В помощь аспиранту / Khusainov - Oformleniye nauchnikh otchetov 2009

АРИЗ ориентирует на эффективное решение задач с наи- меньшими издержками, минимальную переделку исходной технической системы и экономически оправданные затраты при внедрении найденного технического решения.

Когда возникает техническая задача, в ее основе обяза- тельно есть какое-либо противоречие. Само решение задачи при этом предполагает поиск, уточнение и устранение этого противоречия. Следовательно, процесс решения методом АРИЗ заключается в последовательном выполнении действий по выявлению, уточнению и устранению технических проти- воречий.

Техническому противоречию свойственна парадоксальная особенность: при попытке улучшить одну часть (элемент) технической системы (ТС) непременно ухудшается другая.

Система – целостное единство множества связанных ме- жду собой элементов, обладающих в совокупности взаимо- обусловленными свойствами, не сводящимися к свойствам отдельных элементов.

Физическое противоречие имеет место тогда, когда объ- ект должен находиться в одном физическом состоянии, что- бы удовлетворить какому-то техническому требованию, и в то же время не должен находиться в этом состоянии, чтобы удовлетворять общему требованию задачи.

Приступая к решению задачи, человек ориентируется на

идеальный конечный результат. Представление об ИКР оп-

ределяет направление поиска в создании нового объекта, ма- шины, процесса и т.д.

Сравнение ИКР с реальным техническим объектом позво- ляет выявить техническое противоречие, которое требуется разрешить (устранить).

Суть метода АРИЗ состоит в том, чтобы, сравнив иде- альное и реальное состояния объекта, выявить техническое противоречие или его причину – физическое противоречие – и устранить (разрешить) с помощью алгоритма уже суще- ствующей последовательности действий при решении по- добных поисковых задач.

71

Вариант процедур АРИЗ. 1. Выбор задачи:

-определить конечную цель решения задачи;

-проверить обходной путь. Допустим, что задача не- разрешима, тогда надо поставить другую задачу, чтобы по- лучить требуемый конечный результат;

-определить, какой вариант постановки задачи целесооб- разнее;

-определить требуемые количественные показатели;

-уточнить требования, вызванные конкретными условия- ми, в которых предполагается реализация изобретения;

-уточнить задачу, используя патентную информацию;

-применить оператор «размер, время, стоимость» (РВС). 2. Построение модели задачи:

-записать условия задачи, не используя специальные терми-

ны;

-выделить и записать конфликтующую пару элементов. При этом в конфликтующую пару обязательно должно вхо- дить изделие и элемент, с которым оно взаимодействует. Та- ких пар несколько, но достаточно взять одну, элементы кото- рой находятся в том состоянии, которое обеспечивает наи- лучшее осуществление производственного процесса;

-записать два взаимодействия элементов конфликтую- щей пары – имеющееся и то, которое надо ввести: полезное

ивредное;

-записать стандартную формулировку модели задачи, указав конфликтующую пару и техническое противоречие.

3. Анализ модели задачи:

-выбрать из элементов, входящих в модель задачи, тот, который можно легко изменить, и т.д.;

-записать стандартную формулировку ИКР. Элемент сам устраняет вредное взаимодействие, сохраняя способность выполнять полезное взаимодействие;

-выделить ту зону элемента, которая не справляется с требуемым по ИКР комплексом двух взаимодействий;

72

-сформулировать противоречивые физические требова- ния, предъявляемые к состоянию выделенной зоны элемента конфликтующими взаимодействиями;

-записать стандартные формулировки физического про- тиворечия.

4. Устранение физического противоречия:

-рассмотреть простейшие преобразования выделенной зоны элемента, то есть разделение противоречивых свойств (в пространстве, во времени и т.д.). Если получен физический эффект, перейти к п. 5, если нет, то перейти к п. 2;

-использовать таблицу типовых моделей задач и веполь- ных преобразований. Если получен физический ответ, перей- ти к п. 4, если нет – к п. 3;

-использовать таблицу применения физических эффектов

иявлений. Если получен физический ответ, перейти к п. 5, иначе, перейти к п. 4;

-использовать таблицу основных приемов устранения технических противоречий. Если до этого получен физиче- ский ответ, использовать таблицу для его проверки;

-перейти от физического ответа к техническому: сформу- лировать способ и дать схему устройства, осуществляющего этот способ.

5. Предварительная оценка полученного решения:

-провести предварительную оценку;

-проверить формальную новизну полученного решения;

-выяснить, какие подзадачи могут возникнуть при техни- ческой разработке полученной идеи. Записать возможные подзадачи – изобретательские, конструкторские, расчетные, организаторские.

6. Развитие полученного ответа:

-определить, как должна быть изменена надсистема, в которую входит измененная система;

-проверить, может ли измененная система применяться по-новому;

-использовать полученный ответ при решении других технических задач.

