Материал: Методы анализа технических решений и создания изобретений

Методы анализа технических решений и создания изобретений

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

.СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ ПОИСКА НОВЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ

. МЕТОДЫ АНАЛИЗА ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ И СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЙ

.1 Закономерности существования и развития технических систем

.2 Теория решения изобретательских задач

.3 Противоречия в технических системах

.4 Вепольный анализ

.5 Алгоритм решения изобретательских задач

. ОТКРЫТИЕ И ИЗОБРЕТЕНИЕ, ПОЛЕЗНАЯ МОДЕЛЬ И ПРОМЫШЛЕННЫЙ ОБРАЗЕЦ, ФИРМЕННОЕ НАИМЕНОВАНИЕ И ТОВАРНЫЙ ЗНАК

. ПАТЕНТНАЯ ДОКУМЕНТАЦИЯ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ

Создание изобретений начинается с некоторой «идеи». А всякая идея является продуктом умственной работы. Оригинальная идея, воплощенная в конкретное содержание (определение) или получившее статус изобретения является собственностью автора (авторов).

Разработкой вопросов правовой охраны и защитой приоритета результатов умственного труда в технике занимается патентоведение.

Для развития техники наиболее существенными результатами умственного труда являются изобретения. Как правило, изобретение развивает и совершенствует уже известную техническую систему, придавая ей присущие ему свойства. Участие в творческом процессе огромного числа технических работников предопределило необходимость в четком определении самого понятия «изобретение» и разработки соответствующих правил в составлении описания предполагаемого изобретения и процедур анализа технического решения на предмет признания его изобретением.

По определению изобретение является техническим решением - то есть практическим средством удовлетворения определенных потребностей. Техническое решение должно обладать полнотой и завершенностью решения какой-либо задачи [2].

. СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ ПОИСКА НОВЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ

Цель методов - сделать процесс генерирования идей интенсивнее и повысить концентрацию «оригинальных» идей в общем их потоке.

Существуют два вида методов: рациональные и иррациональные.

Методы, основанные на использовании оптимальной логики анализа технического объекта, закономерностей его развития, называют рациональными. К ним относятся: морфологический анализ, функционально-физический метод конструирования и алгоритм решения изобретательских задач (АРИЗ).

Морфологический анализ - это метод нахождения всех вариантов решения проблемы. Он чаще применяется, когда требуется исследовать область возможных решений. Алгоритм поиска возможных решений следующий:

) определяем параметры, от которых зависит решение проблемы;

) после составления списка функциональных узлов выписываем возможные варианты их исполнения;

) на основе списков строится морфологический ящик в виде таблицы или морфологической матрицы;

) производится оценка и выбор наилучшего варианта.

За критерий качества принимают такой наиболее важный количественный показатель или параметр, с помощью которого из двух или нескольких допустимых вариантов технического решения выбирают наилучший. Допустимыми называют такие варианты решений, которые удовлетворяют основным требованиям.

Выбрать из морфологической таблицы наиболее приемлемые или эффективные комбинации технических решений нелегко из-за большого числа комбинаций. Поэтому сначала оценивают число возможных вариантов технических решений, которые можно получить (синтезировать) на основе морфологической таблицы: N = n1n2, ..., nm, где n - число альтернативных вариантов в столбце; m - число столбцов.

Наиболее эффективные технические решения из множества всех возможных вариантов можно выбрать путём последовательного сокращения этого множества за счёт исключения наименее эффективных и наименее перспективных технических решений.

Другой путь уменьшения числа N заключается в сокращении числа столбцов в морфологической таблице. При этом среди всех столбцов (функциональных элементов) выделяют главные или основные, которые решающим образом влияют на эффективность и качество изделия, а также второстепенные и малозначащие функциональные узлы, которые можно исключать.

Сокращение множества возможных вариантов технических решений можно проводить путём исключения наихудших комбинаций элементов. При выполнении этой процедуры образуют различные альтернативные комбинации из нескольких элементов и исключают из них наихудшие. К наихудшим относятся нереализуемые или несовместимые комбинации, трудно реализуемые и наиболее дорогие по затратам комбинации, а также комбинации, в наименьшей мере устраняющие недостатки прототипа или улучшающие критерий качества и т.п.

Преимущество морфологического анализа заключается в возможности выявления большого числа вариантов решения проблемы и их систематизации. Недостаток состоит в трудоёмкости анализа полученных вариантов.

Функционально-физический метод конструирования базируется на трёх принципах:

) анализ функций технических систем и её элементов;

) наличие систематизированного фонда физических эффектов;

) алгоритмоподобное описание процесса поиска конструируемых устройств.

