Техническое противоречие (ТП) - модель описания ИС, в которой выделены желательные и нежелательные последствия конкретного изменения ТС. Примеры применения приемов устранения технических противоречий

Объекты техники, как и весь мир, развиваются по закону единства и борьбы противоположностей, а само развитие выглядит как процесс зарождения, обострения и разрешения противоречий.

Социально-техническое противоречие - противоречия между потребностями общества и возможностями их удовлетворения с помощью технических средств. Потребность есть, а средств для ее удовлетворения нет. Например, давно у людей возникла потребность побывать на Луне, Марсе, но необходимых для этого технических средств не было.

Техническое противоречие - единство улучшения и ухудшения сторон технической системы, единство положительного и нежелательного эффектов при изменении части системы.

"Нет худа без добра и добра без худа".

Например, возникла потребность улучшить качество обработанной поверхности, фрезеруемой станке. Этого можно достичь, если увеличить скорость резания. Однако при этом возникают нежелательные (вредные) эффекты: увеличился уровень шума, возникла вибрация. Отношение между потребностью и обычным путем ее разрешения с помощью станка настолько обострилось, что стало тормозом дальнейшего развития.

Технических систем без противоречий не бывает . Вместо устраненного противоречия возникает другое. Поэтому задача разработчика технической системы сводится к устранению исходного нежелательного эффекта и недопущению других нежелательных эффектов.

Методы разрешения технических противоречий.

Для разрешения технических противоречий и поиска новых решений создано около тридцати методов.

Известные методы технического творчества можно объединить в несколько групп:

1. Метод мозгового штурма - базируется на принципе мозговой атаки.

2. Метод морфологического ящика - базируется на морфологическом анализе.

3. Метод контрольных вопросов.

4. Методы эвристических приемов.

5. Методы, основанные на алгоритмах решения изобретательских задач.

Метод мозгового штурма.

Был разработан морским офицером США Алексом Осборном после второй мировой войны.

Известна история рождения метода мозгового штурма.

Однажды судно А. Осборна, на которым он был капитаном, шло с грузом в Европу. Капитан получил предупреждение о возможной атаке немецких подводных лодок. А. Осборн собрал команду на палубе и попросил высказать соображения как спасти судно от торпед подлодок. Один из матросов сказал, что нужно всей команде встать вдоль борта и при обнаружении торпеды дружно дуть на нее, чтобы отдуть ее в сторону. Встреча с подлодками на этот раз не состоялась, однако высказанная идея была реализована. Вернувшись на базу, А. Осборн оснастил судно вентилятором, создающим мощный направленный воздушный поток, и этим вентилятором в одном из рейсов действительно отдул торпеду от борта. Используя этот опыт, после войны А. Осборн разработал метод мозговой атаки и создал свою школу изобретателей и рационализаторов.

Согласно методу поиск проводится двумя группами в два этапа. Первая группа – группа генераторов – предлагает идеи, строго придерживаясь правила запрета критики. Вторая группа – группа экспертов – обсуждает и анализирует выдвинутые идеи.

Группа генераторов состоит из 5…12 человек. В группу приглашаются специалисты-смежники (конструкторы, технологи, экономисты, снабженцы), один-два человека со стороны (врач, парикмахер). Заседание группы продолжается 30…50 мин под руководством ведущего. Ведущий должен обеспечить раскрепощенную обстановку в группе. Идеи записываются магнитофоном. За один сеанс обычно высказывается 50…150 разных идей.

Затем идеи передаются группе экспертов, которые их анализируют и пытаются оценить скрытые возможности предложений.

Благодаря своей простоте и легкости освоения в пятидесятых годах метод мозгового штурма быстро распространился и считался лучшим методом поиска во всех областях науки и техники.

На базе метода мозгового штурма в период 1952…1959 гг. Уильямом Дж. Гордоном разработан метод синектики . Слово “синектика” означает “совмещение разрозненных элементов”.

Метод синектики.

Для генерации новых идей формируется группа синекторов из 5…7 человек, прошедших предварительную подготовку. Синектор – человек с широким кругозором, имеющий, как правило, две специальности, например, врач-механик, химик-музыкант и т.п.

При подготовке синекторов учат применять в процессе поиска идей следующие четыре вида аналогий:

· прямая аналогия;

· личностная аналогия или эмпатия;

· аналогия фантастическая;

· аналогия символическая.

Прямая аналогия.

Ее используют все инженеры и изобретатели. Для этого они ищут аналогичные ситуации, встречающиеся в других задачах, в природе. Природа создала много примеров различных способов и механизмов. Например, известны сотни конструкций насосов, аналогами которым послужили сердца разных животных.

В развитии технических систем в соответствии с законами диалектики происходит чередование этапов количественного роста и качественных скачков. В процессе количественного роста в результате неравномерного развития характеристик технической системы появляются противоречия.

Противоречие - проявление несоответствия между разными требованиями, предъявляемыми человеком к системе, и ограничениями, налагаемыми на нее законами природы, социальными, юридическими, и экономическими законами, уровнем развития науки и техники, конкретными условиями применения и тп

Если технический объект создан, то весьма часто ставится задача увеличения его главной полезной функции (ГПФ)Для этого, как правило, требуется усилить какое-либо свойство одного из элементов этого технического объекта. Однако при усилении одних свойств элемента нарушается взаимодействие (согласованность) с другими элементами технической системы, возникает противоречие, то есть источником противоречий является совершенствование, развитие технических объектов.

^ 1)Административное противоречие

Решение любой технической задачи начинается с анализа проблемы. Результатом этого анализа является постановка и формулировка задачи, которую нужно решать.

В проблеме обычно описывается необходимость создания некоторого технического объекта (ТО) для удовлетворения определенной потребности, приводится соответствующая аргументация этой необходимости, описываются функции, которые должен выполнять этот ТО; требования, которые к нему предъявляются.

Если есть потребность в создании продукции с определенными потребительными свойствами, но неизвестно как ее удовлетворить, то возникает проблемная ситуация (ПС).

Описание ПС - это формулирование потребностей, функций, которые нужно выполнитьПроблема заключается в том, что на этом этапе не видно путей, как реализовать выполнение этой функции.

Проблемная ситуация возникает, если нет соответствия между требованиями, предъявляемыми потребителями, и имеющимися техническими возможностями

Г.С. Альтшуллер назвал такие проблемные ситуации административным противоречием

Этому виду противоречий соответствует изобретательская ситуация, включающая в себя целый клубок задач, из которых нужно выбрать именно ту, которую следует решать в первую очередьКаким образом выделить первоочередную задачу среди прочих?

Таким образом, административные противоречия только обозначают проблему и в ряде случаев дают некоторое обоснование ее возникновения.

^ 2)Техническое противоречие

В первоначальной формулировке проблемы формулируются некоторые потребности, функции, которые необходимо выполнить.

Существенно изменить рассматриваемую систему или ее взаимодействие с надсистемой (НС) таким образом, чтобы отпала необходимость в этой потребности, в выполнении этой функции - ПС1; в этом случае формулируется проблема по изменению НС;

Дополнить существующую техническую систему некоторым устройством, которое позволило бы удовлетворить сформулированную потребность - ПС2 (смпример на рис 6.2).

Проблемы могут быть разные.

Стремление улучшить одни характеристики продукции часто приводит к ухудшению других

В проектно-конструкторских и технологических задачах обнаруживается противоречивость многих свойств, например, точность и производительность в технологии обработки материалов; масса, надежность и стоимость; устойчивость и управляемость технических объектов и др.

Например, один из способов увеличения надежности летательных аппаратов (потребность) - создание резервных систем и агрегатовА это приводит к увеличению массы аппарата, что недопустимо, так как увеличиваются затраты на выполнение задания (ГПФ).

Нежелательные эффекты могут быть связаны с тем, что улучшение некоторых потребительных свойств приводит к усложнению ТО и, следовательно, к увеличению факторов расплаты.

Ситуация, когда попытки улучшить одну характеристику (или часть) системы приводит к ухудшению другой ее характеристики (или части), называется техническим противоречием (ТП).

Техническое противоречие появляется часто тогда, когда разработчик пытается каким-либо известным ему способом улучшить один из параметров качества (или функциональное свойство) объекта, но это приводит к недопустимому ухудшению другого, тоже весьма важного параметра качества (или функционального свойства).

^ 3)Физическое противоречие

Как видно из последнего приведенного примера, предлагаемые мероприятия, направленные на повышение производительности токарной обработки, приводят к появлению ряда НЭ.

Проведенный анализ позволяет обнаружить и конкретизировать противоречивость свойств при взаимодействии компонентов рассматриваемой технической системы

Таким образом, для того, чтобы разрешить ТП, формулируются частные задачи, в которых предъявляются несовместимые требования к свойствам отдельных компонентов или взаимодействию между компонентами рассматриваемого объекта.

Совокупность таких требований Ю.ВГорин предложил назвать физическим противоречием (в 1973 г.), подчеркивая, что отношения противоречия перенесены на уровень физических свойств и отношений элементов системы

Г.С. Альтшуллер отмечал: "Стремясь убрать конфликтующие, противоречивые отношения между внешними сторонами технической системы, получим противоречие на уровне внутреннего функционирования системыТакое противоречие, в отличие от технического, называется физическим противоречием (ФП).

Сформулированные в примере 6.7 ФП позволяют наметить минизадачи и, тем самым, определить область поиска возможных решений (табл6.2).

6.4Эвристическая ценность противоречий

В физических противоречиях требования, которые предъявляются к объекту, могут являться следствием различных целей, которые ставит перед собой инженерЭти разные цели и приводят к необходимости реализации в техническом объекте несовместимых свойств (Р и анти-Р).

Кроме того, физические противоречия могут быть связаны с тем, что требуемое свойство не представляется возможным реализовать, так как этому мешает проявление объективных законов природы. То есть научное основание наблюдаемого явления (которое является нежелательным) не согласуется с требованиями, которые предъявляются к рассматриваемому объекту.

Разделить противоречащие свойства в пространстве

Практическая реализация этого приема заключается в том, чтобы разнести в пространстве противоречащие свойства, которыми должен обладать рассматриваемый объект.

Формулирование ФП раскрывает еще два важных аспекта решаемой задачиЭта модель дает возможность выявить оперативную зону и оперативное время.

Оперативная зона (ОЗ) - это пространство, в пределах которого возникает конфликт.

Оперативное время (ОВ) - это момент времени, когда конфликт возникает, а также время до появления конфликта, когда в ТО происходят процессы, подготавливающие этот конфликт.

Определение оперативной зоны и оперативного времени позволяет конкретизировать поставленную задачу.

^ Таким образом, административные (АП), технические (ТП) и физические (ФП) противоречия - это модели задач.

Из приведенных примеров видно, что:

Административные и технические противоречия носят содержательный характер, а по форме они представляют собой описание проблемной ситуации.

Административные противоречия только формулируют проблему в терминах: цель, потребность, функция, нежелательные эффекты.

В ТП противоречие связано с функционированием ТО в целом при выполнении им главной полезной функции (ГПФ)В нем определяется изменяемый параметр, который существенным образом влияет на функциональные свойства технического объектаФормулировка ТП позволяет обозначить направления решения проблемы.

В ФП, как правило, речь идет о компонентах ТО и их взаимодействиях.

