Программа курса (стр. 6 )

Человек, работающий на тракторе, каждое утро ездит на меi ро.

Тысячелетия человек Мечтал создать такую технику как Метро и трактор.

Трактор y человека Является средством для строительства мет­pо.

Если Трактор перемещается по поверхности, то метро распо­ложено под землей, хотя оба они управляются человеком.

Если для Трактора человек предусмотрел свободу передвиже­ния, то в метро поезда перемещаются только по путям. И так далее.

ЗАДА ЧА 24.2. Тысячи машин движутся по дорогами авто­страдам больших городов. Шум, создаваемый на выхлопной тру­бе каждой из них, рождает большие проблемы. Поэтому авто­стpады выносят за город, создают специaльные шумогасящие эк­раны вдоль дорог. Но это Не всегда помогает, да и удовольствие это дорогое. Конечно, сегодня разрабатываются автомобили бу­дущего, в которых применяются различные накопители Энергии маховики, аккyмуляторы, солнечные батареи и т. д., но это в бу­дущем. Сейчас автомобильный парк насчитываeт миллионы ма­шин и защита всех дорог невозможна. Как быть?

ОТВЕТ: Американские инженеры предложили электронны г1 глушитель. Электронная схема измеряет уровень шума на выxоде u создает противоположно направленные по фазе звуковые волны такой же интенсивности. В результате интерференции выхлаг становится бесшумным.

ЗАДА ЧА 24.3. Предложите мeтод борьбы с хищениями книг и журналов из публичных библиотек.

ОТВЕТ: В английском патенте предложено вставлять в ко­решок книги тонкую магнитную пластинку или нанести на него краску c магнитными зернами. В этом случае книга, уносимая зло­умышленником изменит в дверях напряженность магнитного поля, a датчики, зафиксировав это изменение, подадут сигнал тревоги. Книга сама себя сохранила! Для ее выноса нужно вернуться к биб‑

яцотекарю, кoторый положит книгу на стол-индуктор, где она размагнитится u "позволит" себя вынести из помещения.

Вариант Проведения п.3

Разбор учебной задачи c целью проведения морфологиче­

ского анализа.

ЗАДА УА 24.4. Составьте таблицу, в которой по горизонта­ли и вертикали будут перечислены: механическое Движение, вьг­пеление тепла, химические реакции, электpомагнитные вoлны, 9лектрический ток, атомная энергия. B каждой Клетке таблицы нужно привести примеры технических решений преобразователей чпергии. B таких клетках разместятся, например, электрический тpансформатор, газосветная лампа, батарея парового отопления, тепловая труба, лампа накаливания, конденсатор и т. п. (список продолжить самостоятельно).

ЗАДА ЧА 24.5. Составьте морфологический ящик, где ос­новны еоси - органы чувств человека, на которые можно воздей­ствовать, a aльтeрнативы - то, чем можно воздействовать на эти органы.

Вариант. проведения n.4

Разбор учебной задачи на синтез технического решения.

ЗАДАЧА 24.6. Провести исследование таких объектов как: п) подшипник; б) лифт.

ОТВЕТЫ: 24.6а. Подшипник - часть опоры вала или вра­щающейся оси, воспринимакэщая от них радиальные, осевые или радиально-осевые нагрузки и обеспечивающая их свободное Вращение. Подшипники могут быть раздeлены на oсновные клас­сы по принципу взаимодействия (связи) вращающегося и непод­вижного элементов. Такая связь Может быть контактной (трение скольжения - А,, тpение еачения - А2) и бесконтактной - Аз. Дета­лизация рабочих органов имеет смысл только при выборе Кон­кретного класса. Самым общим делением Может быть выявление классов возобновляемых - В, и невозо6новляемых - Б2 рабочих органов. Также важным для характеристики подшипника Являет­ся уточнение вида воспринимаемой нагрузки. Нагрузки могут бь4ть радиaльными - В,, осевыми - в2 и Таким образом, в самом общем виде морфологический ящик для подшипников будет Иметь вид: Аi, A2, Аз, В1, В2, В1, Н2, Вз.

Ящик включает в себя 18 вариантов. Комбинация А2, В2, H, описывает классический подшипник качения. Комбинация Аз, 1;1, B, содержит в себе газодинамические подшипники, a комбинации Аз, В2, В2 дает общую формулу магнитного бесконтактного поп. шипника.

24.66. Лифт - стационарный подъемник прерывного деист вия c вертикальным движением кабины или платформы по жест­ким направляющим, установленным в огpажденной со всех сто­рон шахте.

Общая характеристика лифтов, используемых в жилых до‑

мах, должна включать в себя следующие составляющие:

- место установки шахты (внутри дома - А1, снаружи, y

внешней стены дома - A2, вне дома - Аз);

- способ перемещения кабины (тросовая система - ВI, дви­жение по направляющим c помощью колесной системы - B2, рс активная система - Вз);

- вид управления (автоматический В!, ручной - В2);

- источник энергии (вынесенньий - Г~, мобильный - Г2, мус кульная сила пассажиров - Гз).

