Материал: Методы анализа технических решений и создания изобретений

Теория решения изобретательских задач предлагает систему стандартов, при помощи которой можно найти эффективные решения технических проблем [2].

.2 Теория решения изобретательских задач

Смысл теории решения изобретательских задач (ТРИЗ) сводится к нахождению модели идеального решения рассматриваемой задачи и, на основе законов развития технических систем, подтягивания к нему реального решения. Совершенствование систем предполагается проводить по заранее сформулированным правилам - алгоритму решения изобретательских задач (АРИЗ).

АРИЗ - единая система, состоящая из взаимосвязанных между собой разделов, основными из которых являются:

) Вепольный анализ, который рассматривает в системе нарушения взаимосвязей между веществом (ве) и энергией (полем) - (веполь).

) Стандарты - конкретные пути восстановления работоспособности системы с позиции вепольного анализа.

) Информационный фонд- набор эвристических приемов устранения технических противоречий, задачи-аналоги, физико-химические, геометрические и другие эффекты.

ТРИЗ является следствием системного подхода, который рассматривает любой технический объект, как систему, то есть совокупность отдельных относительно неделимых элементов. Элементы организованы в пространстве и между собой таким образом, что в состоянии обеспечивать достижение определенной цели системы - главной полезной функции (ГПФ).

Важной характеристикой любой системы является ее структура - устойчивая связь между элементами системы, отражающая форму расположения элементов и характер взаимодействия их сторон и свойств. Вепольный анализ направлен на выявление определенных связей отдельных элементов системы с энергетическим ресурсом.

Как и физические законы, которые одинаково проявляются в различных ситуациях, так и законы развития техники едины для всех ее систем и позволяют предсказать "поведение" ее элементов. На этом и основаны "изобретательские" стандарты.

Стандарты делятся на пять больших классов:

) Построение и разрушение вепольных систем.

) Развитие вепольных систем.

) Переход к надсистеме и на микроуровень.

) Стандарты на обнаружение и изменение систем.

) Стандарты на применение стандартов.

Каждый из этих классов разделен на подклассы и группы. Для решения задачи необходимо определить класс, к которому она относится, провести вепольный анализ, выявить подкласс и группу.

Нахождение идеального решения технической задачи невозможно без четкого представления об «идеальности системы». Принципы идеальности технической системы можно сформулировать следующим образом:

) Полезный результат получается от действия или средства без самого действия ("получить даром").

) В каждый момент времени и в каждой точке пространства в технической системе должны быть только те свойства и взаимодействия, которые необходимы для получения полезного результата ("ничего лишнего");

) Необходимо максимально использовать имеющиеся свойства и взаимодействия элементов системы и ее окружения, устранять потери и отходы ("из лишнего - максимальную пользу");

) Необходимо доводить до минимума затраты времени на получение полезного результата ("получить сразу, мгновенно").

Второй принцип ориентирует на создание технической системы лишенной избыточности. В соответствии с ним ищется решение технических противоречий в пространстве и во времени.

Третий принцип идеальности ориентирует на максимальное использование всех резервов системы. Он применяется наиболее часто, поскольку совершенно не избыточных систем не бывает.

Четвертый принцип идеальности соответствует повышению эффективности происходящих в системе процессов. Основной путь его реализации, кроме интенсификации процессов, - сокращение числа операций и совмещение их в пространстве и во времени.

Так как новое техническое решение практически всегда основано на известном аналоге, то возникает вопрос о путях повышения степени идеальности системы. В этом направлении так же выработаны некоторые формальные приемы.

Первое: сохраняя функцию неизменной, техническая система упрощается, уменьшается в габаритах, облегчается, уменьшается потребление энергии.

Второе: техническая система увеличивает количество функций, но при этом не увеличивается в габаритах, остается в той же массе и потребляет то же количество энергии.

Важный этап в совершенствовании технической системы заключается в четком описании того действия которое ведет к достижению желаемого результата. При этом общая схема составления формулировки идеально-конечного результата (ИКР) может выглядеть следующим образом:

ИКР - элемент, абсолютно не усложняя систему и не вызывая вредных явлений, устраняет (указать вредное действия) в течение (указать время действия) и в пределах (указать место и зону действия), сохраняет способность (указать рассматриваемый элемент) совершать (указать необходимое полезное действие) [2].

.3 Противоречия в технических системах

Развитие любой технической системы характеризуется одним общим признаком - качественное её улучшение становится возможным только через преодоление противоречий.

