Принцип замены механической схемы означает что необходимо

Оператор замены механической системы

Этот оператор находится в явном родстве с оператором посредника по пункту (б) в той части, посредником выступает иоле, а не вещество. По пунктам (а) и (б) он вписывается в схему МАТХЭМ (лекция 6, рис. 6.3). Непонятно, почему в пункте (г) выделены ферромагнитные частицы. Они являются посредником между полем и веществом, г.е. скорее относятся к оператору «посредник». Если же их введение в формулировку ставило целью подчеркнуть наличие комбинаций полей и веществ при замене механических ТС на вещественно-полевые, то неясно, почему упомянуты только они? Ведь среди магнитных материалов, помимо ферромагнеги- ков, существуют антиферромагнетики, парамагнетики, диамагнетики, гелимагнетики, спиновые стёкла, миктомагнетики, снеро- магнетики, аснеромагнетики. Поскольку частиц, способных взаимодействовать с гем или иным полем, великое множество, то целесообразно было бы переформулировать пункт (г) но новому:

г) использовать поле в сочетании с частицами, восприимчивыми к его воздействию.

Пример 8.28.1. Источник ультрафиолетового излучения. В [129] для повышения интенсивности излучения использованы электрическое поле и ферромагнитный порошок (рис. 8.38). Устройство работает следующим образом: от источника питания происходит зарядка накопительного конденсатора 6. Когда количество накопленной энергии достигнет заданной величины, происходит пробой разрядника 5 и между электродами 3 и 4 распространяется разряд. В результате произойдет взрыв электромагнитного морошка 9, размещенного в местах установки дополнительных прокладок 7, установленных вдоль корпуса 1 по винтовой линии 2. При подаче напряжения на электромагнитные катушки 8 ферромагнитный порошок втягивается в пазы на дополнительные прокладки 8. Далее процесс может повторяться.

В предлагаемой схеме интенсивность излучения увеличивается, поскольку разряд происходит строго вдоль ферромагнитного порошка. Применяя оператор дробления 8.1, можно нанести на поверхность корпуса 1 не одну, а несколько дорожек разряда, в т.ч. и винтовых.

Рис. 8.38. Схема источника излучения

Пример 8.28.2. Оптические микрофоны. Стандартные микрофоны работают на принципе преобразования акустического сигнала в электрический. В оптических микрофонах акустические колебания мембраны также преобразуются в электрический сигнал, но с помощью оптоэлектронного устройства. Т.е. все эти устройства являются следствием применения оператора замены механической схемы на оптоэлектронную. Например, свег от монохроматического источника излучения расщепляется светоделителем на два пучка. Один из пучков отражается от мембраны, а другой от неподвижного зеркала. Отраженные пучки света создают интерференционную картину, меняющуюся в зависимости от положения мембраны, которая расширяется при помощи линзы и проектируется на входное окно фотоприемника [130]. НЭ такой системы: большие потери световой энергии (НЭ[), узкий диапазон преобразования акустического сигнала в электрический (НЭ₂), низкая надежность ири работе в условиях вибраций и ударов (НЭз).

Для борьбы с НЭ| и НЭз в [131] применен волоконный световод, размещенный в пазах внутренней поверхности мембраны но спирали. При прог ибах мембраны световой ноток в световоде оказывается нромодулированным но интенсивности. Тем самым эго решение дополнено операторами посредника 8.24 и местного качества 8.3.

Для повышения чувствительности мембраны в [132] в её центре, с обращенной к торцу оптического волокна стороны, формируется плоская светоотражающая площадка из Аи, Р1 или ?. Она выполняет две функции: а) отражение светового сигнала без искажений; б) предотвращение коробления поверхности мембраны в центральной части, возникающего иод действием остаточных напряжений. Такое решение также дополнено операторами посредника 8.24 и местного качества 8.3.

Пример 8.28.3. Измерение внутриглазного давления ранее осуществлялось механически. Например, обеспечивали вибрацию глазного яблока размещая на веке средство вибрации и средство измерения добротности резонанса яблока. Это нагружает глаз, вызывает раздражение и слезоотделение. Предложено действовать на глаз пневмоимпульсом, одновременно освещая его поверхность лазером. По отраженному сигналу восстанавливают значение внутриглазного давления [133]. Дополнительный полезный эффект — процедура ускоряется (оператор проскока).