В отличие от АП и ТП в физическом противоречии формулируются требования, приводящие к несовместимым свойствам, которыми должен обладать объектРаскрывая суть конфликта, формулировка ФП обладает эвристической ценностью и позволяет наметить приемы поиска решения задачи.

1. 
   Виды технических противоречий при проектировании. Технические противоречия, решаемые при проектировании роботов и РТС.

Решаемые противоречия:

1. 
   Административные (нужно что-то сделать, как – неизвестно.) - лишь констатируют сам факт сложившейся ситуации. Они присутствуют вместе с ситуацией, но не способствуют решению.
2. 
   Технические – отражают конфликт между частями или свойствами системы. Это может быть межранговый конфликт: системы с надсистемой или с подсистемой. Типовые технические противоречия: вес-прочность, точность-стоимость и т.д. (если известными способами улучшить одну часть (или один параметр) технической системы, недопустимо ухудшится другая часть (или другой параметр)). Если присутствуют типовые противоречия, то и присутствуют их типовые решения.
3. 
   Физические противоречия - возникает между параметрами технической системы в каком-либо одном элементе или даже его части. Сформировать пример ФП можно следующим образом: объект должен обладать свойством «А», чтобы выполнять функцию - например, крыло самолета должно быть большим, чтобы поднять самолет, и свойством «не А», чтобы удовлетворять условиям задачи – крыло должно быть маленьким, чтобы уменьшить лобовое сопротивление.

1. 
   Развитие РТС идет в сторону увеличения управляемости (вепольности)

1. 
   Невепольная система превращается в полную вепольную
2. 
   Простые веполи переходят в сложные
3. 
   Увеличивается количество управляемых связей
4. 
   Мобилизация вещественно – полевых ресурсов
5. 
   В веполи вводятся в-ва и поля, позволяющие без существенного усложнения реализовать новые физические эффекты

1. 
   Развитие идет в сторону увеличения степени дробления рабочих органов.

1. 
   Закон перехода

Если эффективность функционирования взаимодействующей системы невозможно повысить путем усиления или форсирования, то это можно сделать путем объединения системы с одной или несколькими другими системами, как однородными, так и разнородными по структуре.

Закон перехода в надсистему формулируется следующим образом: исчерпав ресурсы развития, система объединяется с другой системой, образуя новую, более сложную систему. Механизм такого перехода состоит в объединении двух исходных систем, при этом получают бисистему, или нескольких систем с получением полисистемы. Переход "моно-би-поли" - неизбежный этап в развитии всех технических систем. Дальнейшее развитие би- и полисистем происходит в двух направлениях:

1. Эффективность новых систем может быть повышена увеличением различия между элементами системы. Движение идет от однородных элементов (пачка одинаковых карандашей) к элементам со сдвинутыми характеристиками (набор цветных карандашей), к альтернативным элементам (карандаш и авторучка); к разнородным элементам (карандаш с циркулем), а затем - к инверсным (карандаш с резинкой).

2. Эффективность новых систем повышается развитием связей между элементами. Связь элементов изменяется от "нулевой", т.е. без вещественных связей между элементами, до усиленных межэлементарных (жестких) связей.
Кроме того, при объединении систем может происходить дальнейшее их развитие по линии упрощения. В результате возможны следующие варианты:

1. Система из практически самостоятельных, несвязанных элементов, не изменяющихся при объединении.

2. Система частично изменяемых, согласованных между собой элементов, которые функционируют только вместе и только для в данной системе. Например, отдельные радиоэлементы в микросхеме. Такая система получила полностью свернутой системы.

3. Полностью свернутую систему можно представить как новую моносистему. Ее дальнейшее развитие связано с движение по новому витку спирали. Иногда в качестве новой моноститемы может выступать частично свернутая система.

1. 
   Обобщенные величины и параметры цепей различной физической при-роды. Цепи физической природы, применяемые в роботах.

Обобщенные величины – характеризуют процессы, протекающие в системе (механические, тепловые, и т.д.), и являются переменными, находятся с помощью критериев.

Любой процесс является следствием и имеет причину. Причина – сила, воздействие, реакция.

Параметры

U – воздействие, I – реакция, Q – интеграл от реакции, P – интеграл от воздействия, t – время.

Критерии:

Энергетическое соотношение UI = P

Соотношение интенсивности I = dQ/dt

Соотношения статики U=IR

Соотношения динамики I = d(Uc)/dt; U=dL/dt

1. 
   ^ Законы развития робототехнических систем. Понятие об инверсных бисистемах. Инверсные бисистемы роботов и РТС.

Размеры и возможности современных мини- и микророботов расширяются с удивительной быстротой. К сожалению, разработчики нормативно-методических документов не успевают подготовить своевременные требования и рекомендации. Научно-технический прогресс в робототехнике развивается очень быстрыми темпами.

10. Системы подготовки и управления производством роботов.

1)Более тщательная проработка типовых циклограмм, связанная с выполнением тех процессов.

2)Разработка компоновочных схем, разработка архитектуры, расчет приводов, разработка СПУ.

3)Многократные проверочные расчеты, моделирование.

4)Разработка конструкции.

5)Выбор комплектующих изделий

6)Разработка кинематики, законов движения, высокая точность позиционирования в тяжелых условиях.

7)расчет динамики.

8)Оценка прочности, жесткости конструкции пром. роботов

9)проработка программного обеспечения.

10)Разработка методик контроля тех. хар-к и ускоренных испытаний

11)экспериментальная проверка новых технических решений.

12)оценка изделия на технологичность, метрологичность по показателям стандартизации и унификации.

коэффиц. стандартизации.

13)эстетическая и эргономическая проработка

14)расчеты подтверждающие долговечность, ремонтопригодность, сохраняемость, живучесть.

15)Установка и транспортировка.

16)проверка принятых решений на патентную чистоту и конкурентоспособность.

17)графические мат-лы: чертежи общего вида, СБ, спецификация, деталировка.

18)расчет экономическогоэффекта.
11. Развитие автономных роботов и робототехнических комплексов (РТК) невозможно без развития адаптивных систем управления. Развитие систем управления идет по пути совершенствования их гибкости и обеспечения высокой степени автономности. Как показано на рисунок 1.1, в достижении этих целей можно наметить два разных пути. Считается, что современный роботы является абсолютно автономным, т.к. будучи изначально запрограммированным, он не требует дальнейшего вмешательства в его работу. Из-за ограниченных возможностей чувствительных органов робототехнические системы обладают недостаточной гибкостью в приспособлении к изменению условий эксплуатации. Это, в свою очередь, стимулирует разработку устройств технического зрения. Системы управления обладают достаточной приспосабливаемостью, но лишь при участии человека-оператора. Совершенствование робототехнических систем идет за счет оснащения их чувствительными элементами обратной связи с улучшенными характеристиками. Исследовательские работы в области искусственного интеллекта, датчиков, компьютерного зрения, программирования комплексов компьютеризированного проектирования и производства должны сделать эти системы более универсальными и экономичными. Чтобы уменьшить нагрузку на человека-оператора и повысить эффективность его работы, ведутся интенсивные исследования в области супервизорного управления, человеко-машинного интерфейса и управления компьютерными базами данных. Многие исследования одинаково полезны для совершенствования как роботов, так и систем управления; их цель состоит в снижении затрат на изготовление и расширении области применения. Они связаны также с улучшением методов передачи информации и дальнейшим развитием языков программирования.

Рисунок 1.1– Перспективы совершенствования роботов и
интеллектуальных систем

Как видно из рисунока 1.1 дальнейшее развитие автоматизации будет осуществляться по двум путям: улучшение роботов и улучшение цифровых систем управления, направленных на увеличение автономности и гибкости систем управления.

Для создания оптимальной системы управления, выбора необходимых датчиком и приводов и самого робота необходимо учитывать среду, в которой робот будет функционировать. По среде обитания роботов классифицируют на 5 групп:

1. 
   наземные,
2. 
   водные,
3. 
   воздушные,
4. 
   космические,
5. 
   уникальные.

1. 
   колесные,
2. 
   гусеничные,
3. 
   гибридные,
4. 
   шагающие,
5. 
   прыгающие.

1. 
   надводные,
2. 
   подводные,

1. 
   аэродинамика,
2. 
   аэростатика.

1. 
   Метод обобщенных приемов применительно к проектированию роботов и РТС и их элементов.

1.1 Определение класса по МПК.

1.2 Подбор аналогов

1.3Изучение конструкции и принципа действия наиболее раннего аналога.

1.5Изучение принципа действия конструкции послужившей прототипом для аналога.

Если нет возможности посмотреть конструкции прототипа, то можно восстановить по формуле аналога.

1.6Составление ПСС(параметрических структурных схем) прототипа. При этом необходимо детально рассматривать только те узлы, которые подверглись совершенствованию.

Необходимо выделить отличия она ПСС.

1.7Составление уравнений (модели) улучшаемой хар-ки. Уравнение составляется для аналога и прототипа.

Записать модель с помощью выделенной модели ПСС.

Цель 1 этапа - Получить модель улучшаемой характеристики по сравнению с прототипом.

2 этап : Предварительная формулировка обобщенного приема.

Выполняется анализ отличительной части ПСС.

Используется для формулировки обобщенных приемов описание отличительной части ПСС.

Структурная схема может быть реализована несколькими конструктивными вариантами. Разные конструкции могут иметь одну и ту же структурную схему.Может быть прототип и аналог имеют одну и ту структурную схему тогда метод ОП не применим.

Степень обобщения должна быть мин. Чтобы конструкция анализируемого аналога была бы частным случаем этого обобщения.

3этап. Изучение принципа действия и конструкции 2-ого аналога

3.1Псс 2-ого аналога аналогично в 1 этапе.

^ 4этап. Предварительная формулировка 2-ого обобщенного приема для 2-ого аналога.аналогично 2-ому этапу.

5этап . Осуществление попытки обобщенного приема выявленного в результате анализа 1-ого аналога для совершенствования 2 аналога.

В результате может быть получены ряд новых СС прототипом которых являются либо 1-ый, либо 2-ой аналог.

По ПСС разрабатывается конструктивная реализация

Уточнение или закрепление формулировки 1-ого обобщенного приема.

Новая конструкция.

6этап. Уточнение или закреплениеформулировки 2-ого обощенногоприемапри попыткеего применения для улучшения 2-ого аналога.

Перекрестное применение 1-ог обобщенного приема для улучшения 2-ого аналога и наоборот.

В рез-те: 1) уточнение или закрепление формулировки 2-ого обобщенного приема

2)получение новой 2-ой конструкции.

7этап. Выполнение последовательности операций по предыдущим 5 операциям для 3-ого,4-ого, и т.д. аналогов.

Если n-аналогов то n(n-1) новых конструкций.

8этап. Систематизация обобщенных приемов по теме:

По назначению

По применению

По цели

По элементам конструкции

Одной из центральных проблем роботизации является проблема взаимодействия человека и робота, проблема правильного распределения функций между ними. Человек - творец роботов - неизбежно испытывает на себе многостороннее влияние процесса роботизации физического и умственного труда.

