Как решаются изобретательские задачи (стр. 2 )

ОПИСАНИЕ ПРИЕМОВ РТП (от ТР 1 до ТР 40):

ТР 1. Принцип. ДРОБЛЕНИЯ: (Рис. 6)

а) разделить объект на независимые части;

6) выполнять его разборным;

в) увеличить степень дробления /вплоть до атомов, молекул/.

Схемы действия приёмов разрешения ТП: 1, 5 и 7

Рис.6

ТР 2. Принцип ВЫНЕСЕНИЯ: Отдалить от объекта мешающую часть

(свойство, вредную химическую реакцию/ или выделить

нужную часть) свойство, реакцию.

ТР З. Принцип местного качества:

а) от однородной структуры к неоднородной;

б) разные части - разные функции;

в) каждую часть - в наилучшее условия.

ТР 4. Принцип АСИММЕТРИИ:

а) от симметричней форма перейти к ассиметричной;

б) если объект асимметричен - увеличить асимметрию.

ТР5. Принцип объединения: (Рис. 6)

в) объединить однородные или смежные объекты; б) объединить во времени однородные или смежные операции (химические процессы).

ТР 6. Принцип универсальности: Объект выполняет несколько разных

функций - отпадает необходимость в других объектах.

ТР 7. Принцип "матрешки":

а) один объект размещен внутри другого - который может быть

внутри третьего;

б) один проходит сквозь полости в другом. (Рис. 6)

ТР 8. Принцип "антивеса": Компенсировать вес объекта:

а) соединением с другим, обладающим подъемной силой;

б) взаимодействием со средой (аэро-гидро-динамическими

силами).

ТР 9. Принцип предварительного антидействия:

а) заранее придать объекту напряжение - противоположное

рабочему;

б) заранее совершить антидействие (заранее ввести "Антияд").

ТР 10. Принцип предварительного действия:

а) заранее выполнить требуемое действие (хотя бы частично)

б) заранее расставить объекты так, чтобы они сразу вступили в

действие с удобного места.

ТР 11. Принцип "заранее подложенной подушки": Компенсировать

невысокую надежность заранее подготовленными

противоаварийными средствами.

ТР 12. Принцип эквипотенциальности: Изменить условия работы так,

чтобы не поднимать или не опускать объект.

ТР 13. Принцип "наоборот":

а) вместо действия по условию задачи осуществить обратное,

б) сделать движущую часть неподвижной и наоборот;

в) перевернуть объект "вверх ногами" - вывернуть его.

г) вместо химического синтеза применить разложение или

наоборот.

ТР 14. Принцип сфероидальности:

а) от прямых к криволинейным, сферическим деталям,

б) использовать ролики, шарики, спирали;

в) применить вращение - использовать центробежную силу.

ТР 15. Принцип динамичности: а) подвижность;

б) характеристики объекта или среды меняются так, чтобы быть

оптимальными на каждом этапе;

в) части объекта способны перемещаться;

г) в химии: от неподвижного слоя к кипящему или "летящему"

слою, применить противоток реагентов.

ТР 16. Принцип частичного или избыточного действия:

Если трудно получить 100% требуемого эффекта - надо

получить чуть больше или чуть меньше.

ТР 17. Принцип перехода в другое измерение

а) от линии к плоскости или пространству; б) много этажей;

а) наклонить "на бок"; г) обратную сторону данной площади;

д) оптические потоки к соседней или обратной площади.

ТР 18. Принцип использование механических колебаний:

а) привести в колебание; б) увеличить частоту (до УЗ);

в) использовать резонанс; г) применить пьезовибраторы;

д) колебания (УЗ) вместе с электромагнитными полями.

ТП 19. Принцип периодического действия:

а) перейти от непрерывного к периодическому (импульсному)

действию;

б) изменить периодичность,

г) использовать паузы между импульсами.

ТР 20. Принцип непрерывного действия:

а) нести работу непрерывно (все части все время работают с

полной нагрузкой);

б) устранить холостые и промежуточные ходы.

ТП 21. Принцип проскока;

Вести процесс или отдельные его этапы (например: вредные

или опасные) на большой скорости.

ТР 22. Принцип "обратить вред в пользу": (Рис.7)

а) вредное воздействие для получения положительного эффект,

б) вредный фактор сложить с другим;

в) усилить так, чтобы перестал быть вредным.

