Домашнее задание по курсу «Применение методов технического творчества в инновационной деятельности» (стр. 1 )

Домашнее задание по курсу «Применение методов технического творчества в инновационной деятельности»

Методические указания

Санкт-Петербург
2010

Домашнее задание является сквозной практической работой по курсу «Применение методов технического творчества в инновационной деятельности», и использует знания, полученные студентами в философии, физике, механике, электротехнике, электронике, в кибернетике и системах управления.

Каждый студент получает индивидуальное задание от преподавателя, представляющее собой описание патента к изобретению с его названием и номером, как исходный материал для анализа и синтеза технической системы и исследования процесса передачи наследственной информации от прототипа к новому решению. Изобретения в большинстве своем относятся к устройствам или способам с развитой электромеханической и оптической частью, связанные с передачей и преобразованием энергии и информации в приборных системах. Наиболее характерными представителями являются датчики и преобразователи информации. Такие изобретения часто встречаются в изобретательской деятельности по направлениям "Управление и информатика», «Приборы точной механики», «Информационно-измерительная техника» и т. п.

Материалы, представляемые на защиту домашнего задания, оформляются в виде пояснительной записки со всеми необходимыми чертежами.

Порядок выполнения домашнего задания.

1. Внимательно ознакомиться с описаниями изобретения-прототипа и уяснить принцип действия заявленного устройства или устройства, реализующего заявленный способ.

2. Изложить принцип действия устройства в пояснительной записке с приведением всех необходимых рисунков и графиков.

3. Составить конструктивно-функциональную схему прототипа в виде графа и соответствующей матрицы конструктивно-функциональной схемы. Исследовать структуру, для этого

3.1. провести анализ элементов и связей

3.2. определить степень связности

3.3. проанализировать функциональные преобразования

3.4. определить диаметр структуры

3.5. определить наиболее нагруженный элемент

При выполнении пункта использовать материал параграфа 1.1.1 [1] и пример [2] выполнения, приведенный в приложении 2. Для более подробного знакомства с теорией графов можно использовать главу 2 [7].

4. Составить потоково-информационная схему прототипа в виде графа. Указать на схеме операции Р. Коллера.

При выполнении пункта использовать материал параграфа 1.1.2 [1] и пример выполнения, приведенный в параграфе 2 главы 2 [3]. Список типовых операций Р. Коллера приведен в приложении 3.

5. Из потоково-информационной схемы получить структурно-энергетическую схему системы в виде последовательных цепочек веществ и полей. Пример выполнения приведен в параграфе 1.1.3. [1].

6. На основании структурно-энергетической схемы получить динамическую модель развития структуры в виде системы дифференциальных уравнений с неопределенными коэффициентами. Пример выполнения приведен в параграфе 1.2.1. [1].

7. Смоделировать систему уравнений развития структуры в программной среде «Матлаб». Цель моделирования – подобрать численные значения неопределенных коэффициентов и начальных условий, обеспечивающих устойчивость модели. Получить графики изменения вероятностей преобразования элементов и потенциальных функций. Пример выполнения приведен в параграфе 1.2.2. [1].

8. На основании описания и чертежей конструкции составить информационно-энергетическую структурную схему прототипа. Определить вещественно-полевые ресурсы входов и выходов блоков схемы. Используя закон повышения информационно-энергетической проводимости синтезировать новое решение и определить, какой результат достигается в новом решении. Описать работу нового устройства. Примеры выполнения приведены в параграфах 1.3.2. и 1.3.3. [1].

9. Провести анализ формулы изобретения прототипа, определить признаки устройства и составить таблицу бинарных отношений между признаками. Нарисовать граф-схему формулы изобретения. Оценить силу формулы изобретения при помощи грубой и уточненной оценок. Пример выполнения приведен в параграфе 1.3.4. [1].

10. В программной среде « Матлаб» смоделировать процесс мышления по шагам решения изобретательской задачи.

