ИНСТРУМЕНТЫ ИЗОБРЕТАТЕЛЯ 1 глава

 

Давайте де­таль­нее поз­на­ко­мим­ся с таб­ли­цей ти­по­вых при­емов и са­ми­ми эти­ми при­ема­ми.

Создание по­доб­ных таб­лиц - ра­бо­та чрез­вы­чай­но тру­до­ем­кая. К со­жа­ле­нию, нель­зя пос­ту­пить так: под­ряд ана­ли­зи­ро­вать изоб­ре­те­ния, от­би­рать на­ибо­лее час­то встре­ча­ющи­еся ре­ше­ния и впи­сы­вать их в таб­ли­цу. Ав­тор­с­кие сви­де­тель­с­т­ва и па­тен­ты до­воль­но час­то вы­да­ют­ся на весь­ма три­ви­аль­ные ре­ше­ния, и сос­тав­лен­ная на их ос­но­ве таб­ли­ца да­ва­ла бы, как пра­ви­ло, сла­бые ре­ше­ния да­же в том слу­чае, ес­ли весь мас­сив ана­ли­зи­ру­емых изоб­ре­те­ний со­дер­жит толь­ко силь­ные ре­ше­ния. При­емы, ко­то­рые бы­ли ори­ги­наль­ны­ми и силь­ны­ми 5-10-20 лет на­зад, мо­гут ока­зать­ся сла­бы­ми при ре­ше­нии но­вых за­дач.

Поэтому при сос­тав­ле­нии таб­ли­цы для каж­дой кле­точ­ки при­хо­дит­ся оп­ре­де­лять аван­гар­д­ную от­расль тех­ни­ки, в ко­то­рой дан­ный тип про­ти­во­ре­чий ус­т­ра­ня­ет­ся на­ибо­лее силь­ны­ми и пер­с­пек­тив­ны­ми при­ема­ми. Так, для про­ти­во­ре­чий ти­па «вес-про­дол­жи­тель­ность дей­с­т­вия», «вес - ско­рость», «вес - проч­ность», «вес - на­деж­ность» и т. д. на­ибо­лее под­хо­дя­щие при­емы со­дер­жат­ся в изоб­ре­те­ни­ях по ави­аци­он­ной тех­ни­ке. Про­ти­во­ре­чия, свя­зан­ные с не­об­хо­ди­мос­тью по­вы­шать точ­ность, эф­фек­тив­нее все­го ус­т­ра­ня­ют­ся при­ема­ми, при­су­щи­ми изоб­ре­те­ни­ям в об­лас­ти обо­ру­до­ва­ния для фи­зи­чес­ких эк­с­пе­ри­мен­тов.

Таблица, пос­т­ро­ен­ная на при­емах, взя­тых из та­ких ве­ду­щих от­рас­лей тех­ни­ки, бу­дет по­мо­гать на­хо­дить силь­ные ре­ше­ния для обыч­ных изоб­ре­та­тель­с­ких за­дач. Что­бы таб­ли­ца го­ди­лась и для за­дач, воз­ни­ка­ющих в ве­ду­щих от­рас­лях, она дол­ж­на до­пол­ни­тель­но воб­рать в се­бя и но­вей­шие при­емы, ко­то­рые еще толь­ко вхо­дят в изоб­ре­та­тель­с­кую прак­ти­ку. Эти при­емы ча­ще встре­ча­ют­ся не в тех «бла­го­по­луч­ных» изоб­ре­те­ни­ях, на ко­то­рые вы­да­ны ав­тор­с­кие сви­де­тель­с­т­ва, ав за­яв­ках, от­к­ло­нен­ных из-за «не­осу­щес­т­ви­мос­ти», «не­ре­аль­нос­ти».

АРИЗ-65 имел таб­ли­цу, сос­тав­лен­ную на ос­но­ве ана­ли­за пя­ти ты­сяч изоб­ре­те­ний, от­но­ся­щих­ся к со­ро­ка трем па­тен­т­ным клас­сам. В АРИЗ-71 таб­ли­ца зна­чи­тель­но бо­лее под­роб­на. При ее сос­тав­ле­нии про­ана­ли­зи­ро­ва­но свы­ше со­ро­ка ты­сяч изоб­ре­те­ний. Не все клет­ки таб­ли­цы за­пол­не­ны, тем не ме­нее она ох­ва­ты­ва­ет око­ло по­лу­то­ра ты­сяч ти­пов тех­ни­чес­ких про­ти­во­ре­чий, ука­зы­вая для каж­до­го ти­па ве­ро­ят­ные при­емы ре­ше­ния.

Необходимо под­чер­к­нуть, что при­емы ус­т­ра­не­ния тех­ни­чес­ких про­ти­во­ре­чий, ре­ко­мен­ду­емые таб­ли­цей, сфор­му­ли­ро­ва­ны в об­щем ви­де. Они по­доб­ны го­то­во­му платью: их на­до под­го­нять, учи­ты­вая ин­ди­ви­ду­аль­ные осо­бен­нос­ти за­да­чи. Ес­ли, нап­ри­мер, таб­ли­ца ре­ко­мен­ду­ет при­ем 1 («Дроб­ле­ние»), это лишь оз­на­ча­ет, что ре­ше­ние как-то свя­за­но с раз­де­ле­ни­ем объ­ек­та. Таб­ли­ца от­нюдь не из­бав­ля­ет изоб­ре­та­те­ля от не­об­хо­ди­мос­ти ду­мать, она лишь нап­рав­ля­ет мысль по на­ибо­лее пер­с­пек­тив­ным пу­тям.

Совместимо ли ис­поль­зо­ва­ние ти­по­вых при­емов с твор­чес­ким ха­рак­те­ром изоб­ре­та­тель­с­ко­го про­цес­са? Да, сов­мес­ти­мо! Бо­лее то­го, все сов­ре­мен­ные изоб­ре­та­те­ли поль­зу­ют­ся ти­по­вы­ми при­ема­ми, по­рой и не по­доз­ре­вая об этом.