Вопрос о том, какие функции из числа тех, которые должна выполнять система «человек - робот», доверить роботу, а какие оставить человеку, возникает главным образом на этапе анализа и проектирования таких систем. Этот вопрос имеет свою историю. Робототехнику будущего можно представить себе как гармоничное сочетание программных, очувствленных и интеллектуальных роботов, обеспечивающих все более полное удовлетворение потребностей общества. Однако прогнозировать развитие роботов и искусственного интеллекта на длительный период с достаточной точностью пока не представляется возможным. В данном случае мы ограничимся прогнозом на период, который реально обозрим, т. е. в его пределах могут быть практически реализованы те достижения науки и техники, принципиальная осуществимость и экономическая целесообразность которых уже сегодня не вызывает сомнений.

Растущие потребности практики ставят перед робототехникой две основные задачи - дальфнейшее повышение производительности роботов и упрощение их эксплуатации. Решение этих задач связано главным образом со значительным увеличением степени очувствленности и интеллектуальности роботов. Естественно ожидать, что именно в этом направлении будет развиваться робототехника.

Интересен прогноз относительно ожидаемых темпов развертывания работ в области создания и применения роботов различных поколений, опубликованный в 1974 г. в статье «Рынок роботов в США» в международном журнале «Промышленные роботы». В этой статье приводятся выдержки из обширного прогноза, подготовленного фирмой «Кайберфактс» («Кибернетические факты»). Согласно этим данным только в США общая стоимость производства наиболее совершенных программных роботов, а также первых образцов очувствленных роботов составит в 1977 году 33 млн. долларов, а в 1985 году достигнет уже 370 млн. долларов. Что же касается усовершенствованных образцов очувствленных роботов, то стоимость их производства в 1980 году составит 80 млн. долларов, а в 1985 году достигнет 730 млн. долларов. Эти колоссальные цифры, относящиеся только к США, говорят сами за себя.

Каковы же научно-технические предпосылки такого интенсивного ожидаемого развития главным образом роботов второго и третьего поколений?

Прежде всего заметим, что будущее роботов в огромной степени зависит от прогресса в области развития ЭВМ. В самом деле, производительность и универсальность роботов определяются, в основном, программным обеспечением управляющей ЭВМ, быстродействием ее элементов, а также организацией их соединения и взаимодействия или, как теперь принято говорить, архитектурой управляющей ЭВМ.

В будущем управляющие системы роботов второго и третьего поколений будут создаваться на базе параллельно работающих проблемно-ориентированных процессоров, специализированных на решение отдельных классов задач. Эти процессоры могут с помощью метапрограмм надпроблемного типа использоваться для решения интеллектуальных задач. При этом степень специализации процессоров, а также структура метапрограмм должны определяться назначением робота и его функциональными возможностями.

Особенно велики возможности и перспективы распараллеливания процессоров, предназначенных для распознавания зрительных, звуковых и тактильных образов. К числу таких процессоров относятся перцептроны с многослойной структурой, а также однородные среды (сети) нейроподобных элементов.

Возможно появление процессоров, специализирующихся на процессах дедуктивного (логического) вывода (задачи планирования поведения робота и логического анализа ситуаций, вопросно-ответные системы и т. п.). Первые шаги в этом направлении - специализация процессоров на вычислительных, а в последнее время и на некоторых интеллектуальных задачах - уже сделаны.

Наряду с совершенствованием управляющих ЭВМ и их программного обеспечения важное значение для развития робототехники имеет прогресс в области создания искусственных органов чувств и исполнительных систем. В соответствующих разделах книги мы уже отмечали актуальность создания топографического зрения, средств осязания и обоняния, «мускульных» двигателей и т. п. для роботов будущего.

Мы рассмотрели некоторые ближайшие перспективы развития роботов, в которых роль мозга играют специальные управляющие ЭВМ. Однако в отдаленном будущем можно представить себе роботов, реализованных не на электронной, а, скажем, на нейронно-волоконной основе. Сегодня в нервных и мышечных волокнах скрыто еще много секретов, открытие которых позволит создать искусственные волокна с аналогичными свойствами. Например, хорошо известно, что по нервным волокнам, представляющим собой диэлектрики, может свободно распространяться электрический сигнал. Мы знаем, что это, несомненно, имеет место в нервных волокнах, но механизм этого интересного явления пока еще совсем не понят, и воспроизводить его мы не умеем. Когда же эта задача будет решена, то станет возможным создавать логические вычислительные и запоминающие элементы не на электронной, а на биологической основе.

Дальнейший прогресс в области робототехники в значительной степени зависит от понимания того, каким образом мозг «вычисляет» мысли, наши движения «следуют» нашей воле, а генетическая программа «рассчитывает» организм. Ответы на эти вопросы откроют совершенно невиданные перспективы перед робототехникой будущего.

25.Разработка технических требований к проектируемым роботам и РТС. Развитие робототехнических систем в направлении увеличения степени дробления рабочих органов роботов (на примере специализированных роботов).

Типичным является переход от рабочих органов на макроуровне к рабочим органам на микроуровне. Так же можно отметить использование нанотехнологий (нанороботы).
26.Примеры технических задач, решаемых с помощью эффекта "многоступенчатости". Системы с нулевыми связями, частично и полностью "свернутые системы".

Объединение однородных систем

Пример - катамаран объединив два одинаковых корпуса, получили корабль, у которого остойчивость - как у ширококорпусного, а лобовое сопротивление - как у узкокорпусного.

Объединение систем со сдвинутыми характеристиками

Пример: стереопара. Объединение двух плоских изображанеий, отличающихся по углу съемки и цвету, дает новое качество - объемное изображение.

Объединение альтернативных систем

Пример: гвоздь и шуруп. Альтернативное противоречие: гвоздь легко забивать, но он плохо держит, а шуруп держит значительно лучше, но его сложно закручивать. Объединением этих систем является спиральный гвоздь. Его забивают как обычно, но благодаря нарезке он при этом проворачиватся и нарезает канавки, в которых держится почти также хорошо, как шуруп.

^ ТС с "нулевой связью" – система с нулевой связью образуется из неизменившихся в процессе объединения исходных систем, действующих независимо друг от друга. Обычно это родственные системы, просто собранные вместе, чтобы было удобнее ими пользоваться. Пример - аптечка первой помощи

^ Частично свернутые ТС – частично свернутая система образуется из исходных систем, у которых парные однородные элементы свернуты с передачей полезных функций одному из них. Дополнительный выигрыш от объединения систем получается от того, что при этом можно избавится от элементов исходных систем, дублирующих друг друга. В новой системе обычно можно оставить только один из них. Пример - обычный молоток и гвоздодер. Они объединились, но при этом рукоятка гвоздодера, как элемент, дублирующий рукоятку молотка, была свернута, и от гвоздодера в новой системе осталась только вилка

^ Полностью свернутые ТС – полностью свернутая система образуется из исходных систем, все элементы одной из которых свернуты с передачей их полезных функций элементам второй.

27.Принципы проектирования роботов и РТС.
Принципы – это наиболее общие закономерности. При проектировании РТС выделяют следующие принципы.

1. Принцип проектирования по прототипам.

В этом случае объём новизны разработки в отношении прототипа должен составлять 5-10%. Разработки бывают 1. революционные 2. эволюционные.

Прототип – наиболее близкое техническое решение к проекту, причем степень близости критерием существенных признаков (это элементы конструкции и их взаимосвязи).

Аналог – технические решения близкие к проекту по каким-либо отдельным группам существенных признаков.

2. Разработка конструкции смещается в сторону более ранних стадий проектирования, что позволяет получить более ранний достоверный результат с помощью моделирования.

3. При разработке повышается роль и значимость количественных оценок, приведенных в техническом задании.

4. Проектировщик должен учитывать достижения полученные в смежных областях.

5. Многофункциональность и живучесть. Разработка техники ведется с целью повышения надежности и долговечности, а так же увеличения функциональных возможностей.
28.Разработка технических требований к проектируемым роботам и РТС. Законы развития робототехнических систем. Закон перехода в надсистему различных подсистем роботов и РТС.

Технические требования можно разбить на три группы.

1. 
   Эксплуатационные характеристики. К ним относятся такие характеристики как ремонтопригодность, надежность по различным параметрам, быстродействие работы и т.д.
2. 
   Технологические характеристики. К ним относятся например массогабаритные показатели системы.
3. 
   Метрологические характеристики. Это могут быть расчет относительной погрешности, приведенной погрешности, точность работы системы и т.д.

Законы развития РТС. 1. Развитие РТС идет в направление увеличения управляемости (увеличения вепольности).

– Невепольная (неполновепольная) система переходит в полно вепольную.

– Простые переходят в сложные.

– Увеличение кол-ва управляемых связей.

– Мобилизация вещественнополевых ресурсов.

– Вводятся вещества и поля, которые позволяют без существенного усложнения системы реализовать новые физич. эффекты, расширить функциональные фозможности системы.

2. Развитие РТС идет в направление увеличения степени дробления рабочих органов.

3.Закон повышение идеальности. Идеальность повышается в «операторной зоны», а за ее пределами может и ухудшиться. Грамоздкое и тяжелое оборудование вытесняется за пределы «операторной зоны». Происходит не просто механическое вытеснение но и упрощение.

4. Закон перехода в надсистему.

Исчерпав ресурсы развития следующим этапом существования системы может быть объединение с другой системой, в результате чего образуется новая более сложная система, обладающая новыми свойствами. Исходная моносистема сдваиваясь преобразуется в бисистему или полисистему. При сдваивании возникает внутренняя среда или условия для ее возникновения, так же появляется эффект свертывания.
29.Разработка технического задания на проектирование роботов и РТС на основе анализа предметной области и общих технических требований к рассматриваемому технологическому процессу и оборудованию.

Чтобы разработать техническое задание необходимо сначала определить тему проекта. После этого нужно исследовать и проанализировать область применения системы, т.е. определить для чего может использоваться рассматриваемая система, в каких условиях система будет эксплуатироваться. На основе этого составляются общие технические требования. Далее проводятся патентные исследования по теме проекта заключающиеся в определение основного и смежного класса МПК, составление списка патентов по теме проекта, анализе динамики патентования. Из полученного списка патентов на основе раннее составленных общих технических требований выбираются аналоги. Далее проводится анализ и критика аналогов, то есть определяются их недостатки. В результате анализа недостатков разрабатывается ТЗ.

30.Алгоритм разработки динамических математических моделей устройств и агрегатов роботов по энерго-инфомационному методу.

Основы энерго-инфомационного метода по составлению ММ берутся из:

1. 
   законов термодинамики и мехпники
2. 
   теории электрических и магнитных цепей
3. 
   структурные методы ТАУ

Обобщенные величины – они характеризуют процессы протекающие в системе (мех, элек, тепл, магн).ОВ являются переменными, т.е. зависят от времени.

Обобщенные параметры – с помощью них описываются свойства системы кА физического устройства. В описание входят физич константы и геометр размеры. ОП являются неизменными для данной системы при отсутствии внешнего воздействия.

Алгоритм разработки ММ:

^ Обобщенные величины - характеризуют процессы протекающие в системе (механической, тепловой и тд.). являются переменными и находятся с помощью критериев.

Любой процесс является следствием и имеет причину.

Причина-сила, возмущение, следствие, реакция.

^ Обобщенные параметры - с помощью них описывается свойства системы как физического устройства. В описание входят: физические константы и геометрические размеры рассматриваемой системы. Параметры являются неизменными для данной системы при отсутствии воздействий систем другой физической природы.

