Введение
Как известно, основной принцип высшего образования, получаемого в университете, отличается от такового, получаемого в институте. В институте студенты изучают научные факты, установленные до них и изложенные в учебниках, и используют их при решении так называемых четко определенных инженерных задач [1], в которых меняются лишь условия. Решения таких задач находят на основе использования известных законов, расчетных моделей и т.п. В университете студенты изучают и методы (познания мира), в том числе и методы поиска новых решений. Методы инженерного творчества призваны развить навыки в постановке и решении так называемых творческих инженерных задач. Отличия между указанными типами задач сведены в таблицу (cм. ниже). Для ее разработки использованы сведения из [1].
Анализ показателей инженерных задач
| Показатели / Тип задач | Постановка задачи | Метод (способ) решения | Обучающий пример | Результат решения |
| Традиционные (четко определенные) | Имеется | Указан (как правило) | Имеется | Отсутствует |
| Творческие | Отсутствует (как правило) | Не указан | Однозначен и известен преподавателю (как правило) | Многозначен и не известен преподавателю (как правило) |
Учебная дисциплина «Основы инженерного творчества» направлена на поднятие престижа и популярности инженерного труда. При этом освоение методов инженерного творчества – один из наиболее действенных путей повышения интереса к инженерному труду [1]. В результате достигается общая цель – студенты получают для себя новые знания и вырабатывают умения их использовать. При этом специалист, освоивший методологию инженерного творчества, несомненно, обладает более высокой ценой на рынке труда.
Автор указанной выше работы группирует известные методы инженерного творчества по двум направлениям: эвристические методы технического творчества (их известно более ста) и компьютерные методы поискового конструирования (в настоящее время известны десятки методов поискового конструирования). С помощью первых решают задачи технического творчества, с помощью вторых – задачи поискового конструирования. Доступным для студентов МАДИ (ГТУ) является и учебное пособие [2], в котором достаточно подробно описана эволюция инженерной культуры, теоретические основы инженерного творчества, а также известные методы инженерного и научного творчества.
На начальном этапе, как указывается в [1], достаточно научиться свободно пользоваться набором из 3…5 методов. В данном учебном пособии область знаний ограничивается двумя методами. Метод морфологического анализа относится к группе эвристических методов. Метод синтеза технических решений на И-ИЛИ графах представляет вторую группу методов.
Преимуществом настоящего учебного пособия является подробное (пошаговое) описание действий, которые должен выполнить (освоить) Исполнитель. Он самостоятельного решает инженерную задачу с использованием указанных выше методов инженерного творчества. Кроме того, в пособии раскрыты основания, по которым техническое решение признается изобретением. В РФ на него выдается охранный документ (патент), защищающий авторское право изобретателя и определяющий патентообладателя. Пособие снабжено примерами выполнения учебного задания с использованием метода морфологического анализа. Приведены алгоритмом действий при построении И-ИЛИ дерева и пример выполнения с его помощью учебного задания.
В пособии даны необходимые сведения для понимания
сущности изобретения при анализе существенных отличительных признаков, описанных в формуле изобретения. Приведен пример выполнения учебного задания по анализу формулы известного изобретения. Пособие снабжено вариантами формул известных изобретений, которые могут быть использованы студентами в самостоятельной работе.
Автор пособия заочно выражает благодарность своим учителям, которые «спровоцировали» подготовку данного пособия. В первую очередь это относится к д.т.н., проф. В.И. Баловневу – возбудившему в своем ученике страсть к научному познанию неизвестного, в том числе и к изобретательству. Кроме того,- коллеге по совместной работе в МАДИ (ГТУ) к.т.н., проф. А.Н. Новикову, результаты труда которого использованы при подготовке раздела 2 пособия, а так же, к. ф-м. н. В.В. Титову, чьи лекции, прослушанные на курсах повышения квалификации в ВГКПИ, уже полтора десятка лет бережно хранятся в личном архиве и результаты труда которого использованы при подготовке раздела 3 пособия, А.Е. Шестневу – первому учителю по составлению заявки на изобретение (1973 г.) бывшему начальнику патентного отдела МАДИ (ГТУ).
Особая благодарность – декану заочного факультета, д.т.н., проф. В.И. Карагодину, «подарившему» мне возможность поделиться личным опытом, поручая вести данную учебную дисциплину на факультете, и его заместителю - к.т.н., доц. Н.Н. Митрохину, настойчиво и корректно напоминающему мне о необходимости подготовки данного учебного пособия.
