Как решаются изобретательские задачи (стр. 3 )

Для удаления веществ с поверхности тел используют: окисление (сильными, как озон, или "мягкими", как пары воды, углекислый газ, окислителями); обработку кислыми (лучше отходами соседних ТС) или чередующимися модифициро-ванными то кислотными, то щелочными или то окислительными, то восстановительными) растворами; фото - или термо-разложение, электролиз на аноде или катоде, водородный перенос. Для "исчезновения" вещества в объеме ТС применены: окисление добавки металла чистым кислородом с превращением в оксид (основное вещество ТС), превращение в хлорид или карбонил металла (летучие соединения при небольшом нагреве), термораспад или перекристаллизация.

К способам исчезновения веществ можно отнести и приемы очистки от вредных примесей основного вещества ТС. Сюда относятся приемы: окисления озоном, взаимная нейтрализация разных по химическим свойствам отходов, увеличение молекул адсорбентов (гидроксиды на полимерах и т. п.), образование газогидратов, растворение веществ а сжатых газах, а также улучшение условий кристаллизации осадков (как например, методами возникающих реагентов или молекулярно-точного дозирования).

1.8.2. Эффекты выделения-поглощения энергии

Известно, что большинство химических превращений связано с эффектами выделения или поглощения тепловой энергии - химические реакции делятся на экзо - и эндотермические. Кроме тепловой энергии с химическими эффектами связаны также следующие формы энергии: механическая энергия как за счет изменения теплосодержания (температуры) TC так и за счет различия агрегатных состояний исходных веществ и продуктов химических превращений, за счет изменений их структуры; электрическая и световая энергии.

Выделение механической энергии: выделение в форме механической энергии связано с выделением продуктов реакции в виде газа-пара и повышением давления в замкнутой ТС, при появлении отверстия в такой ТС может быть получена газовая или газо-жидкая структура веществ. Реакция разложения бикарбоната аммония, газо - или кристаллогидратов протекают при небольшом подогревании и, если ТС замкнута, являются обратимыми - при охлаждении давление падает и распавшееся соединение кристаллизуется в месте охлаждения (кристаллогидрат образуется в том же месте, где он был помещен - не обязательно в месте охлаждения). Изменение давления в ТС и других механических свойств вещества ТС происходят при введении в состав ТС геля, добавки некоторых полимеров, восстановлении оксидов, пенообразовании, действии клея, термораспаде металло-органических соединений (в металлоплакирующих смазках).

Получение тепловой энергии: многие самопроизвольно протекающие химические реакции сопровождаются выделением теплоты, с помощью теплоизоляции (шлаком и т. п.) обеспечивают концентрирование этой энергии, например, при использовании термитных составов (выделяющих поэтому требуемый металл обычно в виде расплава), самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС по открытию СССР № 000) - бескислородного горения металлов с неметаллами и др. процессы. Солнечную энергию можно запасти в виде «синтез-газов»; действуя на смесь метана и углекислого газа или метанол, или на хлористый сульфурил - накопленная тепловая энергия может быть выделена по реакциям горения или обратного синтеза. Разработаны способы накопления теплоты путем получения устойчивых пересыщенных растворов, которые это тепло выделяют в момент кристаллизации, инициированной добавкой кристалла растворенного вещества. Такой раствор в пересыщенном состоянии регенерируется нагреванием, запасая часть затраченного тепла - метод «тепловых консервов». Разработан подогреватель из смеси оксида кальция и порошка алюминия, реакция между которыми с выделением тепла вызывается небольшой добавкой воды.

Процессы создания запаса тепловой энергии относятся к процессам поглощения тепла. Сюда же относятся многие эндотермические процессы, в частности, при растворении некоторых солей в воде можно достичь достаточно низких температур.

Получение электрической энергии: хорошо известны химические источники тока, использующие обратимые или необратимые окислительно-восстановительные реакции: химические элементы, батареи и аккумуляторы. Имеющиеся источники тока практически исчерпали возможности их совершенствования и увеличения энергоотдачи - количества анергии на единицу массы источника (особенно мала она у свинцовых аккумуляторов). Здесь особенно нужны новые идеи - или на иных химических реакциях, или на новых изобретательских подходах к имеющимся источникам.

Хотя большинство известных полимерных материалов являются диэлектриками и неэлектропроводны, но были синтезированы высокобромированные полимеры, которые являются электропроводными. Такое же свойство диэлектрикам можно придать с помощью гидрофильных красок. Синтез полимеров в электрическом или другом физическом поле позволяет получать новый класс веществ - пленки - электреты, т. е. носители постоянного, распределенного электрическое заряда. Эти пленки позволяют решать самые разные технические задачи: маломощные источники электроэнергий и ветроэнергетические установки, датчики контроля разных параметров техники (перемещения, измерения зарядов, температуры и пр.), прикрепления частей системы друг к другу и др.

