача –
половина успеха);
синтез возможных физических принципов действия (цепочки фи-
зико-технических) эффектов, табл. 9 [36];
анализ совместимости (физико-технических) эффектов в цепочках;
разработка принципиальной схемы.
4. Достоинства метода: допускает возможность применения ПЭВМ,
может быть использован в сочетании с другими методами; расширяет перечень возможных вариантов решения задачи.
5. Недостатки метода: большие затраты времени на изучение и по-
пытки применения банка малоизвестных физических эффектов; вероятная неполнота банка эффектов в отношении решаемой задачи.
6. Пример(ы) практич
еской реализации: см. [28].
Таблица 9
Список физических эффектов и явлений ([35] в сокращении)
№
1 Инерция
2 Гравитация
3 Гироскопический эффект
4 Трение
5
Физический эффект
или явление
Замена трения покоя трением движения
Сущность физического эффекта или явления
Движение тел после прекращения действия сил. Вращающееся или поступательно движущееся по инерции тело
может аккумулировать механическую энергию, производить силовое воздействие
Силовое взаимодействие масс на расстоянии, в результате которого тела могут двигаться, сближаясь друг с
другом
Вращающиеся с большой скоростью тела способны сохранять неизменным положение своей оси вращения
Сила, возникающая при относительном перемещении
двух соприкасающихся тел в плоскости их касания.
Преодоление этой силы приводит к выделению тепла,
света, износу
При колебаниях трущихся поверхностей сила трения
уменьшается
Эффект безызносности
6
(Крагельского и Гаркуно-
ва)
Пара сталь-бронза с глицериновой смазкой практически
не изнашивается
Продолжение табл. 9
78
№
Физический эффект
или явление
7 Эффект Джонсона−Рабека
8 Деформация
9 Эффект Пойтинга
Связь деформации с
10
электропроводностью
Электропластический
11
эффект
12 Эффект Баушингера
Сущность физического эффекта или явления
Нагрев трущихся поверхностей металл-полупроводник
увеличивает силу трения
Обратимое/необратимое (упругая или пластическая деформация) изменение взаимного положения точек тела
под действием механических сил, электрических, магнитных, гравитационных и тепловых полей, сопровождающееся выделением тепла, звука, света
Упругое удлинение и увеличение в объеме стальных и
медных проволок при их закручивании. Свойства материала при этом не меняются
При переходе металла в сверхпроводящее состояние его
пластичность повышается
Увеличение пластичности и уменьшение хрупкости металла под действием постоянного электрического тока
высокой плотности или импульсного тока
Понижение сопротивления начальным пластическим
деформациям при перемене знака нагрузки
13 Эффект Александрова
Сплавы с памятью фор-
14
мы
15 Явление взрыва
16 Тепловое расширение
Фазовые переходы пер-
17
вого рода
С ростом соотношения масс упруго соударяющихся тел
коэффициент передачи энергии растет только до критического значения, определяемого свойствами и конфигурацией тел
Деформированные с помощью механических сил детали
из некоторых сплавов (титан-никель и др.) после нагрева
восстанавливают в точности свою первоначальную
форму и способны при этом создавать значительные силовые воздействия
Воспламенение веществ вследствие мгновенного их химического разложения и образование нагретых газов,
сопровождающееся выделением энергии (механической,
тепловой) и световой вспышкой
Изменение размеров тел под действием теплового поля
(при нагреве и охлаждении). Может сопровождаться
возникновением значительных усилий
Изменение плотности агрегатного состояния веществ
при определенной температуре, сопровождающееся выделением или поглощением
Продолжение табл. 9
79
№
18
Физический эффект
или явление
Фазовые переходы второго рода
19 Капиллярность
Ламинарность и турбу-
20
лентность
Поверхностное натяже-
21
ние жидкостей
Сущность физического эффекта или явления
Скачкообразное изменение теплоемкости, теплопроводности, магнитных свойств, текучести (сверхтекучесть),