Кроме того, автор искренне признателен группе помощников, взявших на себя труд компьютерного набора текста – аспирантам кафедры инженерной экологии Д.В. Крючкову и Ю.Н. Ростовцеву, и студенткам энерго-экологического факультета очаровательным Н.В. Балашовой и О.Е. Сметаниной.
1. Содержание индивидуального задания для самостоятельной работы студента
1.1. Освоить приемы метода морфологического анализа для поиска новых технических решений инженерной задачи
Содержание задания:
· Сформулировать задачу и выделить основную функцию технического решения (ТР).
· Определить вспомогательные функции, которые искомое ТР должно выполнять.
· Составить морфологическую карту поиска ТР и найти несколько возможных ТР, удовлетворяющих каждую вспомогательную функцию.
· Сформулировать обязательные технические требования (ОТТ) к качеству выполнения каждой вспомогательной функции.
· Исключить из морфологической карты решения, не удовлетворяющие ОТТ, сформулированным выше.
· Составить матрицу парных сравнений и проверить оставшиеся частичные решения на совместимость.
· Перечислить все наборы вариантов частичных решений, которые можно объединить друг с другом, не опасаясь их несовместимости.
· Составить возможно полный список дополнительных требований, которые необходимо учитывать при выборе варианта решения задачи.
· Провести ранжирование и «взвешивание» дополнительных требований методом парного сравнения.
· Составить матрицу решений и выбрать ТР, наилучшим образом удовлетворяющее дополнительным требования.
· Выполнить от руки эскиз, полученного ТР.
1.2. Освоить приемы предметного И-ИЛИ дерева целей
(решений) при решении инженерной задачи
Содержание задания:
· Установить исходное понятие ИП (исходный объект или предмет) на нулевом этаже (0-й этаж ИЛИ) «И-ИЛИ дерева».
· Найти и сформулировать обобщающее понятие – обобщающий уровень ОУ (+1-й этаж И) для исходной задачи (исходного объекта) и составить перечень альтернативных вариантов решения
(наполнить +1-й этаж И), которые могут выполнить ту же функцию.
Процедура выполняется последовательным применением логических операторов обобщения и деления.
· Определить систему С (или цель (Ц) более высокого уровня), в которой выполняется (или используется) ОУ (определить +2-й этаж ИЛИ). Процедура реализации этапа – последовательное применение логических операторов соединения и расчленения.
· Наполнить 0-й этаж ИЛИ «И-ИЛИ дерева». Процедура – применение логического оператора деления к ОУ и альтернативным решениям. На данном этапе необходимо показать, какие (принципиально различные) решения, имеющие общее основание деления (ОД) (принцип действия или признак, по которому они различаются), могут быть предложены.
· Наполнить – 1-й этаж И «И-ИЛИ дерева». Процедура – применение логического оператора расчленения к каждому элементу 0-го этажа.
· Наполнение – 2-го этажа ИЛИ «И-ИЛИ дерева». Процедура – применение логического оператора деления к каждому из элементов – 1-го этажа. На этом уровне построение И-ИЛИ дерева решений задачи можно остановить, определив общее количество возможных решений.
Результаты поиска представить в виде графа «И-ИЛИ дерево» с пояснениями, определяющими правильность применения используемых логических операторов на каждом уровне (этаже) И-ИЛИ дерева.
Предложения по областям поиска при выполнении индивидуальных заданий 1.1 и 1.2:
1 - автомобиль;
2 - автомобиль грузовой;
3 - автомобиль легковой;
4 - автомобильное шасси;
5 - автобус;
6 - автомобиль-вездеход;
7 - силовая установка автомобиля;
8 - трансмиссия автомобиля;
9 - движитель;
10 - автомобиль самосвал;
11 - спецшасси многоцелевое самоходное;
12 - ралли-автомобиль;
13 - автомобиль молодежный;
14 - автомобиль для фермера;
15 - автомобиль-внедорожник;
16 - электромобиль;
17 - экомобиль;
18 - источник энергии для привода транспортного средства;
19 - автомобиль автотуриста;
20 - автомобиль-болотоход;
21 - индивидуальное самоходное транспортное средство, способное перемещаться по автодороге и по воздуху (аэромобиль);
22 - самоходное транспортное средство для инвалидов;
23 - движитель транспортного средства;
24 - движитель самоходного транспортного средства;
25 - преобразователь энергии на самоходном транспортном средстве;
26 - самоходное транспортное средство для рыбака;
27 - самоходное транспортное средство для охотника и др. (по желанию студента в границах специальности).