Получение световой энергии: многие процессы горения могут служить как источниками света в светильниках, так и сигнализаторами наличия или места трудноконтролируемых объектов. В качестве последних особенно полезны самопротекающие процессы с выделением света, как-то: самовозгорание смеси фосфинов на воздухе, этилена с озоном и т. п. реакции. Процессы свечения позволяют разрабатывать оптические методы анализа качественного и количественного состава веществ, особенно эффективны методы рентгено-спектрального; анализа при наличии аппаратуры высокой чувствительности и разрешения. Избирательное поглощение в спектре энергии тоже используют в различных оптических методах анализа химического состава веществ объектов техники, в частности, с использованием так называемых цветных реакций в растворах.

Поглощение солнечной лучистой энергии получением синтез-газов или пересыщенных растворов позволяет запасать впрок тепловую энергию (применять "тепловые консервы").

Таким образом, можно различить следующие основные виды применений химических эффектов в техническом изобретательстве: получения, сохранения и исчезновения вещества и/или различных видов энергии (главным образом, тепловой, электрической, механической и световой). При этом находят применение чаще всего окислительно-восстановительные реакции и перегруппировки молекул, а также реакции комплексообразования, Синтез полимеризацией, получение новых форм веществ (гели, кристаллы, изомеры и пр.), все реже - реакции обмена.

2. УЧЕБНЫЕ ЗАДАНИЯ ДЛЯ ОСВОЕНИЯ ТРИЗ.

2.1. ХОРОШАЯ ФОРМУЛИРОВКА ПРОТИВОРЕЧИЯ - ПОЧТИ РЕШЕНИЕ.

Пример (решения задач 1.1 и 1.2)

1.1. В аптеках часто надо смешивать разные жидкости, сильно различающиеся по вязкости - типа водный раствор и глицерин. Наливают их в сосуд и перемешивают, например, чём-то типа "ложечки" - этим гениальным изобретением человечества, сделанным много сотен лет тому назад. Но есть жидкости, которые нельзя держать в открытом сосуде - испаряются или портятся от контакта с воздухом. Приходится перемешивать в бутылке, закрытой пробкой - встряхивать их долго, что неудобно и затруднительно, если таких бутылочек очень много. Как быть? Хорошо бы просто перемешать ложечкой… (Рис. 21).

Рис. 21. Устройство для перемешивания двух слоев жидкости в склянке.

Технические противоречия (ТП): Обычно пытаются применить машину для встряхивания. ЕСЛИ перемешивать с помощью машины, ТО освобождаются руки человека, НО такое решение громоздкое и неудобное (на практике оно применяется в случае необходимости перемешивать час и более). Если перемешивать просто мешалкой, похожей на ложечку, ТО решение простое, НО недопустим контакт жидкости с воздухом.

ЕСЛИ бросить в бутылочку ложечку (шарик и т. п.), ТО перемешивание при взбалтывании ускоряется, НО трудно такую ложечку (шарик) вылавливать в бутылке после перемешивания. Обычно после перебора 5-10 подобных вариантов слушатели приходят к выводу: з задаче нужны и пробка, и ложечка… ТП разрешается, если их объединить: ложечка укрепляется на пробке - это и есть решение по авт. св. № 000. Заодно выявляется ПРИНЦИП ОБЪЕДИНЕНИЯ как один из приемов решения изобретательских задач (РИЗ) и разрешения технических противоречий (РТП). (Рис.21).

1.2. На химзаводе мёжду цехами нужно проложить трубопровод из стеклянных труб. Выкопали экскаватором траншею, насыпали самосвалом на ее дно песок и уложили трубы. Но даже при небольших неровностях дна трубы ломаются при их засыпке песком на участках между буграми дна. Конечно, можно было бы выровнять дно траншеи самым тщательным образом, но это долго и дорого. Как быть?

ТП: Если выровнять дно лопатами, ТО труба ляжет на ровный песок и при засыпке не ломается, НО такое решение дорогое.

Если не выравнивать, то дешево, но труба при засыпке ломается. ТП разрешается, если песок на время засыпки сделать жидким - подавать его в виде водопесчаной пульпы, но возникает новое ТП:

…ЕСЛИ подавать пульпу, то песок сам выровняется, но дно траншеи будет строго горизонтальным, а трубы кладут с уклоном. Новое ТП разрешается с изменением порядка укладки: трубу укладывают на неровное дно с нужным уклоном, затем постепенно порциями подают пульпу до тех пор, пока труба не скроется под слоем песка, после чего засыпку продолжают обычным образом. Методически: используют приемы разрешения ТП во времени, изменение физико-химического состояния одного элемента (песок «на время» делают «жидким» - превращают его в «пульпу»).