Приём 28. Замена механической схемы

Приём «Замена механической схемы» говорит о важности использования вместо механического принципа работы других принципов более высокого порядка.

Классическая формулировка приёма:

• Заменить механическую систему оптической, акустической или «запаховой».
• Использовать электрические, магнитные и электромагнитные поля для взаимодействия с объектом.
  
• Перейти от неподвижных полей к движущимся, от фиксированных — к меняющимся по времени, от неструктурных — к имеющим определённую структуру.
• Использовать поля в сочетании с ферромагнитными частицами.

Принцип работы системы, основанный на механическом взаимодействии её компонентов, широко распространён в технике. Так часовой механизм оставался единственно возможным приводом для стрелок часов на протяжении многих веков. Чтобы повысить точность работы этого механизма изобретатели вводили всё новые и новые механизмы, часто довольно остроумные. Сложность часового механизма становилась запредельной, а требования к точности хода часов – росли. Это противоречие было разрешено при изобретении электронных часов, где функции сложнейшего часового механизма взяла на себя простая электронная схема. Кварцевый генератор задаёт ход времени, а электронная схема преобразует его в движение стрелок либо в цифры на дисплее.

Этот приём следует рассматривать более широко, не только как замену механических устройств. Можно проследить такую цепочку принципов работы машин: «механический – гидравлический – пневматический — полевой», и выбрать наиболее подходящий по условиям задачи. Бывает так, что система работает только по одному принципу, например, взрывное образование котлована предполагает пневматический принцип действия – резкое повышение давления в зоне взрыва и образование волны разрушения. Но часто работа одной системы предполагает одновременное использование различных принципов действия. Так рабочий орган машины для образования котлованов, экскаватора, использует гидравлический привод и механическое движение ковша.

Приём «Замена механической схемы» хорошо работает, когда система переусложнена, и не просматривается путей её улучшения при сохранении исходного принципа действия.

ПРИМЕРЫ

Пример. Приём «Замена механической схемы» в электромобиле

Автомобиль с двигателем внутреннего сгорания использует механический принцип получения энергии и передачи её к колёсам. Значимые преимущества можно получить, перейдя от механической схемы к электрической. Электромобиль проще, им легче управлять, и он не загрязняет окружающую среду.

Пример. «Замена механической схемы» у телевизора

В первых телевизорах для развёртки изображения использовался так называемый диск Нипкова. Диск с отверстиями вращался, изображение получалось за счёт совмещения положения отверстий и частоты мигания лампы. Механическая развёртка была неудобна, поэтому очень скоро вращающийся диск был заменён на электронный луч.

Пример. Стабилизатор мотоцикла

Компания Bosch разработала технологию, которая позволит предотвратить падение мотоцикла при потере сцепления колёс с дорогой. Вместо дополнительных колёс для выравнивания байка предлагается использовать миниатюрные «реактивные двигатели». Если мотоцикл начнёт терять сцепление с дорогой, система через сопло выбросит струю сжатого воздуха, которая вернёт колесо на нужную траекторию.

Пример. Принцип «Замена механической схемы» у лазерного дальномера

Прибор для измерения расстояний с применением лазерного луча широко применяется в инженерной геодезии, при топографической съёмке, в строительстве и т.п. Лазерный дальномер включает импульсный лазер и детектор излучения. Рассчитать расстояние между лазером и отражающим объектом можно, измеряя время, которое затрачивает луч на путь до объекта и обратно.

ТРИЗ в переговорах.
Изобретатель пришёл на переговоры

Каждый хотел бы провести переговоры так, чтобы собственные интересы были удовлетворены. При этом часто забывают, что у второй стороны тоже есть свои интересы. А так как две стороны переговоров являются системой, то у них должен быть общий интерес.

Как сделать так, чтобы сразу все интересы были удовлетворены?

