Глава 4. Эвристические приемы

                            технического творчества               

В процессе решения задачи каждый человек использует свои знания и опыт, полученные им в процессе обучения и практической деятельности. Накопленные знания, есть набор эвристических правил, которые позволяют находить новые решения, улучшать известные. Г. С. Альтшуллер назвал эвристические приемы информационным фондом, в который входит 40 приемов (принципов). Накопленные знания, приемы позволяют находить новые решения, улучшать известные.

С целью рационализации трудового процесса технологическую операцию представляют совокупностью элементарных приемов (движение), а затем анализируют последовательность их выполнения, чтобы выявить лишние движения. Путем ликвидации нерациональных движений снижается затрата времени на выполнение операций.

Обобщая опыт работы инженеров и изобретателей, ученые, начиная с начала 20-го века стали составлять списки различных эвристических приемов поиска идеи решения инженерных задач.

Например, исползование «патентов природы». Широкую известность получил новый тип самоудерживающейся застежки, в которой использован принцип репейника. Липучка.

Большой вклад в систематизацию эвристических приемов внес Г Альтшуллер.

1. Принцип дробления (выполнить объект разборным или разде­лить на независимые части). Наиболее  характерным примером являются многозубые инструменты (пилы, фрезы и т.п.), где затупившийся или сломавшийся зуб меняют, снимая съемную секцию. Складной велосипед легко укладывается в багажник легкового автомобиля;

2. Принцип вынесения ( отделитьот объекта «мешающую» часть, или, наоборот выделить единственную нужную часть, свойст­во). По а.с. № 257301 для уменьшения веса спецкостюма и улучшения условий труда горноспасателя запас хладагента и устройство охлаждения помещены в отдельном контейнере, который соединен с костюмом шлангом.      

3. Принцип местного качества (разные части объекта должны иметь разные функции). По а.с. № 957900, чтобы в шторм уберечь хирурга и больного от качки, корабельная операционная обо­соблена от корпуса корабля. Судно качается i пол операци­онной и стол неподвижны. Примером может также служить обычный карандаш с ре­зинкой, который так привычен;

4. Принцип ассиметрии (перейти от симметричной формы объекта к ассиметричной). По а.с. № 269895 часть калибров, используе­мых при прокатке труб выполняют несимметричными относи­тельно главных осей последней, обеспечивал ее небольшое вращение, что уменьшает разностепенность;

5. Принцип объединения (соединить однородные или предназначен­ные для резца идет плазменная горелка. С ра­зогретого металла легко снимается требуемый слой в виде стружки. Кстати, с применением этого приема изобретены пудреницы с зеркалом, кухонные и зерноуборочные комбайны и многое другое;

6. Принцип универсальности (объект выполняет несколько разных функций, благодаря чему отпадает необходимость в других объектах). Самые понятные примеры - кухонный комбайн, заменяющий несколько объектов; обрабатывающий центр с числовым программным управлением - цех в миниа­тюре и т.д.;

7. Принцип "матрешки" (один объект размещается внутри другого, который в свою очередь, внутри третьего и т.д.). У станочни­ков так устроены переходные втулки для хвостовиков сверл, зенкеров   и  других инструментов. По такому принципу устрое­ны подводные резервуары для хранения нефти на морских промыслах;

8. Принцип антивеса заключается в компенсации массы (веса) объекта путем соединения его с другими объектами, обладающими подъемной силой, или взаимодействия со средой (за счет аэрогидродинамических и другихсил).

9. Принцип предварительного напряжения подсказывает заранее придать объекту деформации (напряжения), противоположные нежелательным. Например: с целью уменьшения коробления композиционного материала его при изготовлении и сушке изгибают в сторону, противоположную приклеиваемому покровному слою.

10. Прием предварительного исполнения (заранее выполнить
(полностью или частично) требуемое изменение объекта). Ос­танкинская телебашня испытывает сильную ветровую нагрузку
и изгибается. С наветренной стороны возникают растягиваю­щие усилия, которые плохо выдерживает бетон. Поэтому при
строительстве башня была сжата тросами, пропущенными че­рез нее и уходящими к силовым механизмам подвала.

Для поиска горнолыжников, попавших под лавину, в кос­тюмах имеются металлические элементы,    которые миноискатель определяет через трехметровый слой снега.

11. Принцип "заранее подложенной подушки" (компенсировать относительно невысокую надежность объекта заранее подготов­ленными средствами). Для предотвращения фильтрации воды  на дно строящегося пруда укладывают полиэтиленовую плен­ку. На Западе многие товары имеют магнитные полосы. При оплате в кассе они размагничиваются. "Забывчивого" покупателя в дверях остановит сигнальный прибор;

12. Принцип эквипотенциальности предусматривает такое изменение условий работы, чтобы не приходилось поднимать или опускать объект.