1.3. Дорожный светофор - это стойка, на которой укреплены коробка с лампами и цветными стеклами. Иногда коробку светофора требуется сместить вверх или вниз, вправо или влево. Посылают бригаду рабочих, они откапывают основание стойки, меняют ее или ее установки и снова устанавливают - уходит половина рабочей смены. Как сделать, чтобы стойку (точнее место установки) светофора можно было изменить за 10—15 мин.?

1.4. Деревянную опалубку для бетонных работ делают из досок, которые скрепляют между собой гвоздями. Чтобы опалубка была прочной, нужно гвозди забивать полностью, заколачивая в доски их шляпки. Потом такую опалубку трудно разбирать - при вытаскивании гвоздей портятся доски. Для облегчения вытаскивания гвозди надо бы забивать не до конца... Как быть?

1.5. Задача Огюста Пикара: он первым поднялся в стратосферу, для этого ему пришлось изобрести и сделать герметичную алюминиевую кабину. Оболочка стратостата имеет в нижней части клапан для выпуска газа с целью регулировки подъема-спуска. Управляли клапаном из гондолы-кабины с помощью троса - потянешь за трос и клапан откроется, отпустишь - закроется. Форма стратостата в полете сильно изменяется: на поверхности земли он сильно вытянут, в стратосфере он сферический. В результате расстояние от клапана до кабины меняется на 20 м, трос должен свободно удлиняться на эту величину, в любой момент обеспечивая надежное управление клапаном стратостата. Трос проходит сквозь крышу кабины: он должен проходить свободно и должна быть сохранена герметичность кабины. Как быть? (рис. 22).

Рис. 22. К задаче об аэростате.

1.6. В трубе движется жидкость. Для ее очистки на первых циклах нужен керамический фильтр. Выполнен он в виде плоского круглого диска. После завершения очистки жидкости фильтр бесполезно увеличивает гидравлическое сопротивление в трубе. Как избежать этого?

1.7. В трубе, по которой движется газ, установлена поворотная заслонка. Иногда температура газа повышается неконтролируемо на 30°С. С повышением температуры уменьшается плотность газа, падает количество газа, проходящего через трубу в единицу времени. Надо обеспечить постоянство расхода газа для каждого угла поворота заслонки.

1.6. В резервуарах для хранения нефти имеются потери из-за испарения. Известен способ хранения, по которому поверхность нефти закрывают плавающими экранами. Испарение резко уменьшается, если зазор между экраном и стенкой мал, но стенка деформируется под действием меняющейся нагрузки и мешает свободному движению экрана. При большом зазоре экран двигается свободно, но нефть сильно испаряется. Как быть?

2.2. НАИЛУЧШЕЕ РЕШЕНИЕ ОСНОВАНО НА ИСПОЛЬЗОВАНИИ РЕСУРСОВ.

Примеры (решения задач 1.1 и 2.2).

2.1. Оркестр умолк, на арене цирка идет смертельный номер - голова укротителя в пасти льва... Что он сделал, чтобы лев не смыкал челюсти? Рис. 23

ТП: Если укротитель защищает голову железной шапкой, то лев не может сомкнуть челюсти и откусить голову. Но голова в шапке вызывает подозрение у зрителей, что их обманывают, к тому же она нанесет травмы в полости рта льва, и лев вас более туда не пустит.

Идеально: голова (находится в полости пасти без шапки) сама не позволяет сомкнуть челюсти, не причиняя травмы льву. Для этого надо использовать ресурсы системы: пасть включает язык, зубы, небо, губы, челюсти. Укротитель использует губы: плотно прижавшись к губе головой, помещает голову в пасть, при этом втягивает вовнутрь нижнюю губу и наматывает ее на зубы - теперь чтобы откусить голову, лев должен будет прокусить себе губу… Использован прием «самообслуживания». (Рис. 24).

Рис.24. Дрессировщик и лев.

2.2. Во время войны лютой зимой строился завод. Был вырыт котлован для станины тяжелого станка, рядом подготовлена сама станина. Но не было: крана достаточной мощности, чтобы поднять и плавно опустить в котлован станину. Как была решена задача?

ТП: ЕСЛИ станину столкнуть в яму, ТО она опустится на ее дно, НО станина упадет плохо, неровно и может повредиться. ЕСЛИ в котлован наложить твердые предметы (камни), ТО станина не упадет, НО камни трудно полностью убрать из-под станины.