Иррациональные методы опираются в основном на активизацию творческих способностей человека, его интуицию, фантазию, способность к аналогиям. К числу таких методов относятся: мозговой штурм, метод фокальных объектов - метод контрольных вопросов и синектика.

Преимущество иррациональных методов состоит в их простоте, доступности и универсальности. Недостатком является непригодность их для решения трудных задач.

Правила мозгового штурма следующие. Участники штурма делятся на две группы: «генераторов» (предлагают идеи, строго придерживаясь правила запрета критики) и «экспертов» (обсуждают и анализируют выдвинутые «генераторами» идеи). Хорошие результаты удаётся получить «штурмуя» не изобретения, а организационные проблемы и несложные технические задачи.

Метод фокальных объектов состоит в том, что признаки нескольких случайно выбранных объектов переносят на совершенствуемый объект.

Метод контрольных вопросов заключается в ответе на списки вопросов, сгруппированных по определённому назначению. Потребность в ответах на списки различных вопросов возникает, как правило, тогда, когда все традиционные методы уже испробованы и не дали результатов. Поэтому применение списков иногда относят к методам ликвидации тупиковых ситуаций.

Синектика подразумевает использование различного рода аналогий при поиске нового технического решения.

Основные принципы использования аналогии:

) Выяснить основные принципы и конструктивные особенности

исследуемого объекта;

) выявить ведущую область техники по функции, которую выполняет этот объект;

) воспроизвести основной принцип и конструктивные особенности, используя опыт ведущих областей, на имеющихся элементах, материалах и технологиях. При этом что-то нужно будет придумать новое, учитывая недостатки прототипа. Таким образом, появится новое конкурентоспособное изделие.

Применяются четыре вида аналогий:

) прямая аналогия, когда рассматривается как аналогичная задача решается в других областях техники, либо в природе;

) личностная аналогия или эмпатия, когда человек отождествляет себя с техническим объектом и представляет себе, чтобы он сделал сам, если бы оказался на месте этого объекта;

) фантастическая аналогия;

) символическая аналогия, когда техническим объектам даются

символические характеристики. Например, храповой механизм - надёжная прерывистость, атом - энергичная незначительность.

Часто для поиска новых решений используется инверсия или обратная аналогия, что означает - выполнить что-нибудь наоборот (перевернуть вверх «ногами», вывернуть наизнанку, поменять местами и т.д.).

Рассмотрим различные виды инверсии.

) Функциональная инверсия (сделать функцию или действие обратным: Нагревание - охлаждение, притягивание - отталкивание, строить - ломать и т.д.).

) Структурная инверсия (в понятие структуры входит состав системы и её внутреннее устройство: много-мало элементов, однородные-разнородные элементы, сплошная-дискретная структура, монолитная-дисперсная-пустая, статичная-динамичная структура, линейная-нелинейная, иерархическая-одноуровневая и т.п.).

) Инверсия формы (выпуклая-вогнутая, толстая-тонкая, плоская-объёмная, шероховатая-гладкая, наружная-внутренняя поверхность, сплошная-разрывная и т.п.).

) Параметрическая инверсия (противоположные параметры:

проводник-диэлектрик, длинный-короткий, тёмный-светлый, твёрдый-мягкий).

) Инверсные связи (есть связь-нет связи, положительная-отрицательная связь).

) Инверсия пространства (изменение положения в пространстве на 90° и 180°).

) Инверсия времени (быстро-медленно, непрерывно во времени-квантовано, прошлое-настоящее-будущее).

Синектический поиск решения проводится в четыре этапа:

) формулировка и уточнение проблемы «как она дана» (ПКД). Особенность этого этапа заключается в том, что никто, кроме ведущего заседания не посвящён в конкретные условия задачи;

) формулировка проблемы «как её понимают» (ПКП).

Рассматривается возможность превратить незнакомую и непривычную проблему в ряд обычных задач;

) генерирование идей;

) перенос выявленных идей к ПКД или ПКП, при этом важным элементом является критическая оценка идей экспертами [1].

.1 Закономерности существования и развития технических систем

Создание изобретений направленно, прежде всего на совершенствование технической системы (ТС). Объективным критерием совершенства технического объекта является степень его приближения к идеальному решению (системе). В свою очередь идеальная техническая система (ИТС) это система которой нет, а функции её выполняются. Это ситуация при которой множество элементов системы заменяются либо одним элементом, либо свойственным полем, либо элементом другой системы (более высокого уровня).

Для целенаправленного совершенствования системы необходимо знать общие законы ее существования и функционирования. Рассмотрим некоторые из них.

