Главная

Популярная публикация

Научная публикация

Случайная публикация

Обратная связь

ТОР 5 статей:

Методические подходы к анализу финансового состояния предприятия

Проблема периодизации русской литературы ХХ века. Краткая характеристика второй половины ХХ века

Ценовые и неценовые факторы

Характеристика шлифовальных кругов и ее маркировка

Служебные части речи. Предлог. Союз. Частицы

КАТЕГОРИИ:






Задача 1.27. Разлив металла




Разлив жидкого металла из ковша осуществляется из донного отверстия под действием гравитации (рис. 1.20).

Такой разлив осуществляется неравномерно, так как зависит от высоты столба жидкого металла (от гидростатического напора). Как сделать разлив равномерным?


Задача 1.28. Абразивная обработка

Аппарат для абразивной обработки деталей сложной формы представляет собой коаксиально расположенные две трубы. По внутренней трубе движется воздух, а по наружной - частицы абразива. На конце наружной трубы расположено сопло, формирующее струю абразива (см. рис. 1.21). Сопло быстро изнашивается, и его приходится менять. Как сделать не изнашиваемое сопло?

Обычно стараются сопло делать из более износостойких материалов, но даже и они изнашиваются, а стоимость таких материалов значительно больше.

Подводное крыло

При движении судна на подводных крыльях, на крыле, вследствие кавитации, образуется эрозия (разъедание материала) и крыло теряет свою эффективность (рис.1.22). Как быть?

Нить для платья

Моды постоянно меняются, и вот пришла мода делать платья из большого количества кусков материалов различного цвета или из материалов с разноцветными рисунками.

Но как подобрать цвет нитки, чтобы шов не был виден?

[править] Разбор задач по основной линии АРИЗ


Задача 1.18. Шаровая молния (продолжение).

1. Поверхностное противоречие (ПП).

ПП: Нужно не допустить порчу камеры. Нежелательный эффект – анти А (порча камеры). Требование А – качество камеры (камера не испорченная).

2. Углубленное противоречие (УП).

2.1. УП1: Если мощность электромагнитного поля большая, то создается нужная (мощная) шаровая молния, но при этом портится камера.

Б – анти А. Требование Б – мощная шаровая молния. Требование анти А – порча камеры.

2.2. УП2: Если мощность электромагнитного поля маленькая, то не портится камера, но шаровая молния не мощная (не нужная).

А – анти Б. Требование А – камера не испорченная. Требование - анти Б – слабая шаровая молния.

3. Идеальный конечный результат (ИКР).

Мощная шаровая молния (Б) и камера не испорченная (А).

4. Обостренное противоречие (ОП).

4.1. ОП1:Мощность электромагнитное поле должно быть большой (свойство С), чтобы обеспечить мощную шаровую молнию (Б), и должно быть малой (анти С), чтобы не испортить камеру (А).

Продолжим дальше анализ для определения первопричин

4.2. ОП2: Большая мощность электромагнитного поля (свойство С) делает более горячую плазму – шаровую молнию (свойство С1), малая мощность электромагнитного поля (свойство анти С) делает менее горячую плазму (свойство анти С1).

4.3. ОП3: Более горячая плазма (свойство С1) становиться менее плотной (свойство С2), менее горячая плазма (свойство анти С1) более плотная (свойство анти С2)

4.4. ОП4: Менее плотная плазма (свойство С2) более легкая (свойство С3), а более плотная (свойство анти С2) менее легкая (свойство анти С3).

4.5. ОП5: Более легкая плазма (свойство С3) всплывает (свойство С4) и портит камеру, а более плотная (свойство анти С3) не всплывает (свойство анти С4)и не портит камеру, но она не нужна по эксперименту.

4.6. Чтобы плазма не всплывала (свойство анти С4) нужно на нее воздействовать (свойство анти С5), и чтобы плазма всплывала (свойство С4) не нужно на нее воздействовать (свойство С5)

4.7. Краткая формулировка:

Воздействие на плазму должно быть и не должно быть.

5. Решение задачи (РЗ).

5.1. Разделение противоречивых свойств (ОП) в пространстве.

Воздействие на плазму должно быть со стороны стенок камеры (в центр камеры).

5.2. Разделение противоречивых свойств (ОП) во времени.

Воздействие должно быть во все время существования горячей плазмы.

5.3. Разделение противоречивых свойств (ОП) в структуре.

Воздействие создается полем, поэтому необходимо говорить о структуре поля воздействия на плазму (шаровую молнию).

Напомним, что плазма плавает в гелии и плазма легче гелия. В соответствии с законом Архимеда плазма всплывает. Значить структура поля, должна быть такой, чтобы компенсировать силы Архимеда. Для компенсации Архимедовых сил используют крыло и поток или центробежные силы. У нашем случае нет потока, да и крыло в плазме сгорит. Значит нужно использовать центробежные силы.

Контрольный ответ. П.Л.Капица предложил завертеть газ, придавая ему непрерывное вращение, которое осуществлялось воздуходувками, хорошо знакомые всем по домашнему пылесосу. Впрочем, именно домашний пылесос и был использован на первых порах.

Задача 1.19. Запайка ампул (продолжение).

Сформулируем для данной задачи цепочку противоречий и разберем логику АРИЗ.

