Часть 5

ФОРМУЛИРОВАНИЕ ЗАДАЧ С ПОЗИЦИИ ИКР Цель:- Составить формализованные тексты задач (Идеальный Конечный Результат).

Шаг 5.1. СОСТАВЛЕНИЕ ИДЕАЛЬНОГО КОНЕЧНОГО РЕЗУЛЬТАТА.- ИКР. Составить тексты задач в виде формулировок Идеального Конечного Результата - ИКР, с использованием приоритетных ресурсов отобранных в шаге 4.5. Каждой задаче дать свой номер. Тексты задач составляются по следующим вариантам:

Вариант 1. «Элемент (указать приоритетный ресурс из шага 4.5.) используя (указать имеющиеся у него поле, свойство), не допускает (указать Нежелательное Явление из шага 3.1)»

Вариант 2. «Элемент (указать приоритетный ресурс из шага 4.5.) используя (указать имеющиеся у него поле, свойство), выполняет или содействует выполнению (указать функцию системы из шага 1.2.) и не допускает (указать Нежелательное Явление из шага 3.1)»

При разборе данной проблемы задачи были составлены по двум вариантам. Из них оставлены те, которые дали лучший результат.

Используя все имеющиеся ресурсы по двум вариантам составлено более 20 задач. В учебных целях приведены только те из них, которые дали положительный результат

Задача №1 по варианту 1 (Использование верхнего слоя краски)

«Верхний слой краски, используя свою способность испаряться, не допускает засыхание краски на поплавке».

Задача № 2 по варианту 1 (Использование краски выходящей из наливного патрубка.) «Струя краски, выходя из патрубка и используя свое давление и свойство растворять, не допускает засыхание краски на поплавке»

Задача № З по варианту 2 (Использование веса краски находящейся в ванне) «Краска, используя свой вес, включает и выключает насос»

Задача № 4 по варианту 2 (Использование гидростатического давления краски находящейся в ванне) «Краска, используя свое гидростатическое давление, включает и выключает насос»

Задача № 5 по варианту 2 (использование механических напряжений в корпусе ванны) «Ванна, используя, возникающие в ней механические напряжения, включает и выключает насос»

Задача №.6 по варианту 2 (использование собственных колебаний корпуса ванны) «Ванна используя, возникающие в ней собственные механические колебания, включает и выключает насос»

Задача 3 7 по варианту 2 (использование понижения температуры верхнего слоя краски в результате испарения) «Верхний слой краски, используя свое понижение температуры при испарении, включает и выключает насос»

Возможно формулирование еще ряда других задач при условии совместного использования двух и более ресурсов. Эти варианты формулирования задач в данном тексте не приводятся.

Шаг 5.2. ВЫЯВЛЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ С ПРОТИВОРЕЧИЯМИ В каждой сформулированной задаче (шаг 5.1.) определить элемент, который не может выполнить требуемого действия потому, что испытывает противоречивые требования по своему физическому(!) состоянию. Сопоставить имеющиеся условия и новые требования.

Примечание 13. Если в какой либо задаче нет элемента, который испытывает явные противоречивые требования по физическому состоянию, то для решения такой задачи не требуется алгоритм. Применяют обычные инженерные знания и известные способы. Для этого выявляют меняющийся параметр элемента и, используя известные в технике и технологии способы, получают нужный результат.

В задаче № 1

Текст задачи - «Верхний слой краски, используя свою способность испаряться, не допускает засыхание краски на поплавке». Физическое противоречие испытывает ВЕРХНИЙ СЛОЙ КРАСКИ.

Пояснение В соответствии с поставленными требованиями краска должна испаряться, потому что это ее физическое свойство, и, КРАСКА не должна испаряться, чтобы не засыхать на поплавке и не утяжелять его.

В задаче № 2

Текст задачи.- «Струя краски, выходя из патрубка и используя свое давление и свойство растворять, не допускает засыхание краски на поплавке.»

Физическое противоречие испытывает СТРУЯ КРАСКИ.

Пояснение В соответствии с поставленными требованиями СТРУЯ КРАСКИ должна быть большой и иметь давление потому, что подается насосом и СТРУЯ КРАСКИ не должна быть большой и иметь давление потому, что направленная на поплавок она может мешать его работе или утопить его.

