Методика постановки задачи по улучшению характеристик прототипа.

Наиболее широкий класс задач научно-технического творчества связан с необходимостью улучшить известный технический объект, называемый прототипом, путем внесения в него определенных изменений.

Задачи научно-технического творчества, как правило, решают итерационным путем, т.е. делают несколько приближений к искомому решению на основе анализа текущих результатов. Поэтому постановка задачи исследования чаще всего состоит из двух этапов. На первом этапе на основе сформулированной функции и анализа прототипа проводят выбор и оптимизацию улучшенных по основным критериям функциональных структур разрабатываемого ТО и принципов их практической реализации с использованием методов математического и физического моделирования, которые позволяют оценить, соответствует ли разрабатываемый ТО списку требований и какой из альтернативных вариантов ФС и ПР лучше по основным показателям качества. На втором этапе для выбранного варианта ФС и ПР проводят оптимизацию параметров ТР с привязкой его к существующим на данный момент условиям изготовления и эксплуатации ТО.

После выполнения каждой операции и первого и второго этапов необходимо проводить обработку и анализ полученных результатов и представлять их в наиболее информативной и удобной для восприятия форме.

Постановка задачи экспериментального исследования наиболее важный процесс. Правильная постановка творческой научно-технической задачи является залогом успешного ее решения, так как позволяет отсечь бесперспективные и тупиковые направления поиска. Иногда решение задачи находят в процессе ее постановки.

Первый этап. Предварительная постановка задачи. (Выбор функциональной структуры и способа реализации.)

1. Описание проблемной ситуации. Представляет собой предварительную краткую формулировка задачи по пунктам:

- в чем состоит проблема и какую потребность нужно удовлетворить?

- что дает решение задачи?

2. Описание функции (назначения) ТО. Содержит четкую и краткую характеристику технического средства, с помощью которого можно удовлетворить возникшую потребность.

Дается качественное и количественное описание функции ТО и параметров ФО, удовлетворяющих существующую потребность,

3. Составление списка требований для реализации заданной функции.Список основных требований к ТО составляют в зависимости от уровня описания в виде СТ к ФС и ПР. Количественное описание функции ТО вместе со СТ представляет собой ТЗ на разработку нового ТО.

4. Выбор прототипа и составление списка недостатков. В описании проблемной ситуации часто указывают прототип (ТО, используемый в данный момент для реализации потребности), который требуется усовершенствовать. Такой ТО часто берут за основу при поиске улучшенного решения. Кроме того, необходимо выбрать еще несколько аналогов, имеющих определенные достоинства по сравнению с прототипом. В первую очередь используют существующие в практике изделия на уровне лучших мировых образцов.

Прототипом могут являться материалы, устройства, способы на уровне лучших образцов или аналогичные ТР в ведущем классе ТО. При выборе прототипов используют описания патентов, техническую литературу, каталоги и др.

В списке необходимо выявить все недостатки прототипа, которые могут быть устранены в новом изделии для реализации заданной функции, в том числе:

- показатели, не соответствующие сформулированной функции,

- факторы, затрудняющие изготовление и использование прототипа и снижающие его эффективность,

- причины возникновения недостатков прототипа с целью избавления от недостатков путем исключения причин.

Перечень требующих улучшения параметров с их количественной оценкой называют списком недостатка прототипа. Недостатки прототипа располагают по степени важности их устранения, выделяя самые важные как главные цели решения задачи.

5. Построение улучшенной функциональной структуры ТО и принципа ее реализации.

При корректировке ФС и ПР прототипа отвечают на вопросы:

- какие функциональные элементы можно ввести (исключить) для устранения недостатков прототипа, их названия и функции?

- как изменить функциональные взаимосвязи элементов ТО?

- какие физико-химические эффекты будет реализовать предлагаемый набор элементов ТО при его изготовлении или эксплуатации и как реализуемые эффекты будут взаимосвязаны между собой?

По проведенным операциям на первом этапе и анализу их результатов формулируют уточненную постановку задачи.

