Ресурсы - 2 часть – 2ч
Вещественно-полевые ресурсы (ВПР) – это ресурсы, которые можно использовать при решении задач или развитии системы. Использование ресурсов увеличивает идеальность системы. Изобретателю необходимо заранее знать, какие типовые ресурсы встречаются в технических системах. Ресурсами являются также не только наличие веществ, полей, эффектов и явлений и т. д., но также изменение этих ресурсов и скорость этих изменений. Во многих случаях необходимые для решения задачи ресурсы имеются в системе в годном для применения виде – готовые ресурсы. Нужно только догадаться, как их использовать. Но нередки ситуации, когда имеющиеся ресурсы могут быть использованы только после определенной подготовки: накопления, видоизменения и т. п. Такие ресурсы называются производными.
Ресурсы вещества готовые – это любые материалы, из которых состоит система и ее окружение, выпускаемая ею продукция, отходы и т. п., которые, в принципе, можно использовать дополнительно.
Примеры. На заводе, выпускающем керамзит (используется как утеплитель в виде засыпки, а также для изготовления лёгкого бетона — керамзитобетона. Керамзит также используется в сельском хозяйстве и гидропонике; применяется в домашнемцветоводстве и в качестве составной части грунта в террариумах), последний используют в качестве набивки фильтра для очистки технической воды. На севере в качестве набивки фильтров для очистки воздуха используют снег.
Ресурсы вещества производные – вещества, получаемые в результате любых воздействий на готовые вещественные ресурсы.
1) Задача: в сушильный аппарат по ленточному транспортеру подается влажная глина. Как предотвратить загрязнение ленты глиной?
2) Задача: меняя колесо своей машины, человек уронил все четыре гайки его крепления в решетку канализационного стока, откуда достать их было невозможно. Он уже решил, что застрял здесь, но проходивший мимо мальчик подсказал ему очень дельную мысль, которая позволила ему поехать дальше. В чем состояла его идея?
3) Задача: Петр 1 спешно создавал флот. Он строил корабли и зимой, и летом. Если летом спуск построенных кораблей с берега в воду по дощатому наклонному настилу проходил нормально, то зимой возникали сложности. Набрав скорость, корабль со всего размаху врезался в лед. Лед, даже тонкий, наносил деревянным корпусам кораблей значительные повреждения. Как спустить корабли на лед без ущерба для деревянных корпусов?
Примеры. Через трубы для их защиты от разрушения серосодержащими отходами нефтеперегонного производства предварительно прокачивают нефть, а потом продувкой горячего воздуха окисляют оставшуюся на внутренней поверхности нефтяную пленку до лакообразного состояния.
Ресурсы энергии готовые – любая энергия, нереализованные запасы которой имеются в системе или ее окружении.
Примеры. Абажур для настольной лампы вращается благодаря конвекционному потоку воздуха, создаваемому теплом лампы. Обогрев теплиц геотермальными водами на Камчатке (Геотермальными называются выделяющиеся из недр Земли воды с температурой выше 20°С. В большинстве случаев они имеют температуру от 40 до 100°С).
Ресурсы энергии производные – энергия, получаемая в результате преобразования готовых энергетических ресурсов в другие виды энергии, либо изменения направления их действия, интенсивности и других характеристик. На слайде: SONEA (30 Вт на 1 децибел звука, при взлете 500-ста самолетов в день получится около 120 мВт! Для того чтобы понять насколько это внушительная цифра, представьте сколько нужно сжечь топлива для выработки такого количества энергии. Где-то около 8000 тонн нефти!)
Примеры. Свет электрической дуги, отраженный зеркалом, прикрепленным к маске сварщика, освещает место сварки. Выпускаемые голландской фирмой "Филипс" светофоры имеют аккумуляторы, заряжающиеся от уличного шума - бесплатного ресурса. Есть даже идеи полезного использования домашнего шума - если сделать обои из полимерной пьезоэлектрической пленки (преобразователь механических колебаний в электрическую энергию), то, чем больше будут шуметь соседи, тем больше вы сэкономите электроэнергии.
Ресурсы информации готовые – информация о системе, которая может быть получена с помощью полей рассеяния (звукового, теплового, электромагнитного и т. п.) в системе либо с помощью веществ, проходящих через систему или выходящих из нее (продукция, отходы).