Критерии :

1. 
   критерий энергетического соотношения UI=P
2. 
   соотношение интенсивности I=dQ/dt реакция является производной от заряда
3. 
   Соотношение статики U=IR, R определяет нагрев
4. 
   Соотношение динамики I=dUC/dt=C(du/dt), C константа
5. 
   2-е Соотношение динамики U=dIL/dt=L(dI/dt), L константа

Целью обследования объекта является совместная разработка технических требований к проекту. На основе этой информации предлагается будущее решение, для новых решений создается концепция. После обсуждения с Заказчиком предлагаемой концепции, выполняется ориентировочная оценка планируемых сроков его реализации и необходимого бюджета.

^ 4 группы технических требований:

1) метрологические характеристики

2) эксплуатационные характеристики

3) технологические характеристики

4) экономические характеристики

^ Законы развития робототехнических систем

1)Развитие ТС идет в направление увеличения управляемости(увеличении вепольности): 1. невепольная (неполная вепольная) превращается в полную вепольную; 2. простые веполи переходят в сложные; 3. увеличения количества управляемых связей; 4. Мобилизация вещественно-полевых ресурсов (ВПР) за счет более полного использования имеющихся и применение «даровых» вещественных полей; 5. В веполи вводятся вещества и поля, которые позволяют без существенного усложнения реализовывать новые физические явления, расширить функциональные возможности.

2) Развитие ТС идет в направление увеличения степени дробления(дисперсности) рабочих органов.

Типичен переход РО на макроуровне к РО на микроуровне.

3)Закон увеличения степени идеальности системы

Техническая система в своём развитии приближается к идеальности. Достигнув идеала, система должна исчезнуть, а её функция продолжать выполняться.

Основные пути приближения к идеалу:

Повышение количества выполняемых функций,

-«свертывание» в рабочий орган,

Переход в надсистему.

При приближении к идеалу техническая система вначале борется с силами природы, затем приспосабливается к ним и, наконец, использует их для своих целей.Закон увеличения идеальности наиболее эффективно применяется к тому элементу, который непосредственно расположен в зоне возникновения конфликта или сам порождает нежелательные явления. При этом повышение степени идеальности, как правило, осуществляется применением незадействованных ранее ресурсов (веществ, полей), имеющихся в зоне возникновения задачи. Чем дальше от зоны возникновения конфликта будут взяты ресурсы, тем в меньшей степени удастся продвинуться к идеалу.

4) Закон переход над систему.

Исчерпав ресурсы развития система объединяется с другой системой, образуя новую более сложную. Исходная моносистема сдваивается, преобразовывается в бисистему (или полисистему). Главные особенности полиситем:1. возникает внутренняя среда(или условия для ее возгикновения);2. в би- и полисистемах может быть получен эффект многоступенчатости.3. эффект свертывания;4. эффект сдваивания на основе не родственных систем.

Общая схема развития ТС
По спирали

40. Применение методов: "Ликвидация тупиковых ситуаций", "Поиск новых взаимосвязей", "Правила преобразований" при проектировании роботов, РТС и их элементов.
Цель: найти новое направление поиска, если очевидная область поиска не дала решения.

Способы:

1. Правило преобразований, которому можно подвергнуть неудовлетворительное решение.

2. Поиск новых взаимосвязей между частями, имеющими неудовлетворительное решение.

3. Переоценка проектных ситуаций.
Правило преобразований

Преобразования:

• 
  использовать по другому назначению
• 
  усилить/ослабить связи
• 
  приспособить/заменить/перекомпановать

Испариться: исчезнуть, скрыться, улетучиться, выветриться, рассосаться.

Скрыться – перфорированный настил

Улетучиться – отсасывание

Рассосаться – пористое покрытие.
^ Поиск новых взаимосвязей

Метод принудительных отношений. По этому методу осуществляется поиск ассоциаций путем попарного сопоставления проектируемых устройств.

Пример: улучшение телефона.

Функциональные элементы: трубка, наборный диск, микрофон, наушники.

Анализируются различные варианты сочетания всех этих элементов, перемена их местами, перемена их размеров.

Данный метод эффективен при разработке дизайна.

^ 41. Основные этапы проектирования робототехнической системы. Виды проектной документации.
Этапы:

1. подбор описаний изобретений из заданного класса по теме проекта

1.1 определение класса по МПК

1.3 изучение конструкции и принципа действия первого, наиболее раннего аналога

1.4 составление параметрической структурной схемы (ПСС) этой физической модели

1.5 изучения принципа действия конструкции, послужившей прототипом (если нет оригинала патента, то надо изучить принцип действия по формуле изобретения аналога)

1.6 составление ПСС прототипа (детально рассмотреть только те узлы, которые подверглись совершенствованию). Выделить участок на ПСС, который изменился

1.7 составление уравнений (модели) улучшаемой характеристики. Уравнение составляется для аналога и для прототипа.

2. предварительная формулировка обобщенного приема. Выполняется анализ отличительной части ПСС

3. изучение принципа действия и конструкцию второго аналога (аналогично этапу №1)

4. предварительная формулировка второго обобщенного приема для второго аналога (аналогично этапу №2)

5. осуществление попытки реализации обобщенного приема, выявленного в результате анализа первого аналога для совершенствования второго аналога.

5.1 Составляется ряд новых ПСС, прототипом которых является либо первый, либо второй аналог.

5.2 По ПСС разрабатывается вариант конструктивной реализации, из чего следует: 1) уточнение/закрепление формулировки первого обобщенного приема; 2) получение конструкции

6. уточнение/закрепление формулировки первого обобщенного приема при попытке его применения для улучшения второго аналога (перекрестное применение).

6.1, 6.2 так же как 5.1, 5.2

7. выполнение последовательности операций предыдущих 5 этапов относительно 3,4, … аналогов. Если имеем n аналогов, то n (n -1) новых конструкций

8. систематизация обобщенных приемов

43.Синектика

В условиях применения метода синектики следует избегать преждевременной четкой формулировки проблемы (творческой задачи), так как это нейтрализует дальнейший поиск решения. Обсуждение целесообразно начинать не с самой задачи (проблемы), а с анализа некоторых общих признаков, которые как бы вводят в ситуацию постановки проблемы, неоднократно уточняя ее смысл.
Не следует останавливаться при выдвижении идеи, если даже кажется, что уже найдена оригинальная идея и что задача уже решена. Если проблема (творческая задача) не решается, то целесообразно вновь вернуться к анализу ситуации, порождающей проблему, или раздробить проблему на подпроблемы.
В процессе применения метода синектики большое внимание уделяется использованию метода аналогий. Аналогия используется в самых различных видах: как личная (эмпатия), прямая, фантастическая и символическая. Символическая аналогия, например, приняла форму конкретного приема определенного поиска названия, характеризующего в парадоксальной форме определенное понятие.

Синектика (3.11). Наиболее эффективная из созданных за рубежом методик психологической активизации творчества - синектика (предложена В. Дж. Гордоном), которая является развитием и усовершенствованием метода мозгового штурма .При синектическом штурме допустима критика, которая позволяет развивать и видоизменять высказанные идеи. Этот штурм ведет постоянная группа. Её члены постепенно привыкают к совместной работе, перестают бояться критики, не обижаются, когда кто-то отвергает их предложения.
44. ^

45^ . Принципы проектирования робото в .

1 принип пр. по прототипу 5- 10 проц новизны.прототип наиболее близкий техн реш. Степень близости определяется критериями сущ. Признаков. Аналог- техн решение которое по неск группам признаков близка к проекту.

2. отработка онструкций смещается в сторону более ранних стадий проектирования.

Более ранний результато полезности изобретения позволяет достигнуть этот принцип.

3 повышение роли в значимости количественных оценок.

4 . разработка должна использовать положительны свойцства смежных областей.

5. многофункциональность живучесть разраб. С целью повышения надежости и долговечности.
46. ^ Переоценка проектной ситуации . Поставленный в тупик проектировщик пишет предложение, характеризующее его затруднение и для каждого слова ищет его синоним.

Например: при обработке вызывают несовпадение двух поверхностей.Допустим при обработке заменяют на неровности сварного шва. Несовмещение заменяют на зазор 2 поверхности на две плоскости и поверхность на плосость

47. ^ Эвристические методы решения творческих задач - это система принципов и правил, которые задают наиболее вероятностные стратегии и тактики деятельности решающего, стимулирующие его интуитивное мышление в процессе решения, генерирование новых идей и на этой основе существенно повышающие эффективность решения определенного класса творческих задач. Правила решения творческих задач также часто называют эвристическими правилами, а отдельно взятое правило, прием решения творческой задачи часто называют эвристикой. о продуктивности эвристик и эвристических правил в решении творческих задач хорошо знают изобретатели и рационализаторы. Однако и они часто их используют стихийно. А это чрезвычайно затрудняет их практическое применение. Поэтому обучение решению творческих задач и в школьной, и в вузовской практике в основном осуществлялось методом проб и ошибок, то есть далеко не лучшим образом. Правда, как в отечественной практике в работах Г. С. Альтшуллера, Г. Я. Буша, так и в зарубежной практике имеются серьезные попытки описать эти методические рекомендации в применении к изобретателям, например, метод "мозгового штурма", метод синектики и др. Но эти методические рекомендации, если их сформулировать в виде правил, могут найти самое широкое применение и в деятельности менеджера – современного руководителя.

48. Агрегатно-модульный промышленный робот -робот, в котором используют

исполнительные модули. составные части промышленных роботов,автооператоров:

Исполнительное устройство -устройство, выполняющее все его дви-

Гательные функции. Исполнительный модуль промышленного робота - агрегат, входящий в унифицированный набор, или образуемый из деталей и узлов этого набора, способный самостоятельно выполнять функцию реализации движений по од- ной или нескольким степеням подвижности промышленного робота.

^ 49 Упорядочный поиск

Цель: решать задачу проектирования логической достоверностью

1. 
   Выявить компоненты задачи
   1. 
      переменные которые проектировщик может распоряжатся по своему усмотрению(это факторы решения или параметры пр-я)
   2. 
      переменные, которые зависят от воли проектировщика (факторы окр среды) или независимых переменных
   3. 
      Пер-е которые должны определяться проектом(цели и зависимые переменные)
   4. 
      Назначить целям веса в соответствии с их отл-ой важностью
2. 
   Выявить зависимости м/д переменными
3. 
   Прогнозировать вероятные значения факторов окр. Среды
4. 
   Выявить ограничения или граничные условия, т.е. предельные значения всех переменных.
5. 
   Присвоить числовые значения каждому из факторов решения(проверить ряд вариантов реш-я проекта). Вычислить значения зависимых переменных (рассчитать получаемые при этом технические хар-ки)
6. 
   Выбрать такие значения факторов решений при которых достигается макс. Сумма числовых значений для всех целей с учетом их весов (т.е выбор оптимального варианта проекта по крайней мере достигается приемлемое значения для каждой из целей)

52

1. 
   Основные требования ГОСТов ЕСКД к оформлению текстовой доку ментации. Особенности документации на проекты роботов и РТС.

1. 
   Стадия проектирования Технический проект". Особенности этой стадии при проектировании роботов и РТС.