1. Поверхностное противоречие (ПП).

Сформулируем для данной задачи два ПП.

1.1. ПП1: Нужно ликвидировать порчу лекарства в ампулах. Нежелательный эффект – анти А (испорченное лекарство). Требование А – хорошее лекарство.

1.2. ПП2: Нужно запаять ампулы. Требование Б – запайка ампул.

2. Углубленное противоречие (УП).

2.1. УП1: Если язычок пламени большой, то ампула запаивается, но при этом портится лекарство.

Б - анти А. Требование Б – запайка ампул. Требование анти А – испорченное лекарство.

2.2. УП2: Если язычок пламени маленький, то не портится лекарство, но ампула не запаивается.

А - анти Б. Требование А - хорошее лекарство. Требование - анти Б – не запаивается.

3. Идеальный конечный результат (ИКР).

Запайка ампул (Б) без порчи лекарства (А).

4. Обостренное противоречие (ОП).

4.1. Пламя должно быть большим (свойство С), чтобы обеспечить запайку ампул (Б), и должно быть малым (анти С), чтобы не испортить лекарство (А).

4.2. Краткая формулировка:

Пламя должно быть (свойство С), чтобы обеспечить запайку ампул (Б), и не должно быть (анти С), чтобы не испортить лекарство (А).

5. Решение задачи (РЗ).

5.1. Разделение противоречивых свойств (ОП) в пространстве.

Пламя должно быть большое в верхней части, и должно быть маленьким в нижней части (рис. 1.20).

Верхняя часть пламени должна быть, а нижней части пламени не должно быть (рис. 1.21).

5.2. Разделение противоречивых свойств (ОП) во времени.

Пламя подается импульсами горизонтально.

5.3. Разделение противоречивых свойств (ОП) в структуре.


Используем фазовые переходы структуры. Сейчас около ампулы газ, значит, его нужно сделать или твердым или жидким.

Контрольный ответ. Мы можем налить воды в кассету, выше уровня лекарства (рис. 1.22).


Задача 1.20. Колеса вагонов (продолжение).

1. Поверхностное противоречие (ПП).

ПП: Обточка колес требует снятия и последующего установления колесной пары на что тратится много времени, сил и средств. Нежелательный эффект – анти А (снятие колес). Требование А – колеса не снимаются.

2. Углубленное противоречие (УП).

2.1. УП1: Если обточку производить на токарном станке, то колесную пару нужно снимать, но при этом колеса обрабатываются удобно и точно.

Б – анти А. Требование Б – удобство и точность обработки. Требование анти А – колеса снимаются.

2.2. УП2: Если обточку производить не на токарном станке (на вагоне), то колесную пару не нужно снимать, но при этом непонятно как обрабатывать колеса и обработка не удобная и не точная.

А – анти Б. Требование А – колеса не снимаются. Требование - анти Б – обработка не удобная и не точная.

3. Идеальный конечный результат (ИКР).

Обработка удобная и точная (Б) и колеса не снимаются (А). Токарный станок сам обтачивает колесо, не снимая его с транспорта.

Выделим весь токарный станок кроме резца. Можно не рассматривать и передний суппорт (патрон), так как колеса закреплены на транспорте. Значит, выделенная часть - это устройство подачи резца и привод, вращающий деталь (колесо).

4. Обостренное противоречие (ОП).

4.1. ОП1:Токарный станок должен быть большой (свойство С), чтобы обрабатывать было удобно и точно (Б), и должен быть маленький (анти С), чтобы не снимать колеса (А).

Напомним, что токарный станок состоит из привода, коробки передач, переднего суппорта (патрона), заднего суппорта, устройства подачи резца, станины. Наиболее громоздкие части: станина, коробка передач, привод патрон.

Продолжим дальше анализ для определения первопричин

4.2. ОП2: Чтобы токарный станок был большим (свойство С), он должен содержать все части (свойство С1), а чтобы был маленький (анти С), должен содержать только резец (свойство анти С1).

5. Решение задачи (РЗ).

5.1. Разделение противоречивых свойств (ОП) в пространстве.

Все большие части токарного станка не должны быть на локомотиве или вагоне, но их функции должны выполняться.

5.2. Разделение противоречивых свойств (ОП) во времени.

Обработка колес должна вестись во время движения локомотива и вагонов

5.3. Разделение противоречивых свойств (ОП) в структуре с использованием ресурсов в системе.

Колеса закреплены на транспорте, так, что они выполняют функцию переднего суппорта (патрона). Весь вопрос заключается в приводе. Можно, конечно, установить его на транспорте (вагоне). Да нужно ли это?

Ведь идеальный привод – привода нет, а функция его (вращать колеса) остается. Значит, колеса должны вращаться без специального привода. Функцию привода и коробки передач – вращение колес – может осуществить тепловоз во время движения. Колеса вращаются в процессе движения транспорта. Теперь, по-видимому, уже всем стало очевидным, что резец с системой его подачи необходимо непосредственно установить на колесе, закрепленном на транспорте.

Контрольный ответ. Такое решение предложили работники Ижорского завода. Устройство, предложенное ими, крепится к корпусу тепловоза или вагона и обтачивает бандажи во время движения поезда, на перегонах. Простоя подвижного состава на ремонте колес не стало.