ТР 23. Принцип обратной связи:

а) ввести обратную связь;

б) изменить ее: усилить, ослабить.

ТР 24. Принцип "посредника": (Рис.7)

а) использовать - промежуточный объект, переносящий или

передающей действие;

б) на время присоединить другой, легкоудаляемый объект.

в) в химии: применить промежуточное соединение.

ТР 25. Принцип "самообслуживания"

а) объект сам выполняет вспомогательные и ремонтные

операции;

б) использовать отходы (энергии, вещества).

ТР 26. Принцип "копирования";

а) вместо объекта использовать его упрощенные, дешевые

копии,

6) заменить объект оптическими копиями; изменить масштаб;

в) перейти от видимых копий к ИК или УФ.

ТР 27. Принцип "дешевая недолговечность взамен дорогой

долговечности": Применить набор дешевых объектов.

ТР 28. Замена механической схемы:

(линия М А Т Э М Эм Х Бх-Ж…)

а) оптической, акустической или запаховой;

б) электрическими, магнитными и электромагнитными полями;

в) от неподвижных полей к движущимся, меняющимся во

времени, структурированным полям.

ТР 29. Использование пневмо и гидроконструкций:

вместо твердых частей - газ, жидкость; надувные –

гидростатические и гидрореактивные.

ТР 30. Использование гибких оболочек и пленок:

а) вместо твердых частей - оболочки и пленки;

б) изолировать от внешней среды пленками.

ТР 31. Применение пористых материалов: (Рис.7)

а) выполнить объект пористым или дополнить таким

элементом;

б) если поры есть; заполнить их каким-то веществом

(использовать физико-химические эффекты).

ТР 32. Принцип изменения окраски:

а) изменить окраску объекта или внешней среды;

б) изменить их прозрачность.

ТР 33. Принцип однородности:

а) взаимодействующие объекты сделать из одинакового

материала или близкого по свойствам;

б) в химии: использовать в виде реагентов соединения разных

валентных форм одного химического элемента.

ТП 34. Принцип отброса и регенерации частей:

а) ставшая ненужной часть отбрасывается (растворяется,

испаряется);

б) расходуемая часть восстанавливается в ходе работы.

ТР 35. Изменение физико-химических параметров;

Изменить: а) агрегатное состояние объекта; б) концентрацию;

в) степень гибкости; г) температуру.

ТР 36. Применение фазовых переходов:

Использовать явление при фазовых переходах: изменение

объема, поглощение или выделение тепла и т. д.

ТР 37. Применение теплового расширения

Использовать: а) расширение или сжатие материалов;

б) несколько материалов с разными коэффициентами теплового

расширения (биметалл и т. п.);

в) материал с эффектом "памяти формы".

ТР 38. Применение сильных окислителей:

Заменить: а) обычный воздух обогащенным;

б) кислородом; подобрать катализатор;

в) ионизировать воздух или кислород; г) озонировать их;

д) применить синглетный кислород или "в момент выделения”.

ТР 39. Применение инертной среды:

Заменить; а) обычную среду - инертной (азотом, углекислым

газом, аргоном, гелием); б) вести процесс а вакууме.

ТР 40. Применение композитов:

Перейти от однородных материалов в композиционным.

Схемы действия приёмов разрешения ТП: 22, 24 и 31.

Рис. 7

Схемы сил, действующих в задаче " как приварить заплату к повреждённой трубе"

Рис.8

1.5.  ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ С ПОМОЩЬЮ "MIP"

Задача 0.1: На трубопроводе с горячей водой и паром образовалась дыра. Давление и струя вода с паром мешают плотно приложить металлическую заплату, чтобы приварить ее к трубе. Как быть? Рассмотрите Ваши предложения и опишите для них противоречия. (Рис.8)

Ход решения:

1. ТС для ремонта трубопровода

2. включает дыру на трубе; заплату и устройство для плотного прижатия заплаты к дыре.

3. Нежелательный эффект (НЭ-1): струя воды и пара отталкивает заплату,

4. Средство устранения (СУ): устройство для плотного прижатия заплаты.

5. НЭ-2: устройство сложное и мешает работе сварочного аппарата.

6. ТП-1: Если применить устройство прижатия заплаты к трубе,

7. * то можно удержать заплату на месте во время приваривания (сварки),

8. ** но устройство сложное и мешает сварке.