3. Тех. Проект, 4. Разработка Конструкторской Документации.

Технический проект – это совокупность тех. документации которая должна содержать окончательное тех. решение дающее полное представление об проектируемом устройстве. Тех. Проект представляет собой основу, исходный материал для разработки конструкторской документации. Так же в ТПроекте предусматривается разработка и испытание макетов.

При проектирование роботов и РТС должны учитываться:

1. 
   Большое внимание уделяется разработке компановачных схем и архитектуре ПР и РТС.
2. 
   Многократные проверочные расчеты и моделирование.
3. 
   разработка конструкции
4. 
   выбор комплектующих
5. 
   разработка кинематических схем обеспечивающих высокую точность позиционирования
6. 
   расчет динамики ПР (+расчет по ТАУ)
7. 
   оценка жесткости/прочности основных узлов и элементов ПР
8. 
   проработка ПО
9. 
   разработка методик контроля технических характеристик и ускоренных испытаний
10. 
    экспериментальная проверка новых техн. решений (макеты, ПО)
11. 
    оценка изделия на технологичность и метрологичность по показателям стандартизации и унификации.
12. 
    эрганомическая и эстетическая проработка.
13. 
    расчеты подтверждающие долговечность, ремонтопригодность, сопротивляемость, живучесть.
14. 
    разработка сборочных чертежей, спецификаций, деталировок
15. 
    проверка изделия на патентную чистоту и конкурентоспособность.
16. 
    расчет ожидаемого годового дохода, окупаемость.

1. 
   Алгоритм разработки динамических математических моделей устройств и агрегатов роботов по энерго-инфомационному методу.

обобщенные величины – величины которые описывают процесс. Представляют собой ф-цию времени, хар-ет изменения которые протекают в системе. обобщенные параметры – хар-ют саму систему и определяют через неё геометрические размеры и физические константы, имеют относительно постоянные значения. В данном методе преимущественно за основу выбираются эл. процессы, это обуславливается следующим: 1. Мат. аппарат создавался в сер. ХХ века и явл. современным и хорошо проработанным.

2. Эл. процессы можно передавать на большие расстояния. 3. Очень большой диапазон преобразований. 4. Возможность преобразовать как аналоговый сигнал так и цифровой.

Критерии преобразования обобщ. величин и параметров.

1. 
   энергетический «воздействия - реакция»

2. «заряд - реакция»

3. «воздействие - импульс»

4. коэффициент пропорциональности «сопротивление»

R = U/I, G = 1/R

^ 70. Агрегатно-модульный принцип построения роботов и РТС

Предполагает создание роботов на базе группы унифицированных узлов или модулей.

Преимущества:

Возможность построения специальных и специализированных роботов для конкретной технологической операции, не обладающих избыточностью функций и потому более дешевых по сравнению с универсальными роботами

Сокращение времени и трудоемкости проектирования специальных роботов, так как они создаются на базе унифицированных узлов, номенклатура которых может пополнятся

Повышение надежности вследствие отработанности входящих в него унифицированных узлов и отсутствия избыточности

Удешевление производства роботов вследствие ограниченности номенклатуры деталей и узлов и, следовательно, повышение серийности выпуска

Улучшение условий эксплуатации и ремонта роботов вследствие уменьшения разнообразия конструкций узлов и деталей

Сокращение сроков подготовки обслуживающего персонала

Недостатки: отказ в некоторых случаях от более выгодных конструктивных решений в пользу менее выгодных, но соответствующих принципу агрегатного построения, увеличение габаритов и массы конструкции, увеличение числа стыков, что повышает трудоемкость сборки роботов, снижает жесткость и точность

Классификация:

1)по специализации и компоновке: на базе одной принципиальной компоновочной схемы (однотипные роботы различия в размерах, грузоподъемности, системами управления, различными типами приводов); несколько различных компоновочных схем (многотипные – различаются видом системы координат, формой и размерами рабочих зон, грузоподъемностью и другими признаками)

2) по характеру и числу технических показателей: с неизменными значениями основных технический показателей, с ограниченным диапазоном основных ТП, с широким диапазоном основных ТП

3) по типу системы управления: су одного типа, различных типов.

1. 
   ^ Уровни технических решений применяемых при проектировании роботов и РТС. Примеры.

Изобретение: новизна, достоверность, полезность.

5 уровней технических решений:

1. изобретения, не связанные с решением противоречий(тривиальные изобретения).Оценивается уровень изобретения по кол-ву вариантов.(пример. Прочность:толщина)

2. изобретения, решающие технические противоречия с помощью способов, известных в родственных схемах(пример. Задачи для токарных станков решаються способами для сверлильных станков)

3. противоречия и способы их решения –в пределах одной науки.

“средние изобретения”

4. новая отрасль науки

Делая корпус корабля более узким, снижаем затраты на трение и получаем высокую скорость хода. Но при этом снижается и остойчивость корабля, при волнении на море он может перевер-нуться. Делая корабль более широким, добьёмся хорошей остой-чивости, но снизится скорость хода.

Уменьшая размер кнопок на панели мобильного телефона, делаем его максимально компактным. Но набирать номер станет неу-добно. Увеличив размер кнопок, получаем возможность удобного набора номера, но для размещения таких кнопок потребуется большой корпус.

Используя пароли, состоящие из нескольких десятков знаков, по-вышаем защиту компьютерных программ от взлома. Но такой пароль трудно запомнить. Короткий пароль легко запомнить, но легко и подделать.

Используя более вместительные автобусы, уменьшаем количество автобусов на маршрутах и затраты на заработную плату водителей, но при этом увеличиваются время посадки и выхода пассажиров и интервалы движения. Используя небольшие авто-бусы, интервалы движения сокращаем, но затраты на заработную плату водителей возрастают.

Триз

Техническое противоречие можно отобразить следующей схемой (рис. 10):

ВЫЯВЛЕНИЕ ТЕХНИЧЕСКИХ ПРОТИВОРЕЧИЙ

Эта работа может быть выполнена в несколько шагов.

Рис. 11. Схема ТПдля окна

Рис. 12. Схема ТПдля акваланга

Формулировка ИС в виде ТП имеет эвристический потенциал - она как бы отрезает пути поиска компромиссных, не идеальных решений, а также позволяет использовать инструмент «Приёмы устранения технических противоречий».

Противоречия

ФИЗИЧЕСКОЕ ПРОТИВОРЕЧИЕ

Ещё большим эвристическим потенциалом обладает физическое противоречие.

Стандартный путь совершенствования ТС - оптимизация, то есть выбор оптимальных значений их характеристик. При этом стараются достичь простого компромисса между противоположными требованиями к ТС. Но это не всегда возможно. Когда оптимизация не позволяет достичь нужного потребительского качества, приходится решать изобретательскую задачу.

Для этого нужно точно поставить задачу - достичь максимально возможного уровня реализации противоположных свойств. Такая задача формулируется в виде так называемого физического противоречия.

Большой толщины Малой толщины Большой Малый

для прочности для прозрачности для автономности для манёвренности

Рис. 13, ФП для окна Рис. 14. ФП для акваланга

ПЯТЬ ТЕХНИЧЕСКИХ ПРОТИВОРЕЧИЙ АВТОМОБИЛЕЙ

E-mail: *****@***ru

Инженер, ОО ТРИЗ-Чебоксары, РОССИЯ

Чувашский государственный университет, РОССИЯ

Тел. 89063842457, e-mail: *****@***ru

Аннотация. В статье рассмотрены 5 видов противоречий использования личного автотранспорта, связанных с: личным и общественным удобством, аварийностью на дорогах, большой зависимостью от погоды и состояния покрытия, невысоким временем использования (личный транспорт больше стоит, чем движется), выхлопом не только углекислого газа, но и окисла . Рассмотрены подходы к разрешениям этих противоречий с позиций алгоритма решения изобретательских задач АРИЗ, в частности системы приёмов разрешения технических и физических противоречий. Предложены вероятные решения проблем, вызванных указанными противоречиями.

Ключевые слова: технические противоречия, автомобили, приёмы разрешения противоречий, АРИЗ –элементы методик теории решения изобретательских задач ТРИЗ, безопасность личного автомобиля.

THE TECHNICAL CONTRUDICTIONS AND THE AUTOMOBILE

A. R. Andreev, ChuvSU, Cheboksary, RUSSIA

phone: 8917650 3527, e-mail: *****@***ru

E. D. Andreev, Engineer, TRIZ-Cheboksary, RUSSIA

V. A. Mikhailov, ChuvSU, Cheboksary, RUSSIA

Phone: 8906 384 2457, e-mail: *****@***ru

Abstract. In article 5 types of contradictions of use of personal motor transport are considered: personal convenience, comfort inside and accident rate on highways, big dependence on weather and condition of highways, an individual transport costs more, than moves, secretion of nitrogen oxide. Approaches to permissions of these contradictions from positions of algorithm of the solution of inventive problems of ARIZ, in particular system of receptions of permission of technical and physical contradictions are considered. The probable solution of these of problems.

Keywords: technical contradictions, automobiles, methods of resolution of conflicts, ARIZ – elements of techniques of the theory of the solution of inventive problems (TRIZ), safety of the privately owned vehicle.

1. СОСТОЯНИЕ РАЗВИТИЯ АВТОТРАНСПОРТА

Уровни комфорта и безопасности водителя и пассажиров непрерывно улучшают, скорости перевозки возможны 200 км/час, но даже на хорошем автобане, открытом атмосферным осадкам (снегу, льду, воде, туману), поездка становится опасной и уже уносит большое число человеческих жизней. Резкое возрастание сопротивления воздушной среды, возможности путепроводного полотна, экологические проблемы – ограничивают быстроту движения автомобилей. Из параметров транспорта много внимания уделяется его энергопотреблению. Существующие параметры транспорта и путей достигли предельных величин. С точки зрения ТРИЗ , они вышли на участок насыщения известной S-образной кривой изменения параметров во времени, когда : «вес, объём и площадь (машины) и объекта (с которым она взаимодействует) … должны почти совпадать». И энергопотребление на единицу параметра достигает минимально-возможного значения. Какое-то время у системы есть, чтобы оставаться на достигнутом уровне параметров. Потом в соответствии со стремлением всех систем к идеальности они должны исчезнуть: идеален тот «…технический объект…, которого нет, а функция его выполняется»:

– во-первых, выявляют противоречия имеющегося средства, через разрешение которых и происходит развитие;

– во-вторых, новая система должна сначала появиться в проекте, затем в макете, пройти испытания, потом претвориться в массовых сериях;

– в-третьих, нужно время, чтобы общество оценило новую систему, её достоинства и, затем, ощутило потребность в ней;

– в-четвёртых, нелегко запустить систему в производство и «внедрить» изделие в жизнь потому что нужно изменять также смежные отрасли промышленности.

Технические противоречия (ТП), подлежащие устранению (разрешению):

ТП-1: система для перемещения на поверхности земли подвержена воздействию атмосферных осадков, но она не должна быть подвержена им для безопасности перевозок.

ТП-2: система для перемещения должна быть личной (т. е. под рукой в любое время), но она должна быть общественной, чтобы не простаивать и не занимать дорогую городскую площадь, ожидая хозяина, и не затруднять его обслуживанием (быть как такси, но доступнее). Возрастает в городах число автомобилей и для них всё труднее находить места для парковки.

