Технічне протиріччя (ТП) - модель опису ІВ, у якій виділено бажані та небажані наслідки конкретної зміни ТЗ. Приклади застосування прийомів усунення технічних протиріч

Об'єкти техніки, як і весь світ, розвиваються за законом єдності та боротьби протилежностей, а сам розвиток виглядає як процес зародження, загострення та вирішення протиріч.

Соціально-технічна суперечність- суперечності між потребами суспільства та можливостями їх задоволення за допомогою технічних засобів. Потреба є, а коштів на її задоволення немає. Наприклад, давно у людей виникла потреба відвідати Місяць, Марс, але необхідних для цього технічних засобів не було.

Технічне протиріччя- єдність поліпшення та погіршення сторін технічної системи, єдність позитивного та небажаного ефектів при зміні частини системи.

"Немає зла без добра і добра без зла".

Наприклад, виникла потреба поліпшити якість обробленої поверхні, верстаті, що фрезерується. Цього можна досягти, якщо збільшити швидкість різання. Однак при цьому виникають небажані (шкідливі) ефекти: рівень шуму збільшився, виникла вібрація. Ставлення між потребою та звичайним шляхом її вирішення за допомогою верстата настільки загострилося, що стало гальмом подальшого розвитку.

Технічних систем без суперечностей не буває. Замість усуненої суперечності виникає інше. Тому завдання розробника технічної системи зводиться до усунення вихідного небажаного ефекту та недопущення інших небажаних ефектів.

Методи вирішення технічних протиріч.

Для вирішення технічних протиріч та пошуку нових рішень створено близько тридцяти методів.

Відомі методи технічної творчості можна об'єднати у кілька груп:

1. Метод мозкового штурму - виходить з принципі мозковий атаки.

2. Метод морфологічного ящика - виходить з морфологічному аналізі.

3. Метод контрольних питань.

4. Методи евристичних прийомів.

5. Методи, що ґрунтуються на алгоритмах вирішення винахідницьких завдань.

Метод мозкового штурму.

Був розроблений морським офіцером США Алексом Осборном після Другої світової війни.

Відома історія народження методу мозкового штурму.

Якось судно А. Осборна, на якому він був капітаном, йшло з вантажем до Європи. Капітан отримав попередження про можливу атаку німецьких підводних човнів. А. Осборн зібрав команду на палубі та попросив висловити міркування як врятувати судно від торпед підводних човнів. Один із матросів сказав, що потрібно всій команді стати вздовж борту і при виявленні торпеди дружно дути на неї, щоб віддути її вбік. Зустріч із підводними човнами цього разу не відбулася, проте висловлена ​​ідея була реалізована. Повернувшись на базу, Осборн оснастив судно вентилятором, що створює потужний спрямований повітряний потік, і цим вентилятором в одному з рейсів дійсно віддув торпеду від борту. Використовуючи цей досвід, після війни А. Осборн розробив метод мозкової атаки та створив свою школу винахідників та раціоналізаторів.

Відповідно до методу пошук проводиться двома групами у два етапи. Перша група – група генераторів– пропонує ідеї, суворо дотримуючись правил заборони критики. Друга група – група експертів– обговорює та аналізує висунуті ідеї.

Група генераторів складається з 5-12 чоловік. До групи запрошуються спеціалісти-суміжники (конструктори, технологи, економісти, постачальники), одна-дві людини з боку (лікар, перукар). Засідання групи триває 30-50 хв під керівництвом ведучого. Ведучий повинен забезпечити розкуту обстановку в групі. Ідеї ​​записуються магнітофоном. За один сеанс зазвичай висловлюється 50...150 різних ідей.

Потім ідеї передаються групі експертів, які їх аналізують та намагаються оцінити приховані можливості пропозицій.

Завдяки своїй простоті та легкості освоєння у п'ятдесятих роках метод мозкового штурму швидко поширився і вважався найкращим методом пошуку у всіх галузях науки та техніки.

За підсумками методу мозкового штурму під час 1952…1959 гг. Вільямом Дж. Гордоном розроблено метод синектики. Слово синектика означає суміщення розрізнених елементів.

Спосіб синектики.

Для генерації нових ідей формується група синекторів із 5...7 осіб, які пройшли попередню підготовку. Синектор – людина з широким кругозіром, яка має, як правило, дві спеціальності, наприклад, лікар-механік, хімік-музикант тощо.

Під час підготовки синекторів вчать застосовувати у процесі пошуку ідей такі чотири види аналогій:

· Пряма аналогія;

· Особиста аналогія або емпатія;

· аналогія фантастична;

· аналогія символічна.

Пряма аналогія.

Її використовують усі інженери та винахідники. І тому шукають аналогічні ситуації, які у інших завданнях, у природі. Природа створила багато прикладів різних способів та механізмів. Наприклад, відомі сотні конструкцій насосів, аналогами яким послужили серця різних тварин.

У розвитку технічних систем відповідно до законів діалектики відбувається чергування етапів кількісного зростання та якісних стрибків. У процесі кількісного зростання результаті нерівномірного розвитку показників технічної системи виникають протиріччя.

Протиріччя- прояв невідповідності між різними вимогами, що пред'являються людиною до системи, та обмеженнями, що накладаються на неї законами природи, соціальними, юридичними та економічними законами, рівнем розвитку науки і техніки, конкретними умовами застосування тощо

Якщо технічний об'єкт створено, то часто ставиться завдання збільшення його головної корисної функції (ДПФ) Для цього, як правило, потрібно посилити будь-яку властивість одного з елементів цього технічного об'єкта. Проте за посиленні одних властивостей елемента порушується взаємодія (узгодженість) коїться з іншими елементами технічної системи, виникає протиріччя, тобто джерелом протиріч є вдосконалення, розвиток технічних об'єктів.

^ 1) Адміністративне протиріччя

Вирішення будь-якого технічного завдання починається з аналізу проблеми. Результатом цього аналізу є постановка та формулювання завдання, яке потрібно вирішувати.

У проблемі зазвичай описується необхідність створення деякого технічного об'єкта (ТО) задоволення певної потреби, наводиться відповідна аргументація цієї необхідності, описуються функції, які має виконувати цей ТО; вимоги, які щодо нього пред'являються.

Якщо є потреба у виробництві продукції з певними споживчими властивостями, але невідомо як її задовольнити, виникає проблемна ситуація (ПС).

Опис ПС- це формулювання потреб, функцій, які потрібно виконати. Проблема полягає в тому, що на цьому етапі не видно шляхів, як реалізувати виконання цієї функції.

Проблемна ситуація виникає, якщо немає відповідності між вимогами, що пред'являються споживачами, та наявними технічними можливостями

Г.С. Альтшуллер назвав такі проблемні ситуації адміністративною суперечністю

Цьому виду протиріч відповідає винахідницька ситуація, що включає цілий клубок завдань, з яких потрібно вибрати саме ту, яку слід вирішувати в першу чергу Яким чином виділити першочергове завдання серед інших?

Отже, адміністративні протиріччя лише позначають проблему й часом дають деяке обгрунтування її виникнення.

^ 2)Технічне протиріччя

У початковому формулюванні проблеми формулюються деякі потреби, функції, які потрібно виконати.

Істотно змінити розглянуту систему або її взаємодію з надсистемою (НС) таким чином, щоб відпала необхідність у цій потребі, у виконанні цієї функції – ПС1; у цьому випадку формулюється проблема щодо зміни СР;

Доповнити існуючу технічну систему деяким пристроєм, який дозволив би задовольнити сформульовану потребу - ПС2 (див. на рис 6.2).

Проблеми можуть бути різні.

Прагнення покращити одні характеристики продукції часто призводить до погіршення інших

У проектно-конструкторських та технологічних завданнях виявляється суперечливість багатьох властивостей, наприклад, точність та продуктивність у технології обробки матеріалів; маса, надійність та вартість; стійкість та керованість технічних об'єктів та ін.

Наприклад, один із способів збільшення надійності літальних апаратів (потреба) - створення резервних систем і агрегатів. Це призводить до збільшення маси апарату, що неприпустимо, тому що збільшуються витрати на виконання завдання (ДПФ).

Небажані ефекти можуть бути пов'язані з тим, що поліпшення деяких споживчих властивостей призводить до ускладнення ТО і, отже, збільшення факторів розплати.

Ситуація, коли спроби покращити одну характеристику (або частину) системи призводить до погіршення іншої її характеристики (або частини), називається технічною суперечністю (ТП).

Технічне протиріччя з'являється часто тоді, коли розробник намагається будь-яким відомим йому способом поліпшити один із параметрів якості (або функціональну властивість) об'єкта, але це призводить до неприпустимого погіршення іншого, теж дуже важливого параметра якості (або функціональної властивості).

^ 3) Фізичне протиріччя

Як очевидно з останнього наведеного прикладу, запропоновані заходи, створені задля підвищення продуктивності токарної обробки, призводять до появи низки НЕ.

Проведений аналіз дозволяє виявити і конкретизувати суперечливість властивостей при взаємодії компонентів технічної системи, що розглядається.

Таким чином, для того, щоб дозволити ТП, формулюються приватні завдання, в яких висуваються несумісні вимоги до властивостей окремих компонентів або взаємодії між компонентами об'єкта, що розглядається.

Сукупність таких вимог Ю.ВГорін запропонував назвати фізичною суперечністю (1973 р.), наголошуючи, що відносини суперечності перенесені на рівень фізичних властивостей та відносин елементів системи

Г.С. Альтшуллер зазначав: " Прагнучи прибрати конфліктуючі, суперечливі відносини між зовнішніми сторонами технічної системи, отримаємо протиріччя лише на рівні внутрішнього функціонування системи Таке протиріччя, на відміну технічного, називається фізичним протиріччям (ФП).

Сформульовані у прикладі 6.7 ФП дозволяють намітити мінізадачі і, тим самим, визначити область пошуку можливих рішень (табл.6.2).

6.4Евристична цінність протиріч

У фізичних протиріччях вимоги, які пред'являються до об'єкта, можуть бути наслідком різних цілей, які ставить перед собою інженер ці різні цілі і призводять до необхідності реалізації в технічному об'єкті несумісних властивостей (Р і анти-Р).

З іншого боку, фізичні протиріччя може бути пов'язані з тим, що необхідне властивість неможливо реалізувати, оскільки цьому заважає прояв об'єктивних законів природи. Тобто наукова підстава явища, що спостерігається (яке є небажаним) не узгоджується з вимогами, які пред'являються до об'єкта, що розглядається.

Розділити суперечливі властивості у просторі

Практична реалізація цього прийому полягає в тому, щоб рознести в просторі суперечливі властивості, якими повинен мати об'єкт, що розглядається.

Ця модель дає можливість виявити оперативну зону та оперативний час.

Оперативна зона (ОЗ) - це простір, не більше якого виникає конфлікт.

Оперативний час (ОВ) - це час, коли конфлікт виникає, і навіть час до появи конфлікту, як у ТО відбуваються процеси, які готують цей конфлікт.

Визначення оперативної зони та оперативного часу дозволяє конкретизувати поставлене завдання.

^ Таким чином,адміністративні (АП), технічні (ТП) та фізичні (ФП) протиріччя – це моделі завдань.

З наведених прикладів видно, що:

Адміністративні і технічні протиріччя носять змістовний характер, а формою вони є опис проблемної ситуації.

Адміністративні протиріччя лише формулюють проблему у термінах: ціль, потреба, функція, небажані ефекти.

У ТП суперечність пов'язана з функціонуванням ТО в цілому при виконанні ним головної корисної функції (ДПФ) У ньому визначається змінюваний параметр, який істотно впливає на функціональні властивості технічного об'єкта Формулювання ТП дозволяє позначити напрямки вирішення проблеми.