Выделяют три типа противоречий: административное (АП), техническое (ТП), физическое (ФП).

Административное, как правило, порождает сам человек, точнее те организационные обстоятельства, которые он создал.

Техническое противоречие возникает между параметрами системы, её узлами или группами деталей и сопровождается ухудшением одного показателя при улучшении другого.

Физическое противоречие возникает не между параметрами технической системы, а внутри её в каком-либо одном элементе или даже в части его. Выявление физического противоречия ведет к установлению методов совершенствования системы. На этом этапе окончательно завершается постановка задачи, и можно переходить к ее решению. Создание изобретения есть последовательное выявление и преодоление возникающих в системе противоречий.

В методике АРИЗ сформулированы основные принципы устранения технических противоречий:

. Принцип дробления:

разделить объект на независимые части;

выполнить объект разборным;

. Принцип вынесения:

отделить от объекта "мешающую" часть ("мешающее" свойство) или, наоборот выделить единственно нужную часть или нужное свойство.

. Принцип местного качества:

перейти от однородной структуры объекта или внешней среды (внешнего воздействия) к неоднородной;

разные части объекта должны выполнять различные функции;

каждая часть объекта должна находится в условиях, наиболее благоприятных для ее работы.

. Принцип симметрии:

перейти от симметрической формы объекта к асимметрической;

если объект уже асимметричен, увеличить степень асимметрии.

. Принцип объединения:

соединить однородные или предназначенные для смежных операций объекты;

объединить во времени однородные или смежные операции.

. Принцип "матрешки":

один объект размешен внутри другого, который, в свою очередь. находится внутри третьего и т.д.;

один объект проходит сквозь полость в другом объекте.

. Принцип антивеса:

компенсировать вес объекта соединением с другим объектом, обладающим подъемной силой;

компенсировать вес объекта взаимодействием со средой преимущественно за счет аэро- и гидродинамических сил.

. Принцип предварительного антидействия:

если по условиям задачи необходимо совершать какое-то действие, надо заранее совершить антидействие.

. Принцип предварительного действия:

заранее выполнить требуемое действие (полностью или хотя бы частично);

заранее расставить объекты так, чтобы они могли

вступить в действие без затрат времени на доставку и с наиболее удобного места.

. Принцип "заранее подложенной подушки":

компенсировать относительно невысокую надежность объекта заранее подготовленными аварийными средствами.

. Принцип эквипотенциальности:

изменить условия работы так, чтобы не приходилось поднимать или опускать предмет.

. Принцип "наоборот":

вместо действия, диктуемого условиями задачи, осуществить обратное действие;

сделать движущуюся часть объекта или внешней среды неподвижной, а неподвижную - движущейся;

повернуть объект "вверх ногами", вывернуть его.

. Принцип сфероидальности:

перейти от прямолинейных частей к криволинейным от плоских поверхностей к сферическим, от частей выполненных в виде куба или параллелепипеда к шаровым конструкциям;

использовать ролики, шарики, спирали;

перейти от прямолинейного движения вращательному, использовать центробежную силу.

. Принцип динамичности:

характеристики объема (или внешней среды) должны меняться так, чтобы быть оптимальными на каждом этапе работы;

разделить объект на части, способные перемещаться относительно друг друга;

если объект в целом неподвижен, сделать его подвижным, перемещающимся.

. Принцип частичного или избыточного действия;

если трудно получить 100% требуемого эффекта, надо получить "чуть меньше" или "чуть больше" - задача при этом может существенно упростится.

. Принцип перехода в другое измерение:

трудности, связанные с движением (или размещением) объекта по линии, устраняются, если объект приобретает возможность перемещаться в двух-трех измерениях.

использовать многоэтажную компоновку объектов вместо одноэтажной;

наклонить объект или положить его "набок";

использовать обратную сторону данной площади;

использовать оптические потоки, падающие на соседнюю площадь или обратную сторону имеющейся площади;

. Использование механических колебаний:

привести объект в колебательное движение;

если такое движение уже совершается, увеличить его частоту (вплоть до ультразвукового);

использовать резонансную частоту;

применять вместо механических вибраторов пьезовибраторы;

использовать ультразвуковые колебания в сочетании с электромагнитными полями.

. Принцип периодического действия:

перейти от непрерывного действия к периодическому (импульсному);

если действие уже осуществляется периодически, изменить периодичность;

использовать паузы между импульсами для другого действия.