B этом случае морфологический ящик будет иметь вид: А,, А2, Аз, В,, В2, Вз, В1, В2, Г,, г2, Гз. Он включает в себя 54 варианта.

Для перехода к самостоятельной работе учащихся могу-1 быть выбраны cамые разнообрaзные задачи (с учетом подготав­ливаемой профессии и посильности).

ЗАДА ЧА 24.7. Разработайте МЯ на основные виды соеди ~НА металлических деталей.

ЗАДА ЧА 24.8. Разработайте МЯ на основные виды Соеди­нения СТОЛЯРНЫХ элементов.

ЗАДА цА 24.9. Разработайте МЯ на механические передачи вращательного движения.

ЗАДАЧА 24.10. Составьте морфологический ящик на све‑

тильники.

ЕСЛИ преподаватель Сочтет нужным, задания могут быть индивидуальными, нов любом случае должна выдерживаться по­следовательность пунктов 5.1-5.5 плана урока.

Для коллективного синтеза задачи может быть рекомендо­вана задача, приведенная ниже.

°L ЗАДА ЧА 24.11. Констpуктоpы часов создали множество ва­риантов механизма. Что же касается внешнего оформления, то в г г ОМ успехи скромнее: кpуглый, овальный или квадpатный ци­фсрблат; прямые или фигурные стрелки; цифровая индикация, появившаяся в последние годы.

Составьте МЯ, взяв в качестве осей элементы оформления часов: корпус, циферблат, цифры, стрелки. Отберите варианты оформления, Подходящие для использования в жилых, учeбных и iнроизводственных помещениях, в общеcтвенных местах (площади, вокзaлы, кинотеатры и т. п.).

Завершает занятие домашнее задание, содержание которого

определяет преподаватель.

УРОК 25. Понятие o вепопе. Анализ и решение задач c помощью вепольного анализа.

Основные понятия технических полей

f Zлаи-конспект

Цели урока:

Познакомить учащихся c использованием Свойств технических полей; c вещественно-полевым подходом в решении техниче­ских задач,

Воспитывать умение видеть за изложением проблемы ее внут­реннюю структуру.

Развить способность представления Технической задачи в виде

стpуктурных элементов.

Метод проведения: практическое занятие под руководством

и Контролем преподавателя.

Материально-техническое обеспечение:

Плакат "Вепольный анализ".

Плакат "МАТХЭМ".

Плакат "Тепловые поля".

Плакат "Электростатические поля".

Диапозитив "Использование магнитов".

б. Диапозитив "Использование магнитных жидкостей".

ТIодборка задач для решения c помощью веполей.

Кодограмма "Основные обозначения в вепольном анализе".

Карточки-задания на построение веполей.

Литература для Преподавателя: 8, 50, 84.

схосЭ урока

Организационная часть.

Упражнение по изучению и закреплению материала.

2.1. Понятие веполя как представление сложных реaльных тех нических систем в виде простых моделей, построенных и I различных веществ и полей.

2.2. Графическое обозначение веполя и основные обозначения. 2.3. Связь вепольного анализа c ММЧ.

2.4. Понятие технического поля.

2.5. Области применения технических полей.

2.6. Подведение итогов и оценка участия в работе.

ооСоставить вепольные формулы задач по подбору пре-

подавателя.

метогЭические реко.,и, ендации

Несмотря на знакомства учащихся c инструментами АРИЗ, учитель Должен понимать, что материал не очень простой и до­полнительное разъяснение особенностей и некоторых правил ве­польного анализа не будет излишним.

Подход к вепольному анализу и понятию веполя целесооб­разно начать со следующих аналогий:

Простейшей геометрической фигурой в математике явля­ется треугольник, из которого можно получить фигуру любой степени сложности и, зная расчeтные формулы треугольника, произвести расчет любой фигуры.

Простейшая молекула состоит из двух химических эле­ментов, соединенных химической связью (химическим полем), то есть структура такой молекулы содержит три составляющих: два

элемента и поле. В химии также принято условное обозначение

(графическое обозначение) элементов и их связей.

После этого можно перейти к техническим системами дать понятие минимально работоспособной ТС в виде:

П

В2

Целесообразно обратить внимание учащихся на то, что мы изображаем модель, которая не всегда похожа на реальнь й объ­ект, ведь "изобретательский" треугольник, называемый веполем,

is Имеет углов при вершине, Нет у него высот и медиан. Зато он обязательно должен содержать в себе два вещества и поле. Необ­ходимо объяснить, что под полем будем понимать некоторое взаимодействие, обеспечивающее получение нужного нам резуль­тата. Тем самым расширяется понятие физического поля.

Используя плакаты, надо показать какие применения в тех­нике имеют те или иные поля.