Задача 1.21. Утечка нефти (продолжение).

1. Поверхностное противоречие (ПП).

При потере герметичности цистерны происходит потеря нефти и загрязнение поверхности моря. Как избежать утечки жидкого груза при разгерметизации цистерн?

ПП: Нужно не допустить вылив нефти из танкера при аварии. Нежелательный эффект – анти А (вылив нефти). Требование А – нефть не выливается (нефть в танкере) при аварии.

Вылив нефти значительно уменьшится если сделать большое количество непроницаемых перегородок (каждый отсек сделать очень маленьким.

2. Углубленное противоречие (УП).

2.1. УП1: Если отсеки большие, то легко заливать и выкачивать нефть из танкера, но при этом при аварии много нефти выливается.

Б – анти А. Требование Б – легко заливать и выкачивать нефть (легкость обслуживания и простота устройства танкера). Требование анти А – много нефти выливается.

2.2. УП2: Если отсеки маленькие, то трудно заливать и выкачивать нефть из танкера, но при этом при аварии мало нефти выливается.

А – анти Б. Требование А – мало нефти выливается. Требование - анти Б – трудно заливать и выкачивать нефть (трудность обслуживания и сложность устройства танкера).

3. Идеальный конечный результат (ИКР).

Танкер простой и легкий в обслуживании (Б), а нефть при аварии не выливается (А).

4. Обостренное противоречие (ОП).

4.1. ОП1: Отсеки танкера должны быть большие (свойство С), чтобы танкер был простой (Б), и должно быть малые (анти С), чтобы нефть не выливалась (А). В пределе отсеки должны быть очень большие – полностью с танкер (один отсек) и очень маленькие (с размер одной молекулы нефти). Продолжим дальше анализ для определения первопричин.

4.2. ОП2: Малые отсеки (свойство анти С) должны быть, чтобы удерживать нефть от растекания (свойство анти С1), и отсеки должны быть большие (свойство С), чтобы нефть свободно растекалась (свойство С1) внутри танкера (чтобы танкер сделать простым).

4.3. ОП3: Чтобы нефть не растекалась (свойство анти С1) необходимо воздействие (свойство анти С2) на нефть, и чтобы нефть свободно растекалась (свойство С1) внутри танкера, не нужно воздействия на нефть (свойство С2).

4.4. ОП4: Чтобы было воздействие (свойство анти С2) на нефть, необходимо создавать силы (свойство анти С3), а чтобы не было воздействие (свойство С2) на нефть, не нужно создавать силы (свойство С3).

4.5. Краткая формулировка:

Нужно создавать силы и не нужно создавать силы.

5. Решение задачи (РЗ).

5.1. Разделение противоречивых свойств (ОП) в пространстве.

Силы должны быть направлены от бортов к продольной оси танкера.

5.2. Разделение противоречивых свойств (ОП) во времени.

Силы должны создаваться во время разгерметизации (аварии).

5.3. Разделение противоречивых свойств (ОП) в структуре.

Силы должны создаваться или за счет изменения внутренней структуры емкости (танка) или за счет имеющихся ресурсов.

Контрольный ответ 1. Внутри танкера может быть капиллярно-пористый материал. Тогда даже при полном разрушении танкера нефть не выльется наружу. Это пионерское изменение в конструкции танкеров, поэтому оно требует внешних и внутренних изменений в танкере:

- Нет смысла в жестком корпусе. Именно жесткий корпус танкера "ломается" на высокой волне и разрушается при столкновении с подводными скалами. Корпус должен быть мягким. В идеале в виде пленки, мешка.

- Для эффективной загрузки и выгрузки необходимо использовать капиллярные эффекты (ультразвуковой капиллярный эффект, электрокапиллярный эффект, термокапиллярный эффект, геометрический капиллярный эффект).

5.4. Разделение противоречивых свойств использованием ресурсов.

Нефть должна удерживаться природными силами. Например, давлением воды.

Контрольный ответ 2. Чтобы избежать утечки жидкого груза из трюмов, шведские кораблестроители сконструировали танкер с водяной рубашкой. Сверху донизу вдоль стенок танка свешиваются толстые резиновые или пластмассовые листы. Сначала в танк наливают немного воды, а потом нефть. Под тяжестью нефти вода из донного слоя переливается в пространство между стенкой и резиновой завесой, образуя водяную рубашку. При повреждении корпуса танкера вода не выливается наружу, ее уровень лишь несколько падает – до уровня моря за бортом. Не выливается и нефть.

Задача 1.22. Снятие пружины с оправки (продолжение).

1. Поверхностное противоречие (ПП).

ПП: Пружину трудно снять с оправки. Нежелательный эффект – анти А (трудно снять). Требование А – пружина снимается легко.

2. Углубленное противоречие (УП).

2.1. УП1: Если пружину натягивать с натягом, то пружина получится качественная (нужного диаметра и равномерные витки), но снимать ее с оправки очень тяжело.

Б – анти А. Требование Б – качественная пружина. Требование анти А – трудно снимать.

2.2. УП2: Если пружину натягивать без натяга, то пружина получится не качественная (не нужного диаметра и не равномерные витки), но снимать ее с оправки легко.

А – анти Б. Требование А – легко снимать. Требование - анти Б – не качественная пружина.