13. Принцип "наоборот" (вместо действия, диктуемого условиями задачи, осуществить обратные действия; сделать движущуюся часть объекта неподвижной и наоборот). Знаменитые "бегущие дорожки", на которых космонавты пробегают многие кило­метры, оставаясь на месте.

По такому же принципу обкатывают автомобили на сбо­рочных конвейерах;

14. Принцип сфероидальности (перейти от прямолинейных частей предмета к криволинейным, от плоских поверхностей к сфери­ческим и т.д.). Вместо прямой как струна, привычной взлетной полосы - сферическая полоса становится бесконечной, исклю­чаются ситуации, когда ее не хватает для разбега самолета; другой пример – винтовой конвейер для транспортировки готовых изделий (верхней одежды) из цеха влажно-тепловой обработки в склад предприятия.

 - принцип активности:

а) компенсировать вес объекта соединением с другими объектами, обладающими подъемной силой;

б) компенсировать вес объекта взаимодействием со средой. Все промышленные рыбацкие снасти оборудованы полыми поплавками,       которые держат верх многотонной огромной площади сети на плаву;

15. Принцип динамичности – характеристикиразрабатываемого объекта (процесса) должны меняться так, чтобы быть оптимальными на каждом этапе работы; появятся терморегулируемые материалы, в которых в зимнюю стужу будет тепло, а влетний зной прохладно – при перемене температуры они смогут менять свой объем и, соответственно, регулировать приток и отток тепла.

16. Принцип частичного и избыточного решения (если трудно получить 100% требуемого эффекта, надо получить "чуть меньше" или "чуть  больше.

 При покраске цилиндрических деталей на них с избытком

подают краску (окунают в ванну), а затем вращением детали лишнюю краску удаляют;

17. Принцип перехода в другое измерение предусматривает увеличение   числа степеней свободы объекта. Например, двухсторонняя куртка.

18. Использование механических колебаний (привести объект в ко-лебательное движение, изменить частоту колебаний) использовать резонансные и ультразвуковые колебания.. Для от­ветственных бетонных работ применяют вибраторы. В США разработана ультразвуковая установкадля очистки одежды от загрязнения и пятен.Сюда входят ультразвуковой генератор, пистолет и емкость с очищающим растворимтелем. Ультразвуковые колебания в волноводе усиливаются и концентрируются в наконечнике пистолета. Поскольку колебания концентрируются в очень малой зоне, достигается высокий очищающий эффект при очень непродолжительном действии на изделие.

Чтобы быстро растворить порошковое молоко в воде, на смесь воздействуют частотой, зависящей от дисперсности порош­ка;

19. Принцип периодического действия заключается в переходе от не епрерывного действия к периодическому.

20. Принцип не прерывности полезного действия (вести работу непрерывно; перейти от возвратно-поступательного движения к вращательному). Раньше накатка резьбы на болтах, винтах, шпильках делалась на старых  строгальных станках с плоскими накатками. И только при движении вперед. Заменили плоские накатки на круглый резьбовой ролик и процесс накатки стал непрерывным. Теперь специальные накатные станки, осна­щенные вибробункерами для загружаемых деталей, работают в автоматическом режиме всю смену, обходясь без участия че­ловека;

21. Принцип проскока состоит в том, чтобы преодолевать отдельные, в том числе вредные и опасные, стадии процесса на повышенной скорости. Ни одна сверхпрочная стальная пила не может составить

конкуренцию тончайшему лазерному «скальпелю», который многослойный пакет ткани рассекает так быстро, что материал не успевает деформироваться.

22. Принцип «обратить вред на пользу» использует вредные факторы для получения положительного эффекта; усиливает вредный фактор до такой степени, чтобы он перестал быть таковым; компенсирует один вредный фактор другим.

23 Принцип обратной связи - ввести обратную связь, а если она уже есть – изменитьее. Применениеэтого принципа широко используется в автоматических системах регулирования и управления технологическими объектами легкой промышленности(например, при управлении процессом влажно-тепловой обработки швейных изделий по информации по температуре влажности обрабатываемого материала.

24. Принцип посредника. заключается в использовании промежуточного объекта-переносчика.

25. Принцип самообслуживания. Например, в швейной машине автоматическое закрепление, автоматическая обрезка нити после стачивания и т.д.

26. Принцип копирования. Вместо дорогостоящего, неудобного или очень хрупкого объекта можно использовать его упрощенные и дещевые модели (масштабные, схематические или комбинированные). Известно, что при оценке полетных качеств вновь конструируемого самолета в аэродинамической трубе «продувают» уменшенную масштабную копию этого самолета.