Вариант задания выбирается по последним одной-двум цифрам номера зачетной книжки.
1.3. Освоить навыки защиты инженерных решений на уровне изобретений
Содержание задания:
1. Привести текст формулы известного изобретения.
2. На конкретном примере показать:
· за счет каких существенных отличительных признаков заявленное техническое решение признано изобретением;
· к каким группам признаков относятся существенные отличительные признаки данного изобретения.
Ответы на указанные вопросы проиллюстрировать анализом сущности изобретения на устройство. Пример для анализа сущности изобретений можно позаимствовать из отраслевых журналов или выбрать из приложения 5. В последнем случае номер задания выбирается по номеру зачетной книжки (последние 1…2 цифры).
2. Методические основы и рекомендации по освоению методов поиска новых решений
Морфологический анализ
Суть метода состоит в выявлении и систематизации всех возможных вариантов исполнения объекта, вытекающих из закономерностей его строения (морфология). Автор метода – швейцарский астроном Ф. Цвикки (1942 г.), работавший в то время в отделе анализа научной информации одного из НИИ в гитлеровской Германии. История отмечает, что, используя свой метод, он независимо предложил конструкцию реактивного снаряда, которая по своим характеристикам соответствовала снаряду ФАУ-2. Он разрабатывался в это же время в секретном отделе того же НИИ. Ф. Цвикки имел по этому поводу личные неприятности, подпадающие под шпионско-разведо-вательскую деятельность, со всеми вытекающими возможными последствиями военного времени.
Основные положения по методике выполнения задания 1.1 методом морфологического анализа позаимствованы из работы [3].
Этап 1. Формулирование проблемной ситуации
Деятельность человека (ее цель) детерминированы потребностями, возникающими у него в конкретных исторических условиях. Возможны две классические ситуации. В том случае, когда человек знает средства, способы удовлетворения потребностей, он использует их для достижения своих целей. В этом случае нет необходимости проводить исследования, изобретать, искать. Только в случае, когда человек не знает средств и способов удовлетворения потребностей, складывается ситуация разрыва, появляются противоречия между потребностями человека и средствами (способами) их удовлетворения. Возникает вопрос (проблема) - как разрешить противоречие.
Первое, что нужно сделать при формулировании задачи синтеза новых технических решений, - это решить, стоит ли ею вообще заниматься, т.е. определить потребность в ее решении. Очень часто студенты тратят время на решение фиктивных задач (задач, в решении которых нет потребности).
Определение потребности - это, в основном, умственная деятельность, направленная на выявление существа объективных технических противоречий, в разрешении которых может возникнуть новое ТР. Изобретатели с большим опытом на практике убедились, что суть всякого открытия или изобретения заключается в установлении противоречия и формы движения, в которой это противоречие одновременно и осуществляется и разрешается. Под формами движения понимаются все виды закономерных изменений материальных объектов, непосредственно выражающихся в изменении их свойств и характеристик.
В качестве примера рассмотрим одно из возможных противоречий, заложенных в конструкции автогрейдера. Чтобы повысить маневренность автогрейдера, нужно уменьшить базу машины. Но уменьшение базы приводит к ухудшению планирующей способности автогрейдера. Таким образом, попытка улучшить одно свойство машины вступает в конфликт с другими ее свойствами. На лицо определенное противоречие, разрешение которого стало предметом целого ряда авторских свидетельств и патентов.
Для того, чтобы сформулировать проблемную ситуацию, необходимо выполнить следующие процедуры:
П11 - выделить основные потребности в способах (методах) выполнения работ, в технических устройствах для осуществления этих способов или в способах изготовления устройств;
П21 - собрать информацию о существующем состоянии в данной области деятельности (о способах, материалах, технических устройствах, методах и пр.) с целью определения уровня развития производства;
П31 - осознать и сформулировать проблемную ситуацию, для чего найти противоречия между потребностями и способами их
удовлетворения. Проблемная ситуация возникает тогда, когда способы удовлетворения потребностей неизвестны.