Попытки сос­тав­ле­ния спис­ков при­емов пред­п­ри­ни­ма­лись с на­ча­ла XX ве­ка. Но спис­ки эти не бы­ли дос­та­точ­но пол­ны­ми, так как их сос­тав­ля­ли по слу­чай­ным наб­лю­де­ни­ям и раз­роз­нен­ным ма­те­ри­алам. Для пра­виль­но­го сос­тав­ле­ния и пе­ри­оди­чес­ко­го об­нов­ле­ния спис­ков при­емов не­об­хо­ди­мо сис­те­ма­ти­чес­ки ис­сле­до­вать па­тен­т­ную ин­фор­ма­цию, ана­ли­зи­ро­вать де­сят­ки ты­сяч изоб­ре­те­ний по боль­шин­с­т­ву па­тен­т­ных клас­сов. Сей­час эта ра­бо­та ве­дет­ся ре­гу­ляр­но, и каж­дая мо­ди­фи­ка­ция АРИЗ снаб­жа­ет уточ­нен­ным и до­пол­нен­ным пе­реч­нем при­емов.

В твор­чес­кой мас­тер­с­кой изоб­ре­та­те­ля при­емы иг­ра­ют роль на­бо­ра ин­с­т­ру­мен­тов, и, что­бы поль­зо­вать­ся ими, нуж­ны оп­ре­де­лен­ные на­вы­ки. В прос­тей­шем слу­чае изоб­ре­та­тель, прос­мат­ри­вая пе­ре­чень при­емов, ищет под­с­каз­ку по ана­ло­гии. Зто спо­соб мед­лен­ный и не очень эф­фек­тив­ный. Ина­че об­с­то­ит де­ло, ког­да ре­ше­ние за­да­чи ве­дет­ся по АРИЗ: таб­ли­ца при­ме­не­ния при­емов ука­зы­ва­ет на­ибо­лее под­хо­дя­щее ре­ше­ние для дан­ной за­да­чи. На пер­вых эта­пах ос­во­ения АРИЗ изоб­ре­та­тель при­ме­ня­ет при­емы под­ряд, на бо­лее поз­д­них - по таб­ли­це. Од­на­ко во всех слу­ча­ях на­до знать ти­по­вые при­емы и уметь их ис­поль­зо­вать.

Перечень ти­по­вых при­емов - это сво­его ро­да нас­толь­ный спра­воч­ник изоб­ре­та­те­ля, но спра­воч­ник осо­бо­го ро­да: изоб­ре­та­тель дол­жен рас­смат­ри­вать его как ос­но­ву, ко­то­рую не­об­хо­ди­мо са­мос­то­ятель­но по­пол­нять по но­вым тех­ни­чес­ким и па­тен­т­ным пуб­ли­ка­ци­ям,

* * *

Рассмотрим ти­по­вые при­емы ус­т­ра­не­ния тех­ни­чес­ких про­ти­во­ре­чий.

1. Прин­цип дроб­ле­ния

а) Раз­де­лить объ­ект на не­за­ви­си­мые час­ти.

б) Вы­пол­нить объ­ект раз­бор­ным.

в) Уве­ли­чить сте­пень дроб­ле­ния (измель­че­ния) объ­ек­та,

Примеры. Па­тент США № 2859791. Пнев­ма­ти­чес­кая ши­на, сос­то­ящая из две­над­ца­ти не­за­ви­си­мых сек­ций1.

Разделение ши­ны осу­щес­т­в­ля­ет­ся, что­бы по­вы­сить на­деж­ность. Но это да­ле­ко не един­с­т­вен­ный по­вод для ис­поль­зо­ва­ния столь силь­но­го при­ема. Дроб­ле­ние - од­на из ве­ду­щих тен­ден­ций в раз­ви­тии сов­ре­мен­ной тех­ни­ки.

Еще нес­коль­ко при­ме­ров.

Авторское сви­де­тель­с­т­во № 168195. Ковш од­но­ков­шо­во­го эк­с­ка­ва­то­ра со сплош­ной по­лук­руг­лой ре­жу­щей кром­кой, от­ли­ча­ющий­ся тем, что для обес­пе­че­нии быс­т­рой и удоб­ной за­ме­ны сплош­ной ре­жу­щей кром­ки пос­лед­няя вы­пол­не­на из от­дель­ных съем­ных сек­ций.

Авторское сви­де­тель­с­т­во № 184219. Спо­соб неп­ре­рыв­но­го раз­ру­ше­ния гор­ных по­род за­ря­да­ми ВВ, от­ли­ча­ющий­ся тем, что с целью по­лу­че­ния мел­ких фрак­ций неп­ре­рыв­ное раз­ру­ше­ние по­вер­х­нос­т­но­го слоя про­из­во­дят мик­ро­за­ря­да­ми.

2. Прин­цип вы­не­се­ния

Отделить от объ­ек­та «ме­ша­ющую» часть («ме­ша­ющее» свой­с­т­во) или, на­обо­рот, вы­де­лить един­с­т­вен­но нуж­ную часть (нуж­ное свой­с­т­во).

 

1 Здесь, как и в дру­гих при­ме­рах, я стре­мил­ся к мак­си­маль­ной наг­ляд­нос­ти. Пусть чи­та­те­ля не сму­ща­ет, что не­ко­то­рые прин­ци­пы про­ил­люс­т­ри­ро­ва­ны «мел­ки­ми» или «смеш­ны­ми» иде­ями. Важ­на суть.

Рис. 9. Прин­цип вы­не­се­ния: рань­ше гор­нос­па­са­тель но­сил на спи­не ра­нец с хо­ло­диль­ным ус­т­рой­с­т­вом; те­перь оно по­ме­ще­но в от­дель­ном кон­тей­не­ре.