3. Идеальный конечный результат (ИКР).

Пружина качественная (Б) и легко снимается с оправки (А). Пружина снимается САМА или оправка САМА ослабляет натяг пружины.

4. Обостренное противоречие (ОП).

4.1. ОП1: Намотка пружины должна осуществляться с натягом (свойство С), чтобы получить качественную пружину (Б), и намотка должна осуществляться без натяга (свойство анти С), чтобы легко снимать (А) пружину с оправки.

4.2. ОП2: Между пружиной и оправкой должно быть сильное взаимодействие (свойство С1), чтобы наматывать с натягом (свойство С), и слабое (отсутствующее) взаимодействие (свойство анти С1), чтобы наматывать без натяга (свойство анти С).

4.3. ОП3: Чтобы обеспечить сильное взаимодействие (свойство С1) между пружиной и оправкой, необходимо создавать силу (свойство С2), а чтобы обеспечить слабое (отсутствующее) взаимодействие (свойство анти С1), не нужно создавать силу (свойство анти С2).

4.4. Краткая формулировка:

Нужно создавать силу и не нужно создавать силу.

5. Решение задачи (РЗ).

5.1. Разделение противоречивых свойств (ОП) в пространстве.

Силы должны быть направлены к оси и от оси оправки.

5.2. Разделение противоречивых свойств (ОП) во времени.

Силы должны быть направлены к оси во время намотки и от оси во время снятия пружины с оправки.

5.3. Разделение противоречивых свойств (ОП) в структуре.

Оправка должна менять свой диаметр. Во время намотки диаметр должен быть необходимого диаметра, а при снятии меньшего диаметра.

5.4. Разделение противоречивых свойств (ОП) использованием эффектов.

5.4.1. Использование геометрических эффектов.

5.4.1.1. Эффект клина.

Контрольный ответ 1. Оправка может быть сделана из двух частей- клиньев (цилиндр, разрезанный по "диагонали"). Когда нужно снимать пружину, клинья раздвигаются в стороны (смещаться друг относительно друга) – диаметр уменьшается и пружина освобождается от оправки.

5.4.1.2. Набор отдельных элементов.

Контрольный ответ 2. Оправка может быть сделана из нескольких прутков. Один из прутков (лучше центральный) вынимается.

5.4.2. Использование физических эффектов.

5.4.2.1. Эффект температурного расширения.

Контрольный ответ 3. Можно, например, наматывать пружину на нагретый стержень. Когда стержень остынет, пружина легко снимется.

Контрольный ответ 4. Достаточно легко сделать наоборот – нагревать пружину, например, подключить ее специальным образом к сварочному трансформатору.

5.4.2.2. БИ-эффект

Более эффективное управление осуществляется использованием этого же эффекта с материалами, у которых различные коэффициенты температурного расширения (так называемый БИ-эффект). Контрольный ответ 5. Материал оправки подбирается с коэффициентом температурного расширения, меньшим, чем коэффициент температурного расширения металла пружины. Если нагреть пружину с оправкой, то пружина расширится больше, и ее можно будет легко снять.

5.4.2.3. Фазовый переход 1-го рода

Фазовый переход 1-го рода – это изменение фазового состояния. Переход от газообразного к жидкому и твердому состоянию и обратно.

Контрольный ответ 6. Оправка полностью или ее внешняя часть делается из легкоплавкого материала. После навивки пружины. Расплавляют оправку.

5.4.2.4. Эффект "памяти формы"

Покажем применение еще одного физэффекта - "памяти фор мы". Определенные материалы, например, никилид титана (нитинол) "вспоминает" заранее заданную форму при конкретной температуре. Контрольный ответ 7. Например, оправка, сделанная из такого материала, при комнатной температуре должна иметь диаметр, необходимый для намотки. При высокой температуре диаметр становится маленьким, и пружина свободно снимается.

5.4.3. Использование химических эффектов.

Продемонстрируем и самый простой химический эффект - горение.

Контрольный ответ 8. Оправку оборачивают легкосгораемым материалом, например, навивают на оправку бумажную ленту и сверху навивают пружину. Затем помещают пружину с оправкой в печь с температурой 400 град. С, - бумага сгорает, и пружина легко снимается.

Задача 1.23. Маховик (продолжение).

1. Поверхностное противоречие (ПП).

ПП: Маховик большого диаметра и массы при больших скоростях вращения разрывается. Нежелательный эффект – анти А (разрыв маховика). Требование А – маховик не разрывается. 2. Углубленное противоречие (УП).

2.1. УП1: Маховик большого диаметра и массы при больших скоростях вращения, запасает много энергии, но при этом разрывается.

Б – анти А. Требование Б – запасать много энергии. Требование анти А – разрыв маховика.

2.2. УП2: Маховик малого диаметра и массы при малых скоростях вращения, запасает мало энергии, но при этом не разрывается.

А – анти Б. Требование А – маховик не разрывается. Требование - анти Б – не запасать энергию (запасать мало энергии).

3. Идеальный конечный результат (ИКР).

Маховик большого диаметра и массы при больших скоростях вращения, запасает много энергии (Б) и не разрывается (А).

4. Обостренное противоречие (ОП).