. Принцип непрерывности полезного действия:

вести работу непрерывно (все части объекта должны все время работать с полной нагрузкой);

устранить холостые и промежуточные ходы.

. Принцип проскока.

вести процесс или отдельные его части (например, вредные или опасные) на большей скорости;

. Принцип "обратить вред в ползу":

использовать вредные факторы (в частности, вредное воздействие среды) для получения положительного эффекта;

устранить вредный фактор за счет сложения с другими вредными факторами;

усилить вредный фактор до такой степени, чтобы он перестал быть вредным.

. Принцип обратной связи:

ввести обратную связь;

если обратная связь есть, изменить ее.

использовать промежуточный объект, переносящий или передающий действие;

на время присоединить к объекту другой (легкоудаляемый) объект.

. Принцип самообслуживания:

объект должен сам себя обслуживать, выполняя вспомогательные и ремонтные операции;

использовать отходы (энергии, вещества).

. Принцип копирования:

вместо недоступного, сложного, дорогостоящего, неудобного или хрупкого объекта использовать его упрощенные и дешевые копии;

заменить объект или систему объектов их оптическими копиями (изображениями). Использовать при этом изменение масштаба (увеличить или уменьшить копии);

если используются видимые оптические копии, перейти к копиям инфракрасным или ультрафиолетовым.

. Дешевая недолговечность взамен дорогой долговечности:

заменить дорогой объект набором дешевых объектов, поступившись при этом некоторыми качествами (например, долговечностью).

. Замена механической схемы:

заменить механическую схему оптической, акустической или "запаховой";

использовать электрические, магнитные и электромагнитные поля дня взаимодействия с объектом;

перейти от неподвижных полей к движущимся, от фиксированных к меняющимся во времени, от неструктурных к имеющим определенную структуру;

использовать поля в сочетании с феромагнитными частицами.

. Использование пневмо- и гидроконструкций:

а) вместо твердых частей объекта использовать газообразные и жидкие: надувные и гидронаполняемые, воздушную подушку, гидростатические и гидрореактнвные.

. Использование гибких оболочек и тонких пленок:

вместо обычных конструкций использовать гибкие оболочки и тонкие пленки;

изолировать объект от внешней среды с помощью гибких оболочек и тонких пленок;

. Применение пористых материалов:

выполнить объект пористым или использовать дополнительные пористые элементы (вставки, покрытия и т.д.),

если объект уже выполнен пористым, предварительно заполнить поры каким-то веществом;

. Принцип изменения окраски:

изменить окраску объекта или внешней среды;

изменить степень прозрачности объекта или внешней среды;

для наблюдений за плохо видными объектами или процессами использовать красящие добавки;

если такие добавки уже применяются, использовать люминофоры;

. Принцип однородности:

объекты, взаимодействующие с данным объектом, должны быть сделаны из того же материала (или близкого ему по свойствам).

. Принцип отброса и регенерации частей:

выполнившая свое назначение и ставшая ненужной часть объекта должна быть отброшена (растворена, испарена и т.д.) или видоизменена, непосредственно в ходе работы;

расходуемые части объекта должны быть восстановлены непосредственно в ходе работы.

. Принцип изменения агрегатного состояния объекта:

сюда входят не только простые переходы, например, от твердого состояния к жидкому, но и переходы к "псевдосостояниям" ("псевдожидкость") и промежуточным состояниям, например использование эластичных твердых тел.

. Принцип фазовых переходов:

использовать явления, возникающие при фазовых переходах, например изменение объема, выделение или поглощение тепла и т.д.;

. Применение теплового расширения:

использовать тепловое расширение (или сжатие) материалов;

использовать несколько материалов с разными коэффициентами теплового расширения.

. Применение сильных окислителей:

заменить обычный воздух обогащенным;

заменить обогащенный воздух кислородом;

воздействовать на воздух или кислород ионизирующими излучениями;

использовать озонированный кислород;

заменить озонированный (или ионизированный) кислород озоном.

. Применение инертной среды:

заменить общую среду инертной;

вести процесс в вакууме.

. Применение композиционных материалов:

перейти от однородных материалов к композиционным [2].

.4 Вепольный анализ

В решении изобретательской задачи необходимо стремиться к тому, чтобы рассматривать в ней только несколько элементов или даже один из них, который испытывает противоречивые физические требования.