Примеры. Ав­тор­с­кое сви­де­тель­с­т­во № 153533. Ус­т­рой­с­т­во для за­щи­ты от рен­т­ге­нов­с­ких лу­чей, от­ли­ча­юще­еся тем, что с целью за­щи­ты от иони­зи­ру­юще­го из­лу­че­ния го­ло­вы, пле­че­во­го по­яса, поз­во­ноч­ни­ка, спин­но­го моз­га и го­над па­ци­ен­та при флю­орог­ра­фии, нап­ри­мер, груд­ной клет­ки оно снаб­же­но за­щит­ны­ми барь­ера­ми и вер­ти­каль­ным, со­от­вет­с­т­ву­ющим поз­во­ноч­ни­ку стер­ж­нем, из­го­тов­лен­ным из ма­те­ри­ала, не про­пус­ка­юще­го рен­т­ге­нов­с­кие лу­чи.

Целесообразность этой идеи оче­вид­на.

Изобретение вы­де­ля­ет на­ибо­лее вред­ную часть по­то­ка и бло­ки­ру­ет ее. За­яв­ка по­да­на в 1962 го­ду, меж­ду тем это прос­тое и нуж­ное изоб­ре­те­ние мог­ло быть сде­ла­но зна­чи­тель­но рань­ше. Мы при­вы­ка­ем рас­смат­ри­вать мно­гие объ­ек­ты как на­бор тра­ди­ци­он­ных и не­отъ­ем­ле­мых друг от дру­га час­тей. В на­бор вер­то­ле­та, нап­ри­мер, вхо­дят и ба­ки с го­рю­чим. Дей­с­т­ви­тель­но обыч­ный вер­то­лет вы­нуж­ден во­зить го­рю­чее. Од­на­ко в тех слу­ча­ях, ког­да вер­то­лет кур­си­ру­ет по оп­ре­де­лен­но­му мар­ш­ру­ту, го­рю­чее мож­но ос­та­вить на зем­ле. На элек­т­ро­вер­то­ле­те бен­зи­но­вый дви­га­тель за­ме­нен элек­т­ро­мо­то­ром, а ба­ков во­об­ще нет.

В ав­тор­с­ком сви­де­тель­с­т­ве № 257301 «бак» есть, но он от­де­лен от че­ло­ве­ка (рис. 9).

Еще один при­мер. Стол­к­но­ве­ние са­мо­ле­тов с пти­ца­ми вы­зы­ва­ют иног­да тя­же­лые ка­тас­т­ро­фы. В США за­па­тен­то­ва­ны са­мые раз­лич­ные спо­со­бы от­пу­ги­ва­ния птиц от аэрод­ро­мов (ме­ха­ни­чес­кие чу­че­ла, рас­пы­ле­ние наф­та­ли­на и т. д.). На­илуч­шим ока­за­лось гром­кое вос­п­ро­из­ве­де­ние кри­ка пе­ре­пу­ган­ных птиц, за­пи­сан­но­го на маг­ни­то­фон­ную лен­ту.

Отделить пти­чий крик от птиц - ре­ше­ние, ко­неч­но, не­обыч­ное, но ха­рак­тер­ное для прин­ци­па вы­не­се­ния.

3. Прин­цип мес­т­но­го ка­чес­т­ва

а) Пе­рей­ти от од­но­род­ной струк­ту­ры объ­ек­та (или внеш­ней сре­ды, внеш­не­го воз­дей­с­т­вия) к не­од­но­род­ной.

б) Раз­ные час­ти объ­ек­та дол­ж­ны иметь раз­ные фун­к­ции.

в) Каж­дая часть объ­ек­та дол­ж­на на­хо­дить­ся в ус­ло­ви­ях, на­ибо­лее со­от­вет­с­т­ву­ющих ее ра­бо­те.

Примеры. Ав­тор­с­кое сви­де­тель­с­т­во № 256708. Спо­соб по­дав­ле­ния пы­ли в гор­ных вы­ра­бот­ках, от­ли­ча­ющий­ся тем, что с целью пре­дот­в­ра­ще­ния рас­п­рос­т­ра­не­ния ту­ма­на по вы­ра­бот­кам и сно­са его с ис­точ­ни­ка пы­ле-об­ра­зо­ва­ния вен­ти­ля­ци­он­ным по­то­ком по­дав­ле­ние пы­ли про­из­во­дят од­нов­ре­мен­но тон­ко­дис­пер­ги­ро­ван­ной и гру-бо­дис­пер­с­ной во­дой, при­чем вок­руг ко­ну­са тон­ко­дис­пер­ги­ро­ван­ной во­ды соз­да­ют плен­ку из гру­бо­дис­пер­с­ной во­ды.

Авторское сви­де­тель­с­т­во № 280328. Спо­соб суш­ки зер­на ри­са, от­ли­ча­ющий­ся тем, что с целью умень­ше­ния об­ра­зо­ва­ния тре­щи­но­ва­тых зе­рен рис пе­ред суш­кой раз­де­ля­ют по круп­нос­ти на фрак­ции, ко­то­рые су­шат раз­дель­но с диф­фе­рен­ци­ро­ван­ны­ми ре­жи­ма­ми.

Принцип мес­т­но­го ка­чес­т­ва от­чет­ли­во от­ра­жа­ет­ся в ис­то­ри­чес­ком раз­ви­тии мно­гих ма­шин: они пос­те­пен­но дро­би­лись и для каж­дой час­ти соз­да­ва­лись на­ибо­лее бла­гоп­ри­ят­ные мес­т­ные ус­ло­вия.

Первоначально па­ро­вой дви­га­тель пред­с­тав­лял со­бой ци­линдр, вы­пол­няв­ший од­нов­ре­мен­но фун­к­ции па­ро­во­го кот­ла и кон­ден­са­то­ра. Во­да за­ли­ва­лась не­пос­ред­с­т­вен­но в ци­линдр. Огонь обог­ре­вал ци­линдр, во­да за­ки­па­ла, пар под­ни­мал пор­шень, пос­ле че­го жа­ров­ню с ог­нем уби­ра­ли, а ци­линдр по­ли­ва­ли хо­лод­ной во­дой. Пар кон­ден­си­ро­вал­ся, и пор­шень под дей­с­т­ви­ем ат­мос­фер­но­го дав­ле­ния шел вниз.

Позднее изоб­ре­та­те­ли до­га­да­лись от­де­лить па­ро­вой ко­тел от ци­лин­д­ра дви­га­те­ля. Это поз­во­ли­ло су­щес­т­вен­но сок­ра­тить рас­ход топ­ли­ва.