9. ТП-2: Если не применять устройство для прижатия заплаты,

10. * то отсутствующее "устройство" простое,

11. ** но заплата не держится на месте во время сварки.

12. Мини-задача: нужно быстро заварить заплату на дыре в трубе, не используя сложного громоздкого оборудования.

13. Главное ТП: ТП-2 (т. к. отсутствующее "устройство" предельно не мешает процессу завариваний заплаты к трубе").

14. Усиленное ТП: ТП-2 является предельно усиленным (т. к. отсутствующее "устройство" является предельно простым).

15. Идеально: во время заваривания заплата сама прочно удерживается на месте несмотря на давление струи при сохранении простоты отсутствующего "оборудования".

16. Выбор параметра ТС: нужно увеличить "СИЛУ" прижатия, строка № 10.

17. Обычно используют (СУ): сложное устройство (струбцину с формующей насадкой)

18. Какой параметр недопустимо ухудшается: "Удобство эксплуатации", №33, или "Удобство ремонта", № 34.

19. Рекомендуемые приемы РТП: 10/33 () и 10/34 (15-1-11).

20. Число приемов (ввести): 6 (1, 15, 28, 3, 11, 25)

21. Прием 1 "Принцип дробления": разделить объект на части...

22. Записать новую идею: заплата была целой, сделать ее состоящей из двух или нескольких частей...

23. Прием 3 "Принцип местного качества": разные части имеют разные функции...

24. Идея: пусть одна часть удерживает струю вода с паром, а другая - отводит их в сторону от места сварки. (рис.9)

25. Прием 28 "Замена механической схемы": заменить механический принцип на другой физический принцип действия или химический... (переход по полям, кратко записанных в формуле МАТЭМЭмХ от механического к акустическому, тепловому (ресурс!), электрическому, магнитному (сталь), электромагнитному или химическому...)

26. Идея: тепло как-то обеспечивает прижатие заплаты... химическое взаимодействие пара с чем-то снаружи приводит к росту заплаты...

27. Прием 25 "Принцип самообслуживания": объект сам способствует ремонту, сам себя обслуживает...

28. Идея: заплата сама себя удерживает на трубе, если она сделана из биметалла с внешним слоем из металла с большим коэффициентом теплового расширения - при нагреве паром такая заплата прочно охватит трубу (или заплата из металла с "памятью формы"...) Или не сама заплата, а устройство для ее прижатия. (рис.9)

29. Прием 15 "Принцип динамичности": характеристики объекта должны меняться так, чтобы быть оптимальными на каждом этапе работы.

2 идеи по решению задачи о заплате на повреждённой трубе

Рис.9

30. Идея: во время сварки зарплата плотно прижата устройством из биметалла, после сварки надо это устройство резко охладить, чтобы его отделить от заплаты.

31. Прием 11: "Принцип заранее подложенной подушки": в требуемом месте заранее что-то установите с требуемыми свойствами...

32. Идея: на возможном месте разрыва трубы установить: скобу из биметалла; намазать реагент, образующий твердый продукт с "паром" (есть аналогичный патент США для труботранспорта некоторых веществ).

Задача 0.2: Через колонну с алюминиевой стружкой пропускают пары брома, протекает реакция образования бромида алюминия (3):

2 Аl + 3 Br2 ==> 2 AlBr3 + Q (= 98 ккал/ моль = 412 кДж/моль).

Продукт улетучивается в виде пара, который потом охлаждают в конденсаторе. Для увеличения производительности данной колонны увеличивают подачу брома, при этом от перегрева плавится алюминий (Тпл.= 660 С) и его реакционная поверхность резко уменьшается - производительность падает. При повышенной температуре образуется примесь AlBr, который при охлаждении

Колонна синтеза бромида алюминия (3) при двух режимах подачи паров брома.

Рис.10

распадается (диспропорционирует) по схеме:

3AlBr ==> AlBr3 + 2Al,

в результате требуемый (целевой) продукт загрязнен алюминием - из белого становится серым. (Рис.10)

Ход решения по программе MIP:

1. ТС для получения бромида алюминия (3)

2. включает колонну, пар брома, стружку алюминия.

3. НЭ-1: производительность установки мала.

4. СУ": увеличивают подачу паров брома.

5. НЭ-2: перегрев ТС (Аl плавится, реакции замедляется, качество продукта ухудшается: выделение алюминия и проскок брома).