) Закон полноты частей системы

Необходимым условием принципиальной жизнеспособности технической системы являются наличие и минимальная работоспособность ее основных частей: двигателя, трансмиссии, рабочего органа управления (рис. 2.1).

Рис. 2.1 - Структура технической системы

Двигатель-это элемент, в котором энергия преобразуется в нужный для системы вид. Трансмиссия-это элемент, по которому передается энергия от двигателя к рабочему органу. Рабочий орган - элемент, который выполняет основную функцию системы. Орган управления - это элемент, который оказывает влияние на выполнение другими элементами системы своих функций. Если в схему включить изделие, то получится полная принципиальная схема технической системы. Пунктиром обведен состав минимальной работоспособной системы. Если хотя бы одна часть отсутствует, то это еще не техническая система; если хотя бы одна часть неработоспособна, то такая система не выживет.

Следствие из закона полноты: чтобы техническая система была управляемой, необходимо, чтобы хотя бы одна ее часть была управляемой.

)Закон энергетической проводимости системы.

Необходимым условием принципиальной жизнеспособности технической системы является сквозной проход энергии по всем частям системы.

Следствие из закона: чтобы часть системы была управляемой, необходимо обеспечить энергетическую проводимость между этой частью и органом управления. Если энергия не будет проходить сквозь всю систему, то она не будет работать.

Многие задачи сводятся к подбору, поля и вида передачи энергии, наиболее эффективных для данных условий. При этом следует руководствоваться тремя правилами:

при разработке системы надо стремиться к использованию одного поля (одного вида энергии) на все процессы работы и управления систем.

если система состоит из веществ, менять которые нельзя, то используется поле правило, которое хорошо проводится веществами частей системы.

если вещества частей системы можно менять, то плохо управляемое поле заменяют на хорошо управляемое по цепочке: гравитационное - механическое - тепловое - магнитное - электрическое - электромагнитное. Одновременно заменяют вещества или вводят в них добавки для обеспечения

проводимости в полях.

) Закон согласования ритмики частей системы

Этот закон обеспечивает жизнеспособность системы: необходимым условием является согласование (или сознательное рассогласование) частоты колебаний (периодичности работы) всех частей системы. Смысл закона состоит в том, чтобы не тратить энергию на гашение этих колебаний, а использовать их, направляя к рабочему органу.

) Закон неравномерности развития частей системы

Закон отражает общую диалектику развития частей системы. Одни части системы опережают в развитии другие, и между ними возникают противоречия, которые должен устранить изобретатель. Противоречия, проявляющиеся в технической системе в виде ухудшения одного ее качества при улучшении другого качества - называются техническими противоречиями.

Стремясь убрать конфликтующие, противоречивые отношения между внешними сторонами системы, получают противоречие внутри системы, на уровне свойств и взаимодействия элементов - это уже физические противоречия.

)Закон увеличения степени идеальности системы

Закон отражает общую идеологию совершенствования систем. Развитие системы должно быть направлено к максимальному приближению к идеальной системе, которая в свою очередь может исчезать, превращаясь в другую систему или совмещая свои функции с другой системой. Развитие любой технической системы обусловлено увеличением её главной полезной функции (ГПФ). Закономерность развития технической системы объективна и состоит из нескольких характерных этапов.

Начиная с момента возникновения системы, увеличение ГПФ идет по пути искажения системы, за счет увеличения элементов и связей, или подсистем - этот период называется развертыванием системы (рис. 2.2). Затем развитие технической системы наталкивается на объективные ограничения роста сложности и начинается период свертывания с увеличением полезной функции.

Рис. 2.2 - Развитие системы

Это сопровождается упрощением технической системы за счет использования иных, более эффективных физических эффектов и совмещения нескольких функций в одном элементе, использования энергетических и “вещественных” полей.

Потребность в совершенствовании технических систем заключается в возникновении противоречия: необходимость увеличения полезной функции ухудшает какую либо часть системы. И появление изобретения - это всегда преодоление и разрешение противоречия с целью повышения полезной функции.

Обычно одно и тоже противоречие можно решить несколькими способами. И не всегда очевидно преимущество какого либо решения. В теории изобретательства выделяют главный ориентир при создании новой системы - идеальный конечный результат (ИКР) - воображаемый абсолютный итог решения поставленной задачи. Идеальный результат обеспечивает разрешение противоречия без введения дополнительных элементов в систему, без её усложнений, а в “идеале” и без привлечения дополнительной энергии. Конечно, реально достигнуть ИКР трудно или невозможно, но “идеальный” эффект помогает найти наиболее эффективное и рациональное («сильное») изобретательное решение.