Однако от­ра­бо­тан­ный пар по-преж­не­му кон­ден­си­ро­вал­ся в са­мом ци­лин­д­ре, что вы­зы­ва­ло ог­ром­ные теп­ло­вые по­те­ри. Нуж­но бы­ло сде­лать сле­ду­ющий шаг - от­де­лить от ци­лин­д­ра кон­ден­са­тор. Эту идею выд­ви­нул и осу­щес­т­вил Джемс Уатт. Вот что он рас­ска­зы­ва­ет:

«После то­го как я вся­чес­ки об­ду­мы­вал воп­рос, я при­шел к твер­до­му зак­лю­че­нию: для то­го что­бы иметь со­вер­шен­ную па­ро­вую ма­ши­ну, не­об­хо­ди­мо, что­бы ци­линдр всег­да был так же го­ряч, как и вхо­дя­щий в не­го пар. Од­на­ко кон­ден­са­ция па­ра для об­ра­зо­ва­ния ва­ку­ума дол­ж­на про­ис­хо­дить при тем­пе­ра­ту­ре не вы­ше 30 гра­ду­сов…

Это бы­ло воз­ле Глаз­го, я вы­шел на про­гул­ку око­ло по­луд­ня. Был прек­рас­ный день.»i про­хо­дил ми­мо ста­рой пра­чеч­ной, ду­мая о ма­ши­не, и по­до­шел к до­му Гер­да, ког­да мне приш­ла в го­ло­ву мысль, что пар ведь уп­ру­гое те­ло и лег­ко ус­т­рем­ля­ет­ся в пус­то­ту. Ес­ли ус­та­но­вить связь меж­ду ци­лин­д­ром и ре­зер­ву­аром с раз­ре­жен­ным воз­ду­хом, то пар ус­т­ре­мит­ся ту­да и ци­линдр не на­до бу­дет ох­лаж­дать. Я не до­шел еще до Гоф­ха­уза, как все де­ло бы­ло кон­че­но в мо­ем уме!»

4. Прин­цип асим­мет­рии

Перейти от сим­мет­рич­ной фор­мы объ­ек­та к асим­мет­рич­ной. Ма­ши­ны рож­да­ют­ся сим­мет­рич­ны­ми. Это их тра­ди­ци­он­ная фор­ма. По­это­му мно­гие за­да­чи, труд­ные по от­но­ше­нию к сим­мет­рич­ным объ­ек­там, лег­ко ре­ша­ют­ся на­ру­ше­ни­ем сим­мет­рии.

Примеры. Тис­ки со сме­щен­ны­ми гу­ба­ми. В от­ли­чие от обыч­ных, они поз­во­ля­ют за­жи­мать в вер­ти­каль­ном по­ло­же­нии длин­ные за­го­тов­ки.

Фары ав­то­мо­би­ля дол­ж­ны ра­бо­тать в раз­ных ус­ло­ви­ях: пра­вая дол­ж­на све­тить яр­ко и да­ле­ко, а ле­вая - так, что­бы не сле­пить во­ди­те­лей встреч­ных ма­шин. Тре­бо­ва­ния раз­ные, а ус­та­нав­ли­ва­лись фа­ры всег­да оди­на­ко­во. Лишь нес­коль­ко лет на­зад воз­ник­ла идея не­сим­мет­рич­ной ус­та­нов­ки фар: ле­вая ос­ве­ща­ет до­ро­гу на рас­сто­янии до 25 мет­ров, а пра­вая - зна­чи­тель­но даль­ше.

Патент США № 3435875. Асим­мет­рич­ная пнев­ма­ти­чес­кая ши­на име­ет од­ну бо­ко­ви­ну по­вы­шен­ной проч­нос­ти и соп­ро­тив­ля­емос­ти уда­рам о бор­дюр­ный ка­мень тро­ту­ара.

Рис. 10. Прин­цип асим­мет­рии: элек­т­ро­ды в ду­го­вой пе­чи сдви­ну­ты в сто­ро­ну, у заг­ру­зоч­но­го ок­на об­ра­зо­ва­лось сво­бод­ное прос­т­ран­с­т­во, что поз­во­ля­ет заг­ру­жать ших­ту неп­ре­рыв­но.

 

Рис. 11. Прин­цип объ­еди­не­ния: рань­ше при­хо­ди­лось ос­та­нав­ли­вать ро­тор­ный эк­с­ка­ва­тор, что­бы ра­зог­реть мер­з­лый грунт; те­перь фор­сун­ки ус­та­нов­ле­ны не­пос­ред­с­т­вен­но на ро­то­ре.

 

Авторское сви­де­тель­с­т­во № 242325. Ду­го­вая элек­т­ро­печь для плав­ки чу­гу­на с бо­ко­вой заг­руз­кой твер­дой ших­ты, от­ди­ча­юща­яся тем, что с целью соз­да­ния неп­ре­рыв­нос­ти про­цес­са плав­ле­ния ее по­ди­на вы­пол­не­на асим­мет­рич­но вог­ну­той, рас­ши­рен­ной к заг­ру­зоч­но­му ок­ну (рис. 10).

5. Прин­цип объ­еди­не­ния

а) Со­еди­нить од­но­род­ные или пред­наз­на­чен­ные для смеж­ных опе­ра­ций объ­ек­ты,

б) Объ­еди­нить во вре­ме­ни од­но­род­ные или смеж­ные опе­ра­ции.

Примеры. Ав­тор­с­кое сви­де­тель­с­т­во № 235547. Ра­бо­чее обо­ру­до­ва­ние ро­тор­но­го эк­с­ка­ва­то­ра, вклю­ча­ющее ро­тор и стре­лу, от­ли­ча­юще­еся тем, что с целью умень­ше­ния уси­лия ре­за­ния оно вы­пол­не­но с ус­т­рой­с­т­вом для ра­зог­ре­ва мер­з­ло­го грун­та, име­ющим фор­сун­ки, смон­ти­ро­ван­ные, нап­ри­мер, на сек­то­рах по обо­им тор­цам ро­то­ра (рис. 11).

