Использование полей в технических системах

Термин "поле" в разных науках имеет различный смысл. Понятие поле в ТРИЗ близко к физическому полю, но имеет свои отличительные особенности. В ТРИЗ рассматриваются следующие поля: механическое (М), акустическое (А), тепловое (Т), химическое (X), электрическое (Э) и магнитное (Мг). Общая аббревиатура МАТХЭМ [1-4].

Краткая характеристика полей:

1. Механическое поле (взаимодействие). Его проявления весьма разнообразны: простые механические усилия и перемещения, давление (повышение или сброс), инерционные, гравитационные, центробежные силы, вибрации, удары, аэро- и гидродинамические эффекты и т.п.

2. Акустическое поле, т.е. звуковые волны (колебания), ультразвук и инфразвук

3. Тепловое поле, в том числе, нагрев и охлаждение.

4. Химическое поле, характеризуется использованием химических реакций, в том числе:

а) синтез и разрушение молекул;

б) использование катализаторов и ингибиторов;

в) использование особо активных веществ: озона, фтора, радикалов и т.п.;

г) использование биохимии, запаховых и вкусовых ощущений.

5. Электрическое поле, в том числе:

а) электростатика (электризация, коронный разряд и т. п.);

б) электрический ток и эффекты, связанные с прохождением тока через вещество (электролиз, электрофорез и т.п.).

6. Магнитное поле, создаваемое постоянными магнитами или электрическим током (постоянным или переменным).

Эффективность применения полей возрастает по мере перехода от механического к магнитному полю. При этом увеличивается и их управляемость. Наиболее эффективным оказывается суммарное использование полей, например, парных комплексов: электрохимия, электромагнетизм, тепловые явления и химия и т. п.

В использовании полей наблюдаются следующие тенденции:

1.Переход от использования поля одного знака к совмещению в одной системе действия полей противоположного направления (знака).

Например, возвратно-поступательное движение, нагрев-охлаждение, химическое разложение и синтез, действие положительных и отрицательных электрических зарядов.

2. Переход к использованию переменных (периодически изменяющихся во времени или пространстве) полей.

Например, вибрация, акустические поля, температурные колебания, волновые химические процессы, переменные токи и электромагнитные волны, свет, радиация.

3.Переход к использованию импульсных или градиентных полей.

Например, взрывы (сейсморазведка), сверхбыстрый нагрев, охлаждение, электрические и магнитные импульсы.

4.Переход к суммарному действию различных полей с использованием системных эффектов от совмещения.

 

ПРОТИВОРЕЧИЯ И СПОСОБЫ ИХ РАЗРЕШЕНИЯ

Противоречия в технике

Противоречие - категория диалектики, выражающая внутренний источник движения (самодвижения), принцип развития природы (естественных систем), техники (искусственных технических систем) и общества (социальных систем). Различают противоречия основные и неосновные, существенные и несущественные, внутренние и внешние и другие. Мир техники полон противоречий явных и неявных, конструктивных и технологических и т. п.

Противоречия в технике появляются, когда мы повышаем требования к ТС или к ее какому-либо узлу. В ТРИЗ выделяется три вида противоре­чий -административное, техническое и физическое [1-4].

Административное противоречие включает в себя несколько (клубок) задач - отсюда и трудности его разрешения, т. к. необходимо понять ситуацию и из клубка задач выделить одну конкретную техническую задачу (противоречие). Признаки административного противоречия - неясность ситуации, конфликт между человеком и техникой, появление новой потребности при отсутствии средств ее реализации или неспособность техники удовлетворить старые потребности, но в большем объеме.

Примеры административного противоречия [1]:

1. На машиностроительном заводе необходимо обеспечить требования экологии по термическим печам.

2. В закалочном цехе необходимо улучшить воздушную среду

3. В сборочном цехе снизить уровень шума и вибрации.

Техническое противоречие возникает между параметрами системы, ее узлами или группами деталей. Если улучшить одно - то непременно ухудшится другое. Техническое противоречие - это конфликт внутри ТС.

Пример 4.1. Рассмотрим административное противоречие: в закалочном цехе необходимо улучшить воздушную среду [1]. Отсюда не ясно, что же делать: очищать воздушную среду? Повышать эффективность вентиляции? Или не допускать загрязнения воздуха? Оказалось, что в закалочном цехе при опускании раскаленных крупногабаритных деталей в ванну с маслом масло вспыхивало и густой едкий дым заполнял цех. Установить эффективную вентиляцию невозможно. Чтобы уменьшить выделение вредных веществ в атмосферу цеха, решили увеличить скорость опускания детали, но тормозная система крана не выдержала новых нагрузок, и при очередном опускании детали было пробито днище ванны. Помещение цеха залило маслом. Поставили более мощные тормоза, но высокие динамические нагрузки при торможении привели к прогибу несущей балки крана. Что делать? Усилить несущую балку? Но тогда надо усилить и ее опоры.

Физическое противоречие - это взаимоисключающие требования, предъявляемые к элементу системы. Физическое противоречие возникает внутри какого-либо элемента или даже в его части. К одному и тому же элементу предъявляются противоположные требования по физическому состоянию. Например, элемент должен быть тяжелым и легким, или горячим и холодным, или магнитным и немагнитным, или острым и тупым и т.п.

Вернемся к примеру с закалочным цехом. В чем причина задымления цеха? В том, что когда раскаленная деталь, опускаясь, касается масла, оно воспламеняется и горит. Горение есть химический процесс соединения горючих элементов масла с кислородом воздуха. Чтобы не было горения, надо исключить какой-либо компонент. Масло исключить нельзя, так как оно требуется для технологического процесса. Исключить кислород из атмосферы цеха, но тогда там не смогут находиться люди. Итак, выявилось физическое противоречие: кислород в атмосфере цеха должен быть и не должен быть.