27. Принцип замены дорогой долговечности на «дешевую недолговечность». Например, США мужские сорочки одноразового использования.

28. Принцип замены механической схемы подсказывает заменить механическую схему электрической, оптической, тепловой, акустической и использовать электрические, магнитные и электромагнитные поля.

29. Принцип использования пневмо-и гидроконструкций предлагает вместо твердых частей объекта исползовать газообразные и жидкие, надувные и гидронаполняемые, воздушную подушку, гидростатические и гидрореактивные.

30. Принцип использования гибких оболочек и тонких пленок указывает на то, что вместо объемных жестких конструкций можно использовать гибкие оболчки: парники, упаковка для верхней одежды и т.д.

31. Принцип пористых материалов предлагает сделать объект или его часть пористым. Чтобы пористый материал пропускал еще меньше тепла, в ег поры закачивают газ.

32. Принцип изменения окраски (изменить окраску или  степень прозрачности объекта или внешней среды, использовались крася­щие добавки, меченые атомы и др.) Цветной асфальт как эф­фективное средство против дорожно-транспортных происше­ствий предложили специалисты японской фирмы. Прозрачная повязка, применяемая в США, позволяет наблюдать рану, не снимая повязки.

33. Принцип однородности. предусматривает, что объекты, взаимодействующие с данными объектами, должны быть сделаны из одних и тех же материалов (или близких к ним по свойствам).

При обработке многослойных деталей и узлов изделий легкой промышленности составные материалы(верх, подкладка, приклад) должны иметьочень близкие физико-механические (особенно деформационные и усадочные) характеристики. Это обеспечивает высокие эксплуатационные свойства изделий.

34. Принцип отброса или регенерации частей. Выполнившая свое назначение или ставшая ненужной часть объекта должна быть отброшена.(растворена, испарена и т.д.) или видоизменена; расходуемые части должны восстанавливаться в ходе работы.

   Тепло и влага, вводимые в изделия в ходе их формования с целью перевода в высокоэластичное состояние, после придания требуемой формы удаляются.

    При обычном способе получения пряжи волокна из некачественной, так называемой пожелтевшей шерсти, легко рвутся, выпадают, что приводит к перерасхаду сырья, снижению производительности оборудования. Если же в шерстяную смесь временно добавить своего рода «арматуру» в виде водорастворимого волокна, то получится прочная пряжа. После того, как из нее изготовят ткань, добавку, сцепляющие шерстинки, легко удалить промывкой в теплой воде.. Остается в конечном счете чистая шерсть. На треть возрастает производительность труда, из того же сырья можно получить больше тканей высокого качества.

35. Принцип изменения физико-химических параметров объекта.. означает изменить агрегатное состояние объекта, химический состав, концентрацию, температуру, объем.

С равномерного прогрева швейных изделий в процессе влажно-тепловой обработки нанесенную на проутюжильник влагу преобразуют в пар, а для достижения более высокой формоустойчивости и несминаемости изделий в них дополнительно вводят специальные химические вещества.

36. Принцип использования фазовых переходов предусматриваетиспользовать изменения параметров, происходящие при фазовых переходах, изменение объема, выделение или поглощение тепла.

37. Принцип использования термического расширения предлагает использовать термическое расширение и сжатие материалов, применять материалы с разными коэффициентами термического расширения.

38. Принцип использования сильных окислителей заключается в замене обычного воздуха обогащенным, а обогащенног – кислородом.

Например, в ФРГ разработана система, исползующая паровоздушную смесь вместо пара в карусельных прессах с вакуумным отсосом и обдувом воздухом.Паровоздушная смесь получается смешиванием пара и воздуха и имеет меньшую температуру, чем пар. Благодаря этому исключается ласообразование на отдельных участках изделия.

39. Принцип изменения степени инертности подсказывае заменить обычную среду нейтральной, ввести в объкт нейтральные части и добавки, ввести процесс в вакууме.

40. Принцип использования композиционных материалов состоит в переходе от однородных материалов к композиционным.

примером служит новая технология производства тканей с синтетическими добавками. Переплетение натуральных и синтетических нитей рассчитано таким образом, что внутренняя, прилегающая к телу, поверхность рубашки или футболки хлопчатобумажная, а внешняя синтетическая. Изделия получаются тонкими и легкими, не деформируются после стирки в горячей воде, служат намного дольше, чем изделия из натурального сырья, и, конечно, полезнее для здоровья.

Вышеизложенные эвристические приемы решения технических задач Г.С.Альтшуллер предлагает в форме таблицы 5.

 

                                                                                    Таблица 5.