Авторское сви­де­тель­с­т­во № 134155. Спа­са­тель­ное во­до­лаз­ное ус­т­рой­с­т­во для вы­во­да на по­вер­х­ность лю­дей, ока­зав­ших­ся в воз­душ­ных меш­ках от­се­ков за­то­нув­ших су­дов, с при­ме­не­ни­ем шлем-ма­сок, от­ли­ча­юще­еся тем, что с целью по­вы­ше­ния эф­фек­тив­нос­ти спа­са­тель­ных опе­ра­ций, про­из­во­ди­мых во­до­ла­зом, оно вы­пол­не­но в ви­де од­ной или двух шлем-ма­сок, снаб­жен­ных шлан­га­ми и ар­ма­ту­рой для при­со­еди­не­ния к шту­цер­но­му кра­ну, вмон­ти­ро­ван­но­му в во­до­лаз­ный ска­фандр, от ко­то­ро­го про­из­во­дит­ся ре­гу­ли­ро­ва­ние по­да­чи воз­ду­ха в шлем-мас­ки (рис. 12).

Рис. 12. Еще од­но при­ме­не­ние прин­ци­па объ­еди­не­ния.

 

6. Прин­цип уни­вер­саль­нос­ти

Объект вы­пол­ня­ет нес­коль­ко раз­ных фун­к­ций, бла­го­да­ря че­му от­па­да­ет не­об­хо­ди­мость в дру­гих объ­ек­тах.

Примеры. В Япо­нии рас­смат­ри­ва­ет­ся воз­мож­ность пос­т­рой­ки тан­ке­ра, обо­ру­до­ван­но­го неф­те­пе­ре­гон­ной ус­та­нов­кой. Смысл про­ек­та - сов­ме­ще­ние во вре­ме­ни про­цес­сов тран­с­пор­ти­ров­ки и пе­ре­ра­бот­ки неф­ти.

Авторское сви­де­тель­с­т­во № 160100. Спо­соб трас­пор-ти­ро­ва­ния ма­те­ри­ала, нап­ри­мер та­бач­ных лис­ть­ев, к су­шиль­ным ус­та­нов­кам с по­мощью во­дя­но­го по­то­ка в гид­рот­ран­с­пор­те­ре, от­ли­ча­ющий­ся тем, что с целью од­нов­ре­мен­но­го осу­щес­т­в­ле­ния про­мыв­ки та­бач­ных лис­ть­ев и фик­са­ции их цве­та ис­поль­зу­ют во­ду, наг­ре­тую до 80-85°С.

Авторское сви­де­тель­с­т­во № 264466. Эле­мент па­мя­ти на тон­кой ци­лин­д­ри­чес­кой плен­ке, на­не­сен­ной на ди­элек­т­ри­чес­кую под­лож­ку, от­ли­ча­ющий­ся тем, что с целью уп­ро­ще­ния эле­мен­та са­ма плен­ка слу­жит ши­ной за­пи­си-счи­ты­ва­ния.

7. Прин­цип «мат­реш­ки»

а) Один объ­ект раз­ме­щен внут­ри дру­го­го объ­ек­та, ко­то­рый, в свою оче­редь, на­хо­дит­ся внут­ри треть­его и т. д.

б) Один объ­ект про­хо­дит сквозь по­лость в дру­гом объ­ек­те.

Примеры. Ав­тор­с­кое сви­де­тель­с­т­во № 186781. Уль­т­раз­ву­ко­вой кон­цен­т­ра­тор уп­ру­гих ко­ле­ба­ний, сос­то­ящий из скреп­лен­ных меж­ду со­бой по­лу­вол­но­вых от­рез­ков, от­ли­ча­ющий­ся тем, что с целью умень­ше­ния дли­ны кон­цен­т­ра­то­ра и уве­ли­че­ния его ус­той­чи­вос­ти по­лу­вол­но­вые от­рез­ки вы­пол­не­ны в ви­де по­лых ко­ну­сов, встав­лен­ных один в дру­гой (рис. 13).

Авторское сви­де­тель­с­т­во № 110596. Спо­соб хра­не­ния и тран­с­пор­ти­ров­ки раз­но­род­ных по вяз­кос­ти неф­теп­ро­дук­тов в кор­пу­се пла­ву­чей ем­кос­ти, от­ли­ча­ющий­ся тем, что хра­не­ние их с целью умень­ше­ния по­терь теп­ла вы­со­ко­вяз­ких неф­теп­ро­дук­тов про­из­во­дят в от­се­ках ем­кос­ти, рас­по­ло­жен­ных внут­ри от­се­ков, за­пол­нен­ных не­вяз­ки­ми сор­та­ми неф­теп­ро­дук­тов.

Авторское сви­де­тель­с­т­во № 272705. Ус­т­рой­с­т­во для вне­се­ния удоб­ре­ний в поч­ву, вклю­ча­ющее бун­кер и пра­во- и ле­вос­то­ронние до­зи­ру­ющие шне­ки, от­ли­ча­юще­еся тем, что с целью ре­гу­ли­ро­ва­ния ра­бо­чей ши­ри­ны зах­ва­та каж­дый до­зи­ру­ющий шнек вы­пол­нен из двух ввин­чен­ных од­на в дру­гую сек­ций (рис. 14).

8. Прин­цип ан­ти­ве­са

а) Ком­пен­си­ро­вать вес объ­ек­та со­еди­не­ни­ем с дру­ги­ми объ­ек­та­ми, об­ла­да­ющи­ми подъ­ем­ной си­лой.

Рис. 13. Прин­цип «мат­реш­ки»: ком­пак­т­ный уль­т­раз­ву­ко­вой кон­цен­т­ра­тор; / и 2 - по­лые ко­ну­сы.

1 Пусть чи­та­те­ля не сму­ща­ют «не­серь­ез­ные» наз­ва­ния не­ко­то­рых при­емов. Прин­цип «мат­реш­ки» мож­но наз­вать впол­не серь­ез­но прин­ци­пом ин­тег­ри­ру­ющей кон­цен­т­ра­ции. Од­на­ко прос­тые и об­раз­ные наз­ва­ния зна­чи­тель­но быс­т­рее и луч­ше за­по­ми­на­ют­ся.