Учащимся необходимо напомнить основные рекомендации И характерные правила вепольного анализа (ВА). Одна из реко­мендаций ВА: неполный веполь должен быть достроен до полно­го, эффективнее всего правило действует, если по условиям зада­чи дан один элемент. Поэтому применяя вепольный анализ, сле­дует стремиться c помощью разных приемов (в Т. Ч. искусствен­ных) свести задачу к схеме "дан один элемент".

Вот несколько характерных правил:

Если вещество (изделие или его часть, объект, заготовка и т. д.) не обладает или обладает в слабой степени каким-либо Свой­ством, то задачи решаются добавкой второго вещества или поля, обладающих тpебуемыми свойствами, то есть если вещество "плохое" (в каком либо отношении), добавь к нему "хорошее".

1.1. Если вещество плохо обнаруживается, надо добавить легкообнаруживаемое.

1.2. Если вещество плохо поддается обработке, легко де­формируется и т. д., нужна добавка, делающая его на необходи­мое время хорошо поддающимся обработке (твердым, прочным и т. д.). После обработки добавка убирается.

1.3. Если вещество плохо управляется, нужна добавка, де­лающая его легкоуправляемым. Например, добавка, взаимодей­ствующая c магнитом (то есть используется хорошо взаимодейст­вующая пара (Пм магнитное поле - Вф ферромагнетики).

Вепольная система недостаточно работоспособна. Ее эф­фективность может быть повышена, если "плохое" поле заменить иным (обычно хорошо управляемым), например, магнитным.

Если вещество настолько "плохое", что вводить добавки в него нельзя, используют "хитpые" добавки:

- добавку вводят в сверхмалых дозах;

- вместо внутренней добавки используют наружную;

- добавку вводят на время;

- добавку вводят в химическом состоянии, обеспечивающем в дальнейшем его простое удаление;

- добавляют Не вещество, a поле (электpизуют, намагничивают)

Если нужно ввести большое количество Вещества, a СД(' лать это нельзя, вводят "пустоту" в виде нaдувных конструкций или пены.

Если вещество при подвижном взаимодействии c другим Веществом создает нежелательный эффект (она "плохое" - прили паeт, разбивает, истирает и т. д.), надо разгородить их Третьим Веществом, являющимся, например, видоизмененным пeрвым или вторым.

B результате знакомства c правилами, учащиеся дoлжны ус­воить, что связи физики и техники неразрывны, и что понимание и знание физических законов даже на уровне школьной програм­мы поможет решать сложные задачи.

Как обычно, после того как материал изучен (повторен), необходимо его закрепление в процессе упражнений - самостоя­тельной работы учащихся по решению задач. Преподаватель вправе выбрать любые задачи-проблемы. Мы предлагаем не­сколько задач на вепольный анализ (ВА).

ЗАДА ЧА 25.1. Из глубоких шахт часто приходится откачи­вать большое количество воды - она мешает добытчикам в шах­тах. И, конечно, поднимать ее на поверхность чистой выгоднее во всех отношениях: она не загрязняет водоемы, электроэнергии на откачку пойдет меньше. Главная проблема здесь - фильтр, со­стоящий из набора металлических сеток. Самый совершенны й фильтр со временем забивается и перестает работать, что требует остановки насосной станции и проведения очистки фильтра. Можно откачивать воду и загрязненную, но тогда потребуются большие затpаты на отcтойные бассейны, дорогие песчаные фильтpы. Как быть?

ОТВЕТ: Мы имеем классический случай для вепoльного анали­за.. вещество В, - вода, вещество В1 - твердые частицы примесей и "плохое" поле П, не справляющееся c задачей разделения веществ в течение всего времени прохождения через него. Надо повысить эф­фективность системы (правило 2). B Московском горном инсти­туте роль надежного "дворника" при фильтре предоставили ин­фразвуку. B навой конструкции акустическая волна постоянно от­талкивает твердые частицы от фильтра, заставляя их оседать на дно установки.

ЗАДА ЧА 25.2. Известно, что замораживание - cамый древ­ний способ сохранения продуктов. Вместе c тем давно замечено, что чем Мельче кристaллики льда, тем полнее сохраняются пита‑

I СЛьные свойства. Гранулировать капельки воды и засыпать ими продукты дорого. Как быть?

ОТВЕТ: B данном случае Вещество не меняется, как не меня­ются u традиционные холодильные установки. Нужна добавка в мгполь (правило 1), достигающая требуемых свойств. Размерами u Количеством кристалликов льда можно управлять, если одновре­менно c установками холода помеищть систему в постоянное маг­нитное поле.