ТРИЗ, взятая одной из основ Конфликторинга, создавалась в 20 веке Генрихом Альтшуллером для решения изобретательских технических задач. То есть нужно было разрешить конфликт в технической системе, чтобы сделать изобретение (решить техническую проблему). Для этого был разработан АРИЗ (алгоритм решения изобретательских задач), а также множество дополнительных инструментов мышления.

Одним из первых инструментов в Теории решения изобретательских задач была «Матрица приёмов разрешения технических противоречий», в которой по вертикали и горизонтали указаны «интересы» физических (материальных) объектов в технической системе. Интересы – это функции, то есть работа, которую надо выполнить (Jobs to be Done «JTBD»). По вертикали – функции, которые надо улучшить, а по горизонтали – функции, которые ухудшаются.

Рассмотрим использование «Матрицы приёмов» для разрешения конфликтов людей. Но, чтобы это делать, необходимо уметь находить в конфликтах физические объекты, составляющие физическую основу споров.

Модель системного противоречия записывается так:
1) Если инструмент в состоянии А, то функция B улучшается, но функция C ухудшается.
2) Если инструмент в состоянии неА, то функция С улучшается, но функция B ухудшается.

В Конфликторинге инструмент – это предмет спора (предмет переговоров) и обязательно это реальный физический объект.

Состояния А и неА – это позиции сторон.

Функции – это интересы сторон.

Когда стороны ведут переговоры, то нередко возникают споры (конфликты), а споры – это всегда логические противоречия.

Логическое противоречие: А – предмет переговоров – неА.

Спор всегда возникает вокруг физического объекта (предмета споров), который либо есть, либо должен быть.

Пример конфликта в технической системе: «При увеличении паруса, чтобы повысить скорость, корабль становится неустойчивым».

Логическое противоречие: увеличивается (А) – парус – не увеличивается (неА).

Системное противоречие:
1) Если парус увеличивается, то скорость корабля увеличивается, но устойчивость корабля уменьшается.
2) Если парус не увеличивается, то устойчивость корабля не уменьшается, но скорость корабля не увеличивается.

В системном противоречии отражены составляющие конфликта: предмет спора, противоположные позиции (А и неА), интересы сторон.

Предмет спора – парус.

Позиция А стороны 1 – парус увеличивается.
Позиция неА стороны 2 – парус не увеличивается.

С этого начинается любой конфликт. А зачем сторонам их позиции?

Интерес 1 (сторона 1) – скорость корабля увеличивается.
Интерес 2 (стороны 2) – устойчивость корабля не уменьшается.

Запишем то же самое, только на техническом языке:

Состояние инструмента А – парус увеличивается.
Состояние инструмента неА – парус не увеличивается.

А зачем сторонам эти состояния инструмента? Чтобы выполнились функции:
Функция B (сторона 1) – скорость корабля увеличивается.
Функция С (стороны 2) – устойчивость корабля не уменьшается.

После формулирования системного противоречия можно сразу использовать «Матрицу приёмов».

Что нужно улучшить? Увеличить скорость корабля.

Что при этом (при увеличении паруса для увеличения скорости) ухудшается? Уменьшается устойчивость корабля.

По логическому закону тождества нужно определить слова, чтобы однозначно их понимать.

Скорость — быстрота изменения какой-либо величины.

Устойчивость – это способность сохранять состояние (значения параметров) при внешнем воздействии. В «Матрице приёмов» есть синоним устойчивости – «Надежность».

Получается, что из-за разных состояний паруса одна функция выполняется, а другая нет.

Вариант 1.
Скорость улучшается (увеличивается), а надёжность ухудшается.
На пересечении «Матрицы приёмов» находим приёмы 11, 35, 27, 28.

Вариант 2.
Надёжность улучшается, а скорость ухудшается (не увеличивается).
На пересечении «Матрицы приёмов» находим приёмы 21, 35, 11, 28.

Всего: 11, 35, 28, 27, 21.

Используя эти приёмы, мы можем изменить парус, чтобы получить интегративный результат (все нужные функции выполняются и ничего не ухудшается).

11. Приём «Заранее подложенная подушка».
Компенсировать относительно невысокую надежность объекта заранее подготовленными аварийными средствами.

