Текст книги "ТРИЗ для «чайников». Приемы устранения технических противоречий"

Автор книги: Лев Певзнер

сообщить о нарушении

Текущая страница: 2 (всего у книги 3 страниц)

Глава 2. ПРИМЕНЕНИЕ ПРИЕМОВ УСТРАНЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ ПРОТИВОРЕЧИЙ

Первоначально Г. С. Альтшуллер разработал 40 приемов устранения технических противоречий. Они были достаточно разнообразные по частоте применения и эффективности. Но главное – несмотря на достаточно глубокий уровень абстрагирования от конкретной ситуации, они за счет примеров давали возможность находить аналогии и решать задачи.

Надо понимать, что человек привык мыслить аналогиями. Увидев какую-либо ситуацию, он оценивает, а как можно разрешить ее на основе имеющегося опыта? То есть найти решение аналогичное тому, которое ранее привело к успеху. Чем более ситуация или задача, которую нужно разрешить, конкретна и близка к известной, тем больше вероятность, что аналогия будет замечена, а задача решена тем же путем. Но конкретность ситуации в значительной степени ограничивает круг задач, которые она позволяет решать. Чем более абстрактна формулировка положения или закона, тем большее количество решений она покрывает. Но такая абстрактность осложняет возможность увидеть аналогию в решении разных задач.

Налицо противоречие, которое успешно разрешил Г. С. Альтшуллер. Разработанные им 40 приемов устранения технических противоречий давали высокий уровень абстракции, а примеры в них подсказывали конкретные аналогии для решения.

В этой книге мы рассмотрим 20 основных приемов устранения технических противоречий, которые я выбрал как наиболее эффективные и часто применяемые. На основе более чем 30-летнего опыта работы я исключил часть приемов, которые используются редко, а часть приемов перегруппировал и объединил для удобства работы.

Я подробно раскрою подприемы каждого из них, а также расскажу о типовых применениях этих приемов, подкрепив каждый пункт примером (задачей-аналогом). Это сделает материал более доступным и инструментальным для широкого круга начинающих.

2.1. Виды разрешения противоречий

Все рассматриваемые приемы условно можно разделить на четыре основных группы, по типу разрешения противоречия:

– разрешение противоречий во времени

Эта группа приемов применима, в тех случаях, если удается четко разграничить необходимость выполнения противоречивых требований во времени, то есть создание условий, когда противоречивые требования будут выполняться в различные промежутки времени.

В качестве простого примера возможного разделения противоречивых требований во времени очень подходит пример перекрестка, где движение регулируется светофором. Светофор поочередно пропускает потоки машин в разное время.

Пример-анекдот:

Солдат устал от долгой езды в поезде. К тому же две его соседки постоянно спорили, и надоели ему до последней степени.

– Если окно будет открыто, то я замерзну – говорила одна.

– Если окно будет закрыто, то я задохнусь – отвечала другая.

Что делать? – спросил проводник у солдата

– В армии это противоречие решается просто – ответил солдат – сначала откроем окно, и пусть замерзнет первая, а потом закроем – и задохнется вторая. После этого можно спокойно ехать дальше.

– разрешение противоречий в пространстве

Эта группа приемов применима, если удается четко разграничить необходимость выполнения противоречивых требований в пространстве.

В качестве примера возможного разделения противоречивых в пространстве очень подходит пример развязок на американских скоростных дорогах. Движение на них в перпендикулярном направлении происходит на разных по высоте уровнях.

Рис.12. Развязка с дорогами на разных уровнях

Пример-шутка

– Доктор, а в каких позах гарантированно нельзя забеременеть?

– Ну, например, женщина спит на кровати, а мужчина – на диване.

– разрешение противоречий за счет изменения структуры внутри системы

Эта группа приемов применима в случаях, если противоречивые требования не удается разделить во времени, или в пространстве.