Этап 2. Формулирование задачи синтеза новых технических решений (ТР)
Принято считать, что перед инженером возникает задача, если ему нужно достигнуть какой-либо цели. Существуют различные пути достижения этой цели, каждый из которых характеризуется различной «эффективностью». При этом возникают сомнения, какую стратегию выбрать.
Под формулированием задачи синтеза новых ТР следует понимать установление того, что должно выполнять изделие, подлежащее разработке. Правильно сформулированная задача равнозначна понятию основной функции проектируемого изделия.
Алгоритм этапа формулирования задачи включает в себя следующие процедуры обработки информации:
п12 - выделить исходное состояние дел (вход А), существующее перед выполнением необходимого преобразования;
п22 - выделить конечное, желаемое состояние дел (выход Б) после необходимого преобразования;
п32 - сформулировать основную функцию проектируемого изделия.
Таким образом, на этом этапе необходимо сформулировать причинную связь между входными и выходными величинами технической системы.
Если исходное состояние в виде входных величин обозначить Gа,i, а сопряженные выходные величины Gb,i, то физическую функцию можно записать как Gа,i => Gв,i
Это означает, что входную величину необходимо преобразовать в выходную величину. Стрелка означает "преобразование" или "изменение состояния или свойства". Индекс i обозначает соответствующие величины от i -й до n - й. Общая функция технической системы: ΣGа,i => ΣGb,i
Формализованное описание основной функции технической системы имеет следующий наиболее распространенный вид:
Ф = (Д,О,У),
где Д - указание действия, производимого технической системой и приводящего к желаемому результату; О - указание объектов (объекта), на которые направлено это действие; У - указание особых условий и ограничений, при которых выполняется действие.
Формулировка основной функции не должна включать в себя варианты технических решений.
Пример. Асфальтоукладчик. Исходным состоянием "А" является асфальтобетонная смесь, находящаяся в кузове автосамосвала, а конечным "В", желаемым - асфальтобетонная смесь, распределенная на ширину 7,5 м и уплотненная до заданной плотности. Таким образом, основной функцией асфальтоукладчика является преобразование асфальтобетонной смеси в готовое асфальтобетонное покрытие шириной 7,5 м.
В зависимости от вида накладываемых ограничений при описании основной функции технической системы задачи могут иметь различную степень сложности. "Минимальная" задача получается введением предельных ограничений на изменение исходной технической системы. 0на звучит приблизительно так - "то, что есть, минус недостаток (или плюс новое качество)". "Максимальная" задача получается предельным снятием ограничений. Т.е. исходную техническую систему разрешается заменять принципиально иной.
Стимулированию выработки творческих решений при проектировании способствует отказ от ограничений на этом этапе поиска решений. При этом следует стараться сделать формулировку настолько общей, насколько позволяет важность задачи. Чем шире сформулированы состояния "А" и "В", тем больше может быть разнообразных решений. Отказ от традиционного узкого рассмотрения задачи часто приводит к значительному улучшению решения.
Таким образом, любую техническую задачу можно представить себе состоящей из трех компонент: начального состояния "А", конечного результата "В" и процесса превращения "С" первого в последний, т.е. входа, выхода и алгоритма преобразования входа в выход.
В заключении следует остановиться на двух возможных ловушках в начале процесса проектирования. Это – известная тенденция путать задачу с решением (например, задача, сформулированная как "Спроектировать бульдозер с неповоротным отвалом на базе трактора Т-180", является решением, поскольку такие бульдозеры не только спроектированы, но и серийно выпускаются нашей промышленностью) и постановка фиктивных задач (например, проектирование устройств для обезвоживания битума, такая операция сегодня уже полностью исключена из технологического процесса приготовления асфальтобетонной смеси).
Этап 3. Анализ задачи
На этом этапе необходимо расчленить основную функцию на структуры подфункций и структуры элементарных функций. В общем, для одной задачи, как правило, существует несколько различных структур функций. Задачей этапа является выявление возможных структур функций и выделение оптимальной из них.
Под элементарной функцией следует понимать наименьшую, в дальнейшем практически уже неделимую функцию. Подфункции составляются из двух или нескольких элементарных функций. Несколько подфункций образуют основную функцию.