6. ТП-1: Если увеличить подачу паров брома,

7. * то количество целевого продукта растет,

8. ** но система перегревается, качество продукта ухудшается.

9. ТП-2: Если не увеличивать подачу брома,

10. * то система не перегревается,

11. ** но производительность колонны мала.

12. Мини-задача: нужно резко увеличить производительность, исключив перегрев системы.

13. Главное ТП: ТП-1 (нужно много продукта, а колонн больше нет),

14. Усиление ТП: Если подать брома очень много, то можно получить больше продукта, но алюминий мгновенно весь расплавится.

15. Идеально: очень большая подача брома дает в той же колонне очень много белого продукта (без примесей алюминия и брома),

16. Выбор параметра ТС: Что надо улучшить "Производительность", строка 39.

17. Обычно используют (СУ): увеличивают подачу брома.

18. Какой параметр недопустимо ухудшается: теплота реакция производит перегрев - "Вредный фактор" самой ТС, колонка 30.

19. Рекомендуемые приемы РТП: в клетке 39/30 ()

20. Число приемов (ввести): 4

21. Прием 22 "Принцип обратить вред в пользу"

22. Идея: хорошо бы - но неясно как...

23. Прием 35 "Изменение физико-химических параметров объекта изменить концентрацию..,

24. Идея: уменьшить концентрацию брома, подавая вместе с ним газ или пар вещества теплоносителя (инертного к реагентам ТС, лучше такого вещества, которое распадается в колонне с поглощением тепла, а продукты его распада газы не загрязняют целевой продукт и улетают)

25. Прием 13 "Принцип наоборот"

26. Идея: подавать алюминий в аппарат с бромом? Неудобно. ,

27. Прием 24 "Принцип посредника": применить реагент посредник

28. Идея: реагент вида XBr выбрать из условия, что тепловой эффект его реакции

Al + XBrn ==> AlBr3 + X + Q1

Q1 - значительно меньше теплоты искомой реакции.

.Изобретатель (Пермь) выбрал бромид олова (4) с Ткип =217 °С (меньше Ткип Al2Br6 = 256, Тпл. Sn = 505 °С); Sn + 2 Br2 ==> SnBr4 + 365 кДж/молъ;

4 Al + 3 SnBr4 ==> 4 AlBr3 + З Sn + (118 кДж/молъ)

При этом часть тепла из колонны уносится также каплями жидкого олова.

Новая колонна синтеза бромида алюминия

Рис. 11

Тепловой эффект реакции уменьшился более чем в 3 раза. В первоначальной ТС имели место теплопотери через стенки и унос тепла с паром AlBr3 - теперь добавился также унос тепла с каплями жидкого олова, стекающими в нижнюю часть аппарата. Как оказалось, в целом подачу брома можно теперь увеличить в той же колонне с алюминиевой стружкой в 10-15 раз, а объем аппарата увеличился вдвое, за счет добавления снизу бака-реактора с жидким оловом. В отличие от первоначального аппарата, где был нежелателен проскок брома, так как он попадал в конденсат целевого продукта, в новом аппарате, где бром расходуется по двум стадиям реакций, проскок на первой ступени не опасен, т. к. этот бром вступит в реакцию с алюминием на второй ступени.

1.6.  ВЕПОЛЬНЫЙ АНАЛИЗ

Веполь - минимальная полная модель ТС, описывающая взаимодействие веществ и входных и/или выходных полей, связанных с (конфликтом (ТП). В веполь входят вещества: В1 - вещество, которое надо менять, обрабатывать, перемещать, обнаруживать, контролировать и. т. п.; В2 - "инструмент", осуществляющий необходимое действие и приводящий к возникновение ТП; в веполь входит внешнее поле П-сила, энергия, обеспечивающие взаимодействие В1 и В2 , при котором возникает или устраняется ТП. Эти три компонента необходимы и достаточны для получения требуемого в задаче результата (16, 17). (Рис.12)

Под термином "вещество - B" понимаются любые объекты независимо от степени их сложности: лед и ледокол, резец или станок, (заготовка или сложное готовое изделие, трос и груз). Взаимодействие - всеобщая форма связи тел или явлений, осуществлявшаяся в их взаимном изменении. "Взаимодействие - это первое, что выступает перед нами, когда мы рассматриваем движущуюся материю в целом с точки зрения теперешнего естествознания. Мы наблюдаем формы движений: механическое движение, теплоту, свет, электричество, магнетизм, химическое соединение и разложение, переходы агрегатных состояний, органическую жизнь, которые все - если исключить пока органическую жизнь - переходят друг в друга, обуславливают взаимно друг друга, являясь здесь причиной, тем действием... " (К. Маркс, Ф. Энгельс, Соч. т.20, с.544).