а) Процесс распада прототипа в техническое противоречие смоделировать уравнениями аттрактора Лоренца. Начальные условия на координаты x, y,z установить в соответствии с вариантом задания. Варианты начальных условий приведены в приложении 4. Уравнения аттрактора Лоренца приведены в параграфе 2.3.2 [1]. Графики изменения координат и мощностей гомеостаза в аттракторе Лоренца для одного из вариантов приведены в приложении 4. По графикам изменения координат решить, в какой момент распадается гомеостат прототипа, т. е. когда остаются две координаты двух противоположных свойств технического противоречия. В этот момент программно перейти к системе уравнений (2.1) и (2.2) системы мысленного слежения [1] и получить графики нарастания противоречивых свойств по кривым развития (рис. 2.1а) [1], т. е. режим поиска решения в сознании.

б) Далее смоделировать режим обнаружения, опознавания и «захвата» решения (параграф 2.2.2.[1]) по системе уравнений (2.7), (2.8), (2.9) аттрактора Ресслера [1], т. е. программно переключиться с одной системы уравнений на другую. Получить графики, подобные приведенным на рис. 2.7 [1], выбрать момент «захвата» и переключиться на систему уравнений (2.3)-(2.5) [1]. Получить графики, подобные графикам на рис.2.8 [1]. Определить установившийся режим для всех трех координат.

11. Исследовать хаотические гомеостаты Рёсслера и Лоренца. Определить стационарные точки и их характер, построить их в трехмерном пространстве. Найти те стационарные точки, в которые переходят аттракторы при моделировании мышления в п. 10, а также, из которых они уходят. Пример выполнения приведен в 2.3.2. [1]. Для более подробного знакомства со странными аттракторами можно использовать [6].

12. Найти физическое свойство Х-элемента, используя систему кинематических величин , а также анализ наиболее нагруженного элемента структуры из приложения 2. Пример выполнения для задачи о запайке ампул с лекарством приведен в параграфе 3.1.6 [1], а также в приложении 5. Другие примеры решения изобретательских задач с использованием системы кинематических величин приведены в [8],[9].

13. Определить решение, при котором происходит смена представлений, а также его ресурсоемкость. Сравнить ее с ресурсоемкостью других решений на родительском тренде. Ресурсоемкость определить в действительном и комплексном базисе системы Бартини. Использовать материал разделов 3.2.1. и 3.2.2. [1].

Приложение 1

Варианты заданий

Варианты заданий приведены в таблице 1.

Таблица 1. Варианты заданий для выполнения домашнего задания

№ п/п	№ патента или авторского свидетельства	Название изобретения
1	SU 1530901	Радиальный наклономер
2	SU 1476302	Устройство для измерпения подвижек припайного льда на поверхностях водоемов
3	SU 824150	Устройство для регулирования уровня раздела жидкостей
4	RU 2031351	Устройство для контроля радиуса изделия
5	SU 1522051	Измерительный преобразователь крутящего момента
6	SU 1474515	Пенетрометр
7	SU 1492257	Устройство для определения влажности волокнистых и сыпучих материалов на ленте транспортера
8	SU 1551955	Преобразователь линейных перемещений
9	SU 1218752	Разъемное соединительное устройство для волоконных световодов
10	SU 1523995	Раздельно-совмещенный пьезопреобразователь
11	SU 1474491	Устройство для динамических испытаний датчиков импульсного давления
12	SU 1788497	Электромагнитное силовое устройство
13	SU 1530983	Широкополосный пьезопреобразователь
14	SU 1283697	Сканирующее устройство
15	SU 1490579	Цетробежная установка для испытания образцов
16	SU 1532866	Устройство для изготовления капиллярных хромаграфических колонок
17	SU 1642284	Датчик давления
18	SU 687351	Устройство для измерения давления на грунт
19	SU 488098	Гидростатический силоизмеритель
20	SU 1520394	Устройство для измерпения вязкости и модуля упругости веществ
21	SU 559177	Тахометр
22	SU 802903	Электрохромное индикаторное устройство
23	SU 1551994	Устройство для контроля качества поверхности сквозных каналов
24	SU 1825091	Индуктивный датчик угла наклона
25	SU 1300421	Способ дозирования малых количеств жидкости и устройство для его осуществления
26	SU 1283698	Сканирующее устройство
27	SU 1490622	Ультразвуковой преобразователь для контроля изделий
28	SU 1835538	Регулятор давления газа
29	SU 1511606	Устройство для контроля давления воздуха в пневматических шинах транспортного средства
30	SU 1465693	Способ контроля количества резины на валках каландра
31	SU 1472800	Способ определения сдвиговых характеристик сыпучих материалов
32	RU 2005296	Датчик давления
33	SU 1472773	Датчик давления
34	SU 1500890	Защитное устройство для приборов
35	SU 1283697	Сканирующее устройство
36	SU 1500947	Гидродинамический позиционный акселерометр
37	SU 1472758	Устройство для поддержания уровня жидкости в емкости
38	SU 1474491	Трансформаторный датчик
39	RU 2237864	Преобразователь линейных перемещений
40	SU 1493895	Датчик давления
41	SU 2340876	Защитное устройство для приборов
42	SU 1627818	Устройство для измерения неэлектрических величин
43	SU 659912	Устройство для измерения параметров механических колебаний
44	SU 2241212	Устройство для испытания материалов на трение
45	SU 1499431	Верньерное устройство
46	SU 1296977	Фокусирующий оптический элемент с регулируемым фокусным расстоянием
47	SU 1173168	Датчик перемещений
48	SU 396556	Водомер для учета воды на трубчатых и открытых гидросооружениях
49	SU 591975	Вибрационный привод

