Алгоритм решения изобретательских задач
Изобретательство основывается на диалектической логике решения технических задач. Упорядочить процесс решения изобретательской задачи можно, используя понятия об идеальной машине и технических противоречиях. Идеальная машина помогает определить направление поисков, а техническое противоречие указывает на препятствие, которое необходимо устранить. Однако этого не достаточно. Нужна рациональная тактика, позволяющая шаг за шагом продвигаться к решению задачи. Такую тактику даёт программа планомерно направленных действий – алгоритм. Рассмотрим алгоритм решения технических задач, состоящий из трёх стадий.
1-я стадия. Выбор и уточнение условий задачи и концепции.
Определяется конечная цель решения задачи. Организовать пропитку в растворе антипирена хвойного шпона.
б. Проверяется обходной путь, то есть, каким другим путём можно получить конечный результат. Прямой путь – сортировка шпона по влажности, пропитка несколькими потоками. Обходной путь – тепловая обработка шпона в воде, пропитка в одном потоке.
в. Определяется, какую задачу решить целесообразнее: прямую или обходную. Проводится эксперимент по применению прямого и обходного пути для выбора наиболее целесообразного.
г. Определяются требуемые количественные показатели. Определяются показатели: поглощение антипирена и время пропитки.
д. Уточняются требования, вызванные конкретными условиями реализации изобретения. Уточняется температура воды для тепловой обработки хвойного шпона при использовании обходного пути.
е. Применяется оператор «размеры – время – стоимость» - устанавливают, как решается задача при изменении этих параметров. Определяется время и экономические затраты на использование прямого и обходного пути.
ж. Излагаются условия задачи с указанием системы из элементов и элементов, препятствующих решению задачи. Решению задачи прямым путём препятствует большой разброс влажности хвойного шпона (от 30 до 130 %). При решении задачи обходным путём это препятствие устраняется. Вторым препятствием является наличие смолы, препятствующей пропитке шпона.
з. Элементы разбиваются в виде таблицы на те, которые можно менять, и те, которые трудно видоизменить. Изменить легче влажность шпона в нужном направлении, удаление смолы требует больших затрат.
и. Выбирается элемент, который в наибольшей степени подвержен изменениям. Наиболее целесообразно путём изменения влажности за счёт тепловой обработки шпона в воде достичь требуемого результата.
2-я стадия. Сбор информации, поиск и оценка решения.
2.1. Составить формулу идеального конечного результата (ИКР) с указанием объекта (элемента из п. 1.9), его действия и условий действия. Выдерживание шпона в горячей воде приводит к снижению влажности высоковлажного шпона и повышению влажности низковлажного шпона. Наиболее идеальный результат – влажность шпона 60…110 %.
2.2. Сделать два рисунка – «было» и «стало» с использованием элементов из 1.7. Составляются схемы пропитки шпона по прямому и обходному пути.
Прямой Обходной
Сортировка Пропитка
Исх. шпон
Исх. шпон
Тепл. обраб.
Пропитка
2.3. На рисунке «стало» выбрать элемент из 1.7 и выделить ту его часть, которая не может выполнить требуемого действия при требуемых условиях. Отметить эту часть. Влажность исходного шпона.
2.4. Определяются условия, почему элемент 1.7 не может выполнить требуемого действия. Пропитка низковлажного шпон не даёт требуемого результата по величине поглощения антипирена (должно быть не менее 20 %).
2.5. Как надо изменить условия, чтобы элемент 1.7 мог осуществить требуемые действия. Увлажнить низковлажный шпон.
2.6. Что надо сделать, чтобы выделенная часть объекта приобрела свойства, отмеченные в п. 2.5. Провести тепловую обработку шпона в воде.
2.7. Сформулировать способ, который может быть практически осуществлён. Осуществление предварительной тепловой обработки шпона в воде перед пропиткой шпона в едином потоке.
2.8. Дать схему устройства для осуществления этого способа.
Исх. шпон
Тепл. обраб.
Пропитка
2.9. Попытаться изменить устройство и проанализировать к чему это приведёт. Изменить температуру воды и раствора для пропитки шпона, определить как при этом изменяются влажность шпона после тепловой обработки и поглощение антипирена после пропитки.
2.10. Сопоставить выигрыш и проигрыш. Если выигрыш больше, то перейти к следующей стадии. Выбираются оптимальные режимные параметры тепловой обработки и пропитки.
3-я стадия. Развитие идеи в конструкцию.
Выбрать показатель, улучшаемый по условиям задачи. Достижение требуемого и стабильного результата по поглощению антипирена для низковлажного шпона.
Определяется, как улучшить этот показатель, какой показатель при этом ухудшится. Проводится эксперемент.
Определить приёмы устранения технического противоречия. Проверить применимость этих приёмов. Выбирается оптимальный режим.
Проверить возможность применения физических эффектов.
Проверить возможность изменения во времени (нельзя ли устранить противоречие «сжав» или «растянув» время действия). Проводится эксперемент.
Выяснить, как решаются аналогичные задачи в природе.