В задачах №№ 3,4,5,6,7 нет элементов которые испытывают явные и обостренных физические противоречия.

Поэтому все они, сформулированные с позиции идеальности, уже могут быть решены простым применением известных инженерных знаний.

В соответствии с рекомендациями, имеющимися в примечании №13, выбираем изменяемый параметр и используем его для достижения поставленной в задаче цели. Ниже приводятся возможные варианты решений, тех задач, в которых отсутствуют явные противоречия..

Задача № З.

Текст задачи.- «Краска, используя свой вес, включает и выключает насос»

Явных противоречий нет. Решение очевидное – нужно измерять вес ванны и в зависимости от него включать или выключать насос. Возможно несколько вариантов:

· Ванну устанавливают на пружинах (смотрите рисунок)

· Под ванну устанавливают рычаг с противовесом, который дает команду на включение и отключение насоса.

· Под ванну ставят весовые тензодатчики, которые выдают электрический сигнал в зависимости от массы ванны. И другие решения.

Однако, все предложенные решения не соответствует условиям заказчика, так как для их внедрения потребуется внести большие изменения в конструкцию ванны и остановить работу окрасочной линии более чем на три часа.

Задача №4

Текст задачи.- «Краска, используя свое гидростатическое давление, включает или выключает насос»

Явных противоречий нет. Решение очевидно – нужно использовать изменение гидростатического давления краски в ванне, чтобы включать или выключать насос. Возможен следующий вариант - на дно ванны укладывают эластичную грушу полость которой заполнена жидкостью и, с помощью шланга, соединена с электроконтактным манометром. В зависимости от высоты столба краски, жидкость из груши будет вытесняться с различным давлением. Это давление воспринимается манометром, который включает или выключает насос

Данное решение для своего внедрения не требует изменений в конструкции ванны и не требует остановки окрасочной линии.

По задаче №4 с использованием гидростатического давления краски возможны и другие решения.

Например, под действием веса краски меняется величина прогиба днища ванны. Чем больше краски в ванне, тем сильнее изгибается днище и наоборот. Изгиб может контролироваться различными устройствами и они могут выдавать сигнал на включение или отключение насоса.

Однако, если изгиб днища будет незначительным то замерить его с помощью простых устройств будет очень трудно или невозможно.

В этом случае выявляют физическое противоречие, которое испытывает днище. Оно будет следующим: –

Днище должно гнуться, чтобы была возможность измерять его деформацию и днище не должно гнуться, так как имеет очень жесткую конструкцию.

Такое противоречие разрешается в пространстве днища;

- Все днище жесткое, но одна его часть не жесткая.

Решение становится очевидным.

В днище вырезается небольшой люк, который перекрывается достаточно прочным резиновым листом. Измеряя величину изгиба резинового листа, судят о количестве краски в ванне.

Для реализации решения можно применить уже имеющийся рычаг, который взаимодействует с кнопочными выключателями (см..рис. 1 деталь позиция 5) Один конец рычага прижимается к резиновому листу, другой – взаимодействует с кнопочными выключателями.

Решение достаточно простое и работоспособное. В виду простоты решения, рисунок не приводится.

Однако это решение не будет принято заказчиком потому, что для его внедрения потребуется внести изменения в конструкцию ванны, что запрещено, и, кроме того, потребуется остановить линию окраски на достаточно длительное время, что так же не желательно.

Задача №5

Текст задачи - «Ванна, используя, возникающие в ней механические напряжения, включает или выключает насос» Явных противоречий нет. Решение очевидно – нужно использовать разность механических напряжений в металле ванны, которые возникают при нормальном и пониженном уровне краски.

Для определения механических напряжений в различных материалах широко используют различные тензодатчики. В зависимости от уровня краски в ванне, в ее днище и бортах будут возникать различные механические напряжения. Установленные в этих местах тензодатчики механических напряжений будут выдавать различные показатели электрического сопротивления, которые можно использовать для включения или отключения насоса.

На рисунке представлено одно из возможных решений с использованием тензодатчика.