35. Приём «Изменение физико-химических параметров объекта».
а) Изменить агрегатное состояние объекта.
б) Изменить концентрацию или консистенцию.
в) Изменить степень гибкости.
г) Изменить температуру.

28. Принцип «Замена механической схемы».
а) Заменить механическую схему оптической, акустической или «запаховой»;
б) Использовать электрические, магнитные и электромагнитные поля для взаимодействия с объектом;
в) Перейти от неподвижных полей к движущимся, от фиксированных — к меняющимся во времени, от неструктурных — к имеющим определенную структуру;
г) Использовать поля в сочетании с ферромагнитными частицами.

27. Принцип «Дешевая недолговечность взамен долговечности».
Заменить дорогой объект набором дешевых объектов, поступившись при этом некоторыми качествами (например, долговечностью).

21. Принцип «Проскок».
Вести процесс или отдельные его этапы (например, вредные или опасные) на большой скорости.

При поиске идей обязательно нужно учитывать общий интерес (в ТРИЗ — Главную Полезную Функцию). ГПФ корабля — перемещать грузы по воде. Невыполнение любой из функций ведёт к тому, что ГПФ будет либо не выполнятся, либо выполнятся плохо.

Уверен, что у вас уже появились идеи решения этой технической задачи с помощью приёмов. Мне нравится решение о надувных гандолах, выдвигающихся при одновременном увеличении паруса, делающие из корабля подобие катамарана. Интересных решений, найденных с помощью приёмов, может быть много.

Что такое ТРИЗ?

Теория решения изобретательских задач, или ТРИЗ — область знаний о механизмах развития технических систем и методах решения изобретательских задач. ТРИЗ не является строгой научной теорией, а представляет собой обобщённый опыт изобретательства и изучения законов развития науки и техники. В результате своего развития ТРИЗ вышла за рамки решения изобретательских задач в технической области, и сегодня используется также в нетехнических областях (бизнес, искусство, литература, педагогика, политика и др.).
[youtube]https://youtu.be/4yv8RR0uWFY[/youtube]

1. Перевыставить задачу (найти суть задачи)
2. Выставление эталона
   • Подбор примеров (как это уже сделано?)
   • Как бы задача была решена если бы была волшебная палочка?
   • Как решить задачу ничего не делая?
3. Преодоление технического противоречия

Структура и функции ТРИЗ

Цель ТРИЗ — выявление и использование законов, закономерностей и тенденций развития технических систем.

Основные функции ТРИЗ

• Решение творческих и изобретательских задач любой сложности и направленности без перебора вариантов.
• Прогнозирование развития технических систем (ТС) и получение перспективных решений (в том числе и принципиально новых).
• Развитие качеств творческой личности.

Вспомогательные функции ТРИЗ

• Решение научных и исследовательских задач.
• Выявление проблем, трудностей и задач при работе с техническими системами и при их развитии.
• Выявление причин брака и аварийных ситуаций.
• Максимально эффективное использование ресурсов природы и техники для решения многих проблем.
• Объективная оценка решений.
• Систематизирование знаний любых областей деятельности, позволяющее значительно эффективнее использовать эти знания и на принципиально новой основе развивать конкретные науки.
• Развитие творческого воображения и мышления.
• Развитие творческих коллективов.

Структура ТРИЗ

• Законы развития технических систем (ТС)
• Информационный фонд ТРИЗ
• Вепольный анализ (структурный вещественно-полевой анализ) технических систем
• Алгоритм решения изобретательских задач — АРИЗ
• Методы развития творческого воображения

Список приемов устранения технических противоречий

1. Принцип дробления:
а) разделить объект на независимые части;
б) выполнить объект разборным;
в) увеличить степень дробления объекта.

2. Принцип вынесения:
отделить от объекта “мешающую” часть (“мешающее” свойство) или, наоборот, выделить единственно нужную часть (нужное свойство).

3. Принцип местного качества:
а) перейти от однородной структуры объекта (или внешней среды, внешнего воздействия) к неоднородной;
б) разные части объекта должны иметь (выполнять) различные функции;
в) каждая часть объекта должна находиться в условиях, наиболее благоприятных для ее работы.