ЗАДА ЧА 25.3. Первый отражательный телескоп-рефлектор

изготовил собственноручно великий Исаак Ньютон. Главная

формирующая часть такого телескопа - вогнутое зеркало. До сих пор изготовление его очень трудоемко, так как для придания по­нерхности идеальной сферической формы требуется ряд сложных Операций шлифовки и полировки. предложил построить телескоп c жидким зеркалом из ртути. Этот способ был

Обоснован на способностях жидкостей, при вращении сосуда c

постоянной скоростью вокруг своей оси, создавать поверхности в форме правильного параболоида за счeт центробежных сил. Но жидкое зеркало нельзя поворачивать вслед за Движением Наблю­даемого светила по небосклону, так как сила тяжести будет ПО­СТОЯННО нарушать, перестраивать форму поверхности зеркала. Как быть?

ОТВЕТ: Судя по условию задачи, "плохим" Является вещест­во, которое в данном случае u нужно заменить. Предложено в ка­честве жидкости использовать эпоксидную смолу. Во вращающем­ся сосуде она твердеет, a поверхность после этого покрывают тонким слоем металла (амальгамой).

ЗАДА ЧА 25.4. Для многочисленных строек необходимо До­быть достаточное количество щебня. Существующий способ до­бычи и получения щебня СОСТОИТ из операций его добычи, после­дующего дро6леиия и мойки, где отделяют щебень от глины. Да­же в среднем карьере, выпускающем до миллиона кубических метров щебня в год, необходимо затратить громадное количество воды. При этом тpадиционные емкости - корыта - занимают зна­чительные площади. Это нерационально и дорого. Как быть?

ОТВЕТ: B правиле 5 содержится прямая подсказка. B реаль­ном решении предложено навстречу потоку воды u привезенной из карьера горной массы направлять поток инфразвуковых волн. Дви­жению щебня звуковая волна Помешать нее силах, зато частицы

глины надежно задерживаются. Соответственно это требует п четыре раза меньше воды.

ЗАДА ЧА 25.5. Соединение деталей из тугоплавкого волыф

рама и легкоплавкого алюминия крайне затруднено. Для них iic годится ни пайка, ни сварка. Конечно, есть методы диффузиоп ной сварки, лазерной сварки, но они дороги. А как быть, если не обходимо соединить две тpубы разного диаметра. Тут уже эти

способы соединения применять просто затруднительно. Как

быть?

ОТВЕТ: Данный пример приведен для показа аудитории, дЛN решения очень сложныx задач. Необходимо построение веполя c ис­пользованием физических эффектов, o которых ранее шел разговор. Известно, что если металлы пасы щать водородом, они резко уве­личивают свой объем. B реальном случае одну трубу насаживали ни другую u помешали в среду водорода с высокой температурой.

Одновременно с вепольным анализом можно отpабатывать C учащимися и метод Маленьких человечков в его применении ли­бо к веществу, либо к полю. Такое сочетание важнейших инстру­ментов АРИЗ будет способствовать лучшему овладению учащи­мися этими эффективными методами решения технических задач.

ЗАДА ЧА 25.6. В машиностроении для изготовления фильт­ров, сит, элементов шумопоглощения, каналов охлаждения и дру­гих конструкций используются электрофизические и электрохи­мические методы обработки. Непосредственно обработка осуще­ствляется многоэлектродным инструментом. По а. с. ЛЮ 187186 та­кой инструмент включает в себя полую державку е отверстиями, через которые пропущены электроды. Для их удержания в дер­жавку насыпан электpопроводный порошок, на который давит прижим. Однако такое устройство трудно разобрать, вытащить отдельный электрод. Причина - уплотнение порошка. Порошок плохо "управляется", a изобретение не предусматривает, как сде­лать его вновь сыпучим. Как быть?

ОТВЕТ: Будем исходить из условия, что принципиальное из­менение конструкции, например, использование вместо порошка ин­дивидуaльных защелок, прижимов u т. д., по ряду причин нецелесо­обрaзно. Воспользуемся услугами маленьких человечков. Для осво­бождения электродов они должны уносить частицы порошка. Чтобы частицы было легче разобрать, они должны иметь малень­кий контакт друг c другом. Предложено вместо порошка использо‑

16~

(Нож, ферромагнитные дробинки. Их маленьким человечкам перено­сить удобно: размер одинаков u легко отделяются друг от друга. Когда на дробинки давит плита, они прочно удерживают электро­ды. Для освобождения электродов (при ремонте или замене) плита иоднимается, и электромагнит оттягивает дробь.

ЗАДАЧА 25.7. Для производства чрезвычайно износоСгой­ких подшипников необходимо получить материал из смеси брон­па и фторопласта. Истирать эти компоненты нужно вручную. Но при объеме производства в десятки тонн, возникает необходи­мость в промышленном решении. Истирание в обычных шаровых мельницах неприемлимо, так как бронза насыщаeтся Железной ПЬыЛЬЮ, a фторопласт превращается в нечто похожее на лапшу. Ученые предложили смешивать компоненты и "выcтpеливать" их lia твердую и прочную наковальню. Но "снаряды", сделанные на‑

половину из зластичного материала, прилипали к наковaльне.

Как быть?