У ФП, як правило, йдеться про компоненти ТО та їх взаємодії.

На відміну від АП і ТП у фізичному протиріччі формулюються вимоги, що призводять до несумісних властивостей, якими повинен володіти об'єкт.

1. 
   Види технічних протиріч під час проектування. Технічні протиріччя, які вирішуються під час проектування роботів і РТС.

Вирішуються протиріччя:

1. 
   Адміністративні (потрібно щось зробити, як – невідомо.) – лише констатують сам факт ситуації, що склалася. Вони присутні разом із ситуацією, але не сприяють вирішенню.
2. 
   Технічні – відбивають конфлікт між частинами чи властивостями системи. Це може бути міжранговий конфлікт: системи з надсистемою чи підсистемою. Типові технічні протиріччя: вага-міцність, точність-вартість тощо. (якщо відомими способами покращити одну частину (або один параметр) технічної системи, неприпустимо погіршиться інша частина (або інший параметр)). Якщо є типові протиріччя, то й присутні їх типові рішення.
3. 
   Фізичні протиріччя - виникає між параметрами технічної системи в якомусь одному елементі або навіть його частині. Сформувати приклад ФП можна так: об'єкт повинен мати властивість «А», щоб виконувати функцію - наприклад, крило літака має бути більшим, щоб підняти літак, і властивістю «не А», щоб задовольняти умови завдання – крило має бути маленьким, щоб зменшити лобовий опір.

1. 
   Розвиток РТС йде у бік збільшення керованості (вепольності)

1. 
   Невепольна система перетворюється на повну вепольну
2. 
   Прості веполі переходять у складні
3. 
   Збільшується кількість керованих зв'язків
4. 
   Мобілізація речовинно – польових ресурсів
5. 
   У веполі вводяться в-ва та поля, що дозволяють без суттєвого ускладнення реалізувати нові фізичні ефекти.

1. 
   Розвиток йде у бік збільшення ступеня дроблення робочих органів.

1. 
   Закон переходу

Якщо ефективність функціонування взаємодіючої системи неможливо підвищити шляхом посилення чи форсування, це можна зробити шляхом об'єднання системи з однією чи кількома іншими системами, як однорідними, і різнорідними структурою.

Закон переходу в надсистему формулюється так: вичерпавши ресурси розвитку, система об'єднується з іншою системою, утворюючи нову, складнішу систему. Механізм такого переходу полягає в об'єднанні двох вихідних систем, при цьому одержують бісистему,або кількох систем з отриманням полісистеми.Перехід "моно-бі-полі"- неминучий етап у розвитку всіх технічних систем. Подальший розвиток бі- та полісистем відбувається у двох напрямках:

1. Ефективність нових систем може бути підвищена збільшенням різницю між елементами системи. Рух йде від однорідних елементів (пачка однакових олівців) до елементів зі зрушеними характеристиками (набір кольорових олівців), до альтернативних елементів (олівець та авторучка); до різнорідних елементів (олівець з циркулем), а потім - до інверсних(Олівець з гумкою).

2. Ефективність нових систем підвищується розвитком зв'язків між елементами. Зв'язок елементів змінюється від " нульової " , тобто. без речових зв'язків між елементами, до посилених міжелементарних (жорстких) зв'язків.
Крім того, при об'єднанні систем може відбуватися подальший розвиток по лінії спрощення. В результаті можливі такі варіанти:

1. Система практично самостійних, незв'язаних елементів, не змінюються при об'єднанні.

2. Система частково змінюваних, узгоджених між собою елементів, які функціонують тільки разом і лише для даної системи. Наприклад, окремі радіоелементи у мікросхемі. Така система отримала повністю згорнуту систему.

3. Повністю згорнуту систему можна як нову моносистему. Її подальший розвиток пов'язаний з рухом по новому витку спіралі. Іноді як нова моноститема може виступати частково згорнута система.

1. 
   Узагальнені величини та параметри ланцюгів різної фізичної природи. Ланцюги фізичної природи, що застосовуються у роботах.

Узагальнені величини – характеризують процеси, які у системі (механічні, теплові, тощо.), і є змінними, перебувають з допомогою критеріїв.

Будь-який процес є наслідком та має причину. Причина – сила, дія, реакція.

Параметри

U – вплив, I – реакція, Q – інтеграл від реакції, P – інтеграл від дії, t – час.

Критерії:

Енергетичне співвідношення UI = P

Співвідношення інтенсивності I = dQ/dt

Співвідношення статики U=IR

Співвідношення динаміки I = d(Uc)/dt; U=dL/dt

1. 
   ^ Закони розвитку робототехнічних систем. Поняття про інверсні бісистеми. Інверсні бісистеми роботів та РТС.

Розміри та можливості сучасних міні- та мікророботів розширюються з дивовижною швидкістю. На жаль, розробники нормативно-методичних документів не встигають підготувати своєчасні вимоги та рекомендації. Науково-технічний прогрес у робототехніці розвивається дуже швидкими темпами.

10. Системи підготовки та управління виробництвом роботів.

1) Більше ретельне опрацювання типових циклограм, пов'язане з виконанням тих процесів.

2) Розробка компунувальних схем, розробка архітектури, розрахунок приводів, розробка СПУ.

3) Багаторазові перевірочні розрахунки, моделювання.

4) Розробка конструкції.

5)Вибір комплектуючих виробів

6) Розробка кінематики, законів руху, висока точність позиціонування у важких умовах.

7) розрахунок динаміки.

8) Оцінка міцності, жорсткості конструкції пром. роботів

9) опрацювання програмного забезпечення.

10) Розробка методик контролю тех. хар-к та прискорених випробувань

11) експериментальна перевірка нових технічних рішень.

12) оцінка виробу на технологічність, метрологічність за показниками стандартизації та уніфікації.

коефіцієнт. стандартизації.

13) естетичне та ергономічне опрацювання

14) розрахунки підтверджують довговічність, ремонтопридатність, збереження, живучість.

15) Установка та транспортування.

16) перевірка прийнятих рішень на патентну чистоту та конкурентоспроможність.

17) графічні матеріали: креслення загального виду, СБ, специфікація, деталування.

18) розрахунок економічного ефекту.
11. Розвиток автономних роботів та робототехнічних комплексів (РТК) неможливий без розвитку адаптивних систем управління. Розвиток систем управління йде шляхом удосконалення їх гнучкості та забезпечення високого ступеня автономності. Як показано на малюнок 1.1, у досягненні цих цілей можна намітити два різні шляхи. Вважається, що сучасні роботи є абсолютно автономним, т.к. будучи спочатку запрограмованим, він вимагає подальшого втручання у його роботу. Через обмежені можливості чутливих органів робототехнічні системи мають недостатню гнучкість у пристосуванні до зміни умов експлуатації. Це, своєю чергою, стимулює розробку пристроїв технічного зору. Системи управління мають достатню пристосованість, але лише за участю людини-оператора. Удосконалення робототехнічних систем відбувається за рахунок оснащення їх чутливими елементами зворотного зв'язку з покращеними характеристиками. Дослідницькі роботи в галузі штучного інтелекту, датчиків, комп'ютерного зору, програмування комплексів комп'ютеризованого проектування та виробництва повинні зробити ці системи більш універсальними та економічними. Щоб зменшити навантаження на людину-оператора та підвищити ефективність її роботи, ведуться інтенсивні дослідження в галузі супервізорного управління, людино-машинного інтерфейсу та управління комп'ютерними базами даних. Багато досліджень однаково корисні удосконалення як роботів, і систем управління; їх мета полягає у зниженні витрат на виготовлення та розширення сфери застосування. Вони пов'язані також з покращенням методів передачі інформації та подальшим розвитком мов програмування.

Малюнок 1.1 – Перспективи вдосконалення роботів та
інтелектуальних систем

Як видно з рисунока 1.1 подальший розвиток автоматизації буде здійснюватися двома шляхами: поліпшення роботів і поліпшення цифрових систем управління, спрямованих на збільшення автономності та гнучкості систем управління.

Для створення оптимальної системи управління, вибору необхідних датчиком і приводів та самого робота необхідно враховувати середовище, в якому робот функціонуватиме. За середовищем роботи класифікують на 5 груп:

1. 
   наземні,
2. 
   водні,
3. 
   повітряні,
4. 
   космічні,
5. 
   унікальні.

1. 
   колісні,
2. 
   гусеничні,
3. 
   гібридні,
4. 
   крокуючі,
5. 
   стрибки.

1. 
   надводні,
2. 
   підводні,

1. 
   аеродинаміка,
2. 
   аеростатика.

1. 
   Метод узагальнених прийомів стосовно проектування роботів та РТС та їх елементів.

1.1 Визначення класу з МПК.

1.2 Підбір аналогів

1.3 Вивчення конструкції та принципу дії найбільш раннього аналога.

1.5Вивчення принципу дії конструкції, що послужила прототипом для аналога.

Якщо немає можливості подивитися конструкції прототипу, можна відновити за формулою аналога.

1.6 Складання ПСС (параметричних структурних схем) прототипу. При цьому необхідно детально розглядати лише ті вузли, які зазнали вдосконалення.

Необхідно виділити відмінності ПСС.

1.7 Складання рівнянь (моделі) покращуваної хар-ки. Рівняння складається для аналога та прототипу.

Записати модель за допомогою виділеної моделі ПСС.

Мета 1 етапу - Отримати модель покращуваної характеристики порівняно з прототипом.

2 етап: Попереднє формулювання узагальненого прийому.

Виконується аналіз відмінної частини ПСС.

Використовується для формулювання узагальнених прийомів опис відмінної частини ПСС.

Структурна схема може бути реалізована кількома конструктивними варіантами. Різні конструкції можуть мати одну і ту ж структурну схему. Може бути прототип і аналог мають одну і ту структурну схему тоді метод ВП не застосовується.

Ступінь узагальнення має бути мін. Щоб конструкція аналізованого аналога була б окремим випадком цього узагальнення.

3 етап.Вивчення принципу дії та конструкції 2-ого аналога

3.1Псс 2-ого аналога аналогічно на 1 етапі.

^ 4етап.Попереднє формулювання 2-го узагальненого прийому для 2-го аналога.аналогічно 2-го етапу.

5етап. Здійснення спроби узагальненого прийому виявленого результаті аналізу 1-ого аналога для вдосконалення 2 аналога.

В результаті може бути отримано ряд нових СС прототипом яких є або перший, або другий аналог.

За ПСС розробляється конструктивна реалізація

Уточнення або закріплення формулювання одного узагальненого прийому.

Нова конструкція.

6 етап.Уточнення або закріплення формулювання 2-го узагальненого прийому при спробі його застосування для поліпшення 2-го аналога.

Перехресне застосування одного узагальненого прийому для поліпшення другого аналога і навпаки.

У результаті: 1) уточнення або закріплення формулювання 2-го узагальненого прийому

2) отримання нової другої конструкції.

7етап.Виконання послідовності операцій за попередніми 5 операціями для 3-го, 4-го, і т.д. аналогів.

Якщо n-аналогів то n(n-1) нових конструкцій.

8 етап.Систематизація узагальнених прийомів на тему:

По призначенню

Застосування

За метою

За елементами конструкції

Однією з центральних проблем роботизації є проблема взаємодії людини та робота, проблема правильного розподілу функцій між ними. Людина - творець роботів - неминуче відчуває у собі багатостороннє вплив процесу роботизації фізичної та розумової праці.