4. Принцип асимметрии:
а) перейти от симметричной формы объекта к асимметричной;
б) если объект асимметричен, увеличить степень асимметрии.

5. Принцип объединения:
а) соединить однородные или предназначенные для смежных операций объекты;
б) объединить во времени однородные или смежные операции.

6. Принцип универсальности:
объект выполняет несколько разных функций, благодаря чему отпадает необходимость в других объектах.

7. Принцип “матрешки”:
а) один объект размещен внутри другого, который, в свою очередь, находится внутри третьего и т. д.;
б) один объект проходит сквозь полости в другом объекте.

8. Принцип антивеса:
а) компенсировать вес объекта соединением с другим, обладающим подъемной силой;
б) компенсировать вес объекта взаимодействием со средой (за счет аэро- и гидродинамических сил).

9. Принцип предварительного антидействия:
а) заранее придать объекту напряжения, противоположные недопустимым или нежелательным рабочим напряжениям;
б) если по условиям задачи необходимо совершить какое-то действие, надо заранее совершить антидействие.

10. Принцип предварительного действия:
а) заранее выполнить требуемое действие (полностью или хотя бы частично);
б) заранее расставить объекты так, чтобы они могли вступить в действие без затраты времени на доставку и с наиболее удобного места.

11. Принцип “заранее подложенной подушки”:
компенсировать относительно невысокую надежность объекта заранее подготовленными аварийными средствами.

12. Принцип эквипотенциальности:
изменить условия работы так, чтобы не приходилось поднимать или опускать объект.

13. Принцип “наоборот”:
а) вместо действия, диктуемого условиями задачи, осуществить обратное действие;
б) сделать движущуюся часть объекта или внешней среды неподвижной, а неподвижную — движущейся;
в) перевернуть объект “вверх ногами”, вывернуть его.

14. Принцип сфероидальности:
а) перейти от прямолинейных частей к криволинейным, от плоских поверхностей к сферическим, от частей, выполненных в виде куба и параллелепипеда, к шаровым конструкциям;
б) использовать ролики, шарики, спирали;
в) перейти от прямолинейного движения к вращательному, использовать центробежную силу.

15. Принцип динамичности:
а) характеристики объекта (или внешней среды) должны меняться так, чтобы быть оптимальными на каждом этапе работы;
б) разделить объект на части, способные перемещаться относительно друг друга;
в) если объект в целом неподвижен, сделать его подвижным, перемещающимся.

16. Принцип частичного или избыточного действия:
если трудно получить 100% требуемого эффекта, надо получить “чуть меньше” или “чуть больше” — задача при этом существенно упростится.

17. Принцип перехода в другое измерение:
а) трудности, связанные с движением (или размещением) объекта по линии, устраняются, если объект приобретает возможность перемещаться в двух измерениях (т. е. на плоскости). Соответственно задачи, связанные с движением (или размещением) объектов в одной плоскости, устраняются при переходе к пространству в трех измерениях;
б) использовать многоэтажную компоновку объектов вместо одноэтажной;
в) наклонить объект или положить его “на бок”;
г) использовать обратную сторону данной площади;
д) использовать оптические потоки, падающие на соседнюю площадь или обратную сторону имеющейся площади.

18. Принцип использования механических колебаний:
а) привести объект в колебательное движение;
б) если такое движение уже совершается, увеличить его частоту (вплоть до ультразвуковой);
в) использовать резонансную частоту;
г) применить вместо механических вибраторов пьезовибраторы;
д) использовать ультразвуковые колебания в сочетании с электромагнитными полями.

19. Принцип периодического действия:
а) перейти от непрерывного действия к периодическому (импульсному) ;
б) если действие уже осуществляется периодически, изменить периодичность;
в) использовать паузы между импульсами для другого действия.

20. Принцип непрерывности полезного действия:
а) вести работу непрерывно (все части объекта должны все время работать с полной нагрузкой);
б) устранить холостые и промежуточные ходы.

21. Принцип проскока:
вести процесс или отдельные его этапы (например, вредные или опасные) на большой скорости.