ОТВЕТ: Маленькие человeчки должны встретить на своем

пути не твердую стену, к которой они, расшибаясь, прилипнут, a что-то напоминающее сетку батутa. Предложено наковальню сделать резиновой. Теперь человечки-снaряды обязательно отско­чат, да еще u столкнутся с летящими вслед за ними. Таким обра­зом осуществляется дробление составляющих. Можно применять данную технологию u для дробления других материалов.

Тема занятия Позволяет учителю осуществить самый широ­кий выбор задач, ситуаций, полей c тем, чтобы закрепить y уча­щихся вещественно-полевой подход в решении технических задач. Очень важным приобретением станет способность увидеть за из­ложением проблемы ее внутреннюю структуру.

Завершается занятие подведением итогов и домашним зада­нием на составление вепольных формул. Задачи на "любой вкус" и по сложности, и по принадлежности к изучаемому курсу можно найти в многократно упоминаемой рекомендуемой литературе.

УРОК 26. Построение велолей. СИНТез технических ре­шений c помощью вепольного анализа.

J АМ - - конспект

Цели урока:

Отработать навыки построения модели задачи и синтеза на ее Основе нового технического решения.

Воспитать способность взаимоперехода от задачи к моде ли и от модели к новому качеству системы.

Показать развитие реальных технических систем черед

преобразование cтpуктypных элементов.

Метод проведения: упражнения c закреплением навыков под руководством и контролем преподавателя. Материaльнo-техническое обеспечение:

Плакат "Построение веполей".

Плакат "Синтез технических решений на основе вепольногo

анализа.

Кодограмма "Стpуктурные схемы веполей".

Кодогpамма "Основные правила вепольных преобразований".

Карточки-задания на построение и синтез технических сиcтем. Литература для преподавателя: 8, 50, 150.

сход урока

Организационная часть.

Активизация познавательной деятельности.

2.1. Решение задачи-разминки.

Упражнения учащихся под контролем учителя.

3.1. Основные правила вепольных преобразований.

3.2. Основные понятия o стандартах технических систем.

Разбор задачи по синтезу технической системы методом ве­польных преобразований.

Самостоятельная работа учащихся под руководством препода­вателя по синтезу технической сиcтемы с помощью вепольных

преобразований.

5.1. Формулирование задачи.

5,2. Решение задачи под руководством преподавателя. 5.3. Обсуждение итогов и перспектив развития решений.

40 1. Решить задачи на вепольный анализ.

О4 2. Обосновать выбранное решение по подбору учителя методические реко. лл. ендации

Целесообразно начать занятие рассуждением o парадок‑

С1нльной ситуации, которая иногда Имеет место в жизни. И касает­ся она изобретательской деятельности. В самом деле, возьмем то­кaря, вытачивающего болт, или хирурга, делающего операцию.

11и тот, ни другой не позволяет себе отступления от Четкой по‑

следовательности действий. Иначе 6ы мы оценили их как непро­фессионалов. Почему же в изобрeтательcтве (a это сложный и от-не тственный труд) нет такой же Четкой технологии. Только пото‑

му, что Методикой творческого мышления надо овладевать так

же, как тoкарным или хирургическим искусством, а ДЛЯ этого

глубоко освоить инcтpументы теории решения изобретательских

задач. B силу этого обстоятельства дальнейшая практическая ра­бота по построению велолей и синтезу технических Решений iiредставляется необходимой и важной.

варианты задач д.,ся проееденсвг п.2

ЗАДА цА 26.1'. Радиоэлектроника - очень Чистое производ - ство. Подчас даже присутствие человека во время технологиче‑

ских операций нежелательно. Ведь как тщательно ни соблюдай

чистоту- не избежать падения частиц, попадания их в воздух в ви­де мельчайших чешуек кожи, кристалликов соли от пота, воло­концев ткани. Поэтому меры предосторожности самые строгие: поверх белья надевают кoмбинезоны, прошедшие обработку в специальной камере. И все же пыль, накапливающаяся на по­верхности комбинезона попадает в воздух. Как быть?

ОТВЕТ: ПОНЯТНО, что фантазия учащихся может предло­жить самые необычные решения. Наиболее "приземленным" явля­ется предложенный японскими изобретaтелями вариант. B Японии разработано специальное белье, надеваемое под комбинезон. Ми­ниатюрный насос создает пониженное давление u уже ни одна пы‑

линка не сорвется с одежды.

ЗАДАЧА 26.2. Вспомните знаменитую сказку, где сыновья показывали отцу мастерство, и один из них, фехтовальщик, так виртуозно отражал шпагой дождь, что ни одна капелька не упала на него. Но это в сказке. A как быть со зрителями на открытых стадионах. B ясную погоду хорошо наблюдать за захватываю­щим зрелищем на поле. Непогода приносит большие неприятно­сти. Стадионы приходится прятать под куполообразные соору‑

С1нльной ситуации, которая иногда Имеет место в жизни. И касает­ся она изобретательской деятельности. В самом деле, возьмем то­кaря, вытачивающего болт, или хирурга, делающего операцию.