6. Уточненное формулирование задачи. Кратко обобщают результаты, полученные при выполнении операций на первом этапе, что дает комплексное и понятное представление задачи. При этом задача традиционно содержит две части:

Дано:

- качественное или количественное описание функции и ограничений, накладываемых на реализацию функций;

- список требований к ТО для реализации заданной функции;

- перечень и описание возможных прототипов и списки их недостатков;

- варианты улучшенных функциональных структур и возможные принципы их реализации.

Требуется:

так изменить прототип (найти новое ТР), которое бы реализовало интересующую функцию и не имело недостатков прототипа.

Второй этап. Уточненная постановка задачи

7. Анализ функций, стоящих выше в иерархии системы. Почти всегда рассматриваемый ТО можно представить как элемент в другой, более сложной технической системе (например, огнеупорное изделие в футеровке теплового агрегата). Для такого анализа необходимо:

- выделить вышестоящую систему, в которой изучаемый ТО является элементом;

- составить описание функций элементов системы и стоят ее ФС;

- оценить эффективность удовлетворения заданной функции в составе объекта верхнего уровня.;

8. Выявление и анализ противоречий развития. Улучшение многих ТО связано с преодолением так называемых противоречий развития – улучшение основного показателя приводит к ухудшению одного или нескольких важных свойств объекта (например, повышение термостойкости за счет создания микротрещиноватой структуры изделия может понизить механическую прочность и коррозионную стойкость за счет увеличения пропитки корродиентами). При выявлении и анализе противоречий развития необходимо выполнить следующие процедуры:

- при рассмотрении каждого показателя оценить, какой показатель ТО ухудшается и какие факторы ограничивают улучшение основного показателя;

- построить график зависимости ухудшаемого показателя от улучшаемого.

9. Формулировка идеального технического решения (ИТР).

Любой класс ТО имеет вполне определенное направление развития, на котором лежат прогрессивные ТР, а вне его – тупиковые. Поэтому при создании новых ТО основная задача состоит в поиске ТР, лежащих на прогрессивном направлении, чему способствует формулировка ИТР, которая является ориентиром для выбора прототипа и проектирования улучшенного ТО.

Определение ИТР. ТР считается идеальным, если оно имеет следующие свойства:

- в ИТР все элементы ТО выполняют основную функцию, а время использования ТО значительно возрастает;

- в ИТР масса и размеры ТО стремятся к «0», в пределе – устройства нет, а функция выполняется;

- в ИТР КПД стремится к «1», время изготовления ТО и расход энергии к «0»;

- в ИТР ТО функционирует без участия человека и не оказывает вредного влияния на человека и окружающую среду.

В производстве высокотемпературных изделий к ИТР можно отнести революционные изменения технологии новых материалов и изделий, обеспечившие эффективное внедрение высокотемпературных специальных процессов в металлургии, машиностроении, энергетики. К ним можно отнести использование наноструктурированных материалов, композитов, плавленых материалов и плавленолитых изделий, материалов и изделий волокнистой структуры, искусственно синтезированных материалов, таких как карбид кремния, сиалон и др.; расширение технологии безобжиговых изделий, создание монолитных футеровок.

Формулировка ИТР позволяет сузить направление поиска и найти оптимальное решение. На практике ИТР являются такие ТО, у которых на протяжении веков остаются неизменными или ФС или ПР или ТР, включая параметры.

10. Уточненная постановка задачи (оптимизация параметров ТР)

Формулируют постановку задачи аналогично п.6.

Дано:

- качественное и количественное двухуровневое описание функций ТО;

- уточненный список требований к параметрам ТО;

- перечень основных элементов ТО и их взаимосвязей;

- способы и средства реализации структуры ТО;

- принципиально важные соотношения параметров ТО в целом и его элементов.

Требуется:

на основании анализа результатов модельных и практических экспериментов оптимизировать ТР, обеспечивающее заданное улучшение параметров ТО.