ТП-3: система для перемещения на земле подразумевает возможность столкновений, но она должна исключать возможность столкновения в принципе, чтобы гарантировать жизни людей.

Кроме разрешения этих трёх ТП и сохранения высоких значений скорости перемещения и соотношения «m груза/m системы» при минимальном потреблении энергии (высоком КПД) – предполагаемая система должна разрешить ещё и такие противоречия.

ТП-4: объект научно-технического прогресса при своём развитии не может не влиять на природную среду вредно, но он должен развиваться, сохраняя её.

ТП-5: для увеличения КПД двигателя ДВС возрастает степень сжатия топливной смеси в цилиндрах, при этом возрастает температура горения с 900°С до более 1200°С, но при таких температурах уже окисляется азот воздуха до окисла азота NO, присутствие NO в выхлопе недопустимо.

Последние два противоречия имеют следствием нарушения глобального закон о чистоте энергопотребления и требования ко всем искусственным объектам: использовать для реализации своей функции такие источники энергии, которые не загрязняют и не перегревают окружающую среду. Нашей эпохе не соответствуют даже электромобили – только до первого снегопада и гололёда, потому что «газовать» на заносах означает быстрый разряд аккумулятора. Надо согласиться с : «На смену автомобилю придет не электромобиль, а система, которая будет включать автомобиль (или эквивалентное ему действие) в качестве одной из подсистем». Электроэнергии тоже не является экологически чистой, так как и ТЭЦ, и ГЭС загрязняют природу. К закону о чистоте источников энергии добавляется ещё и требование: при реализации функции объекта запрещаются какие-либо формы противостояния природе. Это будет акт признания человеком превосходства природы. Руководствуясь им, в дальнейшем можно избежать многих недоразумений при развитии в сторону приближения к идеальности. Неужели и в будущем мы будем закапывать огромные средства в дорожное полотно, которое всё равно в нашем климате разрушается, требуя снова и снова больших затрат на ремонт? Без развития техники природная среда осталась бы невредимой. Но «… потенциально природа обречена; она неизбежно будет вытеснена стремительно растущей техникой …» . Если техника вдруг перестанет быть «стремительно растущей», как она это делает в настоящее время – то у природы появляется шанс на сохранение, а у ТП-4 – вариант разрешения. Не технический прогресс губит естественный мир, а производство сверх целесообразности.

2. ПРИМЕНЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ТРИЗ К РАЗРЕШЕНИЮ ТП-1 -4

Шаг 1. Целями решения в развитии личного транспорта являются гарантирование безопасности движения с высокой скоростью при практически любой погоде и с минимальным воздействием на окружающую среду. (Зачем это нужно? Сейчас имеет место высокая аварийность личных автомобилей из-за высокой вероятности их столкновений, большое влияние на аварийность оказывает состояние поверхности дороги и погоды, другие причины, независимые от данного водителя. Что этому содействует? Плотный поток транспорта и высокая скорость движения.)

Шаг 2. ИКР - Идеальный конечный результат: САМО СОБОЙ достигается полное исключение столкновений автомобилей и в лоб, и сзади и влияние изменений погоды на движение автомобилей при постоянном движении транспорта за исключением остановок на посадку и высадку пассажиров с практически круглосуточной его доступностью.

Шаг 3. Выбор направлений поиска:

3.1 – что нужно улучшить: безопасность движения автотранспорта в любую погоду;

3.2 – что нужно устранить: столкновения автомобилей и в лоб, и сзади;

3.3 – какой элемент должен быть, чтобы обеспечить пользу, и не должен быть, чтобы устранить вред: личный автомобиль обеспечивает удобство и скорость передвижения, но он больше стоит, чем двигается, занимает много места на улицах города и при движении часто попадает в дорожно-транспортные происшествия;

3.4 – какое действие должно выполняться, чтобы была польза, и не должно выполняться, чтобы не возникал вред: движение автомобиля по дорогам обеспечивает быстрое передвижение, но оно при плохой погоде приводит к столкновениям автомобилей;

3.5–какое условие должно иметь одно значение, чтобы обеспечить пользу, но должно иметь другое значение, чтобы не возникал вред: для быстроты передвижения скорость автомобиля должна быть высокой, для улучшения безопасности движения скорость его должна быть малой (в пределе автомобиль должен всегда стоять).

Выбираем поиск путей как «устранить столкновения автомобилей при движении по автодороге в плохую погоду с большой скоростью и в лоб, и сзади».

Шаг 4. Поиск идей с помощью 30 абстрактных изобретательских приёмов :

4.1 – рассмотрим раздел «Ресурсы»: энергия, вещества, информация, производное (от энергии, вещества или информации), концентрация чего-либо: пока большая энергия столкновения поглощается повреждением корпуса автомобиля (это уменьшает вред для пассажиров – имеется много патентов в этом направлении как и по другим защитным средствам для пассажиров – это направление поглощения вредной энергии); изменяют конструкции вещества-корпуса для решения этой задачи – имеется много патентов; используют информацию по «сопротивлению материалов», на широких шоссе применяют разделение полос встречного движения, чтобы исключить столкновения «в лоб», такое же разделение потоков иногда имеет место в тоннелях;

4.2 – раздел «Время» как ресурс разрешения противоречий: заранее, после, в паузах, ускорить или замедлить, добавим в «одно и то же время»: заранее разрабатывают корпус и бампер, улучшающие энерго-поглощение при столкновениях; после разрезают корпус с слабых местах для извлечения пассажиров; паузы – остановки движения используют для отдыха водителя; ускорить – редко удаётся избежать столкновений путём ускорения движения; замедлить – при ухудшении погоды рекомендуют замедлить движение; в одно и то же время – требуется по задаче и быстрое, и безопасное движение в любых условиях;

4.3 – раздел «Пространство» как ресурс разрешения противоречий: другое измерение – на некоторых мостах встречное движение производят на разных уровнях-этажах; асимметрия – бывает, что в разных направлениях движения ширина полос разная; матрёшка – например, труба в трубе (такие примеры возможны втрубопроводном транспорте?); вынесение – разделение движения на особо опасных участках дорог; локализация – местное ограничение скорости движения, видео контроль движения;

4.4 – раздел «Структура»: исключение – здесь важно в принципе исключить возможности любых столкновений: это возможно при движении в трубе, тогда разные направления обеспечиваются в разных трубах – исключаются лобовые столкновения; если же движение средства-капсулы обеспечивается давлением воздуха, то для двух соседних капсул исключено и столкновение сзади, так как при более быстром движении задней капсулы между двумя капсулами повысится давление воздухаи задняя капсула плавно САМА затормозится (вплоть до остановки на достаточном расстоянии от передней капсулы); дробление – переход источника энергии от ДВС к давлению воздуха означает «раздробление» источника энергии до молекул; объединение – труба-дорога и капсула объединяются в одну систему, обеспечивающую безопасное передвижение капсул с пассажирами в почти любую погоду с достаточно большими и почти постоянными скоростями без любых столкновений капсул с пассажирами; в такой объединенной системе изменяются источник энергии, вводится и объединенная система управления движением АСУТП пневмотранспорта, т. к. внутри капсулы смогут быть только две кнопки: станция назначения и старт – всё движение может управляться только централизовано и автоматизировано – под контролем оператора движения на АСУТП; посредник – источником и регулятором движения будет давление воздуха, подаваемого в трубу системой компрессоров (например, расположенных вдоль трубы через 5-10 км); копия – вместо пульта управления в капсулах будут мониторы, отображающие место и параметры её движения; как видно, по приёмам-подсказкам раздела «Структура» намечены контуры идеи пассажирской , которая пока практически не применяется в этих целях (известны локальные пневмо-системы перемещения грузов); по приёмам «вынесения» и «локализации» из раздела «4.4 - Пространство» в предлагаемой пассажирской пневмо-транспортной системе (ППТС) источник энергии, требуемой системе, вынесен из движущейся капсулы в Надсистему ППТС, туда же вынесены и устройства управления движением капсулы;

4.5 – раздел «Условия и Параметры» включает приёмы разрешения противоречий: частично –капсула представляет собой только облегчённый корпус автомобиля; избыточно – взамен усложнена автодорога;согласовано – все подсистемы ППТС должны работать согласовано; динамично и управляемо – АСУТП динамично отслеживает и задаёт режимы всех подсистем ППТС; – все предполагаемые неполадки работы системы и каждой капсулы в пути, по возможности предусмотрены в программах АСУ и контролируются оператором на центральной станции управления ППТС; изоляция – трубы практически полностью изолируют движущиеся капсулы от подавляющего большинства неблагоприятных погодных явлений; противодействие – чтобы у пассажиров не возникала клаустрофобия, капсулы и верхняя половина трубы будут прозрачными (сделаны из упрочнённого полимера или композита); одноразовость – каждым конкретным пассажиром капсула используется только на время поездки, после его высадки в неё сядет для своего маршрута поездки другой пассажир; инверсия – в системах АСУТП и ППТС следует предусмотреть на станциях накопления капсул, которые часто используются пассажирами для высадки, переустановку капсул в трубу противоположного направления движения.

Шаг 5. Концепция: из сочетания подсказок всех разделов и более 15 подсказок-приёмов (более всего подсказок выбранов разделе4 «Структура», остальные 10-12 приёмов подкрепляли, уточняли и расширяли концепцию технического решения). Все вышерассмотренные идеи позволили представить в ФИПС заявку на патент со следующей формулой изобретения:

1. Транспортная система (ТрС), включающая корпус-салон средства перемещения, расположенный в трубопроводе и снабжённый сиденьями и дверями для пассажиров, отличающаяся тем, что содержит центр автоматического управления движением, через канал связи подключенный к компьютерам реверсивных воздушных компрессорных станций, которые последовательно по длине маршрута посредством своих стыковочных узлов и их шторок соединены с полостью трубопровода, создают и коммутируют движущие потоки воздуха в нём, при этом корпус-салон оборудован бортовым компьютером, включённым через указанный канал связи в единое информационное пространство ТрС, и конструктивно выполнен в виде прозрачной пустотелой цилиндрической, заострённой с переднего конца капсулы (рис. 1), имеющей впускные и выпускные регулируемые решётки, входную дверь-люк открываемую сдвигом внутрь-назад в области потолка, переднее и заднее регулируемые по высоте сидений и наклону спинок пассажирские кресла с пристежными ремнями, а так же позиционируемой при движении и остановках фиксаторами качения в пазах трубопровода, который собирается из прозрачных ударопрочных труб, содержащих аварийные люки с возможностью их открытия сдвигом вверх-в-бок, и размещается на опорах, приподнятых относительно поверхности земли.

Рис. 1 Транспортная труба (4) с капсулой (5): 6 – люк для посадки пассажиров; 7 – кресла для пассажиров; 8 – колёса

Рис. 2 Блок-схема ППТС. Здесь 1 – это блок АСУТП управления движением капсул 5 в трубопроводе 4. Управление идёт по каналу связи 2 путём активизации компрессорных станций 3

2. ТрС по п.1 (рис. 2), в которой центр автоматического управления распределяет зоны ответственности среди местных и региональных центров автоматического управления и объединяет их, а также остальных участников движения в единое информационное пространство.