11и тот, ни другой не позволяет себе отступления от Четкой по‑

следовательности действий. Иначе 6ы мы оценили их как непро­фессионалов. Почему же в изобрeтательcтве (a это сложный и от-не тственный труд) нет такой же Четкой технологии. Только пото‑

му, что Методикой творческого мышления надо овладевать так

же, как тoкарным или хирургическим искусством, а ДЛЯ этого

глубоко освоить инcтpументы теории решения изобретательских

задач. B силу этого обстоятельства дальнейшая практическая ра­бота по построению велолей и синтезу технических Решений iiредставляется необходимой и важной.

варианты задач д.,ся проееденсвг п.2

ЗАДА цА 26.1'. Радиоэлектроника - очень Чистое производ - ство. Подчас даже присутствие человека во время технологиче‑

ских операций нежелательно. Ведь как тщательно ни соблюдай

чистоту- не избежать падения частиц, попадания их в воздух в ви­де мельчайших чешуек кожи, кристалликов соли от пота, воло­концев ткани. Поэтому меры предосторожности самые строгие: поверх белья надевают кoмбинезоны, прошедшие обработку в специальной камере. И все же пыль, накапливающаяся на по­верхности комбинезона попадает в воздух. Как быть?

ОТВЕТ: ПОНЯТНО, что фантазия учащихся может предло­жить самые необычные решения. Наиболее "приземленным" явля­ется предложенный японскими изобретaтелями вариант. B Японии разработано специальное белье, надеваемое под комбинезон. Ми­ниатюрный насос создает пониженное давление u уже ни одна пы‑

линка не сорвется с одежды.

ЗАДАЧА 26.2. Вспомните знаменитую сказку, где сыновья показывали отцу мастерство, и один из них, фехтовальщик, так виртуозно отражал шпагой дождь, что ни одна капелька не упала на него. Но это в сказке. A как быть со зрителями на открытых стадионах. B ясную погоду хорошо наблюдать за захватываю­щим зрелищем на поле. Непогода приносит большие неприятно­сти. Стадионы приходится прятать под куполообразные соору‑

женин, что очень дорого. B ряде стран используют надувные кон­струкции, но их развертываниe занимает много времени. Кди быть?

ОТВЕТ: КаНадессие инженeры разработали воздухонадувиую систему, мгновенно создающую над стадионом невидимый купол и мощных воздушных струй, который защищает от снега, дождя и холода.

ЗАДА ЧА 26.3. Каждый, кто работал c ручной механической

или электрической дрелью, знает o недостатке этик распростра

ненных инструментов. Стационарные сверлильные станки лише ны его. Найдите недостаток ручных дрелей.

ОТВЕТ: Нет возможности контролировать углубление сверла в материал. Кстати, в Канаде разработана дрель c указа­телем глубины сверления.

ЗАДА цА 26.4. B Англии изобретен карандаш, в которым вмонтирована мини-ЭВМ. При обводке карандашом, например, окна на стpоительном чертеже, компьютер мгновенно выдаeт ин формацию, сколько надо стекла и сколько оно будет стоить. Также определяется потребность в кирпиче, листовом железе, бе­тоне, обоях и даже в проводе для электропроводки. Укажите, где еще смог 6ы найти применение такой карандаш.

После разминки приступают к упражнениям под контролем преподавателя. Представляется полезным еще раз напомнить ос­новные правила вепольных преобразований. Неплохо также ука­зать, что лучше всего широко и в комплексе пользоваться инст­рументами АРИЗ: вепольным анализом и ММЧ. Составной ча­стью практикума по управляемому воображению Является воспи­тание двух принципов сильного мышления - легкости фантазии и жесткой реальности диалектики. Мышлению, основанному на диалектике, присущи три основные черты:

Способность видeть связи явлений и объектов, то есть Систем­ное видение мира;

Способность формулиpовать противоречия, то есть выделять "горячую" точку, узел проблемы;

Способность Видеть любой объект в развитии (его прошлое, настоящее, будущее).

Эти качества важны ДЛЯ синтеза технических решений c по­мощью вепольного анализа.

ЗАДА ЧА 26.5. "Борьба c инерцией терминов". Вопрос: Что i пкое стул? Ответ: Приспособление для сидения. Вопрос: Но раз­пе нельзя Сидеть на пне, камне, земле? (Термин очень быcтpо раз­мывается, захватывая все новые и новые объекты и, наконец, сле­дует Ответ). Ответ: Любая вещественная поверхность, на которой можно сидеть. Вопрос: A если y Вас будут брюки из ферровеще­ства и где-то рядом источник магнитного поля? Отвeт: Выясняет­ся, что на "вещеcтвенной поверхности" можно не только Сидеть, его и ходить в ней. (Далее серия вопросов: - A разве нельзя при­дать человеку свойство пусть пока фантастическое, когда отпадет необходимость в любом "приспособлении для сидения"? Напри­мер, эту функцию будут выполнять мышцы? Иными словами "приспособление" исчезнет, а его функция будет выполняться са­мим объектом, в данном случае - человеком. Можно предполо­жить и большее - в ходе эволюции y человека вообще отпадет не­ибходимость сидеть). Упражнение завершается показом, как уход от термина "стул" подвел нас к раскованному видению объекта в развитии.