Идеально: камни поддерживают станину и сами исчезают из-под нее, плавно опуская станину на дно ямы. Камни могут «исчезнуть» переходом в другое физико-химическое состояние: жидкость или газ-пар, например при нагревании. Поскольку на морозе вода замерзает, то и были использованы эти ресурсы: вода и мороз. Когда вода замерзла, подвинули на лед станину и постепенно выплавили нагреванием лед, откачивая воду. Прием: изменение физико-химического состояния одного из элементов. Аналогичное решение было предложено позже для плавного опускания бетонной трубы массой вт. из вертикального положения на откос: предложено сделать "жидким" песок - вымывать его водой. (А. с. 194294).

2.3 Лучший самолет войны штурмовик ИЛ-2 обязан своей репутацией множеству изобретений, использованных в КБ под руководством . Среди них было и решение следующей задачи. Попадание пули в бак с горючим обычно не приводит к пожару, если бак полон. Пожар возникает в случае, если часть бака заполнена парами бензина. Какое решение нашли наши инженеры, чтобы не допустить загорания бензина и при полупустом баке?

2.4. Вот уже много лет кораблестроители не могут найти хорошее решение для корабельного якоря. Якорь зарывается в грунт и держит корабль, не дает уплыть ему со стоянки под действием ветра и течения. Этот якорь с лапами не держит на скалистом грунте – ему не за что зацепиться. Из-за этого многие гавани не пригодны для стоянки судов, а места в портах не хватает... Нужно научиться ставить корабль на якорь и в скалистом грунте. Как быть?

2.5. Авиационный высотомер-альтиметр измеряет падение давления с высотой: он имеет спиральную вакуумную трубку, которая разгибаясь и сгибаясь через передачу передает движение стрелкам. Он имеет две круглых шкалы: большая шкала показывает метры, а малая - километры. Из-за этих шкал пилоты часто путали показания и попадали в аварии. Инженеры-психологи предложили, чтобы в новом приборе шкала километров была горизонтальной прямой, а метров осталась круглой. Для изменения вида показаний пришлось увеличить число шестеренок в передаче - из-за этого трение увеличилось и резко ухудшилась точность показаний прибора. Как быть?

2.6. Имеется автомат для производства плоских круглых таблеток, которые выкатываются из него по наклонному лотку и падают приемный стол, чтобы попасть на ленту упаковочной машины. Некоторые таблетки оказываются бракованными из-за сколов. В начале ленты посадили женщину, которая убирает бракованные таблетки. Как избавиться от ручного труда? Сколько стоит поиск решения?

2.3. ПОМОГАЮТ В ПОИСКЕ РЕШЕНИЯ ВЕПОЛЬНЫЙ АНАЛИЗ И СТАНДАРТЫ РЕШЕНИЯ ИЗОБРЕТАТЕЛЬСКИХ ЗАДАЧ.

Примеры (решения задач 3.1 и 3.2).

3.1. Был известен дозатор для порошковых материалов в виде трубы с двумя заслонками, которые открывается по очереди. В а. с. 235856 описан дозатор для ферромагнитного материала, отличающийся тем, что вместо механических задвижек использованы кольцевые электромагниты. При выключенном верхнем электромагните материал из бункера поступает в калиброванную трубу - до уровня нижнего, включенного магнита. Затем включают верхний магнит и для выдачи дозы выключают нижний. Как улучшить работу такого дозатора?

Рис.25. Дозаторы для порошка.

ТП: Если заменили задвижки на электромагниты, то исчез износ задвижек от трения-контакта с порошком, но усложнилась ТС (магниты сложнее задвижек). Взамен усложнения должно возникнуть новое качество...

Идеально: дозатор сам изменяет дозу порошка… В данном изобретении не зафиксирована возможность «увеличения управляемости системы» (в соответствии с законом увеличения динамичности и управляемости систем): внешние электромагниты на трубе легко перемещать, что позволяет изменить позу. Электромагнит В1 действует полем Пмаг на порошок В2 фиксировано - сделать это действие динамичным:

Рис. 26.

Здесь применено развитие веполя по стандарту 2.2.4.

3.2. По конвейеру движутся одна за другой металлические детали, похожие на кнопки: круглые пластинки диаметром 10мм, а в центре их стерженек высотой 5 мм. У одних "кнопок" стерженьки тупые, у других - острые. Нужно автоматизировать разделение "кнопок" по этому признаку, устройство должно работать по схеме: "да" и "нет" (I и 0), способ должен быть простым и надежным.