Пример (из практической работы Л. Певзнера)

На подшипниковом заводе возникла проблема. Точность сборки роликового подшипника (допустимый зазор между роликом и кольцами) – 2 мкм. Но как достичь такой точности, если точность изготовления ролика – 6 мкм?

Ролики сортируют на три группы по размеру и в каждую группу попадают ролики с диаметром, отличающимся в пределах 2 мкм. Кольца также сортируются по внутренним диаметрам на группы одного диаметра. При сборке выбираются кольца и ролики и тех групп, которые обеспечивают точность сборки до 2 мкм.

Рис.13. Роликовый подшипник

Пример-анекдот

Два адвоката заходят в кафе, заказывают напитки и достают бутерброды.

– Извините, – говорит бармен, – но у нас нельзя есть свою еду.

Адвокаты переглядываются, пожимают плечами и меняются своими бутербродами…

– разрешение противоречий за счет использования возможностей надсистемы.

Эта группа приемов также применяется в случаях, если противоречивые требования не удается разделить во времени, или в пространстве, а также за счет изменения структуры. Решение же находится за счет привлечения смежных систем, дополнительных ресурсов.

У рыбаков, промышляющих в океане, есть противоречие – небольшие суда могу эффективно вылавливать рыбу, но ее негде хранить и перерабатывать. Везти ее на берег – значит терять много времени. Можно, конечно, строить большие суда и на них перерабатывать рыбу, но они будут неповоротливы и не смогут ловить рыбу. Противоречие было разрешено в надсистеме, когда рыбу вылавливают группа небольших рыболовных траулеров, которые сразу перегружают выловленную рыбу на находящуюся неподалеку большое судно – плавбазу, где ее перерабатывают на консервы или замораживают.

Рис.14. Плавбаза «Всеволод Сибирцев» и малый рыболовный траулер

Пример-анекдот

Четыре правила счастливой семейной жизни:

1. Надо найти женщину, которая зарабатывает много денег;

2. Надо найти женщину, которая любит заниматься сексом;

3. Надо найти женщину, которая хорошо готовит и

убирает;

4. Надо, чтобы эти женщины никогда не встретились!

2.2. Основные группы приемов устранения технических противоречий

Итак, после того как вы определили оперативное время, оперативную зону и возможность разделить противоречие во времени или пространстве, появляется возможность более детально определить те приемы, которые можно использовать для решения задачи или развития системы для каждой из этих групп.

Приемы разрешение противоречия во времени

Приемы этой группы эффективны, если противоречивые требования предъявляются к системе в различные моменты времени. К таким приемам относятся:

1. Принцип вынесения, то есть предварительного исполнения или последующей после процесса коррекции.

2. Принцип заранее подложенной подушки

3. Принцип непрерывного полезного действия

4. Принцип повышения динамичности, в частности, проскока

5. Принцип отброса и регенерации частей системы

Приемы разрешение противоречия в пространстве

Приемы этой группы эффективны, если эти противоречивые требования предъявляются к системе в различных частях оперативной зоны. Тогда возможно удовлетворить их за счет создания различных условий в различных частях системы. К приемам этой группы относятся:

6. Принцип дробление системы и ее элементов

7. Принцип местного качества

8. Принцип асимметрии

9. Принцип перехода в другое измерение

Пример-шутка

Настоящий мужчина всегда должен знать, что нравится его девушке, чтобы случайно не оказаться с ней в том месте, где это продается.

В том случае, когда взаимоисключающие требования предъявляются в одно и то же время, в одном и том же месте, или когда применение первых двух групп приемов не привело к решению, можно попытаться использовать две группы приемов, связанных с изменением структуры системы.