Под термином "поле - П" понимают пространство, каждой точке которого поставлена в соответствие некоторая векторная или скалярная величина. Сюда относятся как 4 вида полей физических (форм материи, осуществлявших взаимодействие частиц вещества): гравитационное, электромагнитное, сильных и слабых взаимодействий, так и "технические" поля (механические, акустические, тепловые, электрические, магнитные и электромагнитные, химические - МАТХЭМ, точнее МАТЭМЭмХ). /16,26/. В веполь включают поля на входе и/или выходе ТС, которыми по условиям данной задачи можно непосредственно управлять - вводить, обнаруживать, изменять, измерять.

Принятые обозначения:

/\ - веполь в общем виде,

— - хорошее действие или взаимодействие в общем виде, без конкретизации.

—> действие, ==> избыточное действие, - - - недостаочное действие,

<—> взаимодействие,

---- действие (или взаимодействие), которое надо ввести по условиям задачи,

^^^ неудовлетворительное (вредное) действие или взаимодействие, которое по условиям задачи должно быть изменено,

П —> поле на входе (поле действует),

—>П - поле на выходе (поле хорошо поддается действию - изменению, обнаружению, измерению),

П'- состояние поля на входе (изменение его параметров, а не природы),

П"- состояние того же поля на выходе (с измененными параметрами),

В' - состояние вещества на входе,

В"- состояние вещества на выходе,

В' - В'' - переменное вещество, находящееся то в состоянии В', в состоянии В” (например, под действием переменного поля);

В# - структурированное вещество,

П~ - переменное поле,

П# - структурированное поле,

Виды веполей

Рис.12

Разрушение веполей

Рис.13

Как правило, в вепольных формулах ТС вещества записывают в строчку, входные поля вверху (можно также и снизу), выходные поля в нижней строке. Тогда В1, В2 и П образуют как бы треугольник. В геометрии треугольник минимальная геометрическая фигура, к сумме которых можно свести любую более сложную фигуру. Такую же фундаментную роль в технике играет "веполь":

На основании анализа развития ТС по патентному фонду выявлены следующие правила преобразования веполей.

1-е правило: невепольные система (В1 или П) и непольные веполи (В1-В2 или П-В1) необходимо - для повышения эффективности и управляемости – достраивать до полного веполя; имеем:

Рис. 14

При поиске нового технического решения при этом безграничное поисковое пространство резко сужается: нужно рассмотреть ограниченное число вариантов недостающего для полного веполя элемента.

Пример: как разделить смесь щепы древесины или коры? Это бесчисленное число вариантов решения, поскольку имеем два вещества, переходим к меньшему перебору вариантов возможных полей, обеспечивающих их разделение. П гравитации плохое, т. к. плотности щеп мало различаются. Другие П механические, акустические, тепловые не пригодны в этой задаче; П электрическое - хорошо для разделения, но как ведут себя в нем щепки? Опыт показал, что в электрическом поле частицы коры заряжаются отрицательно, а частицы древесины положительно. Это позволяет построить сепаратор щепок. Если это резко усложняет систему, то рассмотрим возможности магнитного поля. Дано одно В1 (щепки, коры), которое надо удалять из смеси - перемещать из ТС. Достроим веполь, добавив В2 и Пx.. Например, до раздробления стволов древесины нанесем на кору частицы ферромагнитного вещества (В2), а затем - после дробления - используем для сепарации П магнитное. Эти решения выглядят так:

Рис. 15

2-е правило: если а условии задачи имеется "вредный" веполь, то его нужно разрушить введением между плохо взаимодействующими веществами третьего вещества (В3), лучше всего модификацией имеющихся В1 или В2 (В1’ или В2’), или внешней среды, или двух веществ вместе. Другая возможность разрушить вредное действия - ввести второе П2, перейти к двойному веполю:

Рис. 16

Модификациями вещества могут быть отдельные его составляющие, соединения с другими веществами, само вещество в разных агрегатных состояниях, обладающее дополнительными свойствами: намагниченное, радиоактивное, светящееся и т. п. Например, модификации воды: лед или пар, водород и кислород (выделяющиеся при электролизе растворов соли), смеси с газом, твердым телом или другой жидкостью (аэрозоли, пены, суспензии, эмульсии...), слой турбулентной воды над ламинарным потоком и наоборот и т. п. лучше всего, если модификация наступает сама. (Рис.16)

Пример: Для очистки горячих газов от - немагнитной - пыли применяют фильтр-пакет из многослойной металлической ткани. Фильтр хорошо чистит от пыли, но именно поэтому его трудно потом очищать, частицы пыли прочно удерживаются нитями металлоткани. Как быть?

ТП: Если использовать металлоткань, то частицы пыли прочно удерживаются таким фильтром - фильтр хорошо очищает газ, но такой фильтр очень трудно очистить после засорения. Имеются 2 вещества, на стадии очистки фильтра между ними имеется временная связь (пыль В1 ^^^ В2 нити) - прочное удерживание частиц пыли металлотканью, ее малыми ячейками. Для разрушения этой вредной связи ячейки должны стать очень большими - например, превращением нитей ткани (В2) в металлопорошок (В2') из ферромагнитного вещества, Тогда включением-выключением магнитного поля (Пмагн) таким фильтром легко управлять:

Рис. 17

При включенном электромагните образуются пористая структура фильтра, при выключении - частицы фильтра с пылью падают в приемную емкость, а при новом включении электромагнита образуется структура фильтра, пригодного для дальнейшей работы, а пыль остается в приемной ёмкости, откуда легко выгружается.

3-е правило: эффективность имеющихся веполей может быть усилена (форсированна) за счет изменения, увеличения степени дробления "инструмента'' ТС, за счет изменения поля в ТС по линии МАТЭМЭмХ за счет перехода от веполя к двойному веполю, к цепному веполю от действия на макрофизическом уровне к микроуровню - к действию, основанному на использования свойств вещества, его частиц (к действию, основанному на физическом и/или химическом эффекте(ах) /18, 27/. (Рис.14).

1.7.  СИСТЕМА СТАНДАРТОВ РЕШЕНИЯ ИЗОБРЕТАТЕЛЬСКИХ ЗАДАЧ

Анализ патентного фонда показал, что изобретательские задачи можно разделить на 2 вида: типовые и нетиповые. Типовые задачи решаются по четким правилам в 2-3 хода. Такие правила преобразования ТС были названы "стандартами на решение изобретательских задач". Совокупность таких правил, классифицированная на принципах вепольного анализа ТС, составила систему стандартов-76. Задачи, которые сегодня не относятся к типовым, со временем могут стать типовыми, после выявления еще неизвестных закономерностей /16, 18/. Стандарты появились как особо сильные сочетании приемов разрешения ТП и физических эффектов, затем в эту группу вошли правила преобразования ТС, вытекающие из законов их развития. Современная система стандартов-76 разбита на 5 классов в соответствии с направлением развития ТС.

Класс 1 - построение и разрушение вепольных моделей, правила их преобразования в зависимости от тех ограничений, которые приведены в условиях задачи.

Класс 2 - способы развития вепольных моделей путем небольшого их усложнения для повышения эффективности работы ТС.

Класс 3 - переход от ТС к надсистеме (НС) и на макроуровень, как отражение соответствующих законов развития ТС с целью формирования ТС.

Классы 2 и З включают стандарты, основанные на законах развития ТС: их развертывания и свертывания, повышения динамичности и управляемости, согласования и рассогласования элементов ТС, перехода на микроуровень или от решения в ТС к решениями в НС и др.

Класс 4 - обнаружение и измерение в ТС, решение таких задач имеет особенности, связанные с тем, что интенсивности энергетических потоков при измерениях на 1-2 подрядка ниже, чем при изменениях ТС. Но общие законы развития таких систем те же, что при изменениях,

Класс 5 - стандарты на применения стандартов имеют важное значение для повышения эффективности решений, полученных с помощью стандартов классов 1-4. Многие задачи решают прямым введением в ТС дополнительных веществ или полей - такие решения мало эффективны.

Нужно преодолеть противоречие: вещество (или поле) должно быть введено и не должно быть введено. В этом 5-м классе показаны некоторые пути разрешения таких противоречий - 25 таких путей, сочетаний приемов.