б) Ком­пен­си­ро­вать вес объ­ек­та вза­имо­дей­с­т­ви­ем со сре­дой (за счет аэро-, гид­ро­ди­на­ми­чес­ких н дру­гих сил). При­ме­ры. Ав­тор­с­кое сви­де­тель­с­т­во № 187700. Спо­соб спус­ка в сква­жи­ну и из­в­ле­че­ния из нее стре­ля­ющей и взрыв­ной ап­па-Рис. 14. Еще од­на «мат­реш­ка»: Ра­Ту­ры, от­ли­ча­ющий-ши­ри­ну до­зи­ру­юще­го ши­ека ре­гу- с я тем, что с целью уде-ли­ру­ют, ввин­чи­вая од­ну сек­цию в шев­ле­ния И уп­ро­ще­ния дру­гую. «прос­т­ре­лоч­ных и взрыв­ных ра­бот спуск стре­ля­ющей и взрыв­ной ап­па­ра­ту­ры, про­из­во­дят сво­бод­но под дей­с­т­ви­ем соб­с­т­вен­но­го ве­са, а подъ­ем к ус­тью сква­жи­ны -с по­мощью встро­ен­но­го в кор­пус ре­ак­тив­но­го дви­га­те­ля.

При соз­да­нии свер­х­мощ­ных тур­бо­ге­не­ра­то­ров воз­ник­ла слож­ная за­да­ча: как умень­шить дав­ле­ние ро­то­ра на под­шип­ни­ки. Ре­ше­ние наш­ли в том, что над тур­бо­ге­не­ра­то­ром ус­та­но­ви­ли силь­ный элек­т­ро­маг­нит, ком­пен­си­ру­ющий дав­ле­ние ро­то­ра на под­шип­ни­ки.

Иногда при­хо­дит­ся ре­шать об­рат­ную за­да­чу: ком­пен­си­ро­вать не­дос­та­ток ве­са. При соз­да­нии и эк­с­п­лу­ата­ции шах­т­ных элек­т­ро­во­зов воз­ни­ка­ет яв­ное тех­ни­чес­кое про­ти­во­ре­чие: для уве­ли­че­ния тя­ги нуж­но утя­же­лять элек­т­ро­воз, а для умень­ше­ния его мер­т­во­го ве­са сле­ду­ет де­лать элек­т­ро­воз воз­мож­но бо­лее лег­ким. Груп­па сот­руд­ни­ков Ле­нин­г­рад­с­ко­го гор­но­го ин­с­ти­ту­та раз­ра­бо­та­ла и ус­пеш­но при­ме­ни­ла прос­тое ус­т­рой­с­т­во, поз­во­ля­ющее снять это тех­ни­чес­кое про­ти­во­ре­чие и в пол­то­ра ра­за уве­ли­чить про­из­во­ди­тель­ность руд­нич­ных элек­т­ро­во­зов: в ве­ду­щих ко­ле­сах мон­ти­ру­ет­ся мощ­ный элек­т­ро­маг­нит; соз­да­ет­ся маг­нит­ное по­ле, ох­ва­ты­ва­ющее ко­ле­са и рель­сы; си­ла сцеп­ле­ния рез­ко воз­рас­та­ет, а вес элек­т­ро­во­за мо­жет быть сни­жен.

9. Прин­цип пред­ва­ри­тель­но­го нап­ря­же­ния За­ра­нее при­дать объ­ек­ту нап­ря­же­ния, про­ти­во­по­лож­ные не­до­пус­ти­мым или не­же­ла­тель­ным ра­бо­чим нап­ря­же­ни­ям.

Примеры. Ав­тор­с­кое сви­де­тель­с­т­во № 84355. За­го­тов­ку тур­бин­но­го дис­ка ус­та­нав­ли­ва­ют на вра­ща­ющий­ся под­дон. Наг­ре­тая за­го­тов­ка по ме­ре ох­лаж­де­ния сжи­ма­ет­ся. Но цен­т­ро­беж­ные си­лы (по­ка за­го­тов­ка не по­те­ря­ла плас­тич­нос­ти) как бы от­ш­там­по­вы­ва­ют за­го­тов­ку. Ког­да же де­таль ос­ты­нет, в ней по­явят­ся сжи­ма­ющие уси­лия.

На этом прин­ци­пе ос­но­ва­на вся тех­но­ло­гия пред­ва­ри­тель­но­го нап­ря­же­ния же­ле­зо­бе­то­на: что­бы бе­тон луч­ше ра­бо­тал на рас­тя­же­ние, его пред­ва­ри­тель­но уко­ра­чи­ва­ют. Это ед­ва ли не един­с­т­вен­ный слу­чай, ког­да стро­итель­ная тех­ни­ка ис­поль­зу­ет бо­лее пе­ре­до­вые ме­то­ды, не­же­ли ма­ши­нос­т­ро­ение. Пред­ва­ри­тель­но нап­ря­жен­ные кон­с­т­рук­ции при­ме­ня­ют­ся в ма­ши­нос­т­ро­ении еще очень ред­ко, меж­ду тем ис­поль­зо­ва­ние это­го при­ема мог­ло бы дать ко­лос­саль­ные ре­зуль­та­ты.

Как, нап­ри­мер, сде­лать вал проч­нее, не уве­ли­чи­вая его на­руж­ный ди­аметр? Ре­ше­ние этой за­да­чи по­ка­за­но на рис. 15. Вал сос­тав­лен из встав­лен­ных од­на в дру­гую труб, пред­ва­ри­тель­но зак­ру­чен­ных на оп­ре­де­лен­ные рас­че­том уг­лы. Ины­ми сло­ва­ми, вал пред­ва­ри­тель­но по­лу­ча­ет де­фор­ма­цию, про­ти­во­по­лож­ную по зна­ку той де­фор­ма­ции, ка­кую он по­лу­ча­ет во вре­мя ра­бо­ты. Кру­тя­щий мо­мент дол­жен сна­ча­ла снять эту пред­ва­ри­тель­ную де­фор­ма­цию, толь­ко пос­ле это­го нач­нет­ся де­фор­ма­ция ва­ла в «нор­маль­ном» нап­рав­ле­нии. Сос­тав­ной вал ве­сит вдвое мень­ше рав­но­го ему по проч­нос­ти обыч­но­го мо­но­лит­но­го.