Питання, які функції у складі тих, які має виконувати система «людина - робот», довірити роботу, які залишити людині, виникає головним чином етапі аналізу та проектування таких систем. Це питання має власну історію. Робототехніку майбутнього можна уявити як гармонійне поєднання програмних, відчутних та інтелектуальних роботів, які забезпечують все більш повне задоволення потреб суспільства. Однак прогнозувати розвиток роботів та штучного інтелекту на тривалий період з достатньою точністю поки не є можливим. В даному випадку ми обмежимося прогнозом на період, який реально побачимо, тобто в його межах можуть бути практично реалізовані досягнення науки і техніки, принципова здійсненність і економічна доцільність яких вже сьогодні не викликає сумнівів.

Зростаючі потреби практики ставлять перед робототехнікою дві основні завдання - подальше підвищення продуктивності роботів та спрощення їх експлуатації. Вирішення цих завдань пов'язано головним чином із значним збільшенням ступеня чутливості та інтелектуальності роботів. Природно очікувати, що саме у цьому напрямі розвиватиметься робототехніка.

Цікавим є прогноз щодо очікуваних темпів розгортання робіт у галузі створення та застосування роботів різних поколінь, опублікований у 1974 р. у статті «Ринок роботів у США» у міжнародному журналі «Промислові роботи». У цій статті наводяться витяги з великого прогнозу, підготовленого фірмою Кайберфактс (Кібернетичні факти). Згідно з цими даними тільки в США загальна вартість виробництва найбільш досконалих програмних роботів, а також перших зразків відчутних роботів складе в 1977 33 млн. доларів, а в 1985 досягне вже 370 млн. доларів. Що ж до удосконалених зразків відчутних роботів, то вартість їх виробництва у 1980 році становитиме 80 млн. доларів, а 1985 року досягне 730 млн. доларів. Ці колосальні цифри, які стосуються лише США, говорять самі себе.

Які ж науково-технічні передумови такого інтенсивного очікуваного розвитку переважно роботів другого і третього поколінь?

Насамперед зауважимо, що майбутнє роботів великою мірою залежить від прогресу у сфері розвитку ЕОМ. Насправді, продуктивність і універсальність роботів визначаються, в основному, програмним забезпеченням керуючої ЕОМ, швидкодією її елементів, а також організацією їх з'єднання та взаємодії або, як тепер заведено говорити, архітектурою керуючої ЕОМ.

У майбутньому управляючі системи роботів другого і третього поколінь створюватимуться з урахуванням паралельно працюючих проблемно-ориентированных процесорів, спеціалізованих рішення окремих класів завдань. Ці процесори можуть з допомогою метапрограм надпроблемного типу використовуватися на вирішення інтелектуальних завдань. У цьому ступінь спеціалізації процесорів, і навіть структура метапрограм повинні визначатися призначенням робота та його функціональними можливостями.

Особливо великі можливості та перспективи розпаралелювання процесорів, призначених для розпізнавання зорових, звукових та тактильних образів. До таких процесорів відносяться перцептрони з багатошаровою структурою, а також однорідні середовища (мережі) нейроподібних елементів.

Можлива поява процесорів, що спеціалізуються на процесах дедуктивного (логічного) висновку (завдання планування поведінки робота і логічного аналізу ситуацій, питання-відповіді системи тощо). Перші кроки у цьому напрямі – спеціалізація процесорів на обчислювальних, а останнім часом і на деяких інтелектуальних завданнях – вже зроблено.

Поряд з удосконаленням керуючих ЕОМ та їх програмного забезпечення важливе значення для розвитку робототехніки має прогрес у галузі створення штучних органів чуття та виконавчих систем. У відповідних розділах книги ми вже наголошували на актуальності створення топографічного зору, засобів дотику та нюху, «м'язових» двигунів тощо для роботів майбутнього.

Ми розглянули деякі найближчі перспективи розвитку роботів, у яких роль мозку грають спеціальні управляючі ЕОМ. Однак у віддаленому майбутньому можна уявити роботів, реалізованих не на електронній, а, скажімо, на нейронно-волоконній основі. Сьогодні в нервових та м'язових волокнах приховано ще багато секретів, відкриття яких дозволить створити штучні волокна з аналогічними властивостями. Наприклад, добре відомо, що по нервових волокнах, що є діелектриками, може вільно поширюватися електричний сигнал. Ми знаємо, що це, безсумнівно, має місце у нервових волокнах, але механізм цього цікавого явища поки що зовсім не зрозумілий, і відтворювати його ми не вміємо. Коли ж це завдання буде вирішено, то стане можливим створювати логічні обчислювальні та запам'ятовуючі елементи не на електронній, а на біологічній основі.

Подальший прогрес у галузі робототехніки значною мірою залежить від розуміння того, як мозок «обчислює» думки, наші рухи «слідують» нашій волі, а генетична програма «розраховує» організм. Відповіді на ці питання відкриють небачені перспективи перед робототехнікою майбутнього.

25. Розробка технічних вимог до проектованих робіт і РТС. Розвиток робототехнічних систем у бік збільшення ступеня дроблення робочих органів роботів (з прикладу спеціалізованих роботів).

Типовим є перехід від робочих органів на макрорівні до робочих органів мікрорівні. Також можна відзначити використання нанотехнологій (нанороботи).
26.Приклади технічних завдань, які вирішуються за допомогою ефекту "багатоступінчастості". Системи з нульовими зв'язками, частково та повністю "згорнуті системи".

Об'єднання однорідних систем

Приклад - катамаран об'єднавши два однакових корпуси, отримали корабель, у якого стійкість - як у ширококорпусного, а лобовий опір - як у вузькокорпусного.

Об'єднання систем зі зрушеними характеристиками

приклад: стереопара. Об'єднання двох плоских зображень, що відрізняються по кутку зйомки та кольору, дає нову якість – об'ємне зображення.

Об'єднання альтернативних систем

Приклад: цвях та шуруп. Альтернативна суперечність: цвях легко забивати, але він погано тримає, а шуруп тримає значно краще, але його складно закручувати. Об'єднання цих систем є спіральний цвях. Його забивають як завжди, але завдяки нарізці він при цьому провертається і нарізує канавки, в яких тримається майже так само добре, як шуруп.

^ ТЗ з "нульовим зв'язком" - Система з нульовим зв'язком утворюється з незмінних у процесі об'єднання вихідних систем, що діють незалежно один від одного. Зазвичай, це споріднені системи, просто зібрані разом, щоб було зручніше ними користуватися. Приклад – аптечка першої допомоги

^ Частково згорнуті ТЗ - Частково згорнута система утворюється з вихідних систем, у яких парні однорідні елементи згорнуті з передачею корисних функцій одному з них. Додатковий виграш від об'єднання систем виходить від того, що при цьому можна позбавитися елементів вихідних систем, що дублюють один одного. У новій системі зазвичай можна залишити лише один із них. Приклад - звичайний молоток і гвоздодер. Вони об'єдналися, але при цьому рукоятка гвоздодера, як елемент, що дублює рукоятку молотка, була згорнута, і від гвоздодера в новій системі залишилася тільки вилка

^ Повністю згорнуті ТЗ - повністю згорнута система утворюється з вихідних систем, всі елементи однієї з яких згорнуті з передачею їх корисних функцій елементам другої.

27.Принципи проектування роботів та РТС.
Принципи – це найзагальніші закономірності. Під час проектування РТС виділяють такі принципи.

1. Принцип проектування з прототипів.

І тут обсяг новизни розробки щодо прототипу має становити 5-10%. Розробки бувають 1. революційні 2. еволюційні.

Прототип - найближче технічне рішення до проекту, причому ступінь близькості критерієм суттєвих ознак (це елементи конструкції та їх взаємозв'язку).

Аналог – технічні рішення близькі до проекту з будь-яким окремим групам суттєвих ознак.

2. Розробка конструкції зміщується у бік більш ранніх стадій проектування, що дозволяє отримати більш ранній результат за допомогою моделювання.

3. Під час розробки підвищується роль і значення кількісних оцінок, наведених у технічному завданні.

4. Проектувальник повинен враховувати досягнення, отримані в суміжних областях.

5. Багатофункціональність та живучість. Розробка техніки ведеться з метою підвищення надійності та довговічності, а також збільшення функціональних можливостей.
28. Розробка технічних вимог до проектованих робіт і РТС. Закони розвитку робототехнічних систем. Закон переходу в надсистему різних підсистем роботів та РТС.

Технічні вимоги можна розбити втричі групи.

1. 
   Експлуатаційні характеристики. До них відносяться такі характеристики як ремонтопридатність, надійність за різними параметрами, швидкодія роботи тощо.
2. 
   Технологічні показники. До них відносяться, наприклад, масогабаритні показники системи.
3. 
   Метрологічні показники. Це може бути розрахунок відносної похибки, наведеної похибки, точність роботи системи тощо.

Закони розвитку РТС. 1. Розвиток РТС йде у напрямі збільшення керованості (збільшення вепольності).

- Невепольна (неповнопільна) система переходить у повно вепольну.

– Прості переходять у складні.

- Збільшення кількості керованих зв'язків.

- Мобілізація речовинно-польових ресурсів.

– Вводяться речовини та поля, які дозволяють без суттєвого ускладнення системи реалізувати нові фізичні. ефекти, розширити функціональні можливості системи.

2. Розвиток РТС йде у напрямі збільшення ступеня дроблення робочих органів.

3. Закон підвищення ідеальності. Ідеальність підвищується в «операторній зоні», а поза її межами може й погіршитися. Громіздке та важке обладнання витісняється за межі «операторної зони». Відбувається не просто механічне витіснення, а й спрощення.

4. Закон переходу в надсистему.

Вичерпавши ресурси розвитку наступним етапом існування системи може бути об'єднання з іншою системою, внаслідок чого утворюється нова складніша система, що має нові властивості. Вихідна моносистема здвоюючись перетворюється на бісистему чи полісистему. При здвоюванні виникає внутрішнє середовище або умови для його виникнення, так само з'являється ефект згортання.
29. Розробка технічного завдання на проектування роботів та РТС на основі аналізу предметної галузі та загальних технічних вимог до аналізованого технологічного процесу та обладнання.

Щоб розробити технічне завдання, необхідно спочатку визначити тему проекту. Після цього слід досліджувати і проаналізувати сферу застосування системи, тобто. визначити навіщо може використовуватися аналізована система, у яких система експлуатуватися. За підсумками цього складаються загальні технічні вимоги. Далі проводяться патентні дослідження на тему проекту які визначаються основного і суміжного класу МПК, складання списку патентів на тему проекту, аналізі динаміки патентування. З отриманого списку патентів на основі раніше складених загальних технічних вимог вибираються аналоги. Далі проводиться аналіз та критика аналогів, тобто визначаються їхні недоліки. Через війну аналізу недоліків розробляється ТЗ.

30. Алгоритм розробки динамічних математичних моделей пристроїв та агрегатів роботів за енерго-інфомаційним методом.

Основи енерго-інфомаційного методу зі складання ММ беруться з:

1. 
   законів термодинаміки та мехпники
2. 
   теорії електричних та магнітних ланцюгів
3. 
   структурні методи ТАУ

Узагальнені величини – вони характеризують процеси які у системі (хутро, елек, тепл, магн).ОВ є змінними, тобто. залежить від часу.

Узагальнені параметри – за допомогою них описуються властивості системи фізичного пристрою. В опис входять фізичні константи і геометр розміри. ОП є незмінними даної системи за відсутності зовнішнього впливу.

Алгоритм розробки ММ:

^ Узагальнені величини - характеризують процеси, що протікають у системі (механічної, теплової тощо). є змінними та перебувають за допомогою критеріїв.

Будь-який процес є наслідком та має причину.