22. Принцип “обратить вред в пользу”:
а) использовать вредные факторы (в частности, вредное воздействие среды) для получения положительного эффекта;
б) устранить вредный фактор за счет сложения с другими вредными факторами;
в) усилить вредный фактор до такой степени, чтобы он перестал быть вредным.

23. Принцип обратной связи:
а) ввести обратную связь;
б) если обратная связь есть, изменить ее.

24. Принцип “посредника”:
а) использовать промежуточный объект, переносящий или передающий действие;
б) на время присоединить к объекту другой (легкоудаляемый) объект.

25. Принцип самообслуживания:
а) объект должен сам себя обслуживать, выполняя вспомогательные и ремонтные операции;
б) использовать отходы (энергии, вещества).

26. Принцип копирования:
а) вместо недоступного, сложного, дорогостоящего, неудобного или хрупкого объекта использовать его упрощенные и дешевые копии;
б) заменить объект или систему объектов их оптическими копиями (изображениями). Использовать при этом изменение масштаба (увеличить или уменьшить копии);
в) если используются видимые оптические копии, перейти к копиям инфракрасным и ультрафиолетовым.

27. Принцип дешевой недолговечности взамен долговечности:
заменить дорогой объект набором дешевых объектов, поступившись при этом некоторыми качествами (например, долговечностью).

28. Принцип замены механической схемы:
а) заменить механическую схему оптической, акустической или “запаховой”;
б) использовать электрические, магнитные и электромагнитные поля для взаимодействия с объектом;
в) перейти от неподвижных полей к движущимся, от фиксированных — к меняющимся во времени, от неструктурных — к имеющим определенную структуру;
г) использовать поля в сочетании с ферромагнитными частицами.

29. Принцип использования пневмо- и гидроконструкций:
вместо твердых частей объекта использовать газообразные и жидкие: надувные и гидронаполняемые, воздушную подушку, гидростатические и гидрореактивные.

30. Принцип использования гибких оболочек и тонких пленок:
а) вместо обычных конструкций использовать гибкие оболочки и тонкие пленки;
б) изолировать объект от внешней среды с помощью гибких оболочек и тонких пленок.

31. Принцип применения пористых материалов:
а) выполнить объект пористым или использовать дополнительные пористые элементы (вставки, покрытия и т. д.);
б) если объект уже выполнен пористым, предварительно заполнить поры каким-то веществом.

32. Принцип изменения окраски:
а) изменить окраску объекта или внешней среды;
б) изменить степень прозрачности объекта или внешний среды.

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

34. Принцип отброса и регенерации частей:
а) выполнившая свое назначение или ставшая ненужной часть объекта должна быть отброшена (растворена, испарена и т. д.) или видоизменена непосредственно в ходе работы;
б) расходуемые части объекта должны быть восстановлены непосредственно в ходе работы.

35. Принцип изменения физико-химических параметров объекта:
а) изменить агрегатное состояние объекта;
б) изменить концентрацию или консистенцию;
в) изменить степень гибкости;
г) изменить температуру.

36. Принцип применения фазовых переходов:
использовать явления, возникающие при фазовых переходах, например, изменение объема, выделение или поглощение тепла и т. д.

37. Принцип применения теплового расширения:
а) использовать тепловое расширение (или сжатие) материалов;
б) использовать несколько материалов с разными коэффициентами теплового расширения.

38. Принцип применения сильных окислителей:
а) заменить обычный воздух обогащенным;
б) заменить обогащенный воздух кислородом;
в) воздействовать на воздух и кислород ионизирующим излучением;
г) использовать озонированный кислород;
д) заменить озонированный кислород (или ионизированный) озоном.

39. Принцип применения инертной среды:
а) заменить обычную среду инертной;
б) вести процесс в вакууме.

40. Принцип применения композиционных материалов:
перейти от однородных материалов к композиционным.

Использование ТРИЗ в IT-технологиях

ТРИЗ начинает активно использоваться в IT-технологиях, особенно используются такие инструменты ТРИЗ, как «устранение технических противоречий», понятие «идеальной системы» и «идеальной программы». ТРИЗ критериями качественной разработки являются увеличение функциональности при одновременном сокращении программного кода; возможность сопровождения разработанной программы специалистом с меньшей квалификации, чем ее разработчик.