4.1. ОП1: Маховик должен быть большого диаметра и массы (свойство С), чтобы запасать много энергии (Б) при быстром вращении, и должен быть малого диаметра и массы (анти С), чтобы не разрываться (А).

Можно обостренное противоречие сформулировать и иначе.

4.2. ОП2: На маховик должны воздействовать силы направленные к центру маховика (свойство С1), чтобы не допустить разрыва маховика, и воздействуют силы направленные от центра маховика (свойство анти С), так как возникают центробежные силы.

4.3. Краткая формулировка:

Нужно чтобы диаметр и масса маховика должны быть большими и малыми Силы должны быть направлены к центру и от центра маховика.

5. Решение задачи (РЗ).

5.1. Разделение противоречивых свойств (ОП) в пространстве.

Большая масса должна быть около оси маховика и малая по периферии. Контрольный ответ 1. В начале XX века изобретатели маховиков старались отодвинуть основную массу как можно дальше от центра, не понимая, что при этом центробежным силам тем легче разорвать маховик, чем больше обороты. Инженер самоучка А.Уфимцев поступил иначе. Он сделал диск массивным в центре и утончающимся к периферии. На больших скоростях вращения маховик становится равнопрочным и не разрывается. Соответственно росла энергоемкость маховика. Ее пределом служила прочность материала, из которого сделан диск.

Контрольный ответ 2. Маховик можно сделать в виде колокола и двигатель поместить внутрь его.

5.2. Разделение противоречивых свойств (ОП) во времени.

Силы, направленные к центру маховика должны появляться во время раскручивания маховика. Чем сильнее раскручивается маховик, тем больше должны появляться силы направленные к оси маховика. Контрольный ответ 3. Маховик представляет собой полый тор, заполненный жидкостью и шарами из ферромагнитного материала. Тор надет на ступицу, а на ободе тора закреплен соленоид. Момент инерции маховика можно плавно регулировать, изменяя магнитное поле в соленоиде.

5.3. Разделение противоречивых свойств (ОП) в структуре.

Контрольный ответ 4. Прочность маховика повышается, если его выполнить из туго намотанной и скрепленной стальной ленты.

Контрольный ответ 5. Маховик наматывается из сдвоенных изолированных лент. В процессе работы на ленты подается разноименное напряжение - создается сила прижатия лент друг к другу.

Задача 1.24. Растяжение арматуры (продолжение).

Сформулируем для данной задачи цепочку противоречий и разберем логику АРИЗ.

1. Поверхностное противоречие (ПП).

Сформулируем для данной задачи два ПП.

1.1. ПП1: Нужно не допустить порчу арматуры. Нежелательный эффект – анти А (испорченная арматура). Требование А – хорошая арматура.

1.2. ПП2: Нужно удлинить арматуру. Требование Б – удлинение арматуры.

2. Углубленное противоречие (УП).

2.1. УП1: Если температура большая, то арматура удлиняется, но при этом она портится. Б - анти А.

Требование Б – удлинение арматуры. Требование анти А – испорченная арматура.

2.2. УП2: Если температура маленькая, то не портится арматура, но она не удлиняется.

А - анти Б.

Требование А - хорошая арматура. Требование - анти Б – не удлиняется.

3. Идеальный конечный результат (ИКР).

Удлинение арматуры (Б) без ее порчи (А).

4. Обостренное противоречие (ОП).

Температура должна быть большой (свойство С), чтобы обеспечить удлинение арматуры (Б), и должно быть маленькой (анти С), чтобы не испортить арматуру (А).

5. Решение задачи (РЗ).

5.1. Разделение противоречивых свойств (ОП) в пространстве.

Температура должна быть большой вне рабочей части арматуры (вне формы), и должна быть маленькой в рабочей части арматуры (внутри формы) (рис. 1.23).

5.2. Разделение противоречивых свойств (ОП) во времени.

В данной задаче не осуществимо. В одно и тоже время арматура должна быть сильно и слабо нагрета.

5.3. Разделение противоречивых свойств (ОП) в структуре.

Структура материала той части арматуры, которая сильно нагревается (вне формы) должна быть изменена. Ее нужно сделать из жаропрочной стали. Жаропрочная сталь значительно дороже обыкновенной, но так как вне рабочей зоны арматура не расходуемая, ее можно многократно использовать, то она может быть дорогой – жаропрочной.


Как известно, удлинение D l пропорционально коэффициенту линейного расширения a, разнице температур Dt и первоначальной длине нагреваемого объекта l0.

Поэтому, можно взять арматуру из обычного материала в 2,5-3 раза длиннее и нагревать ее до 400о.

Задача 1.25. Торможение танкера (продолжение).

Сформулируем для данной задачи цепочку противоречий и разберем логику АРИЗ.

1. Поверхностное противоречие (ПП).

Сформулируем для данной задачи ПП.

ПП: При торможении судно проходит большой тормозной путь

Нежелательный эффект - анти А (большой тормозной путь). Требование А – малый тормозной путь.

2. Углубленное противоречие (УП).

УП: Судно имеет требуемые мореходные качества (скорость, маневренность и т. д.), но при торможении судно проходит большой тормозной путь. анти А - Б.

Требование анти А - большой тормозной путь. Требование Б – хорошие мореходные качества.

3. Идеальный конечный результат (ИКР).