Для того, чтобы функциональная модель достаточно полно и правильно отражала сущность разрабатываемой технической системы, ее формирование должно осуществляться на основе определенных принципов:
а) соответствие выделяемой подфункции как частным целям данной составляющей системы, так и общим целям, ради которых создается техническая система в целом;
б) четкая определенность специфики действий, обуславливающих содержание выделяемой функции;
в) соблюдение строгой согласованности целей и задач, определивших выделение данной подфункции, с действиями, составляющими ее содержание.
Разнообразие функций, выполняемых технической системой, можно классифицировать, исходя из ее содержания и роли в удовлетворении потребностей, степени отражения сущности технической системы, характера возникновения и т.п.
Наиболее существенные для проектирования рабочие функции можно условно разделить на две группы:
- функции, обеспечивающие существование самой технической системы;
- функции достижения цели.
Функции существования могут быть разбиты на функции связи (осуществляющие связь с внешней средой и внутри системы), функции прочности (обеспечивающие целостность системы), функции энергоснабжения и т.п.
Функции достижения цели представляют собой группу функций, ради которых создается сама техническая система: преобразования энергии, функции регулирования (изменения параметров физических процессов и материальных объектов), функции обработки и т.д.
Структура функций строится сверху вниз от основной функции. Это позволяет, во-первых, выявить взаимосвязь функций и, во-вторых, определить ненужные функции. Функциональная модель проектируемого нового изделия может иметь следующие уровни:
1 - уровень основной функции изделия;
2 - уровень вспомогательных (обеспечивающих) функций;
3 - уровень частичных функций, реализуемых сборочными единицами;
4 - уровень элементарных функций, реализуемых деталями.
Выделение вспомогательных функций, т.е. областей поиска решений, зависит от умения и опыта проектировщика. Не всегда легко расчленить основную функцию проектируемой технической системы на совокупность вспомогательных. Особые трудности возникают при решении новых проблем, когда для выбора функций нельзя опереться ни на данные исследований, ни на практический опыт. В этом случае перед проектировщиком стоит сложная задача уловить какую-то внутреннюю структуру в том, что существует пока только в его воображении. Проще всего это можно сделать, взяв какое-либо традиционное решение, и, двигаясь от него назад, выявить вспомогательные функции. При этом важно, чтобы выбранные вспомогательные функции были:
- существенными для любого технического решения;
- независимыми друг от друга;
- охватывающими основные аспекты работы машины.
Можно выделить наиболее часто используемые в технических системах функциональные элементы: исходные элементы, несущие элементы, элементы связи, элементы передачи, двигатели, элементы управления, элементы формирования объемов и потоков, рабочие органы, движители, элементы гашения скоростей и ускорений.
Пример. Асфальтоукдадчик. Для асфальтоукладчика вспомогательными функциями и соответствующими им функциональными элементами, совокупность которых обеспечит выполнение основной функции, могут быть следующие:
1. Преобразование какого-либо вида энергии в механическую (двигатель).
2. Передача механической энергии на расстояние (трансмиссия).
3. Формирование запаса асфальтобетонной смеси (приемное устройство).
4. Распределение асфальтобетонной смеси по ширине строящегося покрытия (распределяющий рабочий орган).
5. Уплотнение асфальтобетонной смеси (уплотняющий рабочий орган).
6. Выглаживание поверхности уложенного слоя смеси (выглаживающий рабочий орган).
7. Выдерживание заданных продольного и поперечного уклонов дорожного покрытия (система стабилизации рабочих органов относительно продольных и поперечных уклонов дорожного покрытия).
8. Стабилизация структурных элементов системы в пространстве (рама).
9. Передвижение в рабочем и транспортном положениях
(движитель).
10. Управление рабочими операциями (система управления).
Таким образом, алгоритм анализа задачи включает в себя следующие процедуры обработки информации:
П13 - расчленить основную функцию на совокупность вспомогательных, соблюдая требуемые связи технической системы типа «Причина – следствие»;
П23 - выделить частичные функции, проделав аналогичную операцию с тем отличием, что ряд функций, которые были вспомогательными для основной функции, становятся условно основными для рассматриваемой функциональной группы;
П33 - структуру функций представить в виде графа, вершинами которого являются функции, а дуги отражают взаимосвязь между ними.
П43 - проанализировать структуру функций и попытаться ее упростить за счет исключения недостаточно обоснованных или ненужных функций.