Применение большинства стандартов классов 1-4 приводит, по сути дела, к развертыванию ТС - к увеличению числа элементов, усложнению в ТС. Приемы класса 5 предназначены для свертывания, упрощения ТС при сохранении достигнутой эффективности технических решений.

Как было выше отмечено, система стандартов-76 является открытой, может пополняться после тщательной проверки предложений. Порядок применения стандартов следующий.

- Определить вид данной задачи: на изменение в ТС или измерение.

- Если задача на изменение, то построить исходную вепольную модель ТС исходя из условий задачи. Если модель - неполный веполь, то обратиться к стандартам подкласса 1,1. Если модель - веполь с вредной связью, то к стандартам подкласса 1,2. Если веполь недостаточно эффективен - к стандартам классов 2 и 3, которые также помогают прогнозировать путь развития ТС.

- Если задача на измерение - использовать стандарты класса 4.

- Найдя решение, проверить нельзя ли свернуть полученное решение, упростить ТС с помощью стандартов класса 5. К этому же классу можно обратиться и в тех случаях, когда в условиях задачи имеется запрет на введение веществ или полей.

Система стандартов-76 позволяет сразу решить примерно 20 % сложных современных задач. Она может использоваться в ходе решения и нестандартных задач (по АРИЗ-85 В) /9 ,16,19/, когда анализ задачи упрощает ее условия. Система помогает в прогнозировании развития ТС, в развитии и усилении полученных технических решений.

Эта система лежит в основе программы ИМ-С, входящей в пакет программ "ИМ", разрабатываемой НИЛИМ (Минск) и Технооптимайзер (TechnoOptimaizer of IMCorp, Boston).

1.8. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ХИМИЧЕСКИХ ЭФФЕКТОВ В ИЗОБРЕТАТЕЛЬСТВЕ.

Выше рассмотрены применения фонда физических эффектов при решениях инженерных, изобретательских задач [7, 10, 16, 17, 25]. При поиске решений по методу "проб и ошибок", как показали статистические оценки, доля изобретений, опирающихся на прямое использование физических эффектов, составила 2%. В то же время такие технические решения отличаются повышенным творческим, качественным уровнем, заметным повышением эффективности решений. Применение ТРИЗ при поиске новых идей позволяет целенаправленно, методически обоснованно стремиться к прямому использованию физических эффектов в новых решениях. Аналогичные оценки по применению химических эффектов в технике показали, что они еще меньше [18, 27]: среди изобретений во всех отраслях доля таких решений не более 0,01%, а среди изобретений в химии она составила около 2%. Опять-таки применение химических эффектов в основе идей технических решений позволяет обеспечивать качественно новый, более высокий их уровень. В связи с этим в ТРИЗ ведется работа по обобщению опыта изобретателей и выработке рекомендаций, по использованию химических эффектов при решениях изобретательских задач. Фрагмент такого указателя приведен здесь как средство помощи, опирающееся на анализ современного патентного фонда.

В данном указателе, таблица которого приведена в конце пособия, химические эффекты подразделены на группы по следующим признакам: появления-сохранения-исчезновения требуемого вещества в целях обеспечения требуемого свойства в ТС, выделения-поглощения энергии; далее эффекты подразделены на поверхностные и протекающие в части или во всем объеме ТС. Вероятно, химические эффекты следует также подразделять по признаку обратимости, что существенно для них в отличие от физических эффектов (большинство физических эффектов необратимо) и по типам химических реакций.

Рис.18

Рис. 19

Рис. 20

1.8.1. ЭФФЕКТЫ ОБРАЗОВАНИЯ-ИСЧЕЗНОВЕНИЯ ВЕЩЕСТВА.

В ТС применяют способы получения металлов, газов, соединений как на поверхности, так и в объеме составляющих ТС тел-веществ (см. Указатель химэффектов в приложении).