ТП: Если над конвейером укрепить валик с мягким покрытием, куда будут втыкаться острые кнопки, ТО сортировать кнопки можно, но такой способ ненадежен.

Идеально: кнопки сами показывают, что да - есть сигнал 1, они острые, или "нет" - 0 (тупые). Чтобы показывать (в соответствии с законом об энергетической проводимости через техническую систему), через кнопки и прибор при отсутствии прямого контакта и при наличии зазора должна проходить энергия. Из всех полей (энергий), записанных в мнемоническом правиле МАТЭМЭмХ, через зазор могут проходить акустическое, электрическое и магнитное поля. Из них наиболее резкое различие сигналов (в виде "да" и "нет") в зависимости от характера острия может давать электрическое поле соответствующего потенциала: через острие проходит разряд, через тупой конец - нет. На этом, принципе может работать автомат сортировки "кнопок".

3.3. Спортивный катамаран представляет собой два поплавка, соединенных площадкой, на которой укреплена мачта с парусом и стоит спортсмен. Чем больше расстояние между поплавками, тем устойчивее катамаран. Однако, при переворачивании катамарана именно из-за высокой устойчивости он не может быть без посторонней помощи возвращен в первоначальное положение. Как быть?

3.4. Поверхности отливок деталей очищают пескоструйкой, но при этом песок попадает в полости деталей и не вытряхивает-ся оттуда. Как быть?

3.5. Имеется установка, в которой распыляются две жидкости, назовем их А и Б, их распыленные потоки движутся навстречу друг другу, причем капли А соединяются с каплями Б и образуют нужный продукт АБ, но кроме них получаются еще и ненужные примеси из-за столкновения также капелек АА и ББ. Как повысить качество работы установки, получая более чистый АБ?

3.6. - Я, кошка, гуляю сама по себе, - говорила героиня одной из сказок Киплинга. Обычные коты и кошки делают тоже самое. Как сделать (технически решить задачу), чтобы в городской квартире кошка могла самостоятельно попадать в квартиру – без сторожа или собаки у двери? Если сделать легкооткрывающийся лаз, им смогут воспользоваться и бродячие коты. Что бы вы сделали для своей кошки?

3.7. Космический корабль прибыл на Марс, его поверхность очень неровная. Быстро снарядили колесный вездеход - с большими надувными шинами. Вездеход легко повез пассажиров, но вдалеке от корабля на крутом склоне опрокинулся набок. Что делать космонавтам? Вездеход не переделаешь…

3.8. В детских садах жалуются на мебель - ребята стирают, царапают любую краску. Некрашеную мебель применять нельзя – нужна разноцветная мебель. Вот если бы краска пропитывала всю древесину... но тысячи раз пробовали - ничего не получилось. Как быть?

3.9. Нужно изготовить большую партию овальных тонких стеклянных пластин (толщиной I мм). Нарезали прямоугольные пластины, при обработке их в овал на шлифовальном станке тонкие пластины очень часто ломаются. Вот если бы пластины были толстые? Как быть?

3.10. При сборке прибора нужно сжать пружину, уложить ее на место и закрыть крышку. Как это сделать, чтобы пружина не разжалась пока крышка не закрыта? Как только уберешь держатель пружины, она тут же распрямляется... Связать пружину? - нельзя, внутри прибора она должны быть свободной. Модель: попытайтесь сжатую пружину оставить между страниц закрытой книги... Как быть?

3.11. Имеется террариум с большим числом змей. Как измерить длину каждой змеи? Укусы их очень опасны, форма все время меняется. Как быть?

3.12. Есть станок для резки труб, отрезанные трубы сами скатываются по наклонным рельсам вниз к месту их сбора для пакетирования. Из-за неточной окружности труб и неровностей на рельсах трубы подпрыгивают и сильно шумят, грохочут. Как уменьшить шум? (Рис.27).

Рис. 27. Станок для пакетирования отрезанных труб.

3.13. В ножку индикатора запрессован шарик. По мере работы рабочая поверхность изнашивается. Надо шарик вынуть и чуть-чуть повернуть, не повреждая при этом других точек поверхности шарика. Как это сделать?

3.14. При опрыскивании растений ядохимикатами капли попадают на листья в основном сверху. И гусеницы, находящиеся на нижней стороне листа, уцелевают. Как сделать, чтобы капли падали на лист со всех сторон?

3.15. При подготовке физического эксперимента нужно отполировать внутреннюю поверхность сосуда Дьюара (колбы термоса) - большой емкости с узким горлом. Обычно поверхности полируют с помощью полировальника - инструмента, на который наносят твердый мелкий абразивный порошок. Порошок поместить вовнутрь можно, но как засунуть туда полировальник? Как прижимать и двигать порошок по внутренней поверхности?