Этап 4. Поиск технических решений
Это наиболее творческий этап в процессе проектирования, в результате которого необходимо найти максимально возможное число решений, разрешающих основное техническое противоречие поставленной задачи.
Этап поиска технических решений можно расчленить на следующие последовательно выполняемые процедуры:
П14 - составить морфологическую карту поиска технических решений;
П24- рассмотреть независимо каждую функцию и выявить различные варианты ее технической реализации;
П34 - для расширения поля возможных технических решений воспользоваться эвристическими приемами (см. ниже).
Морфологическая карта составляется следующим образом. В левом столбце перечисляются все вспомогательные (частичные или элементарные) функции. Далее в каждой строке перечисляются технические решения, с помощью которых можно выполнить данную функцию. При этом заполнение каждой строки карты необходимо рассматривать как самостоятельную задачу, забыв о существовании соседних строк.
Морфологические карты предназначены для стимулирования творческого мышления и гарантирования того, что ни одно новое возможное решение задачи не будет упущено. Преимущество этого метода состоит в том, что для заполнения карты требуется мало времени. Однако следует иметь в виду, что количество комбинаций очень быстро возрастает по мере увеличения числа функций и решений, удовлетворяющих их (например, карта 10 х 10 дает 10 млрд. решений задачи). Поэтому, для того, чтобы число технических решений систем было достаточно малым для последующего анализа, важно оставаться на уровне принципиальных частичных решений, опуская незначительные вариации. Кроме того, желательно, чтобы частичные решения включали только практически осуществимые, а не все возможные.
На этом этапе разработчику приходится хорошенько покопаться в литературе, поразмыслить самому, ознакомиться с существующей практикой, перечнями изобретений и другими потенциальными источниками альтернативных средств осуществления каждой функции. В высшей степени полезным для развития творческих способностей студентов является использование следующих эвристических приемов интенсификации подсознательной мыслительной деятельности:
1. Неология (принцип переноса). Этот прием заключается в использовании разработчиком процессов, конструкций, материалов, - новых для данной отрасли техники, т.е. использование передового отечественного и зарубежного опыта данной, смежных или других отраслей.
2. Адаптация. Этот прием заключается в приспособлении проектировщиком известных процессов, конструкций, форм, материалов и их свойств к конкретным данным условиям.
3. Мультипликация (от латинского «умножение») заключается в умножении функций и элементов системы, причем умноженные системы остаются подобными друг другу, однотипными. На принципе мультипликации строятся приемы, связанные с увеличением характеристик систем и с их уменьшением. Перфорированные, гофрированные, цепные, многоковшовые, многоэтажные конструкции - все это мультипликация.
4. Дифференциация - разделение функций и элементов системы. При этом ослабляются функциональные связи между элементами системы, повышается степень свободы их взаимоперемещения, разносятся элементы производства, конструкции и рабочие процессы в пространстве и во времени.
5. Интеграция - объединение, совмещение, сокращение или упрощение функций, форм элементов и системы в целом. Диапазон приемов интеграции широк - от простейших видов соединения, смешивания до высших форм сращивания, симбиоза технических систем с живыми организмами. Система может объединять два, три, четыре и более исходных элементов в различных комбинациях - старое со старым, старое с новым, новое с новым. Примеры интеграции: дизель-генератор, централизованная смазка, единая система управления.
6. Импульсация охватывает группу методов и приемов, главная особенность которых связана с прерывностью протекающих процессов (пропадает и возникает форма, объем, импульсами возникают и изменяются масса, усилия, энергетические или другие характеристики). Примеры импульсации: закрепление деталей включением электромагнитов, взвешивание гирями, различные виды возвратно-поступательных действий, взрывные устройства и др.
7. Динамизация предполагает, что характеристики, параметры элементов системы или всей системы должны быть изменяющимися и оптимальными на каждом этапе процесса или на новом режиме. Изменения могут происходить как в ходе процесса (например, адаптирующиеся рабочие органы), так и до его начала (аккумулирование энергии), но они должны происходить постоянно.
Вводя движение, мы отказываемся от неподвижности. Останавливая систему, мы отказываем ей в движении. Применяя динамизацию, мы отказываемся от пульсации и наоборот. Дело не просто в движении предмета или в его остановке, а в отказе одного принципа в пользу антипода.