Причина сила, обурення, слідство, реакція.

^ Узагальнені параметри - з їх допомогою описується властивості системи як фізичного устрою. В опис входять: фізичні константи і геометричні розміри системи, що розглядається. Параметри є незмінними даної системи за відсутності впливів систем інший фізичної природи.

Критерії:

1. 
   критерій енергетичного співвідношення UI=P
2. 
   співвідношення інтенсивності I=dQ/dt реакція є похідною від заряду
3. 
   Співвідношення статики U=IR, R визначає нагрівання
4. 
   Співвідношення динаміки I=dUC/dt=C(du/dt), C константа
5. 
   2-е Співвідношення динаміки U=dIL/dt=L(dI/dt), L константа

Метою обстеження об'єкта є спільне розроблення технічних вимог до проекту. На основі цієї інформації пропонується майбутнє рішення, для нових рішень створюється концепція. Після обговорення із Замовником запропонованої концепції виконується орієнтовна оцінка планованих термінів його реалізації та необхідного бюджету.

^ 4 групи технічних вимог:

1) метрологічні характеристики

2) експлуатаційні характеристики

3) технологічні характеристики

4) економічні показники

^ Закони розвитку робототехнічних систем

1) Розвиток ТЗ йде у напрямі збільшення керованості (збільшенні вепольності): 1. невепольна (неповна вепольна) перетворюється на повну вепольну; 2. прості веполі переходять у складні; 3. збільшення кількості керованих зв'язків; 4. Мобілізація речовинно-польових ресурсів (ВПР) за рахунок більш повного використання наявних та застосування «дарових» речових полів; 5. У веполі вводяться речовини та поля, які дозволяють без суттєвого ускладнення реалізовувати нові фізичні явища, розширити функціональні можливості.

2) Розвиток ТЗ йде у напрямі збільшення ступеня дроблення (дисперсності) робочих органів.

Типовий перехід РВ на макрорівні до РВ на мікрорівні.

3) Закон збільшення ступеня ідеальності системи

Технічна система у своєму розвитку наближається до ідеальності. Досягши ідеалу, система має зникнути, та її функція продовжувати виконуватися.

Основні шляхи наближення до ідеалу:

Підвищення кількості виконуваних функцій,

-«Згортання» в робочий орган,

Перехід у надсистему.

При наближенні до ідеалу технічна система спочатку бореться з силами природи, потім пристосовується до них і, нарешті, використовує їх для своїх цілей. Закон збільшення ідеальності найбільш ефективно застосовується до того елемента, який безпосередньо розташований у зоні виникнення конфлікту або породжує небажані явища. У цьому підвищення ступеня ідеальності, зазвичай, здійснюється застосуванням незадіяних раніше ресурсів (речовин, полів), що у зоні виникнення завдання. Чим далі від зони виникнення конфлікту буде взято ресурси, тим меншою мірою вдасться просунутися до ідеалу.

4) Закон переходить над системою.

Вичерпавши ресурси розвитку, система об'єднується з іншою системою, утворюючи нову складнішу. Вихідна моносистема здвоюється, перетворюється на бісистему (або полісистему). Основні особливості поліситем:1. виникає внутрішнє середовище (або умови для її зіткнення);2. в бі-і полісистемах може бути отриманий ефект багатоступінчастості.3. ефект згортання;4. ефект здвоювання на основі не споріднених систем.

Загальна схема розвитку ТЗ
По спіралі

40. Застосування методів: "Ліквідація тупикових ситуацій", "Пошук нових взаємозв'язків", "Правила перетворень" при проектуванні роботів, РТС та їх елементів.
Ціль:знайти новий напрямок пошуку, якщо очевидна область пошуку не дала рішення.

Способи:

1. Правило перетворень, якому можна зазнати незадовільне рішення.

2. Пошук нових взаємозв'язків між частинами, які мають незадовільне рішення.

3. Переоцінка проектних ситуацій.
Правило перетворень

Перетворення:

• 
  використовувати за іншим призначенням
• 
  посилити/послабити зв'язок
• 
  пристосувати/замінити/перекомпанувати

Випаруватися: зникнути, сховатися, зникнути, вивітритися, розсмоктатися.

Сховатись – перфорований настил

Випаровуватися – відсмоктування

Розсмоктуватися – пористе покриття.
^ Пошук нових взаємозв'язків

Метод примусових відносин. За цим методом здійснюється пошук асоціацій шляхом попарного зіставлення проектованих пристроїв.

Приклад: покращення телефону.

Функціональні елементи: трубка, набірний диск, мікрофон, навушники.

Аналізуються різні варіанти поєднання всіх цих елементів, зміна їх місцями, зміна їх розмірів.

Цей метод ефективний розробки дизайну.

^ 41. Основні етапи проектування робототехнічної системи. Види проектної документації.
Етапи:

1. підбір описів винаходів із заданого класу на тему проекту

1.1 визначення класу з МПК

1.3 вивчення конструкції та принципу дії першого, найбільш раннього аналога

1.4 складання параметричної структурної схеми (ПСС) цієї фізичної моделі

1.5 вивчення принципу дії конструкції, що послужила прототипом (якщо немає оригіналу патенту, треба вивчити принцип дії за формулою винаходу аналога)

1.6 складання ПСС прототипу (детально розглянути лише ті вузли, які зазнали вдосконалення). Виділити ділянку на ПСС, яка змінилася

1.7 складання рівнянь (моделі) покращуваної характеристики. Рівняння складається для аналога та прототипу.

2. попереднє формулювання узагальненого прийому. Виконується аналіз відмінної частини ПСС

3. вивчення принципу дії та конструкцію другого аналога (аналогічно етапу №1)

4. попереднє формулювання другого узагальненого прийому для другого аналога (аналогічно етапу №2)

5. Здійснення спроби реалізації узагальненого прийому, виявленого в результаті аналізу першого аналога для вдосконалення другого аналога.

5.1 Складається ряд нових ПСС, прототипом яких є або перший або другий аналог.

5.2 По ПСС розробляється варіант конструктивної реалізації, з чого випливає: 1) уточнення/закріплення формулювання першого узагальненого прийому; 2) одержання конструкції

6. уточнення/закріплення формулювання першого узагальненого прийому при спробі його застосування для покращення другого аналога (перехресне застосування).

6.1, 6.2 як і 5.1, 5.2

7. виконання послідовності операцій попередніх 5 етапів щодо 3,4, … аналогів. Якщо маємо n аналогів, то n(n-1) нових конструкцій

8. систематизація узагальнених прийомів

43.Синектика

У разі застосування методу синектики слід уникати передчасної чіткої формулювання проблеми (творчого завдання), оскільки це нейтралізує подальший пошук рішення. Обговорення доцільно починати не з самої задачі (проблеми), а з аналізу деяких загальних ознак, які ніби вводять у ситуацію постановки проблеми, неодноразово уточнюючи її зміст.
Не слід зупинятися під час висування ідеї, якщо навіть здається, що вже знайдено оригінальну ідею і що завдання вже вирішено. Якщо проблема (творче завдання) не вирішується, то доцільно знову повернутися до аналізу ситуації, що породжує проблему, або подрібнити проблему на підпроблеми.
У процесі застосування методу синектики багато уваги приділяється використанню методу аналогій. Аналогія використовується в різних видах: як особиста (емпатія), пряма, фантастична і символічна. Символічна аналогія, наприклад, набула форми конкретного прийому певного пошуку назви, що характеризує у парадоксальній формі певне поняття.

Синектика (3.11). Найбільш ефективна із створених за кордоном методик психологічної активізації творчості - синектика (запропонована В. Дж. Гордоном), яка є розвитком та удосконаленням методу мозкового штурму.При синетичному штурмі допустима критика, яка дозволяє розвивати і видозмінювати висловлені ідеї. Цей штурм веде стала група. Її члени поступово звикають до спільної роботи, перестають боятися критики, не ображаються, коли хтось відкидає їхні пропозиції.
44. ^

45^ . Принципи проектування роботив.

1 принип пр. по прототипу 5- 10 проц новизни.прототип найближчий техн реш. Ступінь близькості визначається критеріями сущ. ознак. Аналог-техн рішення яке за неск груп ознак ознак близька до проекту.

2. відпрацювання онструкцій зміщується у бік більш ранніх стадій проектування.

Більш ранній результат корисності винаходу дозволяє досягти цього принципу.

3 підвищення участі у значимості кількісних оцінок.

4 . Розробка повинна використовувати позитивні властивості суміжних областей.

5. Функціональність живучість розроб. З метою підвищення надійності та довговічності.
46. ^ Переоцінка проектної ситуації . Поставлений у глухий кут проектувальник пише пропозицію, що характеризує його утруднення і для кожного слова шукає його синонім.

Наприклад: при обробці викликають розбіжність двох поверхонь. Припустимо при обробці замінюють на нерівності зварного шва. Несуміщення замінюють на зазор 2 поверхні на дві площини та поверхню на площину

47. ^ Евристичні методи Вирішення творчих завдань - це система принципів і правил, які задають найбільш імовірнісні стратегії та тактики діяльності вирішального, що стимулюють його інтуїтивне мислення в процесі вирішення, генерування нових ідей і на цій основі суттєво підвищують ефективність вирішення певного класу творчих завдань. Правила розв'язання творчих завдань часто називають евристичними правилами, а окремо взяте правило, прийом розв'язання творчої задачі часто називають евристикою. про продуктивність евристик та евристичних правил у вирішенні творчих завдань добре знають винахідники та раціоналізатори. Однак вони часто їх використовують стихійно. А це надзвичайно ускладнює їхнє практичне застосування. Тому навчання вирішенню творчих завдань і в шкільній, і у вузівській практиці в основному здійснювалося методом спроб і помилок, тобто далеко не найкращим чином. Правда, як у вітчизняній практиці в роботах Г. С. Альтшуллера, Г. Я. Буша, так і в зарубіжній практиці є серйозні спроби описати ці методичні рекомендації щодо винахідників, наприклад, метод "мозкового штурму", метод синектики та ін. Але ці методичні рекомендації, якщо їх сформулювати як правил, можуть знайти найширше застосування й у діяльності менеджера – сучасного керівника.

48. Агрегатно-модульний промисловий робот-робот, в якому використовують

Виконавчі модулі. складові частини промислових роботів,автооператорів:

Виконавчий пристрій -пристрій, що виконує всі його дві-

Готельні функції. Виконавчий модуль промислового робота - агрегат, що входить до уніфікованого набору, або утворений з деталей та вузлів цього набору, здатний самостійно виконувати функцію реалізації рухів за одним або декількома ступенями рухливості промислового робота.

^ 49 Упорядковий пошук

Ціль: вирішувати завдання проектування логічною достовірністю

1. 
   Виявити компоненти задачі
   1. 
      змінні які проектувальник може розпоряджатися на свій розсуд (це фактори рішення або параметри пр-я)
   2. 
      змінні, які залежать від волі проектувальника (чинники довк середовища) або незалежних змінних
   3. 
      Пер-е які мають визначатися проектом (цілі та залежні змінні)
   4. 
      Призначити цілям ваги відповідно до їх відлої важливості
2. 
   Виявити залежності м/д змінними
3. 
   Прогнозувати можливі значення чинників окр. Середи
4. 
   Виявити обмеження чи граничні умови, тобто. граничні значення всіх змінних.
5. 
   Присвоїти числові значення кожному з чинників решения(перевірити ряд варіантів реш-я проекту). Обчислити значення залежних змінних (розрахувати одержувані у своїй технічні хар-ки)
6. 
   Вибрати такі значення факторів рішень, при яких досягається макс. Сума числових значень для всіх цілей з урахуванням їх ваги (тобто вибір оптимального варіанту проекту принаймні досягається прийнятне значення для кожної з цілей)

52

1. 
   Основні вимоги ГОСТів ЄСКД до оформлення текстової док.ментації. Особливості документації на проекти роботів та РТС.