3. ТрС по п.1 (рис. 3), в которой локальное управление движением конкретной капсулы на участке между двумя соседними компрессорными станциями передаётся компьютеру одной из них, назначенной ведущей.

4. ТрС по п.1, в которой расстояние между соседними компрессорными станциями определяется условиями создания необходимого коэффициента полезного действия для движения капсулы в рамках допустимых скоростей, с учётом рельефа местности и загрузки.

Рис. 3 Под действием давления капсула 5, наружный диаметр которой на 0,5-1 см меньше внутреннего диаметра трубы 4, движется, фиксируясь колёсами в пазах трубы

5. ТрС по п.1, в которой трубопроводы на вокзалах переключаются на нужные направления движения, или к посадочным платформам, посредством поворотных контактных устройств.

6. ТрС по п.5, в которой поворотное контактное устройство представляет собой отрезок трубы, который после заезда и остановки в нём капсулы, вращением в горизонтальной плоскости на 180 градусов соединяется с выбранной для продолжения маршрута веткой трубопровода.

7. ТрС по п.1, компрессорные станции которой содержат два стыковочных узла на каждой ветке проходящего трубопровода, обслуживающие её левые и правые каналы.

8. ТрС по п.7, в которой трубопровод состоит из двух веток встречного движения.

9. ТрС по п.7, в которой шторки стыковочных узлов закрываются и открываются механизмом управления, а также блокируются в закрытом состоянии соответствующими ловителями, по сигналам компьютера своей компрессорной станции.

10. ТрС по п.1, в которой бортовой компьютер капсулы имеет выход на канал связи, монитор и клавиатуру управления, транслирует в автоматическом режиме телеметрию движения, посылает запросы пассажира в центр управления движением, принимает от него текущую информацию, поддерживает интернет-вещание.

11. ТрС по п.10, в которой наряду с компьютером салон капсулы содержит необходимую периферию, как-то: микрофон, наушники, акустические системы, освещение, аккумулятор, а также имеет на потолочной части свето-поглощающее покрытие, например, вида «хамелеон».

12. ТрС по п.1, в которой впускная регулируемая вентиляционная решётка капсулы располагается в области её задней стенки, обрамлённой по периметру прорезиненной юбкой, а выпускная регулируемая вентиляционная решётка размещается на боковой передней поверхности.

13. ТрС по п.1, в которой капсулы, трубопроводы, а также их люки выполняются из полимерного соединения высокой прочности.

14. ТрС по п.13, в которой посадочные и аварийные люки выполняются конструктивно по типу «фонарь» и имеют уплотнители для герметизации в закрытом состоянии, а капсула оборудована аварийным тормозным устройством и аварийным мускульным приводом движения.

15. ТрС по п.1, в которой спинки кресел при необходимости складываются и обеспечивают, с применением пристежных ремней, размещение пассажира или груза в горизонтальном положении.

16. ТрС по п.1, в которой фиксаторы качения располагаются симметрично в углублениях на боковых цилиндрических поверхностях корпуса капсулы и выполняются прорезиненными и подпружиненными.

17. ТрС по п.1 или п. 16, в которой продольные пазы на внутренней поверхности трубопровода должны обеспечивать свободное движение в них фиксаторов качения.

18. ТрС по п.1 или п. 8, в которой трубопровод представляет две рядом расположенные параллельные ветки встречного движения, приподнятые на опорах над поверхностью земли.

3. ПРИМЕР ИЗОБРЕТАТЕЛЬСКОЙ СИТУАЦИИ

1. За последние 50 лет у двигателей автомобилей сни;ty в 2-3 раза расход бензина путём увеличения степени сжатия горючей смеси в их цилиндрах, при этом увеличилась температура горения с 900оС до 1200оС. Очистку выхлопных газов от несгоревшего топлива улучшили также применением Pt-катализатора. Повышение в камере сгорания температуры привело к тому, что недопустимо возросло в выхлопе содержание вредного окисла азота ON. Сейчас в патентном фонде ФИПС РФ много предложений по вводу в выхлопной тракт , мочевины и ещё одного катализатора для превращения окисла в азот по реакции: 4NH3 + 6NO =(kt1)=> 5N2 + 6H2O

и 6NO + 2СОN2Н4 (тв., мочевина) =(kt1)=> 5N2 + 2CO2 + 4H2O.

Это приводит к усложнению и удорожанию системы выхлопного тракта (СВТ) двигателя внутреннего сгорания (ДВС). Рассмотрим поиск решения по алгоритму генератора идей .

Поиск решения

2. Цель: очистить выхлопной газ от окисла азота NO, не усложняя тракт выхлопа. Зачем это надо: примесь газа NO в воздухе вредна для дыхания. Что мешает: Pt катализатор улучшает окисление в выхлопе СО и СхНуОz – продуктов неполного сгорания топлива, но не изменяет содержание NO, применение NН3-содержащего реактива усложняет систему выхлопного тракта.

3. ИКР: Само собой достигается в СВТ превращение NO в обычный N2 воздуха при вводе NН3-содержащего реактива без усложнения выхлопного тракта ДВС.

4.1 Улучшить очистку выхлопного газа от окисла азота NO.

4.2 Устранить усложнение выхлопного тракта при очистке от NO.

Технические противоречия:

4.4 Устранить в выхлопе NO можно восстановлением аммиаком, но недопустимо вводить реактив простым способом (в большом избытке), чтобы не выделять из СВТ вредный газ аммиак.

4.5 При высокой точности внесения в выхлопной тракт реактива (газа, жидкости или твёрдого тела), содержащего NН3 или другой восстановитель, нейтрализуется вред выхлопного газа (по NO / NН3), но решение недопустимо усложняет СВТ двигателя.

Выберем п. 4.2 – упростить выхлопной тракт ДВС.

5. Поиск идеи (используя 30 абстрактных изобретательских приёмов) :

5.1 Ресурсы компонентов системы:

5.1.1 ресурс энергии – выхлопной газ имеет температуру 200 - 500оС (он содержит до 70% химической энергии от сжигания бензина), надо бы как-то использовать эту энергию?

5.1.2 вещества – NO в выхлопе, окислитель, вредная примесь; смесь выхлопных газов содержит также СО, СхНуОz – восстановители, но не активные в отношении к NO. Выхлопной тракт СВТ включает трубу, блок с Pt катализатором, глушитель, блок ввода NН3-реагента, выходное отверстие трубы.

5.1.3 информация – имеем справочники восстановителей и окислителей с данными об их потенциалах, нужны также неизвестные данные о кинетике реакций между ними.

5.1.4 производные от этих ресурсов системы – например, вещества бывают присутствующие, отсутствующие и изменённые (в другом агрегатном или энергетически активированном состояниях) или разности энергий, или заменить вещество.

5.1.5 концентрация неких ресурсов, если она доступна и нужна.

5.2 Ресурсы времени:

5.2.1 заранее – требуется проектирование и установка в СВТ блока восстановления для превращения NO в N2.

5.2.2 после – естественно, после выхлопа из ДВС.

5.2.3 пауза – у ДВС при работе пауз нет, выброс газов непрерывен.

5.2.4 ускорить - скорость превращения NO в N2 должна соответствовать скорости выброса NO из ДВС, пока скорость распада NO слишком мала.

5.2.5 замедлить – здесь не нужно.

5.3 Ресурсы пространства:

5.3.1 другое измерение – части (блоки) системы тракта СВТ находятся последовательно в линии, расположить их иначе?

5.3.2 асимметрия – все части СВТ симметричны относительно оси потока выхлопных газов.

5.3.3 матрёшка – что-то в другое вставить: труба в трубе?

5.3.4 вынесение – блок подготовки реактива вынесен из линии потока – это усложняет СВТ.

5.3.5 локализация – расположение частей СВТ не способствует использованию ресурса восстановителя (С, СО, СхНуО) для устранения вредного NO, ввести катализатор этой реакции перед Pt-катализатором?

5.4 Ресурсы структуры:

5.4.1 искпючение – чтобы не усложнять СВТ, нужно убрать блок подготовки и ввода NН3-восстановителя /мочевины.

5.4.2 дробление – приём «матрёшка» подсказывает, что часть СВТ (труба?) где-то должна быть разделена, тогда одну трубу можно вставить в другую (по п.5.3.3 – матрёшка).

5.4.3 объединение – если иметь катализатор для реакции (использовать имеющиеся вещества) NO + CxHyO, CO =(kt2, t=300°C)=> N2 + CO2 + H2O

5.4.4 посредник – неизвестный катализатор (kt2)?

5.4.5 копия – не пригоден в СВТ?

5.5 Условия:

5.5.1 частично – если вводить NH3-реагент, то его надо 0,95 от точного количества.

5.5.2 избыточно – NH3 вредный, его избыток не желателен.

5.5.3 согласовано – ввод NH3-реагента согласовать с переменным объёмом или другим параметром выхлопного газа в СВТ.

5.5.4 динамично – означает изменять ввод количеств реагента.

5.5.5 управляемо – ввод NH3-реагента управляется объёмом выхлопа, переменой мощности ДВС.

5.6 Параметры:

5.6.1 вакцинация – приём подсказывает, что в СВТ должно быть средство против роста выброса NO – им мог быть катализатор (kt2) реакции между самими компонентами выхлопного газа в СВТ.

5.6.2 изоляция – такой катализатор (kt2) уменьшит вред выхлопа.

5.6.3 противодействие – намечаются 3 пути противодейстия вреду выхлопа:

1) добавить блок управляемого ввода NH3-реагента с достаточной точностью для очистки выхлопа;

2) подобрать катализатор реакции между компонентами выхлопа до реакции до-окисления на Pt-катализаторе;

3) поток выхлопа разделить на 2 потока, в одном потоке установить реагент и/или катализатор (kt3) превращения NO→NH3, потом эти потоки соединить на катализаторе kt2.

5.5.4 одноразовость – возможен ли твёрдый NH3-реагент, который производит очистку выхлопа от NO достаточно долго? Вводимые реагенты расходуются – они одноразовые.

5.5.5 инверсия – применение 1 вредного компонента выхлопа для очистки от 2-го по реакции: NO + CxHyO, CO=>... или вместо ввода в СВТ ДВС газа или жидкости (раствора NH3-реагента) ввести «NH3-реагент» в твёрдой форме, которая выдерживает Т в СВТ и быстро выделяет NH3 только при действии NO.

Возможные сочетания приёмов: все 3 пути (по приёму 5.6.3) используют из 5.1.1 Поле тепла СВТ для нейтрализации выхлопа и подготовку СВТ заранее по 5.2.1:

1-й путь – ввода NH3-реагента и добавление блока с катализатором по 5.2.4 опирается на сочетание приёмов 5.1.1 +5.1.2 +5.1.3 +5.5.1 +5.5.3 +5.6.1. Сущность изменений функции: 1) добавление блоков внешнего с реагентом и в линии СВТ блока ввода с катализатором (kt1) и управление вводом NH3-реагента согласовано с мощностью ДВС;

2) добавление в линию СВТ блока с катализатором реакции между компонентами выхлопа: NO + CxHyO, CO =(kt2)=>...;

3) дробление потока на два с помощью трубы в трубе (5.3.3), один поток не изменен, а во внешний поток вставлен блок с реагентом и kt3-катализом превращения NO +X =(kt3)=>NH3 …, далее 2 потока смешиваются для реакции NO +NH3 =(kt1)=>N2 +…

6. Концепции:

6.1 добавление в СВТ блоков внешнего с NH3-реагентом и в линии СВТ блока ввода с катализатором (kt1) реакции: NO +NH3 =(kt1)=>… при вводе NH3-реагента согласовано с мощностью ДВС;

6.2 добавление в линию СВТ блока с катализатором реакции между компонентами выхлопа по реакции: NO + CxHyO, CO =(kt2)=>... – состав и структура kt2 пока не известны (нужны исследования химиков);

6.3 дробление потока на два с помощью трубы в трубе, один поток не изменен, а в другом (внешнем) потоке вставлен блок с реагентом и катализатором превращения NO +X =(kt3)=>NH3 …, далее 2 потока смешиваются и происходит реакция: NO +NH3 =(kt1)=>N2 +… (нужен выбор Х).