Малый тормозной путь (А), хорошие мореходные качества (Б).

Судно само мгновенно останавливается (при необходимости), не ухудшая свои мореходные качества.

4. Обостренное противоречие (ОП).

4.1. ОП1:Сопротивление корпуса судна воде должно быть малым (свойство С), чтобы судно имело хорошие мореходные качества (Б), и большим (анти С), чтобы иметь малый тормозной путь (А).

Сформулируем следующий уровнь ОП, которые должны обеспечить свойства С и анти С.

4.2. ОП2:Чтобы сопротивление корпуса судна воде было малым (свойство С), ширина корпуса судна должна быть малой (корпус должен быть узкий) - свойство С1, а чтобы сопротивление корпуса судна воде было большим (анти С), ширина корпуса судна должна быть большой (корпус должен быть широкий) - свойство анти С1.

Определим альтернативные или более общие свойства, которые должны обеспечить свойства С и анти С.

4.3. ОП3:Чтобы сопротивление корпуса судна воде было малым (свойство С), не должны создаваться дополнительные силы - свойство С2, а чтобы сопротивление корпуса судна воде было большим (анти С), должны создаваться дополнительные силы - свойство анти С2.

5. Решение задачи (РЗ).

5.1. Разделение противоречивых свойств во времени.

Во время торможения ширина корпуса судна большая, во время хода - малая (нормальная).

5.2. Разделение противоречивых свойств (ОП) в пространстве.

В Гданьском политехническом институте (ПНР) носовую часть судна предложили делать раскрывающейся, подобно створкам ворот. При этом тормозной путь сокращается на 35%.

5.3. Разделение противоречивых свойств в структуре.

Раскрывается весь корпус судна (см. рис. 1.24) или обшивка корпуса (фальшборт).

5.4. Разделение противоречивых свойств использованием технологических эффектов. Можно использовать геометрические эффекты.

Если раскрывающийся нос или все судно выполнить в виде эллипсоида, то набегающий поток будет фокусироваться и создавать противопоток.

5.5. Разделение противоречивых свойств использованием ресурсов.

Из имеющихся ресурсов создает силу набегающий поток воды. Частично мы его использовали в предыдущем шаге. Например, можно, чтобы противопоток воды раскручивал турбины, которые могут создавать противопоток различными путями, например:

  • Турбина сама создает противопоток
  • Турбина раскручивает гребной винт, который создает противопоток
  • Турбина использует принцип водомета и т.д.

Задача 1.26. Окраска баллончиков (продолжение).

1. Поверхностное противоречие (ПП).

Сформулируем для данной задачи два ПП.

ПП1: Нужно не допустить нанесение избытка краски на баллончик. Нежелательный эффект - анти А (избыток краски). Требование А – нужное количество краски.

ПП2: Нужно быстро (производительно) окрашивать баллончик. Требование Б – быстрое (производительно) нанесение краски на баллончик.

2. Углубленное противоречие (УП).

2.1. УП1: Если струя краски сильная, то баллончик окрашивается быстро, но при этом наносится избыток краски.

Б – анти А.

Требование Б – быстрая окраска баллончика. Требование анти А – нанесение избытка краски.

2.2. УП2: Если струя краски слабая, то наносится нужный слой краски на баллончик, но при этом окрашивание происходит медленно.

А – анти Б.

Требование А - нужное количество краски. Требование – анти Б – окрашивание происходит медленно.

3. Идеальный конечный результат (ИКР).

Быстрое нанесение (Б) нужного слоя краски (А).

4. Обостренное противоречие (ОП).

4.1. Обостренное противоречие (ОП1).

Струя краски должно быть сильной (свойство С1), чтобы обеспечить быструю окраску (Б), и должно быть слабой (анти-С1), чтобы не наносить избыток краски на баллончик (А).

4.2. Краткая формулировка (ОП2).

Струя краски должна быть (С2) и струя краски не должна быть (анти-С2).

4.3. ОП3. Для обеспечения свойства С2 должна быть сила направленная к баллончику, а для обеспечения свойства анти-С2 должна быть сила направленная от баллончика

5. Решение задачи (РЗ).

Разделение противоречивых свойств (ОП) в пространстве.

Сила, направленная к баллончику, должна быть только для слоя 1 (рис. 1.25), а для всех остальных слоев (2, 3, 4 и т.д.) должна быть сила нулевая или направленная в противоположную сторону - от баллончика. Слой 1 – минимально необходимый слой.

5.1. Разделение противоречивых свойств (ОП) во времени.

До нанесения слоя 1 сила должна быть направлена к баллончику, после нанесения слоя 1 (слои 2, 3, 4 и т.д.) должна быть направленная от баллончика.

5.2. Разделение противоречивых свойств (ОП) в структуре.

В данной задаче этот шаг не используется.

Вводим новые виды разделения противоречий (использование ресурсов и использование технологических эффектов).

5.3. Разделение противоречивых свойств (ОП) за счет использование ресурсов. В данной задаче необходимо использование сил (полей), поэтому мы, прежде всего, должны выявить полевые ресурсы. В качестве полевых ресурсов имеются струя краски (движение частиц краски с помощью сжатого воздуха) и поле вращения баллончика.