1. 
   Стадія проектування Технічний проект". Особливості цієї стадії при проектуванні роботів та РТС.

3. Тех. Проект, 4. Розробка Конструкторської документації.

Технічний проект- Це сукупність тих. документації яка має містити остаточне тех. рішення, що дає повне уявлення про проектований пристрій. тех. Проект є основою, вихідний матеріал для розробки конструкторської документації. Також у ТПроекті передбачається розробка та випробування макетів.

При проектуванні роботів та РТС повинні враховуватися:

1. 
   Велика увага приділяється розробці схем і архітектурі ПР і РТС.
2. 
   Багаторазові перевірочні розрахунки та моделювання.
3. 
   розробка конструкції
4. 
   вибір комплектуючих
5. 
   розробка кінематичних схем, що забезпечують високу точність позиціонування
6. 
   розрахунок динаміки ПР (+розрахунок за ТАУ)
7. 
   оцінка жорсткості/міцності основних вузлів та елементів ПР
8. 
   опрацювання ПЗ
9. 
   розробка методик контролю технічних характеристик та прискорених випробувань
10. 
    експериментальна перевірка нових тех. рішень (макети, ПЗ)
11. 
    оцінка виробу на технологічність та метрологічність за показниками стандартизації та уніфікації.
12. 
    ерганомічне та естетичне опрацювання.
13. 
    розрахунки, що підтверджують довговічність, ремонтопридатність, опірність, живучість.
14. 
    розробка складальних креслень, специфікацій, деталувань
15. 
    перевірка виробу на патентну чистоту та конкурентоспроможність.
16. 
    розрахунок очікуваного річного доходу, окупність.

1. 
   Алгоритм розробки динамічних математичних моделей пристроїв та агрегатів роботів за енергоінформаційним методом.

узагальнені величини –величини, які описують процес. Є ф-цію часу, хар-ет зміни які протікають у системі. узагальнені параметри –хар-ют саму систему визначають через неї геометричні розміри і фізичні константи, мають щодо постійні значення. У цьому методі переважно за основу вибираються ел. процеси, це зумовлюється таким: 1. Мат. апарат створювався в сірий. ХХ століття та явл. сучасним та добре опрацьованим.

2. Ел. процеси можна передавати великі відстані. 3. Дуже великий діапазон перетворень. 4. Можливість перетворити як аналоговий сигнал, так і цифровий.

Критерії перетворення узагальн. величин та параметрів.

1. 
   енергетичний «вплив - реакція»

2. «заряд – реакція»

3. «вплив – імпульс»

4. коефіцієнт пропорційності «опір»

R = U/I, G = 1/R

^ 70. Агрегатно-модульний принцип побудови роботів та РТС

Передбачає створення роботів з урахуванням групи уніфікованих вузлів чи модулів.

Переваги:

Можливість побудови спеціальних та спеціалізованих роботів для конкретної технологічної операції, що не мають надмірності функцій і тому дешевших у порівнянні з універсальними роботами

Скорочення часу та трудомісткості проектування спеціальних роботів, оскільки вони створюються на базі уніфікованих вузлів, номенклатура яких може поповнюватись

Підвищення надійності внаслідок відпрацьованості уніфікованих вузлів, що входять до нього, та відсутності надмірності.

Здешевлення виробництва роботів внаслідок обмеженості номенклатури деталей та вузлів і, отже, підвищення серійності випуску

Поліпшення умов експлуатації та ремонту роботів внаслідок зменшення різноманітності конструкцій вузлів та деталей

Скорочення термінів підготовки обслуговуючого персоналу

Недоліки:відмова в деяких випадках від більш вигідних конструктивних рішень на користь менш вигідних, але відповідних принципу агрегатної побудови, збільшення габаритів та маси конструкції, збільшення числа стиків, що підвищує трудомісткість збирання роботів, знижує жорсткість та точність

Класифікація:

1)по спеціалізації і компоновке: з урахуванням однієї важливої ​​компоновочной схеми (однотипні роботи відмінності у розмірах, вантажопідйомності, системами управління, різними типами приводів); кілька різних компоновочних схем (багатотипні – різняться видом системи координат, формою та розмірами робочих зон, вантажопідйомністю та іншими ознаками)

2) за характером та кількістю технічних показників: з незмінними значеннями основних технічних показників, з обмеженим діапазоном основних ТП, з широким діапазоном основних ТП

3) за типом системи управління: су одного типу, різних типів.

1. 
   ^ Рівні технічних рішень, що застосовуються при проектуванні роботів та РТС. приклади.

Винахід: новизна, достовірність, корисність

5 рівнів технічних рішень:

1. винаходи, не пов'язані з вирішенням протиріч (тривіальні винаходу). Оцінюється рівень винаходу за кількістю варіантів. (Приклад. Міцність: товщина)

2. винаходи, що вирішують технічні протиріччя за допомогою способів, відомих у споріднених схемах (приклад. Завдання для токарних верстатів вирішуються способами для свердлильних верстатів)

3. протиріччя та методи їх вирішення –не більше однієї науки.

"середні винаходи"

4. нова галузь науки

Роблячи корпус корабля вужчим, знижуємо витрати на тертя і отримуємо високу швидкість ходу. Але при цьому знижується і стійкість корабля, при хвилюванні на морі він може перевернутися. Роблячи корабель ширшим, досягнемо хорошої стійкості, але знизиться швидкість ходу.

Зменшуючи розмір кнопок на панелі мобільного телефону, робимо його максимально компактним. Але набирати номер стане незручно. Збільшивши розмір кнопок, отримуємо можливість зручного набору номера, але для розміщення таких кнопок буде потрібно великий корпус.

Використовуючи паролі, що складаються з декількох десятків знаків, підвищуємо захист комп'ютерних програм від злому. Але такий пароль важко запам'ятати. Короткий пароль легко запам'ятати, але легко підробити.

Використовуючи більш місткі автобуси, зменшуємо кількість автобусів на маршрутах та витрати на заробітну плату водіїв, але при цьому збільшується час посадки та виходу пасажирів та інтервали руху. Використовуючи невеликі автобуси, інтервали руху скорочуємо, але витрати на заробітну плату водіїв зростають.

Тріз

Технічне протиріччя можна відобразити наступною схемою (рис. 10):

ВИЯВЛЕННЯ ТЕХНІЧНИХ ПРОТИРІЧІВ

Ця робота може бути виконана за кілька кроків.

Рис. 11. Схема ТП для вікна

Рис. 12. Схема ТП для аквалангу

Формулювання ІВ у вигляді ТП має евристичний потенціал - вона хіба що відрізає шляхи пошуку компромісних, не ідеальних рішень, і навіть дозволяє використовувати інструмент «Прийоми усунення технічних протиріч».

Протиріччя

ФІЗИЧНЕ ПРОТИРІЧЧЯ

Ще більшим евристичним потенціалом має фізичне протиріччя.

Стандартний шлях удосконалення ТЗ - оптимізація, тобто вибір оптимальних значень їх характеристик. При цьому намагаються досягти простого компромісу між протилежними вимогами до транспортних засобів. Але це не завжди можливе. Коли оптимізація не дозволяє досягти потрібної споживчої якості, доводиться вирішувати винахідницьке завдання.

Для цього потрібно точно поставити завдання – досягти максимально можливого рівня реалізації протилежних властивостей. Таке завдання формулюється як так званого фізичного протиріччя.

Великий товщини Малий товщини Великий Малий

для міцності для прозорості для автономності для маневреності

Рис. 13, ФП для вікна Мал. 14. ФП для аквалангу

П'ять технічних суперечностей автомобілів

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

Інженер, ГО ТРИЗ-Чобоксари, РОСІЯ

Чуваський державний університет, РОСІЯ

Тел. 89063842457, e-mail: *****@***ru

Анотація. У статті розглянуто 5 видів протиріч використання особистого автотранспорту, пов'язаних із: особистим та громадським зручністю, аварійністю на дорогах, великою залежністю від погоди та стану покриття, невисоким часом використання (особистий транспорт більше коштує, ніж рухається), вихлопом не лише вуглекислого газу, але і оксиду. Розглянуто підходи до вирішення цих протиріч з позицій алгоритму вирішення винахідницьких завдань АРІЗ, зокрема системи прийомів вирішення технічних та фізичних протиріч. Запропоновано можливі вирішення проблем, викликаних зазначеними протиріччями.

Ключові слова: технічні протиріччя, автомобілі, прийоми вирішення протиріч, АРІЗ – елементи методик теорії вирішення винахідницьких завдань ТРВЗ, безпека особистого автомобіля.

THE TECHNICAL CONTRUDICTIONS AND THE AUTOMOBILE

A. R. Andreev, ChuvSU, Cheboksary, RUSSIA

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

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

V. A. Mikhailov, ChuvSU, Cheboksary, RUSSIA

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

Abstract. У матеріалі 5 типи відповідей щодо використання індивідуального транспортного засобу вважаються: особисті convenience, comfort inside and accident rate on highways, big dependence on weather and condition highways, individual transport transports more, than moves, secretion nitrogen oxide. Пристосування до сприйняттям цих суперечностей від положень algoritm of solution of inventive problems of ARIZ, in particular system of receptions of permission of technical and physical contradictions are considered. Можливість вирішення цих проблем.

Keywords: technical contradictions, automobiles, methods of resolution of conflicts, ARIZ – елементи технічних технічних питань для вирішення проблем, що стосуються (TRIZ), сфери private owned vehicle.

1. СТАН РОЗВИТКУ АВТОТРАНСПОРТУ

Рівні комфорту та безпеки водія та пасажирів безперервно покращують, швидкості перевезення можливі 200 км/год, але навіть на гарному автобані, відкритому атмосферному опаді (снігу, льоду, воді, туману), поїздка стає небезпечною і вже забирає велику кількість людських життів. Різке зростання опору повітряного середовища, можливості шляхопровідного полотна, екологічні проблеми – обмежують швидкість руху автомобілів. З параметрів транспорту багато уваги приділяється енергоспоживання. Існуючі параметри транспорту та шляхів досягли граничних величин. З точки зору ТРВЗ, вони вийшли на ділянку насичення відомої S-подібної кривої зміни параметрів у часі, коли: «вага, об'єм і площа (машини) та об'єкта (з яким вона взаємодіє) … повинні майже співпадати». І енергоспоживання на одиницю параметра досягає мінімально-можливого значення. Якийсь час система має залишатися на досягнутому рівні параметрів. Потім відповідно до прагнення всіх систем до ідеальності вони повинні зникнути: ідеальний той «…технічний об'єкт… якого немає, а функція його виконується»:

- По-перше, виявляють протиріччя наявного кошти, через вирішення яких і відбувається розвиток;

- по-друге, нова система повинна спочатку з'явитися в проекті, потім у макеті, пройти випробування, потім втілитись у масові серії;

- по-третє, потрібен час, щоб суспільство оцінило нову систему, її переваги і, потім, відчуло потребу в ній;

– по-четверте, нелегко запустити систему у виробництво та «впровадити» виріб у життя, тому що потрібно змінювати також суміжні галузі промисловості.

Технічні протиріччя (ТП), що підлягають усуненню (вирішенню):

ТП-1: система для переміщення на поверхні землі піддається впливу атмосферних опадів, але вона не повинна бути піддана їм для безпеки перевезень.