3.15. Имеется термопласт - материал, который размягчается при нагревании. Из него надо при массовом производстве изготовить листы размером I м2 с ворсинками по 10 мм. Прессование и другие подобные методы для такого изделия слишком грубы. Вращающийся валик с иголками может вытягивать ворсинки, но многие из них срываются и не вытягиваются; если валик с крючками, то ворсинки не срываются, но отрываются. Как быть?

3.17. Для направленного бурения используют отклонитель - изогнутую трубу, установленную между турбобуром (электробуром) и колонной труб, через которую прокачивается жидкость (глинистый раствор), приводящая в действие турбобур и вымывающая измельченную породу из скважины. Кривизна обычного отклонителя не поддается управлению с поверхности. Приходится часто прерывать бурение, поднимать всю колонну труб, чтобы заменять отклонитель. Как быть?

3.18. Имеется установка для испытания длительного действия кислот на поверхность образцов (кубиков) сплавов. Это герметичная металлическая камера, на дно ее ставят кубики и помещают агрессивную жидкость, создают в камере необходимую температуру и давление. Кислота действует на кубики, но также и на стенки камер, вызывая их коррозию и разрушение. Приходится изготавливать камеру из благородных металлов, что очень дорого. Как быть?

3.19. Тяжелый самолет совершил аварийную посадку на вспаханное поле в 100 км от аэродрома. Самолет разгрузили, необходимо его доставить для ремонта на аэродром. Он весит свыше 100 т, а доставить его надо осторожно, чтобы не было дополнительных повреждений. Вот если дирижаблем его перевезти? Но нет такого дирижабля, да и нельзя аварийный самолет поднимать в воздух. Как быть?

3.20. Имеются полистироловые катушки с тонким изолированным проводом и металлическими ножками. Припайку концов проводов к ножкам осуществляют окунанием их в ванну с припоем при 280°С; перед этим требуется зачистка концов проводов от изоляции. Для повышения производительности было предложено повысить температуру припоя до 380°С - при этой температуре изоляция провода сгорает и тут же происходит лужение концов проводов. Однако, при такой температуре ножки перегреваются, катушки коробятся, идут в брак...

3.21. Как удалить сучья с деревьев при их валке? Можно сделать специальные машины, ползущие по стволу и срезающие сучья. Можно ли упростить решение?

3.22. Для временного перекрывания трубы с отверстием вводят в это отверстие быстротвердеющий полимерный состав для образования пробки. Но этот состав, будучи жидким, до начала затвердевания успевает растечься вдоль трубы - нужно подавать много состава и пробка получается очень длинной, трудно потом ее извлекать. Как быть?

3.23. Предположим, на одной из планет звездной системы Тау-Кита обнаружена жизнь, правда всего лишь в виде планктона. Автоматы поставили на Землю образцы воды с крохотными комочками (50-100 мкм) живой материи. Как наблюдать "инопланетян" в микроскоп, если они находятся в постоянном броуновском движении? Посмотришь в микроскоп с достаточным увеличением и ничего не разглядишь: таукитяне, как сказано у поэта, "то явятся, то растворятся..."

3.24.  Стальную проволоку изготавливают волочением через фильеру. Проволока при этом быстро изнашивает фильеру –диаметр отверстия увеличивается, фильеру приходится часто менять. Как быть?

3.25.  При закалке деталей раскаленные детали краном опускают в ванну с маслом. Масло кипит (тем самым быстро охлаждая деталь), пары его соприкасаются с раскаленной деталью и горят, пачкая весь цех. Какова структура вредного веполя, как его разрешить?

3.26.  При движении судна на подводных крыльях на больших скоростях поверхность крыльев подвергается кавитационной эрозии - она разрушается из-за образования и лопания газовых и паровых пузырьков. Любые покрытия крыльев также будут разрушаться. Как быть? Рис.28.

Рис.28. Подводные крылья.

3.27. В полимеры для повышения стойкости добавляют вещества "перехватчики" кислорода, который проникает вовнутрь и медленно разрушает полимер. В качестве таких "перехватчиков", в частности, используют тонко измельченный порошок металла, который должен иметь свежую, неокисленную поверхность. Как вносить такой порошок в полимер? Применение вакуума, инертной или восстановительной среды сильно усложняет аппарат. Как быть?

3.28. Существует много систем для защиты банков, магазинов от вооруженных ограблений. Распространена система: на рабочем месте любого служащего есть кнопка, педаль, которую он в случае угрозы должен нажать. Однако, статистика показывает, что после команды: "Всем не двигаться! Стреляю без предупреждения!" – служащие не рискуют включать сигнализацию. Как быть?