Примеры. По биению пульса тибетская медицина диагностирует до 200 болезней. По звуку работающего двигателя автомеханник судит о его исправности. Известен способ определения марки стали и параметров ее обработки по летящим при обработке искрам (Цвет и форма искр (строение луча) определяются главным образом химическим составом шлифуемого сплава, что применяется для распознавания сорта стали по искре).
Ресурсы информации производные – информация, получаемая в результате преобразования непригодной для восприятия или обработки информации в полезную, как правило, с помощью различных физических или химических эффектов.
Примеры. Для изучения распределения давлений в труднодоступных местах, например, между матрицей и плитой пресса, между ними укладывают тонкие листы белой и копировальной бумаги. В результате на белых листах появляются отпечатки, показывающие распределение давлений. Для устранения перегрузки летчика визуальной информацией было предложено закрепить на его животе специальные электроды. При появлении крена самолета, на них подается слабое напряжение, и пилот ощущает легкое «щекотание» со стороны крена. При возникновении и развитии трещин в работающих конструкциях возникают слабые звуковые колебания. Специальные акустические установки улавливают звуки в широком диапазоне, обрабатывают их с помощью ЭВМ и с высокой точностью оценивают характер возникшего дефекта и его опасность для конструкции.
Ресурсы пространства готовые – имеющееся в системе или ее окружении свободное, незанятое место. Эффективный способ реализации этого ресурса – использование пустоты вместо вещества.
Примеры. Для хранения газа используют естественные полости в земле (Хранение природного газа в жидком виде, осуществляется в старых выработках угольных шахт, местах добычи каменной соли, естественных подземных пещерах). Для экономии сельскохозяйственных угодий помидоры сажают между деревьями фруктового сада (яблонями и грушами). Для экономии места в вагоне поезда дверь купе вдвигается в межстеночное пространство. Задача про шины.
Ресурсы пространства производные – дополнительное пространство, получаемое в результате использования разного рода геометрических эффектов.
Пример. Использование ленты Мебиуса позволяет не менее чем в два раза повысить эффективную длину любых кольцевых элементов: ременных шкивов, магнитофонных лент, ленточных ножей и т. п. Задача про четыре дерева и пруд.
Ресурсы времени готовые – временные промежутки в технологическом процессе, а также до или после него, между процессами, не использованные ранее или использованные частично.
Примеры. В процессе транспортировки нефти по трубопроводу производится ее обезвоживание и обессоливание. В роторно-конвейерных линиях технологическое движение совмещено с транспортным. Танкер, перевозящий нефть, одновременно ведет ее переработку.
Ресурсы времени производные – временные промежутки, получаемые в результате ускорения, замедления, прерывания или превращения в непрерывные протекающие процессы.
Примеры. Использование ускоренной или замедленной съемки для быстротекущих или очень медленных процессов.
Задача: в открытые железнодорожные вагоны грузили сосновые брёвна. Контролёры измеряли диаметр каждого уложенного ствола. Это нужно было, чтобы потом вычислить объём брёвен. Работа у замерщиков шла медленно. Придётся задержать поезд, - сказал старший контролёр. - Сегодня мы никак не управимся. И тут появился изобретатель. - Пустяки! воскликнул он. - Поезд уйдёт через пять минут. Возьмите. И он объяснил, что надо взять и что надо сделать. А что бы предложили вы?
Ресурсы функциональные готовые – возможности системы и ее подсистем выполнять по совместительству дополнительные функции, как близкие к основным, так и новые, неожиданные (сверхэффект).
Примеры. Лет 15 назад было установлено, что аспирин разжижает кровь и потому в некоторых случаях оказывает вредное действие. А недавно это его свойство было использовано для профилактики и лечения инфарктов (Все дело в том, что ацетилсалициловая кислота способна разжижать кровь, тем самым уменьшает риск возникновения тромбов, а в следствие в разы уменьшает опасность инфарктов, инсультов. Отметим, что большая доза аспирина может помочь и при уже случившемся инфаркте. От него на двадцать три процента уменьшается смертность).
Ресурсы функциональные производные – возможности системы выполнять по совместительству дополнительные функции после некоторых изменений.
Примеры. В прессформе для отливки деталей из термопластов литниковые каналы выполняются в виде полезных изделий, например, букв азбуки. Подъемный кран при помощи несложного приспособления сам поднимает свои подкрановые блоки при ремонте.