ЗАДА ЧА 26.6. Поиск оптимального решения. Портному принесли модную яркую ткань c различными цвeтовыми полоса­ми для летнего костюма. Пожелание заказчика - чтобы не были пидны швы. Но любая по цвету нитка будет выделяться на этом костюме. Спрятать шов во внутрь не позволяет фасон. Как быть?

ОТВЕТ: Желательно, чтобы нить САМА делала шов неви­димым, какого бы цвета не была ткань, то есть нить сливается c цветом ткани. Один из вариантов решения - применение бесцвет­ггых, прозрачных нитей. Они принимают цвет ткани, по которой проходит шов.

ЗАДА ЧА 26.7. На рис. 25 показана эволюция схемы водоза­борной колонки, которая так распространена в небольших горо­дах. От первого до последнего варианта прошли Десятилетия. Сделайте разбор варианта, объясните направление ЭВОЛЮЦИИ.

ОТВЕТ: Направление эволюции понятно: повышeниe удобст­ва, уменьшение затрачиваемыx человеком усилий. При последней схеме (рис. 25г) достаточно налить в ведро полтора-два литра во­ды и оно "само" начнет удерживать рычаг в нaжатом состоянии. Можно лишь удивляться, как психологическая инерция не позволила сразу прийти к такой схеме.

Рис. 25. Эволюция схемы водозаборной колонки (к задаче 26.7)

Мы уже говорили, что понятие "техническая система" под­разумевает любые объекты. Техническую систему (ТС) можно

определить как искусственно созданное материальное единство

взаимосвязанных Элементов, имеющее Целью своего функциони‑

рования удовлетворение некоторой потребности окружения

(общества или окружающих технических систем). С этой точки зрения и будем рассматривать все объекты, которые будут встре­чаться в учебных задачах. Можно привести множество примеров,

показывающих закономерности развития технических систем I ии шоция автомобиля, самолета и т. д.). Для учащихся Необходи­мо (для дальнейшего поиска решений) подчеркнуть, что как

I МIЬКО возможности принципа действия системы исчерпаны, НРюисходит замена принципа более пеpспективным (вместо поршневых самолетов - реактивные, затем переход к ракетной Космической технике). C другой cтороны развитие систем идет в

Направлении роста эффективности. Именно поэтому не перестают изобретать велосипед: он становится технологичным, все более =МИМ, занимающим меньше места при хранении и тому подоб­ное.

Вот почему при решении технических задач стремятся найти

возможности достижения полезного результата от максимально­i•З использования ресурсов, заложенных в самой технической сис‑

гсме и ее окружении. Для иллюcтpации сказанного, c учащимися МОЖНО рассмотреть приведенную ниже задачу.

ЗАДА цА 26.8. Быки мостов в зимнее время обмерзают, что Неблагоприятно сказываeтся на их долговечности. Необходимо устранить этот недостаток наиболее простым и дешевым спосо‑

Е)оМ.

ОТВЕТ: Обозначим качественно разные элементы сиcтемы Оуквами: B, - лед возле быка, В2 - вода, Вз - бык. При этом отме­гим, что B, - "плохое" вещество и хорошим (вернее, желаемым) Состоянием было бы взаимодействие В2 и Вз. Ясно, что для устра­нения Вз надо на него подействовать каким-то полем. Нетрудно догадаться, применительно ко льду, возможны два вида поля, эффективно воздействующих на него:

П„ех - механическое воздействие;

ПТ - тепловое Воздействие.

Поскольку решение должна быть дешевым, то необходимо

поискать "даровые" источники энергии, желательно требуемого

вида. Возможны два варианта решения, если в качестве источни­ка энергии брать окружающую воду. ЕСЛИ еСТь течение, то есть и пмеХ. Но если энергия течения мала или вовсе отсутствует (мост перекинут через залив или бухту), то надо обратиться ко второму варианту. Нижние слои воды зимой всегда теплее верхних и хра­нят значительные запасы ПТ. Причем эта тепловая энергия ниж­них слоев есть всегда, поэтому решение, ориентирующееся на П т будет более yниверсaльным. Производим построение веполя. B конкретном решении (патент США ЛЮ_ 170299) тепло, согласно за‑

конам термодинамики, само Идет от теплых слоев воды к холод­ным по теплопроводным металлическим пластинам, поставлен­ным вокруг быка.