6.4 ввести в линию СВТ блок с твёрдым NH3-источником Z, выделяющим NH3 ровно столько, сколько попало в блок NO, Z должен быть термоустойчив, чтобы не выделял NH3-избыток.

Оценка концепций:

6.1 - состоит в усложнении СВТ, и наиболее технически проработана (в ФИПС РФ имеется множество патентов, не рассмотрено усложнение СВТ путём введения обратной связи и не указан катализатор);

6.2 - наиболее простая СВТ и близкая к идеальному решению, но kt2 катализатор пока не отработан и неизвестен;

6.3 - промежуточная по сложности СВТ, но катализаторы kt2 и kt3 пока не разработаны и неизвестны (есть патент этого СВТ без описания катализаторов).

6.4 - в линию СВТ блок с твёрдым NH3-источником Z, устойчивым при температуре в СВТ и реагирующим только при наличии NO (Z пока не найден).

6.5 - Новые нерешенные задачи: необходима разработка катализаторов kt2 и kt3 (нужна помощь специалистов НИИ катализа РАН) и реагентов-нейтрализаторов Х или термоустойчивого Z - NH3-реагента(известны: мочевина Тразл~150°C, ацетилмочевина Тразл~250°C, ацетат мочевины Тразл~250°C, неизвестна термоустойчивость других производных – требуется до 500°C и выделение NH3при действииNO).

Разработана и предложена заявка на патент на пассажирскую пневмотранспортную систему (ППТС) с целью обеспечения безопасного движения в почти любых погодных условиях.

Рассмотрен пример поиска решения задачи с применениями окислительно-восстановительных реакций по нейтрализации газа в системе выхлопа двигателя внутреннего сгорания. Выявлены четыре возможных способа устранения NO из выхлопного газа, а патенты есть на два из этих способов. Для завершения решения требуются консультации специалистов по катализу и поиск термо-устойчивого твёрдого NH3-выделяющего реагента.

Отметим дополнительно, что широкий перевод автомобильного хозяйства на пневмотранспортную систему, позволяет в принципе снять проблему выхлопа любых газов.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

Альтшуллер изобретательства. Воронеж: Центр-чернозём. кн. изд-во, 1964. О прогнозировании развития ТС. Баку, 1975/ http://www. altshuller. ru/triz/zrts3.asp Альтшуллер Г., осемь мыслей о природе и технике // Шанс на приключение: сб. /сост. А. Селюцкий. Петрозаводск: Изд-во , 1991. резентация программы «Генератор идей». – URL: http://www/TRIZ-tigr. ru , Утёмов творчество: Методы конструирования новых идей: .- изд. 2-е. – Киров: Изд-во МЦИТО, 2014. – 114 с. , и др. Заявка на патент РФ 2011149865, опубл. 27.06.2013 и др. БД патентов по применениям химических эффектов: http://dace. ru (DatabaseApplyofChemicalEffects): новости (3000 реф.), БДХЭ (2250), статьи (10). Эвристика-3: метод. указания к решению химических задач / сост. . Чуваш. ун-т – Чебоксары: 2007, 116 с. и др. Основы теории систем и решения творческих технических задач – /В. Михайлов, А. Михайлов, Е. Андреев, В. Гальетов, В. Желтов. - Чебоксары: Изд. Чуваш. ун-та, 2012. С. 133-135, 156-199, 206-241, 255-284, 325-330. Михайлов эффекты в системе 40 изобретательских приёмов и после него //сб. Три поколения ТРИЗ – СПб: РА ТРИЗ. – 2014. С. 50-54. Малкин С., Михайлов решений творческих задач по алгоритму Генератора идей //там же. С. 55-57. Малкин С., Утёмов творческих задач по алгоритму ГИ для развития личности /ж-л Концепт http://e-concept. ru (2014 ноябрь, Киров), 7 с. , Желтов креативности в инженерном образовании / Инженерное образование – 17, 2015, с.68-75 , О применении ТРИЗ для решения экологических задач //сб. ТРИЗ-фест-2013, - СПб-Киев: МАТРИЗ, 2013, с.26-35. Михайлов изобретателю химические эффекты (пример очистки выхлопа от окиси азота) //сб. Три поколения ТРИЗ – СПб: РА ТРИЗ. – 2015. С.70-75. , Андреев транспортная система /сб. Дорожно-Транспортный Комплекс: состояние, проблемы и перспективы развития – Чебоксары: ВФ МАДИ-ГТУ, 2015. С. 134-141. , Андреев транспортная система – заявка РФ 2011149865, опубл. 27.06.2013, бюлл. 18.

Altshuller G. S. Invention bases. - Voronezh: Center chernozem. book publishing house, 1964./ru Altshuller G. S. About forecasting of development of the Technical systems. - Baku, 1975 /ru /http://www. altshuller. ru/triz/zrts3.asp Altshuller G., Rubin M. Eight thoughts of the nature and equipment. - In book: Chance of an adventure. Col. A. Selyutsky. Petrozavodsk: Publ. house Karelia, 1991. /ru Malkin of S. Presentation of the program Generator Ideas. - URL: http://www/TRIZ-tigr. ru Mikhailov V. A., Gorev P. M., Utyomov V. V. Scientific creativity: Methods of designing of new ideas: manual. - prod. the 2nd. - Kirov: Publ. house of MTsITO, 2014. – 114 pages. /ru Nikitin A., Mikhailov V., Andreev E. - Clain for patent RU2011149865 (publ. 27.06.2013). Mikhailov V. A. &Alls Date basa Apply of patents on Chemical Effects / http://dace. ru Evristica-3: manual to solution of chemical tascs / Mikhailov V. A., ChuvSU, 2007. 116 p. /ru Mikhailov V. A. &Alls Technical system basis and solution of creative technical tascs -/V. Mikhailov, A. Mikhailov, E. Andreev, V. Galyetov, V. Zheltov– Cheboksary: ChuvSU, 2012. P. 133-135, 156-284, 325-330. /ru Mikhailov V. A. Chemical effects in 40 key G. Altshuller and later on him. //coll. Three generation of TRIZ – Sankt-Peterburg: RATRIZ, 2014. P.50-54. /ru Malkin S., Mikhailov V. Search a creative task solution by generator idea algorithm /ibid. p. 55. /ru Malkin S., Mikhailov V., Utemov V. The creative task solution for personal progress /internet journal KONCEPT – november 2014, Kirov: http://e-koncept. ru ,7 p. /ru Mikhailov V., Mikhailov A., Zheltov V. Creative elements in engineer education //Engeneering Education (Novosibirsk) – 17, 2015. P. 68-75. /ru Andreev E., Mikhailov V., Filichev S. On the application of TRIZ for solution of ecological problems. – SPb-Kiev: MATRIZ-SPbSTU, 2013. P.26-35. /eng/rus Mikhailov V. A. Help to inventor the Chemical Effects // coll. Three generation of TRIZ – Sankt-Peterburg: RATRIZ, 2015. P. 70-75. /Rus/ Nikitin A. I., Mikhailov V. A., Andreev E. D. Passenger-and-freight transport system //coll. Road and transport Complex: a state, problems and prospects of development – Cheboksary: VF MADI-GTU, 2015. Page 134-141. /rus. Nikitin A. I., Mikhailov V. A., Andreev E. D., Andreev A. R. Passenger-and-freight transport system Clain RU 2011149865, publ. 27.06.2013. N 18.

Cтраница 1

Техническое противоречие (ТП) представляет собой конфликт двух частей системы; для перехода к ФП необходимо выделить одну часть, а в этой части - одну зону, к физическому состоянию которой предъявляются взаимопротиворечивые требования.  

Техническое противоречие здесь уже указано: охлаждающая способность дырчатого полировальника вступает в конфликт с его способностью полировать стекло.  

Техническое противоречие: часто греть линию - потребители то и дело будут оставаться без тока, редко греть линию - повысится опасность обледенения.  

Техническое противоречие - сказал один инженер. Точные винты дороги, нарезка быстро портится...  

Иногда техническое противоречие, содержащееся в задаче, отчетливо видно. Таковы, например, задачи, решение которых обычными путями наталкивается на недопустимое увеличение веса. Иногда противоречие незаметно, оно как бы растворено в условиях задачи.  

Техническими противоречиями (ТП) называют такие взаимодействия в системе, когда положительное действие одновременно вызывает и негативное действие; или если введение / усиление положительного действия, либо устранение / ослабление негативного действия вызывает ухудшение (в частности, недопустимое усложнение) одной из частей системы или всей системы в целом.  

Возникает техническое противоречие - подытожил директор.  

Выявление технического противоречия и результаты анализа его специфических особенностей приводят к постановке технической задачи, то есть к формулировке условий для достижения поставленной цели. В ее структуре выделяют указание на достигаемый результат, условия функционирования разрабатываемого технического средства и осуществления решения.  

Многочисленные примеры технических противоречий приводит Фридрих Энгельс в статье История винтовки. В сущности, вся эта статья представляет собой анализ внутренних противоречий, определяющих историческое развитие винтовки.  

Задачи с техническими противоречиями, легко преодолеваемыми с помощью способов, известных применительно к родственным системам. Например, задача, относящаяся к токарным станкам, решена приемом, уже используемым в станках фрезерных или сверлильных. Меняется (да и то частично) только один элемент системы.  

Это яркий пример технического противоречия: попытка улучшить какое-либо свойство машины вступает в конфликт с другим ее свойством.  

Для устранения этого технического противоречия предложено создавать в рабочем растворе преимущественную концентрацию ПАВ у поверхности обрабатываемых изделий путем их инъекции в область обработки. Лучшие результаты получаются, когда инъекция производится нанесением ПАВ на поверхность изделий перед их обработкой. Этот способ улучшает обработку крупных изделий, так как увеличивается зона ультразвукового воздействия, и деталей, имеющих капиллярные каналы, поскольку улучшаются условия развития кавитации в каналах по сравнению со всем остальным объемом жидкости в ванне.  

Ясное представление о техническом противоречии и его, так сказать, внутренней механике позволяет в ряде случаев уже на этом этапе прийти к изобретению. Конечно, тут важную роль играет вся предыдущая обработка задачи, в ходе которой гасится инерция мышления и появляется готовность к восприятию самых неожиданных идей. Бывает, однако, и так, что противоречие выявлено, причины противоречия установлены, а пути устранения противоречия по-прежнему не ясны. Начинается четвертая, оперативная стадия творческого процесса.