ТП-2: система для переміщення має бути особистою (тобто під рукою у будь-який час), але вона має бути громадською, щоб не простоювати і не займати дорогу міську площу, чекаючи на господаря, і не ускладнювати його обслуговуванням (бути як таксі) , але доступніше). Зростає в містах кількість автомобілів і для них дедалі важче знаходити місця для паркування.

ТП-3: система для переміщення на землі передбачає можливість зіткнень, але вона повинна унеможливлювати зіткнення в принципі, щоб гарантувати життя людей.

Крім дозволу цих трьох ТП та збереження високих значень швидкості переміщення та співвідношення «m вантажу/m системи» за мінімального споживання енергії (високий ККД) – передбачувана система має вирішити ще й такі протиріччя.

ТП-4: об'єкт науково-технічного прогресу при своєму розвитку не може не впливати на природне середовище шкідливо, але він повинен розвиватися, зберігаючи його.

ТП-5: для збільшення ККД двигуна ДВС зростає ступінь стиснення паливної суміші в циліндрах, при цьому зростає температура горіння з 900°С до 1200°С, але при таких температурах вже окислюється азот повітря до оксиду азоту NO, присутність NO у вихлопі неприпустима .

Останні дві суперечності мають наслідком порушення глобального закону про чистоту енергоспоживання та вимоги до всіх штучних об'єктів: використовувати для реалізації своєї функції такі джерела енергії, які не забруднюють і не перегрівають навколишнє середовище. Нашій епосі не відповідають навіть електромобілі – лише до першого снігопаду та ожеледиці, бо «газувати» на заметах означає швидкий розряд акумулятора. Треба погодитися з: «На зміну автомобілю прийде не електромобіль, а система, яка включатиме автомобіль (або еквівалентну йому дію) як одну з підсистем». Електроенергії теж не є екологічно чистою, оскільки і ТЕЦ та ГЕС забруднюють природу. До закону про чистоту джерел енергії додається ще й вимога: при реалізації функції об'єкта забороняються будь-які форми протистояння природі. Це буде акт визнання людиною переваги природи. Керуючись ним, надалі можна уникнути багатьох непорозумінь у разі розвитку у бік наближення до ідеальності. Невже й у майбутньому ми закопуватимемо величезні кошти у дорожнє полотно, яке все одно в нашому кліматі руйнується, вимагаючи знову і знову великих витрат на ремонт? Без розвитку техніки природне середовище залишилося б неушкодженим. Але «... потенційно природа приречена; вона неминуче буде витіснена технікою, що стрімко зростає ... ». Якщо техніка раптом перестане бути «стрімко зростаючою», як вона це робить нині – то природа має шанс на збереження, а ТП-4 – варіант дозволу. Не технічний прогрес губить природний світ, а виробництво понад доцільність.

2. ЗАСТОСУВАННЯ ЕЛЕМЕНТІВ ТРИЗ ДО ДОЗВОЛУ ТП-1 -4

Крок 1. Цілями рішення у розвитку особистого транспорту є гарантування безпеки руху з високою швидкістю за практично будь-якої погоди та з мінімальним впливом на навколишнє середовище. (Навіщо це потрібно? Зараз має місце висока аварійність особистих автомобілів через високу ймовірність їх зіткнень, великий вплив на аварійність надає стан поверхні дороги та погоди, інші причини, незалежні від даного водія. Що цьому сприяє? Щільний потік транспорту та висока швидкість руху .)

Крок 2. ІКР - Ідеальний кінцевий результат: САМО СОБОЮ досягається повне виключення зіткнень автомобілів і в лоб, і ззаду і вплив змін погоди на рух автомобілів при постійному русі транспорту за винятком зупинок на посадку та висадку пасажирів з практично цілодобовою його доступністю.

Крок 3. Вибір напрямків пошуку:

3.1 – що потрібно покращити: безпеку руху автотранспорту за будь-якої погоди;

3.2 - що потрібно усунути: зіткнення автомобілів і в лоб, і ззаду;

3.3 - який елемент повинен бути, щоб забезпечити користь, і не повинен бути, щоб усунути шкоду: особистий автомобіль забезпечує зручність і швидкість пересування, але він більше коштує, ніж рухається, займає багато місця на вулицях міста і під час руху часто потрапляє у дорожньо- транспортні події;

3.4 - яка дія повинна виконуватися, щоб була користь, і не повинна виконуватися, щоб не виникала шкода: рух автомобіля дорогами забезпечує швидке пересування, але воно при поганій погоді призводить до зіткнень автомобілів;

3.5-яка умова повинна мати одне значення, щоб забезпечити користь, але має мати інше значення, щоб не виникала шкода: для швидкості пересування швидкість автомобіля повинна бути високою, для покращення безпеки руху швидкість його повинна бути малою (у межі автомобіль повинен завжди стояти) .

Вибираємо пошук шляхів як «усунути зіткнення автомобілів при русі автошляхом в погану погоду з великою швидкістю і в лоб, і ззаду».

Крок 4. Пошук ідей за допомогою 30 абстрактних винахідницьких прийомів:

4.1 – розглянемо розділ «Ресурси»: енергія, речовини, інформація, похідна (від енергії, речовини або інформації), концентрація чогось: поки велика енергія зіткнення поглинається пошкодженням корпусу автомобіля (це зменшує шкоду для пасажирів – є багато патентів у цьому напрямку як і з інших захисних засобів для пасажирів – це напрямок поглинання шкідливої ​​енергії); змінюють конструкції речовини-корпусу для вирішення цього завдання – є багато патентів; використовують інформацію щодо «опір матеріалів», на широких шосе застосовують поділ смуг зустрічного руху, щоб виключити зіткнення «в лоб», такий же поділ потоків іноді має місце в тунелях;

4.2 – розділ «Час» як ресурс вирішення протиріч: заздалегідь, після, в паузах, прискорити або сповільнити, додамо в «одно і те ж час»: заздалегідь розробляють корпус і бампер, що покращують енергопоглинання при зіткненнях; після розрізають корпус із слабких місцях для вилучення пасажирів; паузи - зупинки руху використовують для відпочинку водія; прискорити – рідко вдається уникнути зіткнень шляхом прискорення руху; сповільнити – при погіршенні погоди рекомендують уповільнити рух; в один і той же час – по завданню потрібний і швидкий, і безпечний рух в будь-яких умовах;

4.3 – розділ «Простір» як ресурс вирішення протиріч: інший вимір – на деяких мостах зустрічний рух роблять на різних рівнях-поверхах; асиметрія – буває, що у різних напрямах руху ширина смуг різна; матрьошка – наприклад, труба в трубі (такі приклади можливі в трубопровідному транспорті?); винесення - розподіл руху на особливо небезпечних ділянках доріг; локалізація – місцеве обмеження швидкості руху; відео контроль руху;

4.4 – розділ «Структура»: виняток – тут важливо у принципі виключити можливості будь-яких зіткнень: це можливо під час руху в трубі, тоді різні напрямки забезпечуються у різних трубах – виключаються лобові зіткнення; якщо ж рух засобу-капсули забезпечується тиском повітря, то для двох сусідніх капсул виключено і зіткнення ззаду, так як при швидшому русі задньої капсули між двома капсулами підвищиться тиск повітря і задня капсула плавно САМА загальмується (аж до зупинки на достатній відстані від передньої капсули) ; дроблення – перехід джерела енергії від ДВЗ до тиску повітря означає «роздроблення» джерела енергії до молекул; об'єднання – труба-дорога та капсула об'єднуються в одну систему, що забезпечує безпечне пересування капсул з пасажирами за майже будь-якої погоди з досить великими та майже постійними швидкостями без будь-яких зіткнень капсул з пасажирами; у такій об'єднаній системі змінюються джерело енергії, вводиться і об'єднана система управління рухом АСУТП пневмотранспорту, тому що всередині капсули зможуть бути лише дві кнопки: станція призначення та старт – весь рух може керуватися лише централізовано та автоматизовано – під контролем оператора руху на АСУТП; посередник - джерелом та регулятором руху буде тиск повітря, що подається в трубу системою компресорів (наприклад, розташованих уздовж труби через 5-10 км); копія - замість пульта управління в капсулах будуть монітори, що відображають місце та параметри її руху; як видно, за прийомами-підказками розділу «Структура» намічені контури пасажирської ідеї, яка поки практично не застосовується в цих цілях (відомі локальні пневмо-системи переміщення вантажів); з прийомів «винесення» і «локалізації» з розділу «4.4 - Простір» у запропонованій пасажирській пневмо-транспортній системі (ППТС) джерело енергії, необхідної системі, винесене з капсули, що рухається, в Надсистему ППТС, туди ж винесені і пристрої управління рухом капсули;

4.5 – розділ «Умови та Параметри» включає прийоми вирішення протиріч: частково – капсула є лише полегшеним корпусом автомобіля; надмірно – натомість ускладнена автодорога; погоджено – всі підсистеми ППТС повинні працювати узгоджено; динамічно та керовано – АСУТП динамічно відстежує та задає режими всіх підсистем ППТС; - всі передбачувані неполадки роботи системи та кожної капсули в дорозі, по можливості, передбачені в програмах АСУ і контролюються оператором на центральній станції управління ППТС; ізоляція – труби практично повністю ізолюють капсули, що рухаються, від переважної більшості несприятливих погодних явищ; протидія – щоб у пасажирів не виникала клаустрофобія, капсули та верхня половина труби будуть прозорими (зроблені із зміцненого полімеру чи композиту); одноразовість - кожним конкретним пасажиром капсула використовується тільки на час поїздки, після його висадки до неї сяде для свого маршруту поїздки інший пасажир; інверсія – у системах АСУТП та ППТС слід передбачити на станціях накопичення капсул, які часто використовуються пасажирами для висадки, перевстановлення капсул у трубу протилежного напрямку руху.

Крок 5. Концепція: із поєднання підказок всіх розділів і більше 15 підказок-прийомів (найбільше підказок обрано розділі4 «Структура», решта 10-12 прийомів підкріплювали, уточнювали та розширювали концепцію технічного рішення). Всі вищерозглянуті ідеї дозволили подати до ФІПС заявку на патент з наступною формулою винаходу:

1. Транспортна система (ТрС), що включає корпус-салон засобу переміщення, розташований у трубопроводі і забезпечений сидіннями та дверима для пасажирів, що відрізняється тим, що містить центр автоматичного управління рухом, через канал зв'язку підключений до комп'ютерів реверсивних повітряних компресорних станцій, які послідовно довжині маршруту за допомогою своїх стикувальних вузлів і їх шторок з'єднані з порожниною трубопроводу, створюють і комутують рухомі потоки повітря в ньому, при цьому корпус-салон обладнаний бортовим комп'ютером, включеним через вказаний канал зв'язку в єдиний інформаційний простір ТРС, та конструктивно виконаний у вигляді прозорої пустотілої циліндричної, загостреної з переднього кінця капсули (рис. 1), що має впускні і випускні регульовані грати, вхідні двері-люк, що відкриваються зсувом всередину-назад в області стелі, переднє і заднє регульовані по висоті сидінь і нахилу спинок пасажирські крісла з пристіб так само позиції ним під час руху і зупинках фіксаторами кочення в пазах трубопроводу, який збирається з прозорих удароміцних труб, що містять аварійні люки з можливістю їх відкриття зсувом вгору-в-бік, і розміщується на опорах, піднятих щодо поверхні землі.