10. Прин­цип пред­ва­ри­тель­ного ис­пол­не­ния

а) За­ра­нее вы­пол­нить тре­бу­емое из­ме­не­ние объ­ек­та (пол­нос­тью или хо­тя бы час­тич­но).

б) За­ра­нее рас­ста­вить объ­ек­ты так, что­бы они мог­ли всту­пить в Дей­с­т­вие с на­ибо­лее удоб­но­го мес­та и без зат­рат вре­ме­ни на их дос­тав­ку.

Примеры. Ав­тор­с­кое сви­де­тель­с­т­во № 61056. Че­рен­ки мно­гих пло­до­во-ягод­ных и дру­гих куль­тур, по­са­жен­ные в поч­ву, не уко­ре­ня­ют­ся вслед­с­т­вие не­дос­тат­ка пи­та­тель­ных ве­ществ в че­рен­ке. По дан­но­му изоб­ре­те­нию пред­ла­га­ет­ся соз­да­вать за­пас пи­та­тель­ных ве­ществ за­ра­нее, на­сы­щая пе­ред по­сад­кой че­рен­ки в ван­не с пи­та­тель­ной смесью

Авторское сви­де­тель­с­т­во № 162919. Спо­соб сня­тия гип­со­вых по­вя­зок с по­мощью про­во­лоч­ной пи­лы, от­ли­ча­ющий­ся тем, что с целью пре­ду­беж­де­ния травм и об­лег­че­ния сня­тия по­вяз­ки пи­лу по­ме­ща­ют в пред­ва­ри­тель­но сма­зан­ную под­хо­дя­щей смаз­кой труб­ку, вы­пол­нен­ную, нап­ри­мер, из по­ли­эти­ле­на, и за­ра­нее за­гип­со­вы­ва­ют под по­вяз­ку при ее на­ло­же­нии. Бла­го­да­ря это­му рас­пи­ли­вать по­вяз­ку мож­но от те­ла на­ру­жу - - без опа­се­ния за­деть те­ло дре­ве­си­ны до то­го, как де­ре­во сру­би­ли: кра­си­те­ли пос­ту­па­ют под ко­ру де­ре­ва и раз­но­сят­ся со­ка­ми по все­му ство­лу.

Рис. 15. Прин­цип пред­ва­ри­тель­но­го нап­ря­же­ния: Лю­бо­пыт­ный слу­чай ис­поль­зо- тру­бы сос­тав­но­го ва­ла ва­ни­я­ЭТО­ГО же ПО­ИН­ЦИ­Па - ОК­ра-за­ра­нее скру­че­ны в нап­рав­ле­нии, про­ти­во­по­лож­ном ра­бо­чей де­фор­ма­ции.

11. Прин­цип «за­ра­нее под­ло­жен­ной по­душ­ки» Ком­пен­си­ро­вать от­но­си­тель­но не­вы­со­кую на­деж­ность объ­ек­та за­ра­нее под­го­тов­лен­ны­ми ава­рий­ны­ми сред­с­т­ва­ми.

Примеры. Ав­тор­с­кое сви­де­тель­с­т­во № 264626. Спо­соб сни­же­ния ток­си­чес­ко­го дей­с­т­вия хи­ми­чес­ких со­еди­не­ний с по­мощью при­са­док, от­ли­ча­ющий­ся тем, что с целью умень­ше­ния опас­нос­ти от­рав­ле­ния хи­ми­чес­ки­ми ве­щес­т­ва­ми, а так­же про­дук­та­ми их прев­ра­ще­ний в ор­га­низ­ме при­сад­ки до­бав­ля­ют не­пос­ред­с­т­вен­но в ис­ход­ные ток­сич­ные хи­ми­чес­кие со­еди­не­ния при их из­го­тов­ле­нии.

Авторское сви­де­тель­с­т­во № 297361. Спо­соб пре­дот­в­ра­ще­ния рас­п­рос­т­ра­не­ния лес­но­го по­жа­ра пос­ред­с­т­вом соз­да­ния заг­ра­ди­тель­ных по­лос из рас­те­ний, от­ли­ча­ющий­ся тем, что с целью при­да­ния ог­нес­той­кос­ти рас­те­ни­ям, об­ра­зу­ющим заг­ра­ди­тель­ную по­ло­су, в поч­ву вно­сят би­оло­ги­чес­кие ус­ва­ива­емые или хи­ми­чес­кие эле­мен­ты, тор­мо­зя­щие про­цесс их вос­п­ла­ме­не­ния.

Патент США № 2879821: жес­т­кий ме­тал­ли­чес­кий диск, за­ра­нее рас­по­ло­жен­ный внут­ри ав­то­мо­биль­ной ши­пы и поз­во­ля­ющий про­дол­жать дви­же­ние на спу­щен­ной ши­не без пов­реж­де­ния пок­рыш­ки.

Принцип «за­ра­нее под­ло­жен­ной по­душ­ки» мож­но ис­поль­зо­вать не толь­ко для по­вы­ше­ния на­деж­нос­ти. Вот ха­рак­тер­ный при­мер. В свя­зи с тем что в аме­ри­кан­с­ких биб­ли­оте­ках час­то про­па­да­ют кни­ги, изоб­ре­та­тель Эма­ну­эль Три­ки­лис пред­ло­жил пря­тать в пе­реп­ле­ты ку­со чек на­маг­ни­чен­но­го ме­тал­ла. При вы­да­че кни­ги биб­ли­оте­карь раз­маг­ни­чи­ва­ет этот ме­тал­ли­чес­кий вкла­дыш, про­тал­ки­вая кни­гу под спе­ци­аль­ной элек­т­ри­чес­кой спи­ралью. Ес­ли по­се­ти­тель по­пы­та­ет­ся уй­ти, взяв не­за­ре­гис­т­ри­ро­ван­ную кни­гу, то спря­тан­ный в две­ри при­бор сре­аги­ру­ет на маг­нит­ный вкла­дыш в пе­реп­ле­те.