Решение вполне реальное и осуществимое даже в тех условиях, которые определил заказчик. Однако и оно имеет слабые стороны. Не все тензодатчики могут устойчиво работать длительное время. Через некоторое время их необходимо менять и тестировать. Кроме того, тензодатчики могут иметь погрешности в зависимости от температуры окружающей среды. Все это накладывает серьезные ограничения на применение данного решения.

Задача № 6 «Ванна, используя, возникающие в ней собственные механические колебания, включает и выключает насос»

Явных противоречий нет. Решение очевидно – нужно использовать разность собственных колебаний ванны при нормальном и пониженном уровне краски. Для определения частоты собственных колебаний, каких либо конструкций, в промышленности широко применяются различные частотомеры — механические, акустические, световые и другие. 

Решение осуществимое в условиях, которые определил заказчик. Однако имеет слабые стороны. На собственные колебания ванны могут накладываться другие вынужденные колебания, которые возникают от проезжающих мимо внутрицехового транспорта, от работы тяжелых станков, расположенных в соседнем цехе и другие помехи. Требуется достаточно сложная система фильтрации собственных колебаний ванны от вынужденных колебаний, которые создают внешние источники.

[1] Из физики известно, что любое вещество переходя из жидкого состояние в газообразное теряет свою тепловую энергию и поэтому его температура понижается. Большинство красок содержат растворитель, который на воздухе интенсивно испаряется и поэтому верхний слой краски понижает свою температуру.

Задача №7 «Верхний слой краски, используя свое понижение температуры при испарении, включает и выключает насос»

Явных противоречий нет. Решение очевидное – нужно использовать пониженную температуру верхнего слоя краски для включения и выключения насоса. Можно применить обычный электроконтактный термометр, который неподвижно установлен в ванне на глубине соответствующей минимальному уровню краски. При понижении уровня краски до термометра, он начинает регистрировать температуру ее верхнего слоя, который по причине испарения растворителя, имеет более низкую температуру, чем внутренние слои краски и выдает сигнал на включение насоса. При повышении уровня краски термометр оказывается утопленным в краску, внутренние слои которой имеют уже другую более высокую температуру и он выдает сигнал на отключение насоса. (Рисунок не приводится) Возможен другой вариант. Используется термопара, которая вырабатывает ЭДС в зависимости от температуры. Если термопара контактирует с поверхностными слоями краски, она охлаждается и вырабатывает меньший ЭДС и выдается сигнал на включение насоса. Когда термопара полностью погрузится в краску, она становится теплее и вырабатывает более высокий ЭДС , тогда выдается сигнал на выключение насоса. На рисунке изображена возможная схема такого устройства, где цифрой 4 обозначена термопара, а цифрой 6- гальванометр

Такое решение осуществимо в условиях, которые определил заказчик, однако имеет свои ограничения. В различное время года краска может иметь различную температуру, поэтому необходимо будет применить какие то системы корректирующие сигнал на включение насоса в зависимости от первоначальной температуры краски, а так же от температуры окружающей среды и других параметров. Возможно, что устройство станет излишне сложным и не надежным.

Продолжим разбор задач №1 и № 2 в которых присутствуют явные физические противоречия, для этого выполняем следующие шаги алгоритма

Шаг 5.3. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРИЛЕГАЮЩИХ РЕСУРСОВ.

К каждому элементу, определенному в шаге 5.2., подобрать из ресурсов прилегающих к оперативной зоне (см. шаг 4.5.2.) тот, который имеет наиболее высокую энергонасыщенность. Выбранный ресурс записать.

Образец записи;

В задаче №1. К элементу, (указать из шага 5.2.) прилегает... (указать прилегаемый ресурс из шага 4.4.)

В задаче № 1- К ВЕРХНЕМУ СЛОЮ КРАСКИ прилегают воздух и борт ванны.

Выбираем борт ванны как наиболее энергонасыщенный ресурс.

В задаче № 2- К СТРУЕ КРАСКИ прилегают воздух, краска в ванне, наливной патрубок, борт ванны.

Выбираем наливной патрубок как ближайший и наиболее энергонасыщенный ресурс из имеющихся.

(Выбранные прилегающие ресурсы будут использоваться в части