3.29. Однажды на стройке возникла проблема: нужно было замерить горизонтальность плиты, расположенной за поворотом вентиляционного хода. Такой замер сделать несложно с помощью жидкостного уровня с пузырьком. Да вот беда - просунуть уровень можно, а заглянуть никак. День мучились, пытаясь приспособить как-то зеркала, потом решили ломать бетонную стену. Нельзя ли обойтись без этого?

2.4. РЕШЕНИЯ СЛОЖНЫК ИЗОБРЕТАТЕЛЬСКИХ ЗАДАЧ С ПОМОЩЬЮ АРИЗ-85В

За время развития ТРИЗ со времени первой публикации в 1956г. алгоритм решения изобретательских задач (АРИЗ) непрерывно совершенствовался, известны его модификации: АРИЗ-61, - 65, - 68, -71, -77, -82, -85 и 85В. В настоящее время для решения относительно простых технических задач (простых с позиций ТРИЗ - для метода проб и ошибок они остаются сложными) используют вепольный анализ и стандарты решения задач (76 стандартов). Для решения сложных задач в настоящее время рекомендуется АРИЗ-85В, описанный в книгах [ 8, 9], напечатанных после 1986г. В АРИЗ-85В осуществлена следующая основная линия анализа задач: рассмотрение объекта как ТС и выявление ТП-1-2,основного ТП, усиление ТП и составление модели задачи, расширение в ТС ресурсов, ИКР, формулирование ФП на макро - и микро-уровнях, составление ИКР-2 на микро-уровне части элемента ТС, испытание приемов разрешения ФП: метода ММЧ, введения пустоты, смесей ресурсов, хорошо управляемых полей, использование информационных фондов физических, химических, геометрических эффектов (в частности, с использованием программ для ЭВМ "изобретающей машины" Минской НИЛИМ и др.).

4.1. ФИЛЬТРАЦИЯ АВИАЦИОННОГО КЕРОСИНА

При хранении и перевозке нефтепродуктов в стальных емкостях в них попадают твердые частицы ржавчины к пыли. При хранении частицы размером 100 и более микрон быстро отстаиваются, оседают, остаются на дне. В авиационном керосине допустимы твердые частицы размером не более 8 микрон - частицы менее 100 микрон не успевают отстояться и попадают в топливо при его отборе из емкости. Поэтому при отборе керосина для заправки самолетов его пропускают через фильтр с соответствующими по размеру отверстиями. Фильтрация идет под давлением, медленно - фильтр быстро забивается. Но главный недостаток фильтрации состоит том, что мельчайшие частицы после фильтра слипаются, образуя частицы размером до 100 микрон. Причиной слипания является электризации керосина вследствие его трения о фильтр (как диэлектрической жидкости). Как быть?

Рассмотрим ход решения по АРИЗ:

Часть 1. АНАЛИЗ ЗАДАЧИ.

Шаг I. I ТС для очистки керосина включает емкость, систему повышения давления (насос), фильтр, приемник очищенного керосина. Нежелательный эффект НЭ-1: при фильтрации керосин электризуется (чем больше скорость фильтрации, тем больше электризация) и мельчайшие частицы слипаются в крупные частицы, которые в топливе недопустимы.

Средство устранения НЭ-I (СУ): для отделения вновь образовавшихся крупных частиц необходимо фильтрование керосина повторить. НЭ-2: процесс очистки керосина резко замедляется и усложняется в 2 раза. Технические противоречия в ТС:

ТП-1: ЕСЛИ керосин фильтровать повторно, ТО крупных частиц в нем практически не будет, НО процесс усложняется в 2 раза.

ТП-2: ЕСЛИ керосин повторно не фильтровать, ТО процесс проще, НО в керосине будут присутствовать вторичные крупные частицы.

Мини-задача: необходимо полностью очистить керосин от крупных твердых частиц и обеспечить простоту процесса очистки (без повторного укрупнения частиц после фильтрования).

Шаг 1.2 Инструмент - фильтр одинарный и двойной, изделие - керосин с твердыми мелкими частицами.

Шаг 1.3 Схемы: ТП-1— сдвоенный фильтр хорошо отделяет твердые частицы разных размеров, но себя сильно усложняет; ТП-2 - фильтр простой, но плохо очищает. (Рис.29).

Шаг 1.4 Главное ТП: быстро очищает простой фильтр (не двойной; двойной фильтр - силовое решение); выберем ТП-2.

Шаг 1.5 Усиление ТП: при очень большой скорости фильтрации происходит очень большая электризация керосина и частицы становятся еще большими.