Такой разбор задачи по синтезу технической сиcтемы мето­дом вепольных преобразований позволит перейти к самостоя­тельной работе учащихся по намеченному плану. Необходим() лишь помнить, что направляющая и руководящая функция пре­подавателя проявляется в постоянной готовности к разрешении) совместно c учащимися "тупиковых ситуаций". Предлагаемая за­дача достаточно сложна, но разрешима методами вепольного синтеза.

ЗАДА УА 26.9. Поверхности деталей, которые имеют по­верхностный наклеп, обладают высокой усталостной прочно­стью. Наклеп получают при обработке струей стальной дроби диаметром 5 мм, к поверхности которой предъявляется ряд тре­бований. Дробинки не должны Иметь Трещин, раковин и высту­пов, создающих неровности c радиусом кривизны менее 1,5 мм. Особенно недопустимы на дроби остpые скалы. Таким образом, до дробестpуйной обработки дробинки, не отвечающие этим тре­бованиям должны быть отсортированы. Как это сделать, если ручная сортировка крайне неэффективна?

ОТВЕТ: Определимся по терминам, что позволит более точно сформулировать задачу. Сортировка (разделение) дроби предполагает ее перемещение в пространстве, то есть предполага­ет наличие потоков вещества (дроби) и совпадающих c ними по­токов механической энергии. Это уже вещественно-полевая си­туация. Если определить источник этой энергии и найти, каким образом энергопотоки сделать чувcтвительными к форме дроби­нок, то будет определен принцип Действия Технической сиcтемы. B практическом плане нужно обнаружение и отделение негодных дробинок. Следовательно, желательно имeть какое-ни6удь хоро­шо измеряемое и хорошо управляемое поле. Для этого необходи­мо, прежде всего, решить по какому признаку будет происходить сортировка. Если по плотности, то необходима жидкость, имею­щая плотность среднюю между ПЛОТНОСТЯМИ разделяемых объек­тов. Если сортировка идет по размерам, то объекты лучше всего пропустить через сито c мерными ячейками. Для нашей задачи подходящим взаимодействием может стать, например, скатыва­

ггие дробинок по наклонной плоскости, поскольку оно зависит от фпормы дробинок.

Таким образом, в задаче участвуют два вещества. B, - дpобь

В2 - наклонная ПЛОСКОСТЬ, a также два поля: П, - c энергией гра­витационного поля и п2 - c энергией механического движения вещества В,. Чтобы система заработала, необходимо усилить различия во взаимодействии годной и негодной дроби c наклон­ной плоскостью. Из правил вепольных преобразований нам не ПОДХОДИТ ни замена дроби другими B, ни разделение ее на части. Остается лишь присоединение вещества, воздействие полем или комбинация из этик двух вариантов. Если использовать эффект повышения напряженности магнитного поля при уменьшении ра­диуса кривизны, то очевидным становится такой принцип усиле­ния различий в форме дробинок: намагнитить дробинки и обсы­ггать их ферромагнитным порошком. Частицы порошка должны прилипнуть в основном в местах c повышенной напряженностью магнитного поля, то еcть на негодных дробинках.

Теперь весь процесс сводится к тому, что дробинки пра­вильной формы и без дефектов скатываются прямо и попадают в яи1ик c годной продукцией, a дефектные отклоняясь влево и впра­во, неизбежно попадают в два ящика для брака.

Нам удалось выйти на относительно дешевый вариант ав­томатической сортировки дроби.

Представляется, что подробный показ синтеза технической системы c помощью вепольных преобразований, поможет отра­ботать навыки решения подобных задач.

Предлагаем еще несколько задач c ответами для воспитания способностей y учащихся по переходу к новым качествам Систем.

ЗАДА УА 26.10 Для изготовления ребристой тpубы круглую трубу вставляют в прочную ребристую оболочку, закрывают c торцов и внутрь подают воду под большим давлением. Труба принимает форму оболочки. Способ опасен, так как при прорыве гидросистемы высокого давления струя бьет c большой силой и может нанести серьезный ущерб. Приходится принимать дорого­стоящие защитные меры. Нужно предложить простое безопасное устройство для создания высокого давления.

;г ОТВЕТ: В этой вепольной системе можно изменить поле. Залить трубу водой, закрыть с торцов заглушками u заморозить.

При этом объем воды увеличивается, создаются усилия, достаточ­кые для деформации трубы.

ЗАДА ЧА 26.11. Для проветривания теплиц или парников рабочие поднимают в них рамы. Это трудоемкая операция. За­держка oткрытия или закрытия рам, например ночью при Резком изменении темпеpатуры, можeт загубить рассаду. Предложите ав­томатическое устройство ДЛЯ выполнения этой работы.

ОТВЕТ: На основе вепольного анализа предложено делать рaмы из биметаллических пластин. Устройство безотказно рабо­тает за счет "бесплатной" энергии.

Обращаем внимание преподавателей, что подбор задач для решения на данном занятии и для задания на дом можeт быть осуществлен из числа предложенных выше или других (по усмот­рению учителя).