пластичности (сверхпластичность), электропроводности
(сверхпроводимость) при достижении определенной
температуры и без энергообмена
Самопроизвольное течение жидкости под действием капиллярных сил в капиллярах и полуоткрытых каналах
(микротрещинах и царапинах)
Ламинарность – упорядоченное движение вязкой жидкости (или газа) без междуслойного перемешивания с
убывающей от центра трубы к стенкам скоростью потока. Турбулентность – хаотическое движение жидкости
(или газа) с беспорядочным движением частиц по сложным траекториям и почти постоянной по сечению скоростью потока
Силы поверхностного натяжения, обусловленные наличием поверхностной энергии, стремятся сократить поверхность раздела
22 Смачивание
23 Эффект автофобности
Ультразвуковой капил-
24
лярный эффект
Термокапиллярный
25
эффект
Электрокапиллярный
26
эффект
27 Сорбция
Физико-химическое взаимодействие жидкости с твердым телом. Характер зависит от свойств взаимодействующих веществ
При контакте жидкости с низким натяжением и высокоэнергетического твердого тела происходит сначала полное смачивание, затем жидкость собирается в каплю, а
на поверхности твердого тела остается прочный молекулярный слой жидкости
Увеличение скорости и высоты подъема жидкости в капиллярах под действием ультразвука
Зависимость скорости растекания жидкости от неравномерности нагрева ее слоя. Эффект зависит от чистоты
жидкости, от ее состава
Зависимость поверхностного натяжения на границе раздела электродов с растворами электролитов или ионными расплавами от электрического потенциала
Процесс самопроизвольного сгущения растворенного
или парообразного вещества (газа) на поверхности твердого тела или жидкости. При малом проникновении вещества в сорбент происходит адсорбция, при глубоком –
абсорбция. Процесс сопровождается теплообменом
Продолжение табл. 9
80
№
Физический эффект
или явление
28 Диффузия
29 Эффект Дюфора
30 Осмос
31 Тепломассо-обмен
32 Закон Архимеда
33 Закон Паскаля
34 Закон Бернулли
Сущность физического эффекта или явления
Процесс выравнивания концентрации каждой компоненты во всем объеме смеси газа или жидкости. Скорость
диффузии в газах увеличивается с понижением давления
и ростом температуры
Возникновение разности температур при диффузионном
перемешивании газов
Диффузия через полупроницаемую перегородку. Сопровождается созданием осмотического давления
Передача тепла. Может сопровождаться перемешиванием массы или обуславливаться перемещением массы
Действие подъемной силы на тело, погруженное в жидкость или газ
Давление в жидкостях или газах передается равномерно
по всем направлениям
Постоянство полного давления в установившемся ламинарном потоке
Вязкоэлектрический
35
эффект
36 Эффект Томса
37 Эффект Коанда
38 Эффект Магнуса
Эффект Джоуля−Томсона
39
(дроссель-эффект)
40 Гидравлический удар
Электрогидравлический
41
удар (эффект Юткина)
Гидродинамическая ка-
42
витация
Увеличение вязкости полярной непроводящей жидкости
при протекании между обкладками конденсатора
Снижение трения между турбулентным потоком и трубопроводом при введении в поток полимерной добавки
Отклонение струи жидкости, вытекающей из сопла по
направлению к стенке. Иногда наблюдается «прилипание» жидкости
Возникновение силы, действующей на цилиндр, вращающийся в набегающем потоке, перпендикулярной потоку и образующим цилиндра
Изменение температуры газа при его протекании через
пористую перегородку, диафрагму или вентиль (без обмена с окружающей средой)
Быстрое перекрытие трубопровода с движущейся жидкостью вызывает резкое повышение давления, распространяющееся в виде ударной волны, и появление кавитации
Гидравлический удар, вызываемый импульсным электрическим разрядом
Образование разрывов в быстром потоке сплошной жидкости в результате местного понижения давления, вызывающее разрушение объекта. Сопровождается звуком
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]