Горноальпийская спа­са­тель­ная стан­ция в Швей­ца­рии при­ме­ни­ла ана­ло­гич­ный ме­тод для быс­т­ро­го об­на­ру­же­ния лю­дей, по­пав­ших в снеж­ную ла­ви­ну. Те­перь лыж­ник или жи­тель мес­т­нос­ти, в ко­то­рой час­ты ла­ви­ны, но­сит не­боль­шой маг­нит. При нес­час­т­ном слу­чае этот маг­нит по­мо­га­ет лег­ко об­на­ру­жить пос­т­ра­дав­ше­го с по­мощью ис­ка­те­ля да­же под трех­мет­ро­вым пок­ро­вом сне­га.

12. Прин­цип эк­ви­по­тен­ци­аль­ности

Изменить ус­ло­вия ра­бо­ты так, что­бы не при­хо­ди­лось под­ни­мать или опус­кать объ­ект. При­ме­ры. Ав­тор­с­кое сви­де­тель­с­т­во № 264679. Пред­ло­же­но ус­т­рой­с­т­во для пе­ре­ме­ще­ния пресс-форм в зо­не прес­са. Ус­т­рой­с­т­во вы­пол­не­но в ви­де прик­реп­лен­ной к сто­лу прес­са прис­тав­ки с роль­ган­гом.

Авторское сви­де­тель­с­т­во № 110661. Кон­тей­не­ро­воз, в ко­то­ром груз не под­ни­ма­ет­ся в ку­зов, а толь­ко при­под­ни­ма­ет­ся гид­роп­ри­во­дом и ус­та­нав­ли­ва­ет­ся на опор­ную ско­бу. Та­кая ма­ши­на ра­бо­та­ет без кра­на и пе­ре­во­зит зна­чи­тель­но бо­лее вы­со­кие кон­тей­не­ры.

13. Прин­цип «на­обо­рот»

а) Вмес­то дей­с­т­вия, дик­ту­емо­го ус­ло­ви­ями за­да­чи, осу­щес­т­вить об­рат­ное дей­с­т­вие (нап­ри­мер, не ох­лаж­дать объ­ект, а наг­ре­вать).

б) Сде­лать дви­жу­щу­юся часть объ­ек­та (или внеш­ней сре­ды) не­под­виж­ной, а не­под­виж­ную - дви­жу­щей­ся.

в) Пе­ре­вер­нуть объ­ект «вверх но­га­ми». При­ме­ры. Ав­тор­с­кое сви­де­тель­с­т­во № 184649. Спо­соб виб­ра­ци­он­ной очис­т­ки ме­тал­ло­из­де­лий в аб­ра­зив­ной сре­де, от­ли­ча­ющий­ся тем, что с целью уп­ро­ще­ния про­цес­са очис­т­ки дви­же­ния виб­ра­ции со­об­ща­ют об­ра­ба­ты­ва­емой де­та­ли.

 

 

Рис. 1С Прин­цип «на­обо­рот»: в от­ли­чие от обыч­но­го спо­со­ба за­лив­ки, дви­жет­ся фор­ма, а пос­ту­па­ющий в нее ме­талл ос­та­ет­ся не­под­виж­ным.

Авторское сви­де­тель­с­т­во № 109942. Это изоб­ре­те­ние ре­ша­ет важ­ную проб­ле­му от­лив­ки круп­но­га­ба­рит­ных тон­кос­тен­ных де­та­лей. При от­лив­ке та­ких де­та­лей же­ла­тель­но, что­бы ме­талл пос­ту­пал в фор­му свер­ху и зат­вер­де­ние шло сни­зу вверх. Но лить ме­талл в фор­му («дож­де­вой» спо­соб) до­пус­ти­мо с вы­со­ты не бо­лее пят­над­ца­ти сан­ти­мет­ров, ина­че ме­талл сго­рит или про­пи­та­ет­ся га­за­ми. А как быть, ес­ли фор­ма име­ет вы­со­ту два-три мет­ра? Ес­ли по­да­вать ме­талл сни­зу, то пер­вые пор­ции его зат­вер­де­ют, не ус­пев под­нять­ся к вер­х­ней час­ти фор­мы. Изоб­ре­та­тель ре­шил эту за­да­чу прос­то и изящ­но: ме­талл идет по труб­кам, опу­щен­ным ко дну ли­тей­ной фор­мы. По ме­ре за­пол­не­ния фор­ма дви­жет­ся вниз, и, та­ким об­ра­зом, каж­дая пор­ция ме­тал­ла по­да­ет­ся имен­но ту­да, где она дол­ж­на зас­тыть (рис. 16). Литье всег­да осу­щес­т­в­ля­лось так, что дви­гал­ся ме­талл, а фор­ма бы­ла не­под­виж­ной. Здесь все на­обо­рот: дви­жет­ся фор­ма, а за­ли­тый в нее ме­талл ос­та­ет­ся не­под­виж­ным. Это поз­во­ли­ло «сов­мес­тить не­сов­мес­ти­мое»: плав­ность за­пол­не­ния фор­мы и зат­вер­де­ва­ние ме­тал­ла сни­зу вверх, как при литье «дож­де­вым» спо­со­бом. 14. Прин­цип сфе­ро­идаль­нос­ти

а) Пе­рей­ти от пря­мо­ли­ней­ных час­тей объ­ек­та к кри­во­ли­ней­ным, от плос­ких по­вер­х­нос­тей к сфе­ри­чес­ким, от час­тей, вы­пол­нен­ных в ви­де ку­ба или па­рал­ле­ле­пи­пе­да, к ша­ро­вым кон­с­т­рук­ци­ям.

б) Ис­поль­зо­вать ро­ли­ки, ша­ри­ки, спи­ра­ли.