73

7. Анализ хода решения:

-сравнить реальный ход решения с теоретическим. Если есть отклонения, записать их;

-сравнить полученный ответ с табличными данными (таблица физических эффектов, таблица основных приемов). Если есть отклонения, записать их.

Конкретизировать и упорядочить различные процедуры (этапы) АРИЗ позволяют специальные приемы моделирова- ния ситуаций: операторы РВС (размер, время, стоимость), метод маленьких человечков, вепольный анализ.

Операторы РВС. Составляющие РВС прямо подсказыва- ют, что нужно сделать с условием задачи.

1.Мысленно меняем размеры объекта от заданной вели- чины до бесконечности. Как теперь решается задача?

2.Мысленно меняем размеры объекта от заданной вели- чины до нуля. Как теперь решается задача?

3.Мысленно меняем время от заданной величины до бес- конечности. Как теперь решается задача?

4.Мысленно меняем время объекта от заданной величины до нуля. Как теперь решается задача?

5.Мысленно меняем стоимость от заданной величины до бесконечности. Как теперь решается задача?

Метод маленьких человечков (ММЧ) заключается в соз-

дании воображаемой ситуации, когда в технической системе действуют маленькие человечки. На первом этапе нужно на- рисовать модель (схему) задачи с участием плохих маленьких человечков (качество рисунков не имеет значения). На вто- ром этапе работы дополняем схему командой хороших ма- леньких человечков, которая противостоит плохим. На третьем этапе хороших маленьких человечков нужно заме- нить таким веществом, свойством, объектом или условием, которые могут выполнить роль маленьких человечков.

Вепольный анализ (сложено из двух слов: вещество и по-

ле).

Веполь – модель минимальной работоспособной техниче- ской системы, состоящей из двух веществ и поля. В природе

74

нет веществ или элементов, которые не находились бы в ка- кой-либо взаимосвязи с другими веществами и элементами. Эти взаимодействия в АРИЗе выражаются графически и обо- значают два каких-нибудь вещества В1 и В2 и одно поле П, которое воздействует на эти вещества:

П

/ \

В1 – В2

Условные обозначения позволяют экономить не только бумагу, но и время, ограждая мысль от метаний и ошибок.

В табл. 4 представлены условные обозначения вепольного анализа.

75

Первое вещество (В1) – это сама техническая система, в которой выделены только те свойства, которые вызывают противоречия. Замена названия объекта нейтральным словом вещество позволяет отвлечься от обычного представления об этом техническом устройстве.

Вещество в веполе – это условное обозначение любой технической системы (или ее части), внешней среды и даже живых организмов.

Понятие поле в вепольном анализе также отличается от принятого в физике. В вепольном анализе поля могут быть самые разные: механические (удар, давление), звуковые, теп- ловые, электрические, магнитные, электромагнитные, опти- ческие (УФ, ИК, видимые лучи) и т.д. Иными словами, под полем понимают любое воздействие, обеспечивающее полу- чение нужного результата.

Второе вещество (В2) – любая система, обеспечивающая связь поля с первым веществом и способствующая разреше- нию противоречия.

В вепольном анализе не рекомендуется вводить третье вещество, так как в этом случае система не будет минималь- ной, то есть приближенной к идеальной.

76

Идеальная техническая система – это нематериальная

(воображаемая) система, которая способна выполнять функ- ции реальной. Замена реальных технических систем идеаль- ными в процессе решения конструкторских задач – основное направление в развитии техники и изобретательства.

Чтобы применить тот или иной метод, нужно знать, какой конечный результат необходимо получить.

Веполь – понятие простое, легко поддающееся наглядно- му графическому изображению. Как указывалось ранее, поле обозначается буквой П, вещества – буквами В1 (изделие) и В2 (инструмент), направление действия поля и веществ показы- вают стрелками, например:

Вепольный «язык» позволяет записывать – что дано (то есть модель задачи) и что получено в результате решения.

Пример 1. Небольшие пластмассовые изделия цилиндри- ческой формы снаружи покрывают краской с помощью рас- пылителя. Если распылители включены на полную мощ- ность, цилиндры, почти мгновенно покрываются слишком толстым слоем краски: получается плохое покрытие, которое к тому же долго сохнет. Если распылители работают на ми- нимальном режиме, процесс нанесения краски растягивается на 30-40 с и становится управляемым: можно легко уловить нужный момент, когда уже не будет неокрашенных мест, но еще не образуются избыточные слои краски. Однако при этом, естественно, резко снижается производительность. Применение электростатического способа окраски в данном случае исключено. Введение добавок в краску недопустимо. Как быть?