Струя краски уже использована для нанесения необходимого слоя на баллончик (сила направленная к баллончику). Необходимо создание силы, направленной от баллончика. Такую силу могут создать центробежные силы.

Контрольный ответ. Баллончик окрашивают большой струей краски (окунают в краску) и вращают. Центробежная сила сбрасывает лишнюю краску. Толщиной слоя управляют, регулируя скорость вращения баллончика.

Задача 1.27. Разлив металла (продолжение).

1. Поверхностное противоречие (ПП).

ПП: Разлив жидкого металла через донное отверстие из ковша осуществляется неравномерно. Нежелательный эффект - анти А (неравномерный разлив). Требование А – равномерный разлив.

2. Углубленное противоречие (УП).

УП: Жидкий металл выливается самостоятельно (с помощью силы гравитации), но неравномерно.

Б – анти А

Требование Б – самостоятельный вылив металла.

Требование анти А – неравномерный разлив.

3. Идеальный конечный результат (ИКР).

Жидкий металл выливается самостоятельно (Б) и равномерно (А).

4. Обостренное противоречие (ОП).

4.1. ОП1: Толщина металла (высота столба жидкого металла) должна быть постоянной (свойство С), чтобы разлив был равномерный (А), и должна быть переменной (свойство анти С), так как металл выливается самостоятельно (Б) (через донное отверстие).

4.2. Краткая формулировка (ОП2).

ОП2: Высота столба жидкости должен быть постоянной и переменной.

5. Решение задачи (РЗ).

5.1. Разделение противоречивых свойств во времени.

Во время разлива высота столба жидкого металла должна быть постоянной. 5.2. Разделение противоречивых свойств (ОП) в пространстве.

Над донным отверстием высота столба жидкого металла должна быть постоянной.

5.3. Разделение противоречивых свойств в структуре. Чтобы сделать разлив равномерным необходимо компенсировать действие силы гравитации, т.е. воздействовать на жидкий металл другим (не гравитационным) полем.

5.4. Разделение противоречивых свойств (ОП) использованием физических эффектов. Контрольный ответ 1: Высоту металла над отверстием разливочного ковша (гидростатический напор) можно регулировать с помощью центробежных сил. Т.е. необходимо вращать металл в ковше. Это можно осуществить или механически, вращая ковш или металл электромагнитным полем. Легче вращать металл, чем вращать тяжелый ковш.

Задача 1.28. Абразивная обработка (продолжение).

1. Поверхностное противоречие (ПП).

ПП: Сопло быстро изнашивается, и его приходится менять

Нежелательный эффект - анти А (износ сопла). Требование А – сопло не изнашивается.

2. Углубленное противоречие (УП).

УП: Сопло направляет поток абразива (формирует струю), но из-за трения абразива о стенки сопла оно быстро изнашивается.

Б – анти А

Требование Б – направление потока абразива.

Требование анти А – износ сопла.

3. Идеальный конечный результат (ИКР).

Сопло направляет поток абразива (формирует струю) (Б) и не изнашивается(А).

4. Обостренное противоречие (ОП).

4.1. ОП1: Сопло должно соприкасаться (свойство С) со струей абразива, для формирования струи (Б), и не должно соприкасаться (свойство анти С) со струей абразива, чтобы не изнашиваться (А).

4.2. Краткая формулировка (ОП2).

ОП2: Контакт между соплом и абразивом должен быть и не должен быть.

5. Решение задачи (РЗ).

5.1. Разделение противоречивых свойств во времени.

Не разрешается.

5.2. Разделение противоречивых свойств (ОП) в пространстве.

Не разрешается.

5.3. Разделение противоречивых свойств в структуре.

Контакт должен осуществляться через посредник или не осуществляться совсем Опишем некоторые из возможных решений.

Таким образом, имеется два направления решения:

1. Сопло должно удерживать на внутренней поверхности частицы абразива 1.1. Частички удерживаются с помощью вакуума. Контрольный ответ 1. Сопло представляет собой сетку, на которой создается отсос (вакуум). Частички абразива притягиваются к сетке (рис.1.26). Теперь сопло (сетка) "защищены" частичками абразива. Когда эти частички изнашиваются, на их месте появляются новые из потока. Вакуум в данном изобретении создается за счет имеющегося потока воздуха. Для этого сделан канал 8. Схема действия этого физического явления показана на рис. 1.27. Поток газа или жидкости, походящий перпендикулярно концу трубки создает в ней отсос (вакуум).

 

1.2. Частички удерживаются с помощью магнитного поля. Контрольный ответ 2. Абразив может быть выполнен ферромагнитным, например, спечен с ферромагнитными частицами. Сопло выполняется магнитным. Частички притягиваются к соплу. Остальное аналогично п. 1.1. 1.3. Частички удерживаются за счет сил гравитации и трения. Контрольный ответ 3. В сопле могут быть сделаны "кармашки" 10 для абразива (рис. 1.28). Тогда струя абразива будет тереться о частицы застрявшего абразива, и застрявшие частицы будут предохранять сопло от истирания (рис. 1.29). Остальное аналогично п.1.1.

2. Частички абразива не должны допускаться к стенкам сопла или отталкиваться от него. Контрольный ответ 4. В стенках сопла имеются направляющие для сжатого воздуха. Они расположены тангенциально с наклоном к выходу сопла (рис. 1.30). Через направляющие подается сжатый воздух, который отталкивает частички абразива от стенок сопла.