Рис. 1 Транспортна труба (4) із капсулою (5): 6 – люк для посадки пасажирів; 7 – крісла для пасажирів; 8 – колеса

Рис. 2 Блок-схема ППТС. Тут 1 - блок АСУТП управління рухом капсул 5 в трубопроводі 4. Управління йде по каналу зв'язку 2 шляхом активізації компресорних станцій 3

2. ТрС по п.1 (рис. 2), у якій центр автоматичного управління розподіляє зони відповідальності серед місцевих та регіональних центрів автоматичного управління та об'єднує їх, а також решту учасників руху в єдиний інформаційний простір.

3. ТрС по п.1 (рис. 3), в якій локальне управління рухом конкретної капсули на ділянці між двома сусідніми компресорними станціями передається комп'ютера однієї з них, призначеної ведучою.

4. ТрС за п.1, в якій відстань між сусідніми компресорними станціями визначається умовами створення необхідного коефіцієнта корисної дії для руху капсули в рамках допустимих швидкостей, з урахуванням рельєфу місцевості та завантаження.

Рис. 3 Під дією тиску капсула 5, зовнішній діаметр якої на 0,5-1 см менше внутрішнього діаметра труби 4, рухається, фіксуючись колесами в пазах труби

5. ТрС за п.1, в якій трубопроводи на вокзалах перемикаються на потрібні напрямки руху, або до посадкових платформ, за допомогою поворотних контактних пристроїв.

6. ТрС по п.5, в якій поворотний контактний пристрій являє собою відрізок труби, який після заїзду та зупинки в ньому капсули, обертанням у горизонтальній площині на 180 градусів з'єднується з обраною для продовження маршруту гілкою трубопроводу.

7. ТрС по п.1, компресорні станції якої містять два стикувальні вузли на кожній гілці проходить трубопроводу, що обслуговують її ліві та праві канали.

8. ТРС по п.7, в якій трубопровід складається з двох гілок зустрічного руху.

9. ТРС по п.7, в якій шторки стикувальних вузлів закриваються і відкриваються механізмом управління, а також блокуються в закритому стані відповідними уловлювачами, за сигналами комп'ютера своєї компресорної станції.

10. ТРС по п.1, в якій бортовий комп'ютер капсули має вихід на канал зв'язку, монітор і клавіатуру управління, транслює в автоматичному режимі телеметрію руху, надсилає запити пасажира до центру управління рухом, приймає від нього поточну інформацію, підтримує інтернет-мовлення.

11. ТрС за п.10, в якій поряд з комп'ютером салон капсули містить необхідну периферію, як-то: мікрофон, навушники, акустичні системи, освітлення, акумулятор, а також має на стельовій частині світло-поглинаюче покриття, наприклад, виду «хамелеон ».

12. ТрС по п.1, в якій впускна регульована вентиляційна решітка капсули розташовується в області її задньої стінки, обрамленої по периметру прогумованої спідницею, а випускна регульована вентиляційна решітка розміщується на бічній передній поверхні.

13. ТрС п.1, в якій капсули, трубопроводи, а також їх люки виконуються з полімерного з'єднання високої міцності.

14. ТрС за п.13, в якій посадкові та аварійні люки виконуються конструктивно за типом «ліхтар» та мають ущільнювачі для герметизації в закритому стані, а капсула обладнана аварійним гальмівним пристроєм та аварійним м'язовим приводом руху.

15. ТрС за п.1, в якій спинки крісел при необхідності складаються і забезпечують, із застосуванням ременів, розміщення пасажира або вантажу в горизонтальному положенні.

16. ТрС по п.1, в якій фіксатори кочення розташовуються симетрично в поглибленнях на бічних циліндричних поверхнях корпусу капсули і виконуються прогумованими і пружними.

17. ТрС за п.1 або п. 16, в якій поздовжні пази на внутрішній поверхні трубопроводу повинні забезпечувати вільний рух фіксаторів кочення.

18. ТрС по п.1 або п. 8, в якій трубопровід представляє дві поруч розташовані паралельні гілки зустрічного руху, підняті на опорах над поверхнею землі.

3. ПРИКЛАД ВИНАХОДНОЇ СИТУАЦІЇ

1. За останні 50 років у двигунів автомобілів сни;ty в 2-3 рази витрата бензину шляхом збільшення ступеня стиснення горючої суміші в їх циліндрах, при цьому збільшилася температура горіння з 900оС до 1200оС. Очищення вихлопних газів від незгорілого палива покращили також застосуванням Pt-каталізатора. Підвищення в камері згоряння температури призвело до того, що неприпустимо зросла у вихлопі вміст шкідливого оксиду азоту ON. Зараз у патентному фонді ФІПС РФ багато пропозицій щодо введення у вихлопний тракт, сечовини та ще одного каталізатора для перетворення оксиду в азот за реакцією: 4NH3 + 6NO = (kt1) => 5N2 + 6H2O

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

Це призводить до ускладнення та подорожчання системи вихлопного тракту (СВТ) двигуна внутрішнього згоряння (ДВЗ). Розглянемо пошук рішення щодо алгоритму генератора ідей.

Пошук рішення

2. Мета: очистити вихлопний газ від оксиду азоту NO, не ускладнюючи тракт вихлопу. Навіщо це треба: домішка газу NO у повітрі шкідлива для дихання. Що заважає: Pt каталізатор покращує окислення у вихлопі СО і СхНуОz – продуктів неповного згоряння палива, але не змінює вміст NO, застосування NН3-реактиву ускладнює систему вихлопного тракту.

3. ІКР: Само собою досягається в СВТ перетворення NO в звичайний N2 повітря при введенні реактиву NН3-містить без ускладнення вихлопного тракту ДВС.

4.1 Поліпшити очищення вихлопного газу від оксиду азоту NO.

4.2 Усунути ускладнення вихлопного тракту під час очищення від NO.

Технічні протиріччя:

4.4 Усунути у вихлопі NO можна відновленням аміаком, але неприпустимо вводити реактив простим способом (у надлишку), щоб не виділяти з СВТ шкідливий газ аміак.

4.5 При високій точності внесення у вихлопний тракт реактиву (газу, рідини або твердого тіла), що містить NН3 або інший відновник, нейтралізується шкода вихлопного газу (NO/NН3), але рішення неприпустимо ускладнює СВТ двигуна.

Виберемо п. 4.2 – спростити вихлопний тракт ДВЗ.

5. Пошук ідеї (використовуючи 30 абстрактних винахідницьких прийомів):

5.1 Ресурси компонентів системи:

5.1.1 ресурс енергії – вихлопний газ має температуру 200 - 500оС (він містить до 70% хімічної енергії від спалювання бензину), чи треба якось використовувати цю енергію?

5.1.2 речовини – NO у вихлопі, окислювач, шкідлива домішка; суміш вихлопних газів містить також СО, СхНуОz – відновники, але не активні щодо NO. Вихлопний тракт СВТ включає трубу, блок з каталізатором Pt, глушник, блок введення NН3-реагенту, вихідний отвір труби.

5.1.3 інформація – маємо довідники відновників та окислювачів з даними про їх потенціали, потрібні також невідомі дані про кінетику реакцій між ними.

5.1.4 похідні від цих ресурсів системи – наприклад, речовини бувають присутні, відсутні та змінені (в іншому агрегатному чи енергетично активованому станах) чи різниці енергій, чи замінити речовину.

5.1.5 концентрація деяких ресурсів, якщо вона доступна і необхідна.

5.2 Ресурси часу:

5.2.1 заздалегідь – потрібне проектування та встановлення в СВТ блоку відновлення для перетворення NO в N2.

5.2.2 після – природно після вихлопу з ДВС.

5.2.3 пауза – у ДВС під час роботи пауз немає, викид газів безперервний.

5.2.4 прискорити - швидкість перетворення NO N2 повинна відповідати швидкості викиду NO з ДВС, поки швидкість розпаду NO занадто мала.

5.2.5 сповільнити – не потрібно.

5.3 Ресурси простору:

5.3.1 інший вимір - частини (блоки) системи тракту СВТ знаходяться послідовно в лінії, розташувати їх інакше?

5.3.2 асиметрія – усі частини СВТ симетричні щодо осі потоку вихлопних газів.

5.3.3 матрьошка – щось інше вставити: труба в трубі?

5.3.4 винесення – блок підготовки реактиву винесений із лінії потоку – це ускладнює СВТ.

5.3.5 локалізація – розташування частин СВТ не сприяє використанню ресурсу відновника (С, СО, СхНуО) для усунення шкідливого NO, чи ввести каталізатор цієї реакції перед Pt-каталізатором?

5.4 Ресурси структури:

5.4.1 викручування – щоб не ускладнювати СВТ, потрібно прибрати блок підготовки та введення NН3-відновника/сечовини.

5.4.2 дроблення – прийом «матрьошка» підказує, що частина СВТ (труба?) десь має бути розділена, тоді одну трубу можна вставити в іншу (за п.5.3.3 – матрьошка).

5.4.3 об'єднання – якщо мати каталізатор для реакції (використовувати наявні речовини) NO + CxHyO, CO = (kt2, t = 300 ° C) => N2 + CO2 + H2O

5.4.4 посередник – невідомий каталізатор (Kt2)?

5.4.5 копія – чи не придатний у СВТ?

5.5 Умови:

5.5.1 частково – якщо вводити NH3-реагент, його треба 0,95 від точної кількості.

5.5.2 надмірно - NH3 шкідливий, його надлишок не бажаний.

5.5.3 узгоджено – введення NH3-реагенту погодити зі змінним об'ємом або іншим параметром вихлопного газу в СВТ.

5.5.4 динамічно означає змінювати введення кількостей реагенту.

5.5.5 управляемо - введення NH3-реагенту управляється обсягом вихлопу, зміною потужності ДВС.

5.6 Параметри:

5.6.1 вакцинація – прийом підказує, що СВТ має бути засіб проти зростання викиду NO – ним міг бути каталізатор (kt2) реакції між самими компонентами вихлопного газу СВТ.

5.6.2 ізоляція – такий каталізатор (kt2) зменшить шкоду вихлопу.

5.6.3 протидія – намічаються 3 шляхи протидії шкоди вихлопу:

1) додати блок керованого введення NH3-реагенту з достатньою точністю для очищення вихлопу;

2) підібрати каталізатор реакції між компонентами вихлопу до реакції до-окислення на Pt-каталізаторі;

3) потік вихлопу розділити на 2 потоки, в одному потоці встановити реагент та/або каталізатор (kt3) перетворення NO→NH3, потім ці потоки з'єднати на каталізаторі kt2.

5.5.4 одноразовість – чи можливий твердий NH3-реагент, який здійснює очищення вихлопу від NO досить довго? Реагенти, що вводяться, витрачаються – вони одноразові.

5.5.5 інверсія – застосування 1 шкідливого компонента вихлопу для очищення від 2-го за реакцією: NO + CxHyO, CO=>... або замість введення в СВТ ДВС газу або рідини (розчину NH3-реагенту) ввести «NH3-реагент» у твердій формі, яка витримує Т СВТ і швидко виділяє NH3 тільки при дії NO.

Можливі поєднання прийомів: усі 3 шляхи (за прийомом 5.6.3) використовують із 5.1.1 Поле тепла СВТ для нейтралізації вихлопу та підготовку СВТ заздалегідь по 5.2.1:

1-й шлях – введення NH3-реагенту та додавання блоку з каталізатором по 5.2.4 спирається на поєднання прийомів 5.1.1+5.1.2+5.1.3+5.5.1+5.5.3+5.6.1. Сутність змін функції: 1) додавання блоків зовнішнього з реагентом і лінії СВТ блоку введення з каталізатором (kt1) і управління введенням NH3-реагенту узгоджено з потужністю ДВС;

2) додавання до лінії СВТ блоку з каталізатором реакції між компонентами вихлопу: NO + CxHyO, CO =(kt2)=>...;

3) дроблення потоку на два за допомогою труби в трубі (5.3.3), один потік не змінений, а в зовнішній потік вставлений блок з реагентом і kt3-каталізом перетворення NO + X = (kt3) => NH3 …, далі 2 потоку змішуються для реакції NO + NH3 = (kt1) => N2 + ...