Разрешение противоречия за счет изменений структуры системы или процесса

К этой группе относятся приемы:

10. Принцип «Сделай наоборот»

11. Принцип частичного или избыточного действия

12. Принцип обратной связи

13. Принцип «Изоляция»

14. Принцип «Структурирование»

Разрешение противоречия в пространстве за счет

изменений и ресурсов надсистемы

К этой группе приемов устранения технических противоречий относятся приемы, разрешающие противоречие за счет внесистемных возможностей:

15. Принцип объединения

16. Принцип универсальности

17. Принцип «вред в пользу»

18. Принцип посредника

19. Принцип самообслуживания

20. Принцип «Дешевая недолговечность вместо дорогой долговечности»

Примечание: Многие приемы, разработанные еще Г. Альтшуллером, могут относиться к различным группам приемов по типу разделения противоречия. Поэтому предложенное выше разделение несколько условное. Принципиально не деление на группы, а знание приемов и возможностями их применения.

2.3. Два подхода к решению изобретательских задач

В практике встречается два типовых подхода к использованию приемов устранения технических противоречий:

– решение поставленных задач,

– совершенствование технической системы.

В первом случае следует внимательно проанализировать задачу. Уточнить оперативную зону и оперативное время, а также возможность разделения противоречий во времени или пространстве. Если это возможно, то, в первую очередь, следует проверить возможность применения приемов из соответствующих групп. Независимо от того найдено решение или нет, после этого следует проверить возможность применения приемов из других групп. После общего анализа всех найденный решений, следует выбрать оптимальное решение (или комплекс решений), с которым и продолжить работу по внедрению.

Кстати, при изучении содержания книги рекомендуем особое внимание обратить на подразделы «рекомендации по применению» в описании каждого приема.

Во втором случае, когда конкретные задачи не поставлены, а речь идет о совершенствовании системы, следует, читая каждый прием, и типовые варианты его использования, постарайтесь увидеть аналоги тех решений, которые позволят улучшить систему. Ведь, фактически, использование приема позволяет разрешить то или иное противоречие, и, как следствие, улучшить систему или дать ей новые потенциальные возможности для развития. Не останавливайтесь на первом же найденном решении. Пройдите по всем приемам. Часто внедрение комплекса решений оказывается более простым и эффективным, чем внедрение каждого из них по-отдельности.

Пример-шутка

– Да у меня Интернет мало того, что безлимитный, так еще и бесплатный.

– Это как?

– Когда Интернет подключали, папа с соседями сверху договорился, что подключатся вместе, а платить по четным месяцам будут они, а по нечетным мы.

– Ну, и?

– Ну, так он с соседями снизу договорился, что они платят по нечетным месяцам, а мы по четным!

ВНИМАНИЕ! В отличие от математических задач, изобретательские задачи имеют не одно решение. Ваша задача не просто решить задачу, а решить ее с минимальными затратами, и максимально эффективно.

Глава 3. ГРУППА ПРИЕМОВ РАЗРЕШЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ ПРОТИВОРЕЧИЙ ВО ВРЕМЕНИ

3.1. Принцип вынесения, предварительного исполнения или коррекции после процесса

Идея приема состоит в том, чтобы перераспределить нагрузку на процесс, то есть разгрузить перегруженные временные интервалы технологического процесса за счет менее загруженных интервалов, чтобы облегчить и упростить процесс.

Прием применяется для разрешения противоречий, связанных с тем, что в некотором временном интервале оперативного времени система функционально перегружена и одновременное выполнение ряда операций недопустимо; тогда вынесение ряда операций (разгрузка системы) из этого временного интервала позволяет снять перегрузку и разрешить противоречия возникающие в нем.

Прием реализуется в следующих вариантах:

* заранее выполнить требуемое изменение системы (полностью или частично) или заранее расставить элементы системы так, чтобы они могли вступить в действие с наиболее удобного места и без затрат времени на доставку;

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

* использовать заранее изготовленные полуфабрикаты и заготовки (лучше производимые серийно самостоятельно или в смежных областях), то есть вынести часть работ на время до процесса, используя элементы массового производство;

* выполнить исправление недостатков или коррекцию объекта на время после окончания процесса;

* если для выполнения требуемой функции необходимо только одно свойство системы, то его можно отделить от целого объекта и использовать по мере необходимости.