Приложение 2

Топологический анализ конструктивно-функциональной схемы

Пример анализа конструктивно функциональной схемы рассмотрен в статье [2].

1. Постановка проблемы

Высоковольтные линии электропередач (ЛЭП) переменного тока в регионах с повышенной химической загрязненностью атмосферы и с частыми осадками в виде росы и тумана требуют специальных мер для предотвращения тока утечки. Ток утечки может идти по образующемуся из загрязнений и влаги электропроводному слою на поверхности подвесных тарельчатых фарфоровых изоляторов - между проводом и заземлением (траверсой опоры).

Одна из версий конструктивно-функциональной схемы (КФС), составленная некоторым решателем имеет вид, представленный на рис.1.

Рис.1. Конструктивно-функциональная схема системы подвески проводов в линии электропередач

На рис. 1 введены следующие обозначения;

1-провод ЛЭП; 1-2 - проводит

2-электрический ток; 2-3 - производит

3-ток утечки; 3-4 - течет

4-электропро 4-5 - стекает

водный слой; 7-4 - держит

5-Земля; 6-7 - оседает

6-влага; 6-9 - испаряется

7-изолятор; 9-6 - производит

8-загрязнения; 9-8 - производит

9-атмосфера; 8-7 - оседает

2. Анализ элементов структуры исходной ситуации

Прежде всего необходимо обнаружить особые элементы:

1.изолированные (неинциндентные[1] ни одной из связей);

2.входные (в которые нельзя попасть ни из одного другого элемента);

3.выходные (из которых нельзя попасть в другие элементы).

Отыскание этих элементов проведем по матрице смежности[2] ║А = ai, j║, по которой для каждого элемента к = 1,п (где п число элементов в топологической структуре) определяется вектор а(к) = (ак, ак) с компонентами:

ак = ki, аk = jk

т. е. аk - есть сумма элементов k-й строки матрицы, аk - есть сумма элементов k-ого столбца

A =

Величина ak - определяет число связей выходящих из k-го элемента, а ak - число связей входящих в него. Если ak = ak = 0, то элемент k изолирован,

Рис.2. Примеры определения особых элементов на графе КФС

Если ak = 0, то элемент k выходной, если ak = 0, то элемент k входной. Наличие в структуре изолированных элементов свидетельствует об ошибках в составлении конструктивно-функциональной схемы.

Один из выходных элементов является "результатом (продукцией)" в структуре КФС, предшествующий элемент - "изделием"; таких элементов, как правило, должно быть по одному в структуре. Через входные и выходные элементы осуществляется процесс взаимодействия данной структуры с другими системами, уровнями, внешней средой.