Системные ресурсы – новые полезные свойства системы или новые функции, которые могут быть получены при изменении связей между подсистемами или при новом способе объединения систем.
Примеры. Технология изготовления стальных втулок (сменяемая деталь механизма, через к рую проходят вал, стержень или поршень, имеющие вращательное или прямолинейное поступательно возвратное движение, вследствие чего изнашивается) предусматривала их точение из прутка, сверление внутреннего отверстия и поверхностную индустриальную закалку. При этом из-за закалочных напряжений на внутренней поверхности нередко возникали микротрещины. Было предложено изменить порядок операций – первоначально точить наружную поверхность, потом проводить поверхностную закалку, а потом высверлить внутренний слой материала. Теперь напряжения исчезают вместе с высверленным материалом.
Наиболее эффективно решаются задачи, когда удается использовать в качестве ресурсов вредные вещества, поля, вредные функции системы. В этом случае получается двойной эффект – избавление от вреда и дополнительный выигрыш.
Примеры. Выхлоп трактора подведен через лемех плуга в землю, и продукты сгорания обезвреживаются, одновременно удобряя землю (К выхлопной трубе трактора крепят термостойкий шланг, другой конец которого соединяют с приспособлением, обеспечивающим распределение и подачу газа ко всем рабочим органам почвообрабатывающего орудия). При вспашке почвы выхлопные газы двигателя внутреннего сгорания трактора вводят в разрыхленную почву на глубину 10-25 см. Пьезогенератор использует шум двигателя для генерации электроэнергии, необходимой для разных устройств самолета.
Наиболее эффективным является комбинированное использование ресурсов разных видов.
Примеры. Автомобиль-бетономешалка использует ресурс времени (бетон изготавливается при его транспортировке) и энергии (вращение бетономешалки осуществляется от двигателя автомобиля).
Источники ресурсов, их местонахождение могут быть различными. Ресурсы могут располагаться в оперативной зоне, то есть в зоне, в которой непосредственно происходит рабочий процесс, в других подсистемах данной системы либо являться ее продукцией или отходами.
Примеры. Выхлопные газы снегоуборочной машины направляются на формируемые снежные валки, уплотняя их. Силосная башня обогревает коровник, построенный вокруг нее. Тепло, излучаемое чугунной отливкой, с помощью экранов направляют на нее, тем самым регулируя равномерность ее остывания для исключения внутренних напряжений. Другими источниками ресурсов могут быть системы – соседи по общей надсистеме, их продукция или отходы, а также внешняя среда (воздух, вода, почва, различные фоновые поля: гравитационное, электрическое, магнитное, тепловое и т. п.).
Среди ресурсов надсистемы и внешней среды необходимо особо отметить «копеечные» ресурсы – широкодоступные, дешевые вещества.
Примеры. Золу тепловых электростанций используют как стимулятор роста растений, а также в качестве наполнителя бетона. Для предотвращения окисления раскаленная деталь, предназначенная для горячей штамповки, посыпается силикатным стеклом, которое, плавясь, покрывает поверхность детали тонким слоем. При ударе пресса во время штамповки защитный слой рассыпается.
Для облегчения поиска и использования ресурсов можно воспользоваться алгоритмом поиска (рис. на слайде). В развитии технических систем выявленные ресурсы могут использоваться по-разному. Самое простое – избавиться от ненужных ресурсов.
Пример. После проведения испытаний и уточнения расчетов выяснилось, что крыло проектируемого самолета имело избыточную прочность и, следовательно, лишний вес. Было предложено снизить толщину конструктивных элементов. Другая возможность использования ресурсов – использование их для решения поставленной задачи.
Задача: При создании портативных раций для альпинистов возникла проблема обеспечения температурной стабилизации кварцевого кристалла генератора. Обычный термостабилизатор получался чересчур тяжелым, требовал специального питания. Какой ресурс использовать?
Еще одна возможность использования ресурсов – поиск задач, для решения которых могли бы быть использованы выявленные ресурсы. Такая ситуация часто возникает при попытке использования отходов производства, свободных промежутков между операциями технологических процессов, дополнительных функциональных возможностей технической системы.
Пример. Долго искали возможность использования каменной пыли, остающейся после распиловки камня. Позже было предложено добавлять ее в бетон. При этом снижается потребность в цементе без ухудшения качества бетона.