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРИМЕНЕНИЮ ПРИЕМА

Данный прием рационально использовать если:

3.1.1. Если в процессе работы системы сложно разместить инструмент в оперативной зоне для обработки изделия (или он плохо работает, или есть вредное действие), то попробуйте до начала работы так разместить инструмент, чтобы в требуемое время можно было быстро и без проблем выполнить требуемые действия.

Пример

Зимой рыболовы сверлят лед, чтобы получилась лунка, через которую и ловят рыбу. Разумеется, нужно время, чтобы просверлить лунку, а затем подождать, пока испуганная рыба вернется к этому месту.

Предложено накануне ледостава нужно установить в воде плавучие кольца в виде усеченных конусов с сужающимися кверху стенками. Когда мороз скует воду, кольца-формы будущих лунок закупорят ледяные пробки. Остается выбить их и загнать под лед. Вот и готова лунка.

Пример

При легировании металла в плавильной печи значительная часть дорогих легирующих металлов (например, ванадий) очень быстро переходит в шлак. Потери этих дорогостоящих материалов могут быть весьма значительны.

Предложено решение – легирующие добавки помещают прямо в литейную форму, и во время заливки расплавленного металла в форму они сами переходят в заготовку практически без потерь. То есть легирование происходит не во время процесса выплавки стали (как это делается обычно), а после него.

Пример-шутка

Художник спросил у хозяина галереи, интересовался ли кто его полотнами. – О да! Один господин интересовался, поднимутся ли картины в цене после вашей смерти. Я сказал, что обязательно, и тогда он купил сразу 15 картин.

– Великолепно! Кто этот господин? – спросил художник. – Ваш лечащий врач, – ответил хозяин.

3.1.2. Если выполнение некоторых операций в процессе работы системы вызывает трудности или они оказывают вредное действие на элементы системы, то попробуйте выполнить эти действия до начала рабочего процесса, или перенести их выполнение после рабочего процесса.

Пример

Клапаны человеческого сердца открываются и закрываются при каждом его ударе, и за время жизни человека – около двух миллиардов раз. Тончайшие лепестки мышечной ткани выдерживают нагрузки, которые не под силу ни одному из известных материалов. Поэтому все попытки создать долговечный искусственный клапан оказались неудачными – рано или поздно они рвались в месте крепления лепестков. Причина – открывание и закрытие клапана происходит под действием силы тока крови. Так работают все клапаны в технике, и никому не пришло в голову, что в природе он устроен «хитрее».

Было обнаружено, что клапаны в природе открываются не силой тока крови, а с помощью специальных жгутиков, прикрепленных к лепесткам клапана и открывающим под действием наливающейся кровью мышцы его чуть-чуть раньше, чем поднимается давление крови при ударе сердца (систоле). Представим себе, что лепесток клапана – это дверь. Раньше она открывалась резким ударом толпы людей, бегущих то в одну, то в другую сторону. А теперь появились швейцары, которые заранее осторожно распахивают двери перед толпой. Нет резких ударов, толчков, дверь прослужит долго. Использование эффекта «швейцара» позволило создать искусственный клапан, соперничающий по долговечности с естественным клапаном.

Пример

После введения в России антисанкций в 2016 году, компания «Danone» не смогла поставлять йогурты из Дании, но часть производства осталась в России и она не подпадала под санкции. Рост цен на молоко в 2017 году поставил компанию перед необходимостью закрыть производство в России, поскольку продукция становилась нерентабельной. Но в компании нашли решение – компания перевезет 5000 коров из Дании в Россию, что обеспечит ей дешевую сырьевую базу для заводов по производству йогурта.

То есть в этом случае компания не попадает под санкции, поскольку производство молока будет выполняться до процесса перевозки готового продукта из Дании в Россию.