Шаг 1.6 Модель задачи (МЗ): даны простой фильтр и керосин с мелкими частицами. ЕСЛИ фильтровать очень быстро, ТО производительность высокая, НО после фильтра образуются очень крупные частицы.

Рис.29. Схемы ТП-1 и ТП-2.

Нужен такой Х-элемент, который быстро отделяет любые твердые частицы из керосина, не усложняя схему очистки керосина (по сравнению с простым фильтром).

Часть 2. АНАЛИЗ МОДЕЛИ ЗАДАЧИ.

Шаг 2.1 Оперативная зона (ОЗ) конфликта в ТС: электризация струи керосина происходит в ячейке фильтра, у его стенок. В остальных частях пространства ТС электризация очень мала.

Шаг 2.2 Оперативное время (0В): Т1 - продолжительность фильтрования от минут до часа,

Т2 - подготовка к фильтрованию: замена фильтра, подключения и пр. – от минут до дней.

Шаг 2.3 Рассмотрение вещественно-полевых ресурсов ТС (ВПР):

а) Инструмента - материал фильтра (металл, керамика) поля: (Птр) трения керосина о стенки, (Пэл) электризации стенок и их заземление.

б) Изделия - керосин с мелкими твердыми частицами (I-I00 микрон), (Пэл), флуктуации электризации разных зон керосина и образование разных знаков зарядов на мелких частицах и слипание частиц (Пэл).

в) Вне ТС: насос или газ (источники П давления), бак – приемник отфильтрованного керосина, бак-емкость исходного керосина, воздух и поля Земли (П гравитации, П давления воздуха и пр. фоновые поля).

Часть 3. Идеальный конечный результат (ИКР) и ФП.

Шаг 3.1 ИКР-1: Х-элемент, абсолютно не усложняя ТС и не вызывая вредных действий, быстро (мгновенно) отделяет все твердые частицы из керосина в зоне его контакта со стенками фильтра во время фильтрации, не усложняя систему очистки керосина фильтрацией.

Шаг 3.2 Усиление ИКР-1 за счет выбранного элемента ВПР: в зоне конфликта (ячейке фильтра) наиболее близким элементом является металл стенки фильтра. Металл фильтра сам быстро отделяет твердые частицы любого размера в зоне контакта струи керосина с металлом во время очистки керосина, не усложняя систему очистки.

Шаг 3.3 Макро-ФП: Ячейка фильтра должна быть маленькой, чтобы хорошо удерживать твердые частицы из керосина, и должна быть большой, чтобы уменьшить трение керосина о стенки и электризацию керосина при фильтрации. Или в ячейке фильтра должны силы трения, чтобы задерживать твердые частицы, и не должно быть сил трения, чтобы не было электризации керосина.

Шаг 3.4 Микро-ФП: В ячейке фильтра должны быть "хватательные" частицы, чтобы удерживать твердые частицы из керосина, не должно быть таких частиц, чтобы не тормозить движение керосина.

Шаг 3.5 ИКР-2: "Хватательные частицы" сами выделяются при очистке керосина, обеспечивая удержание всех твердых частиц из него и не давал возможности вторичного укрупнения частиц после очистки.

б Разрешение ФП с помощью вепольного анализа и стандартов: имеются "хватательные" частицы фильтра и разных размеров твердые частицы в керосине, но между ними нет хорошего взаимодействия -

Пмех трения действует плохо (оказывает большое сопротивление фильтрации, электризация керосина приводит к побочным эффектам укрупнения частиц после фильтрации). Значит, надо в данном веполе перейти к более эффективному полю по сравнению с механическим - на основе принципа "замены механических полей". Проследим по МАТЭМЭмХ за другими полями с позиций "хватательных" частиц по отношению к частицам из керосина: Птрения можно заменить ПЦБС центробежных сил (НЭ: резкое усложнение ТС), Акустические поля - могут помочь сбору частиц в определенных зонах стоячие волны, но нет сил, обуславливающих их "схватывание" и отделение; Птепла – усиливает колебания частиц, а Пхолода может привести к сцеплению-смерзанию частиц при наличии в керосине следов влаги; Пэл - электростатические силы – в задаче сказано, что Пэл приводит к слипанию частиц менее 8 микрон до более 100 микрон и что такие большие частицы сами быстро отстаиваются в Пгравитации без фильтрации. Не опереться ли на прием "вред в пользу"? Поля магнитное и электромагнитное на большинство пылинок не действуют. Пхим - химический эффект сцепления частиц, надо что-то липучее в керосин добавить... (НЭ: сложно, не испортить бы керосин?) (Рис.30)