6. Концепції:

6.1 додавання в СВТ блоків зовнішнього з NH3-реагентом і лінії СВТ блоку введення з каталізатором (kt1) реакції: NO +NH3 =(kt1)=>… при введенні NH3-реагенту узгоджено з потужністю ДВС;

6.2 додавання до лінії СВТ блоку з каталізатором реакції між компонентами вихлопу по реакції: NO + CxHyO, CO =(kt2)=>... – склад і структура kt2 поки не відомі (потрібні дослідження хіміків);

6.3 дроблення потоку на два за допомогою труби в трубі, один потік не змінений, а в іншому (зовнішньому) потоці вставлений блок з реагентом і каталізатором перетворення NO + X = (kt3) => NH3 …, далі 2 потоки змішуються і відбувається реакція: NO + NH3 = (kt1) => N2 + ... (Потрібен вибір Х).

6.4 ввести в лінію СВТ блок з твердим NH3-джерелом Z, що виділяє NH3 рівно стільки, скільки потрапило в блок NO, Z повинен бути термостійкий, щоб не виділяв NH3-надлишок.

Оцінка концепцій:

6.1 - полягає в ускладненні СВТ, і найбільш технічно опрацьована (ФІПС РФ є безліч патентів, не розглянуто ускладнення СВТ шляхом введення зворотного зв'язку і не вказаний каталізатор);

6.2 - найбільш проста СВТ і близька до ідеального рішення, але каталізатор kt2 поки не відпрацьований і невідомий;

6.3 - проміжна за складністю СВТ, але каталізатори kt2 і kt3 поки не розроблені і невідомі (є патент цього СВТ без опису каталізаторів).

6.4 - в лінію СВТ блок з твердим NH3-джерелом Z, стійким при температурі СВТ і реагує тільки за наявності NO (Z поки не знайдено).

6.5 - Нові невирішені завдання: необхідна розробка каталізаторів kt2 і kt3 (потрібна допомога фахівців НДІ каталізу РАН) та реагентів-нейтралізаторів Х або термостійкого Z - NH3-реагенту (відомі: сечовина Тразл~150°C, ацетилмоцевина ТC сечовини Тразл ~ 250 ° C, невідома термостійкість інших похідних - потрібно до 500 ° C і виділення NH3 при дії NO).

Розроблено та запропоновано заявку на патент на пасажирську пневмотранспортну систему (ППТС) з метою забезпечення безпечного руху в майже будь-яких погодних умовах.

Розглянуто приклад пошуку розв'язання задачі із застосуваннями окисно-відновних реакцій щодо нейтралізації газу в системі вихлопу двигуна внутрішнього згоряння. Виявлено чотири можливі способи усунення NO з вихлопного газу, а патенти є на два з цих способів. Для завершення рішення потрібні консультації фахівців з каталізу та пошук термостійкого твердого NH3-виділяючого реагенту.

Зазначимо додатково, що широкий переведення автомобільного господарства на пневмотранспортну систему дозволяє в принципі зняти проблему вихлопу будь-яких газів.

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ:

Альтшуллер винахідництва. Воронеж: Центр-чорнозем. кн. вид-во, 1964. Про прогнозування розвитку транспортного засобу. Баку, 1975/ http://www. altshuller. ru/triz/zrts3.asp Альтшуллер Г., вісім думок про природу і техніку // Шанс на пригоду: зб. / Уклад. А. Селюцький. Петрозаводськ: Вид-во, 1991. резентація програми «Генератор ідей». - URL: http://www/TRIZ-tigr. jw.org uk, Утем творчість: Методи конструювання нових ідей: .- вид. 2-ге. - Кіров: Вид-во МЦИТО, 2014. - 114 с. , та ін Заявка на патент РФ 2011149865, опубл. 27.06.2013 та ін. БД патентів щодо застосування хімічних ефектів: http://dace. ru (DatabaseApplyofChemicalEffects): новини (3000 реф.), БДХЕ (2250), статті (10). Евристика-3: метод. вказівки до вирішення хімічних завдань/уклад. . Чуваш. ун-т – Чобоксари: 2007, 116 с. та ін. Основи теорії систем та вирішення творчих технічних завдань - /В. Михайлов, А. Михайлов, Є. Андрєєв, В. Гальєтов, В. Жовтов. - Чебоксари: Вид. Чуваш. ун-ту, 2012. С. 133-135, 156-199, 206-241, 255-284, 325-330. Михайлов ефекти у системі 40 винахідницьких прийомів та після нього //сб. Три покоління ТРВЗ – СПб: РА ТРВЗ. - 2014. С. 50-54. Малкін З., Михайлов розв'язання творчих завдань з алгоритму Генератора ідей //там же. З. 55-57. Малкін С., Потьомів творчих завдань за алгоритмом ГІ для розвитку особистості / ж-л Концепт http://e-concept. ua (2014 листопад, Кіров), 7 с. , Жовтів креативності в інженерній освіті / Інженерна освіта - 17, 2015, с.68-75, Про застосування ТРВЗ для вирішення екологічних завдань //Зб. ТРВЗ-фест-2013, - СПб-Київ: МАТРИЗ, 2013, с.26-35. Михайлов винахіднику хімічні ефекти (приклад очищення вихлопу від окису азоту) //Зб. Три покоління ТРВЗ – СПб: РА ТРВЗ. - 2015. С.70-75. , Андріїв транспортна система/сб. Дорожньо-Транспортний Комплекс: стан, проблеми та перспективи розвитку – Чобоксари: ВФ МАДІ-ГТУ, 2015. С. 134-141. , Андріїв транспортна система - заявка РФ 2011149865, опубл. 27.06.2013, бюлл. 18.

Altshuller G. S. Invention bases. - Воронеж: Центр чернозема. book publishing house, 1964. / uk Altshuller G. S. About forecasting of development of the Technical systems. - Baku, 1975 / uk / http://www. altshuller. ru/triz/zrts3.asp Altshuller G., Rubin M. Думки думки про природу і обладнання. - In book: Chance of an adventure. Col. А. Селютскій. Петрозаводськ: Publ. house Karelia, 1991. /uk Malkin of S. Presentation of the program Generator Ideas. - URL: http://www/TRIZ-tigr. jw.org uk Mikhailov V. A., Gorev P. M., Utyomov V. V. Досвідчена творчість: Методи designing of new ideas: manual. - prod. the 2nd. - Kirov: Publ. house of MTsITO, 2014. - 114 pages. /uk 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. jw.org uk Evristica-3: manual to solution of chemical tascs / Mikhailov V. A., ChuvSU, 2007. 116 p. /uk Mikhailov V. A. &Alls Технологічна система основи і рішення творчих технічних рішень -/V. Mikhailov, A. Mikhailov, E. Andreev, V. Galyetov, V. Zheltov-Cheboksary: ​​ChuvSU, 2012. P. 133-135, 156-284, 325-330. /uk Міхайлов В. А. Технічні ефекти в 40 key G. Altshuller and later on him. //coll. Три generation of TRIZ - Sankt-Peterburg: RATRIZ, 2014. P.50-54. /uk Malkin S., Mikhailov V. Search a creative task solution generator idea algorithm /ibid. p. 55. /uk Malkin S., Mikhailov V., Utemov V. Творчі рішення для індивідуального прогресу /Інтернет journal KONCEPT – листопад 2014, Kirov: http://e-koncept. ru ,7 p. /uk Mikhailov V., Mikhailov A., Zheltov V. Creative elements in engineer education //Engeneering Education (Novosibirsk) – 17, 2015. P. 68-75. /uk Andreev E., Mikhailov V., Filichev S. На застосуванні TRIZ для вирішення екологічних проблем. - SPb-Kiev: MATRIZ-SPbSTU, 2013. P.26-35. / eng / rus Mikhailov V. A. Допомогти в'язниці хімічних ефектів // coll. Три 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. Розвиток та транспортування Комплекс: стан, питання і розвитки розвитку – Cheboksary: ​​VF MADI-GTU, 2015. Page 134-141. /rus. Nikitin A. I., Mikhailov V. A., Andreev E.D., Andreev A.R. 27.06.2013. N 18

Сторінка 1

Технічне протиріччя (ТП) є конфліктом двох частин системи; для переходу до ФП необхідно виділити одну частину, а в цій частині - одну зону, до фізичного стану якої пред'являються взаємосуперечливі вимоги.

Технічне протиріччя тут уже зазначено: охолоджувальна здатність дірчастого полірувальника входить у конфлікт із його здатністю полірувати скло.

Технічне протиріччя: часто гріти лінію - споживачі постійно залишатимуться без струму, рідко гріти лінію - підвищиться небезпека зледеніння.

Технічне протиріччя – сказав один інженер. Точні гвинти дороги, нарізка швидко псується.

Іноді технічне протиріччя, що міститься у завданні, чітко видно. Такими є, наприклад, завдання, вирішення яких звичайними шляхами наштовхується на неприпустиме збільшення ваги. Іноді суперечність непомітна, вона ніби розчинена за умов завдання.

Технічними протиріччями (ТП) називають такі взаємодії у системі, коли позитивна дія одночасно викликає і негативну дію; або якщо введення/посилення позитивної дії, або усунення/ослаблення негативної дії викликає погіршення (зокрема, неприпустиме ускладнення) однієї з частин системи чи всієї системи загалом.

Виникає технічна суперечність – підсумував директор.

Виявлення технічного протиріччя та результати аналізу його специфічних особливостей призводять до постановки технічного завдання, тобто до формулювання умов досягнення поставленої мети. У її структурі виділяють вказівку на досягнутий результат, умови функціонування технічного засобу, що розробляється, і здійснення рішення.

Численні приклади технічних протиріч наводить Фрідріх Енгельс у статті Історія гвинтівки. По суті, вся ця стаття є аналізом внутрішніх суперечностей, що визначають історичний розвиток гвинтівки.

Завдання з технічними протиріччями, що легко долаються за допомогою способів, відомих стосовно споріднених систем. Наприклад, завдання, що відноситься до токарних верстатів, вирішена прийомом, що вже використовується у верстатах фрезерних або свердлильних. Змінюється (та й то частково) лише один елемент системи.

Це яскравий приклад технічного протиріччя: спроба поліпшити будь-яку властивість машини входить у конфлікт з її властивістю.

Для усунення цього технічного протиріччя запропоновано створювати в робочому розчині переважну концентрацію ПАР біля поверхні виробів, що обробляються шляхом їх ін'єкції в область обробки. Найкращі результати виходять, коли ін'єкція проводиться нанесенням ПАР на поверхню виробів перед обробкою. Цей спосіб покращує обробку великих виробів, так як збільшується зона ультразвукового впливу, і деталей, що мають капілярні канали, оскільки покращуються умови розвитку кавітації в каналах порівняно з рештою об'єму рідини у ванні.

Ясне уявлення про технічне протиріччя та його, так би мовити, внутрішню механіку дозволяє в ряді випадків вже на цьому етапі дійти винаходу. Звичайно, тут важливу роль відіграє вся попередня обробка задачі, в ході якої гаситься інерція мислення та з'являється готовність до сприйняття найнесподіваніших ідей. Буває, однак, і так, що суперечність виявлено, причини суперечності встановлені, а шляхи усунення суперечності, як і раніше, не зрозумілі. Починається четверта, оперативна стадія творчого процесу.