Какое именно поле выбрать для решения задачи? Элек- трическое поле отпадает по условиям задачи, магнитное поле

– тоже (краска и цилиндр немагнитны, а вводить добавки за-

77

прещено). Гравитационное поле уже есть, но оно не дает нужного взаимодействия. Остается два поля – тепловое и ме- ханическое. Тепловое поле может испортить краску, в меха- ническом поле краску надо привести в движение, чтобы при этом удалился лишний слой. Механическое поле должно быть слабым у поверхности цилиндра и сильным в более да- леких слоях краски. Если рассматривать только механиче- ские эффекты, ответ очевиден: действуют центробежные си- лы. Цилиндр окунают в краску и вращают: центробежная си- ла сбрасывает лишнюю краску. Сбросом управляют, регули- руя число оборотов. Одновременно можно обрабатывать много цилиндров (А.с. № 242714). Вот запись решения зада- чи об окраске:

Пмех

В1 В2 В1 В2

Волнистая стрелка символизирует неудовлетворительное взаимодействие. Двойная стрелка заменяет слова «для реше- ния задачи надо перейти к». В1 – прибор (изделие), B2 – крас- ка (часть инструмента, непосредственно взаимодействующая с изделием). Запись читается: «Модель задачи – два вещест- ва, неудовлетворительно взаимодействующие друг с другом. Для решения задачи надо перейти к веполю, в котором меха- ническое поле действует на изделие, взаимодействующее с краской».

Избыточное действие можно показать и двумя стрелками: прямой (полезная часть действия) и волнистой (вредная, не- нужная часть действия).

Пример 2. Существует способ групповой запайки ампул. 25 ампул, заполненных лекарством, устанавливают верти- кально в гнездах металлического держателя (пять рядов по пять ампул). Сверху подводят групповую горелку (пять рядов по пять горелок). Над каждой ампулой оказывается горелка. Огонь запаивает капилляры ампул. К сожалению, способ

78

имеет недостаток: пламя плохо регулируется. Оно то слиш- ком сильное, то слишком слабое. Некоторые ампулы пере- греваются, некоторые не запаиваются. Можно, конечно, пус- тить огонь на полную мощность. Тогда все ампулы запаяют- ся, но в большинстве ампул от перегрева испортится лекарст- во. Можно, наоборот, пустить очень слабый огонь. Тогда ни в одной ампуле не испортится лекарство, но многие ампулы не запаяются. Пробовали использовать перегородку – пластинку с дырками, прикрывающую ампулы. Однако если капилляры свободно проходят в дырки, то проходит и огонь. А если ка- пилляры проходят в дырки без зазоров, сложно и долго вставлять ампулы в такую пластинку. К тому же она тоже на- гревается и передает тепло ампулам. Как быть?

Дана система из двух неуправляемых частей: ампулы во- обще неуправляемы – их характеристики нельзя (невыгодно) менять, а горелки плохо управляемы по условиям задачи. Яс- но, что решение задачи будет состоять во введении в систему еще одной части (вепольный анализ сразу подсказывает: это вещество, а не поле, как, например, в примере 1 об окраске цилиндров). Какое вещество (газ, жидкость, твердое тело) не пустит огонь туда, куда он не должен проникнуть, и при этом не будет мешать установке ампул? Газ и твердое тело отпа- дают, остается жидкость, вода. Поставим ампулы в воду так, чтобы над водой поднимались только кончики капилляров (А.с. № 264619). Система приобретает управляемость: можно менять уровень воды – это обеспечит изменение границы между горячей и холодной зонами. Можно менять темпера- туру воды – это гарантирует устойчивость системы в процес- се работы.

Поэтому запись решения задачи о запайке ампул выгля- дит так:

Пт Пт

79

Тепловое поле избыточно действует на B1 (изделие): часть действия полезна, а другая часть вредна. Для решения задачи необходимо перейти к веполю, в котором B2 (инстру- мент) пропускает полезное действие и задерживает вредное, ненужное. Эта запись наглядно показывает, в чем смысл по- строения веполя. Даны вещество и поле, плохо взаимодейст- вующие друг с другом. Изменить это плохое взаимодействие трудно, и мы идем в обход – подбираем вещество B2, которое хорошо взаимодействует с полем. Такое вещество всегда лег- ко подобрать. Остается обеспечить хорошее взаимодействие между B2 и B1 – и задача решена.

Пример 3. После сборки агрегатов холодильников нужно проверить, нет ли течи в агрегатах, не проходит ли сквозь не- плотности и отверстия рабочая жидкость. Очень важно обна- ружить даже маленькую просочившуюся капельку жидкости. Но сделать это трудно: приходится очень тщательно осмат- ривать каждый участок агрегата, а на это требуется слишком много времени. Что можно предложить?

Модель этой задачи построить нетрудно: дано вещество (капелька жидкости), требуется его обнаружить:

В1

Пунктирная стрелка заменяет слова «нужно получить сигнал на выходе». Поскольку сигнал - это поле (акустиче- ское, электромагнитное, оптическое и т. д.), допустимо запи- сать модель и так:

В1 П

Теперь, не задумываясь, можно сказать, как надо преоб- разовать модель задачи, чтобы прийти к ответу. Для построе- ния веполя недостает второго вещества, следовательно, его необходимо ввести:

80