Рис. 15. Завод_Danone в_поселке_Любучаны Чеховского_района_Московской_области

3.1.3. Если некоторая операция в процессе сложна или плохо управляема, или не обеспечивается точность изготовления изделия, проверьте возможность использовать заранее (до процесса) приготовленные заготовки с заданными характеристиками; тем самым разгружается, упрощается и удешевляется основной процесс.

Замечание: (еще эффективнее в качестве заготовок использовать серийно производимые в другом месте детали).

Пример

Для химического производства изготавливают металлические трубы, облицованные изнутри стеклом. Трубы круглого сечения облицовывают центробежным способом: в нагретую вращающуюся трубу подают расплав стекла, центробежные силы равномерно «размазывают» стекло по внутренней поверхности трубы. Поступил новый заказ: нужно срочно перейти на массовое изготовление облицованных труб квадратного сечения.

Предложено помещать внутрь подлежащей облицовке трубы стеклянную трубу с заданной толщиной стенок, запаянную с двух сторон. Затем составная труба помещается в нагревательную печь. По мере нагрева стекло размягчается, и расширение воздуха внутри прижимает мягкую массу к стенкам стальной трубы. После остывания облицованная стеклом изнутри квадратная труба готова.

Пример

Пластиковые бутылки различной формы выдуваются из стандартных заготовок – преформ, которые универсальны для всех форм бутылок одного размера. Преформы изготавливаются сотнями миллионов на специальных заводах и поставляются производителям соков, вод и других жидких продуктов, фасуемых в пластиковую тару. На заводе из преформы в специальном аппарате под давлением 40 атм и при высокой температуре в специальной форме выдувается бутылка в соответствии с желанием производителя.

Рис. 16. Пластиковые преформы и процесс изготовления бутылок

Пример

Газоны в США производятся на промышленной основе. Они выращиваются на специальных фермах в виде посадок травы в специально подготовленную почву, а после того как она прорастет и сформируется мощная корневая система, слой дерна с травой срезается и перевозится в то место, где нужен газон.

На подготовленной разровненной площадке укладываются трубы системы орошения. Поверх системы орошения укладывается привезенный дерн с травой, который покрывает систему орошения. Дерн фиксируется к основе площадки деревянными колышками. Через несколько месяцев дерн прочно прирастает к основе, колышки сгнивают и… газон готов.

Рис.17. Укладка газона, выращенного промышленным способом

3.1.4. Если в рабочем процессе необходимо осуществлять регулируемую подачу небольшого количества какого-либо вещества, что вызывает трудности при его дозировании и внесении, то рекомендуется нанести дозируемый материал на мерный носитель (стержень, ленту, лист и другие материалы, или растворить в нейтральном растворе, или размешать с нейтральным наполнителем), а в процессе использовать эти заготовки.

Замечание: если размеры позволяют, то можно заранее разделить его на стандартные дозы (таблетки, гранулы, капли и др.)

Пример

Перед учеными поставили задачу повысить качество кристаллов карбида кремния. Технология получения кристаллов включала особую химическую реакцию газов соединения кремния и углерода, которая и обеспечивала рост кристаллов. А качество кристаллов существенно зависело от точности соотношения этих газов. Но была проблема – использование высокоточных дозаторов усложняет систему.

Ученые нашли решение – подавать в реактор исходные вещества для синтеза в виде газа, в котором углерод и кремний находятся в заданном стереохимическом соотношении. Например, подавать метилтрихлорсилан с атомным соотношением 1:1. А в реакторе этот газ разлагается с выделением компонент в нужном для синтеза соотношении.

3.1.5. Если в процессе работы возникает вредное действие на изделие, то проверьте возможность устранить его простыми действиями после рабочего процесса.

Пример

Технология изготовления стальных втулок предусматривала их точение из прутка, сверление внутреннего отверстия и поверхностную закалку внешней поверхности втулки. При этом из-за закалочных напряжений, сжимающих втулку, на внутренней поверхности нередко возникали микротрещины.