Металлизация поверхности позволяет улучшить ее свойства: обеспечить или увеличить электропроводность, блеск - внешний вид, коррозионную устойчивость, ослаблять, регулировать коэффициент трения, способствовать упрочнению контакта запрессованных деталей, регенерировать изношенную поверхность изделий, регулировать прочность крепления пленки или детали к основе. С этой целью используют растворимые соли металлов, металлоорганические соединения (растворимые в неводных средах), оксиды металлов, летучие соединения (галогениды, карбонилы и др.) металлов. Восстановление производят реагентами (гипофосфитами в водных растворах, глицерином для оксидов, растворами натрия в жидком аммиаке и др.) или электротоком на катоде. Управляют ходом процессов восстановления тепловым (нагревом общим в камере, печи, ванне или местным -только детали или же места их контакта-трения) или электрическими полями. Часто опираются также на приемы разделения в пространстве и/или времени, как например, в газотранспортных реакциях: получают в камере карбонил (хлорид) металла, при соответствующей температуре переводят его в газ-пар для переноса в зону осаждения (термораспадом или восстановлением).

Выделение металла в «объеме» тел позволяет получать: металлодревесину (до 10-25% меди) или получать металл в других пористых телах; фоточувствительные стекла (потемнение которых зависит от силы светового потока - за счет обратимости распада-образования добавки хлорида серебра); переводить металлы в иные степени окисления в составе тех же соединений. (Рис.19).

Получение газов позволяет обеспечить изменение поверхности - ослабление контакта тел, их трения; уменьшение прочности стали (вследствие наводораживания) и ее плотности; изменение давления ТС и регулирование за счет этого теплопередачи; вытеснение одного растворимого газа другим; изменение состава газа (получать из кислорода озон); обеспечить сигнализацию газом о состоянии или местонахождении ТС (пахучим веществом - этилмеркаптаном, самовоспламеняющимся газом - смесью фосфитов на воздухе или этиленом с озоном и т. п.). Требуемые микроколичества воды в составе ТС могут быть обеспечены в нужном месте синтезом ее из водорода действием оксида меда при нагреве или из кислорода и гидрида металла, или разложением соединений (газогидрата, кристаллогидрата или гидрогеля).

Получение солей или соединений металлов на поверхности изделий основано: на осаждении готовых соединений из взвесей растворов или соединений (гидрооксидов и др.), образуемых при электролизе на катоде или аноде в присутствие нужного аниона, катиона; на образовании или распаде соединений при нагревании, в том числе используя промежуточные активные формы, возникающие в момент распада исходного соединения, присоединение воды к соли (с изменением цвета). Весьма эффективны решения, использующие молекулярные превращения в объемах тел на основе метода возникающих реагентов: требуемое вещество появляется, высвобождается из химически связанной формы практически одновременно во всех точках пространства ТС - такой метод существенно повышает качество продукта реакции. Внутримолекулярные перегруппировки связей (как ковалентных, так и переход от ионных к ковалентным связям) позволяют обеспечить молекулярно-точное дозирование реагентов одновременно во всех точках аппарата-реактора. Проводятся исследования в направлении получения микросхем на молекулярном уровне. Химические эффекты окисления, гидрирования, синтеза на основе новых катализаторов и выбора соответствующих реагентов, использования различных физико-технических полей позволяют обеспечить получение веществ с требуемыми свойствами.

Во многих случаях в ТС требуется кратко - или долговременное сохранение каких-либо веществ с целью легкого их выделения в требуемое время и в нужном месте, в нужной форме. С этой целью используют малоустойчивые соединения (перекись водорода, пероксиды и оксиды металлов как источники кислорода и др.), соединения, распадающиеся при ударе, нагреве (взрывчатые вещества, гидраты) или под действием света; используют синтез соединений из компонентов и выделение их из структуры гелей, воска или глины (лекарств, растворителей, взрывчатых веществ и пр.). Хранение активных веществ в геле обеспечивает увеличение срока сохранности, замедление выделения в свободной активной форме (например, удлинение времени действия лекарств в живых организмах - более эффективное его действие при уменьшении потребления и с меньшими вредными последствиями).

Кроме получения веществ в ТС нередко бывает необходимо через некоторое время после начала ее работы обеспечить исчезновение некоторого ранее введенного вещества, в частности, некоторое свойство бывает необходимо в начале и оказывается вредным в конце цикла работы ТС, т. е. иногда бывает нужно обеспечить «Исчезновение вещества». Это «исчезновение» может происходить как физическим путем (испарением, расплавлением), так и физико-химическим (растворением) или химическим связыванием (c возможным последующим улетучиванием, испарением, растворением и т. п., или без улетучивания - путем превращения вещества-добавки в основное вещество ТС или в инертное вещество, не влияющее на paботу ТС). (Рис.16).