Проверить возможные изменения в объектах, работающих совместно с данным, может ли изменённая система применяться по-новому.
Правила работы по алгоритму.
Некоторые этапы, рассмотренного алгоритма основаны на логике, некоторые на интуиции, иногда за счёт изобретательного опыта.
На первом этапе расширяется границы поиска решения за счёт «расшатывания» системы исходных представлений.
Алгоритм позволяет получить серию идей, направленных в сторону решения. Это позволяет преодолеть психологические барьеры при дальнейшем анализе задачи.
Вторая часть алгоритма начинается с определения индивидуального конечного результата (ИКР) по двум правилам:
Не загадывать заранее, возможно ли достичь идеального результата;
Не надо заранее думать о том, как и какими путями будет достигнут идеальный конечный результат.
Приёмы устранения технических противоречий.
Содержащиеся в изобретательских задачах технические противоречия часто повторяются. Существуют типичные противоречия и типичные приёмы устранения их. Рассмотрим несколько из них.
Принцип дробления. а) Деление объекта на независимые части. б) Увеличить степень дробления (измельчения) объекта. в) выполнить объект разборным. Авторское свидетельство № 168195. Ковш одноковшового экскаватора со сплошной полукруглой режущей кромкой, отличающийся тем, что для обеспечения быстрой и удобной замены сплошной режущей кромки последняя выполнена из отдельных съемных секций.
Принцип местного качества. а) Перейти от однородной структуры объекта (или внешней среды, внешнего воздействия) к неоднородной.
б) Разные части объекта должны иметь разные функции.
в) Каждая часть объекта должна находиться в условиях, наиболее соответствующих ее работе.
А. с. № 280328. Способ сушки зерна риса, отличающийся тем, что с целью уменьшения образования трещиноватых зерен рис перед сушкой разделяют по крупности на фракции, которые сушат раздельно с дифференцированными режимами. Принцип местного качества отчетливо отражается в историческом развитии многих машин: они постепенно дробились и для каждой части создавались наиболее благоприятные местные условия.
Принцип ассиметрии. Переход от симметричной формы объекта к ассиметричной. Узлы автомобиля.
Принцип объединения. а) Соединение однородных или предназначенных для смежных операций объектов. б) объединение во времени однородных или смежных операций. Объекту добавляются новые функции. Выполнение пропитки шпона в одном потоке.
Принцип универсальности. Объект выполняет несколько разных функций, благодаря чему отпадает необходимость в других объектах. Одновременная ГТО и сушка древесины в растворах.
Принцип «матрёшки». Один объект размещён внутри другого, который находится внутри третьего.
А. с. № 186781. Ультразвуковой концентратор упругих колебаний, состоящий из скрепленных между собой полуволновых отрезков, отличающийся тем, что с целью уменьшения длины концентратора и увеличения его устойчивости полуволновые отрезки выполнены в виде полых конусов, вставленных один в другой
Принцип «наоборот». Вместо действия по условиям задачи осуществляется обратное действие (например, не охлаждать объект, а нагревать). Способ вибрационной очистки металлоизделий в абразивной среде – вибрируется не инструмент, а само изделие.
Принцип частичного и избыточного решения. Если трудно получить 100 % требуемого эффекта, то получают «чуть меньше» или «чуть больше». Способ борьбы с градом – с целью сокращения расхода реагента и средств его доставки осуществляют кристаллизацию не всего облака, а крупнокапельной его части.
Принцип «посредника». Использование промежуточный объект переносчик. Используют дополнительный материал (воздух, воду и т.п.). Нанесение летучего ингибитора коррозии на защищаемую поверхность - через внутреннюю поверхность детали продувают нагретый воздух, насыщенный парами ингибитора.
Принцип «обратить вред в пользу». Использовать вредные факторы, например, усилить вредный фактор до такой степени, чтобы он стал полезным. При нагреве металлов ТВЧ нагревалась лишь поверхность металла – это отрицательное явление использовался для высокочастотной закалки стальных деталей.
Патентный фонд природы.
Пути решения изобретательских задач.
В мире существует свыше 13 миллионов патентов на изобретения. Но человек ещё недостаточно использует фонд живой природы. Технические решения чаще всего не похожи на природные решения. Что в природе достигается тихо и незаметно, в технике связано с колоссальным расходом энергии. Самолёты не могут соперничать с птицами по количеству поднимаемого груза на единицу затрачиваемой мощности. Слуховой аппарат кузнечика улавливает колебания с амплитудой, равной половине диаметра атома водорода. Изучение и перенос в практику принципов природы носит название бионики, науки, решающей инженерные проблемы приёмами, заимствованными у природы.
Новые оригинальные машины создаются на основе новых научных открытий. Но значительно чаще они возникают из старых. Новая модель, опирающаяся на известную технологию, даёт больший экономический эффект. Поэтому опора на достигнутое – наиболее прямой путь к решению изобретательской задачи.
Если нужно получить качественно новый эффект, целесообразнее сразу отказаться от аналога. В этом случае можно прийти к идее высших уровней. Но и внедрение изобретения потребует значительно большего времени.