Было предложено изменить порядок операций – сначала точить наружную поверхность, потом проводить поверхностную закалку, а потом высверлить внутреннее отверстие. Теперь напряжения, возникающие в теле втулки при закалке в центральной части, исчезают вместе с высверленным материалом. Образование трещин прекратилось.

3.1.6. Если вредное действие на изделие, возникает в процессе работы, то проверьте возможность предотвратить его простыми предварительными действиями (часто функционально теми же, но просто выполненными заранее). Например, направить разрушение (вредное действие) по заданному направлению.

Пример

Основная функция сцепки вагонов в поездах – соединять вагоны, чтобы передавать тянущее усилие. При этом, гибкая сцепка позволяет им двигаться друг относительно друга, чтобы преодолевать кривые участки пути, а тянущее усилие передается от локомотива, через весь поезд. Но тут возникало противоречие. В случае схода поезда с рельсов, прочная сцепка тянула за собой все вагоны, увеличивая масштаб катастрофы. Налицо противоречие – сцепка должна быть прочной, чтобы тянуть вагоны, но не должна быть прочной, чтобы не увеличивать вредные последствия при аварии. Разрешение противоречия обеспечивают особые прочностные свойства сцепки. Конструкция сцепки такова, что позволяет ей тянуть вагоны, но сцепка разрушается при катастрофе или сходе поезда с рельсов.

Рис. 18. Сцепка вагонов

Пример

Компрессорный цех – помещение с повышенной взрывоопасностью. При взрыве возникает опасность резкого повышения давления внутри цеха, что приводит к гибели людей. Чтобы избежать этого, значительная часть стеновых панелей должна сбрасываться при взрыве и повышении давления. Это гарантирует безопасность людей в здании. Но как это сделать?

Чтобы обеспечить это, для крепления этих панелей используются специальные ослабленные болты (надрезанные или просверленные). Прочности этих болтов вполне достаточно, чтобы удерживать панели в обычном состоянии, но при повышении давления при взрыве они разрываются и панели сбрасываются.

Рис. 19. Ослабленный болт для крепления панелей.

3.1.7. Точность процесса можно повысить или упростить его выполнение, если заранее создать избыточные напряжения (или ослабленные зоны) в тех частях объекта, где необходимо будет разделить объект на части:

– сделать надрез (перфорацию) в месте будущего разрушения

– изменить структуру вещества в месте будущего разрушения (силикатный песок для разрушения заклепок)

– осуществить нагрев (охлаждение) в месте будущего разрушения: такая процедура позволяет снизить энергозатраты, так как уменьшается усилие разреза.

Предложенная процедура предварительных действий позволяет также существенно повысить быстродействие и качество основного процесса.

Пример

Передовыми достижениями науки пользуются не только учёные и инженеры, но и воры. Прочные стальные замки становятся хрупкими и разлетаются как стеклянные под легкими ударами, если их предварительно охладить жидким азотом, который приносят в простых термосах.

Пример

Ослабление в месте разъединения и создание концентраторов напряжения достигается при работе стеклорезом.

Пример

Ослабление в месте будущего разъединения – надрезы на жестяных банках. После этого их легко открыть, потянув за кольцо.

Примерами ослабления может служить перфорация – надрезы на туалетной бумаге, в рулонах пластиковых мешков в супермаркетах и др.

3.1.8. Если необходимо создать пустоты в элементах системы, то эффективным способом является предварительное закладывание в места будущих пустот элементов или веществ, которые впоследствии должны быть удалены. При этом форма и размеры вводимого вещества (элемента) определяют формы и размеры будущих пустот, а его свойства определят условия изготовления объекта и способ возможного удаления закладных элементов.

Пример

Для фильтрующих устройств пневмоавтоматики необходимы детали в виде пластин с множеством тонких извилистых каналов.

Предложен метод получения таких деталей: в расплавленный алюминий добавляют соль необходимой фракции. После затвердевания соль вымывается водой и получается готовое изделие. Пористый алюминий очень технологичен и получил широкое применение в технике.