Кроме того, струи воздуха закручивают поток абразива и формируя струю. При определенной конструкции и давлении воздуха, можно отказаться от основной струи воздуха. Контрольный ответ 5. Проще всего поменять местами воздух и абразив (рис. 1.31).

1.29. Подводное крыло (продолжение). 1. Поверхностное противоречие (ПП). ПП: Поток воды портит подводное крыло, и его приходится ремонтировать Нежелательный эффект - анти А (потрит крыла). Требование А – крыло не изнашивается. 2. Углубленное противоречие (УП). УП: Поток воды с помощью подводного крыла поддерживает судно, но создает кавитацию и портит подводное крыло. Б – анти А Требование Б – поддерживает судно. Требование анти А – портит крыло. 3. Идеальный конечный результат (ИКР). Поток воды с помощью подводного крыла поддерживает судно (Б) и не изнашивает (А) подводное крыло. 4. Обостренное противоречие (ОП). 4.1. ОП1: Крыло должно соприкасаться (свойство С) с потоком воды, для поддержания судна (Б), и не должно соприкасаться (свойство анти С) с потоком воды, чтобы не портить крыло (А). 4.2. Краткая формулировка (ОП2). ОП2: Контакт между крылом и потоком воды должен быть и не должен быть. 5. Решение задачи (РЗ). 5.1. Разделение противоречивых свойств во времени. Не разрешается. 5.2. Разделение противоречивых свойств (ОП) в пространстве. Не разрешается. 5.3. Разделение противоречивых свойств в структуре. Контакт должен осуществляться через посредник или не осуществляться совсем Контрольный ответ 1: Для предупреждения кавитационной эрозии гидродинамических профилей, например, подводных крыльев, защитный слой создают непрерывным намораживанием на поверхности корки льда (рис. 1.32) По мере ее разрушения от кавитации, толщину защитного слоя поддерживается в установленных пределах, исключающих оголение поверхности и ее эрозию под действием кавитации ".

Контрольный ответ 2: Крыло будем нагревать (рис. 1.33). Вокруг него будет образовываться паровой пузырь (паровая каверна). Каверна позволит не только предохранить крыло от эрозии, но и позволить уменьшить сопротивление движению крылу в воде.

Контрольный ответ 3: Может быть использована сама вода. В крыле можно сделать сквозные вертикальные каналы (рис. 1.34).

За счет разности давлений на верхней Р1 и нижней Р2 поверхностях крыла вода поднимается по каналам и обтекает крыло "смывая" кавитационные пузыри. Контрольный ответ 4: Можно на поверхности крыла сделать лунки (рис. 1.35). Поток воды будет закручиваться в них, и образуемый слой воды не будет допускать кавитационные пузыри к поверхности крыла.

Контрольный ответ 5: Можно изменить форму крыла, так чтобы кавитационные пузыри образовывались только на задней кромке крыла и потоком воды выносились за его пределы. Таким образом, всхлопывание пузырей будет происходить не на крыле (рис. 1.36). Контрольный ответ 6: Можно изменить форму крыла, так чтобы оно само создавала воздушную каверну. Это осуществляется за счет создания суперкавитации. Передняя часть крыла делается тупой. Возникает удар, который разбивает поток воды, и он как бы обходит крыло (рис. 1.37).


Контрольный ответ 7: Такое же решение применяется в быстро идущих торпедах (рис. 1.38). Они делаются "тупорылыми" или к ним на нос приделывается специальная "тарелка", которая создает суперкавитацию и вода как бы расступается.

1.30. Нить для платья (продолжение). 1. Поверхностное противоречие (ПП). ПП: Нужно чтобы не был виден шов на ткани со многими цветами Нежелательный эффект - анти А (виден шов). Требование А – не виден шов. 2. Углубленное противоречие (УП). 2.1. УП1: Если нитка одного цвета (одна нить), то легко шить платье, но при этом шов виден на участках ткани отличающейся от цвета нитки. Б – анти А. Требование Б – легко шить. Требование анти А – виден шов. 2.2. УП2: Если нитка разного цвета (много ниток - шьют малыми кусочками разноцветных ниток, соответствующих цвету каждого участка ткани), то трудно шить платье, но при этом шов не виден. А – анти Б. Требование А – шов не виден. Требование – анти Б – трудно шить. 3. Идеальный конечный результат (ИКР). Шьется одной ниткой (легко шить) путь (Б), шов не виден (А). 4. Обостренное противоречие (ОП). 4.1. ОП1: Нить должна быть одного цвета - одна нить (свойство С), чтобы легко шить (Б), и разного цвета – разные куски нити (анти С), чтобы не был виден шов (А). 5. Решение задачи (РЗ). 5.1. Разделение противоречивых свойств во времени. Не разрешается. 5.2. Разделение противоречивых свойств (ОП) в пространстве. На каждом участке нить должна принимать свой цвет. 5.3. Разделение противоречивых свойств в структуре. Контрольный ответ 1: Использовать бесцветную капроновую нитку.

 






Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском:

vikidalka.ru - 2015-2024 год. Все права принадлежат их авторам! Нарушение авторских прав | Нарушение персональных данных