8. Инверсия заключается в обращении функции, формы и расположения элементов и системы в целом. Примеры инверсии: отказ от традиционной естественной формы (некруглые валы), обращение вреда в пользу, отказ от требуемой твердости и жесткости; введение охлаждения вместо предполагаемого нагрева; усиление вредного фактора до такой степени, чтобы он перестал быть вредным (усиление шума до ультразвука); устранение вредного фактора в результате сложения с другим вредным фактором (глушение шума шумом, сдвинутым по фазе); перевертывание «вверх ногами»; выворачивание «наизнанку»; замена дорогой долговечности дешевой недолговечностью.
9. Аналогии заключаются в отыскании (использовании) сходства, подобия различных систем (предметов и явлений) в техническом творчестве. Наиболее крупными разновидностями ее являются техническая, биологическая аналогия и аналогия образов.
Техническая аналогия ведет к взаимообогащению различных отраслей техники: решения переносятся из военной сферы в производственную, из производственной в бытовую и наоборот. Например, детский волчок был прообразом современных гироскопических приборов.
К биологической аналогии могут быть отнесены приемы антропоморфизации (подобие человеку в целом или его части, например, руке - одноковшовый экскаватор), мимикрии (маскировочные приемы), регенерации, протезирования и др.
Образная аналогия базируется на образно-художественном мышлении и широкой научно-технической эрудиции. Так, образ качающейся люстры Пизанского собора привел Г. Галилея к мысли о создании маятника для измерения биения пульса.
10. Идеализация заключается в представлении идеального решения, от которого следует отталкиваться. Идеализация в технике - это бесконечное увеличение или уменьшение длины, ширины, площади, объема, формы, массы, что может быть достигнуто путем компенсации массы системы при присоединении к другим системам, обладающим подъемной силой, самоподдерживание системы за счет аэродинамических и других подобных сил (магнитные подшипники).
Идеальная машина может обладать массой, объемом, площадью, но это одновременно та масса, объем и площадь, с которыми она работает (обрабатывает, транспортирует и т.д.). Машина в идеале должна обслуживать себя (вспомогательные, ремонтные функции, например, выполняют автоматизированные системы с авторегулятором, автоподналадкой). Стоимость машины должна быть близкой к нулю. В качестве примера системы, близкой к идеальной, можно назвать взрывные заклепки, внедрение которых резко изменило характер считавшейся ранее трудной работы клепальщиков.
Применение эвристических приемов обеспечивает получение максимального количества разновидностей элементов ТР и их признаков от одного или нескольких исходных прототипов.
В конце этого этапа необходимо получить заполненную морфологическую карту желательно в виде схем частичных решений с кратким текстовым пояснением. В табл.1 приведен пример морфологической карты поиска новых технических решений асфальтоукладчика, построенной для четырех вспомогательных функций.
Если из каждой строки такой карты взять по одному (любому) частичному решению, то получим одно из возможных технических решений асфальтоукладчика. Например, машина, оборудованная гусеничным движителем (А1), шнеками (Б1), виброплитой (В1) и обогреваемой выглаживающей плитой (Г1), является традиционным решением асфальтоукладчиков американской фирмы "Блау-Нокс". Общее же число вариантов асфальтоукладчика, содержащихся в морфологической карте и отличающихся друг от друга хотя бы одним признаком, определится как результат перемножения чисел вариантов частичных решений в каждой строке (для нашего примера морфологической карты: 4x4x5x2 = 160).
Таблица 1
Пример морфологической карты поиска новых технических решений асфальтоукладчика
| Вспомогательные функции | Частичные решения | ||||
| А. Передвижение в рабочем и транспортном положениях | Гусеничный движитель | Пневмоколесный движитель | Колесно-рельсовый движитель | В прицепе к автосамосвалу | |
| Б. Распределение асфальтобетонной смеси по ширине строящегося покрытия | Шнеки | Лопасть с поперечными возвратнопоступательными движениями | Бункер бездонный с поперечными возвратно-поступате-льными движениями | Металлический конвейер и сбрасывающая тележка | |
| В. Уплотнение афальто-бетон-ной смеси | Виброплита | Вибровалец с продольным движением | Вибровалец с поперечным возвратно-поступательным движением | Пневмокатки | Виброплита с ультразвуковым возбудителем колебаний |
| Г. Выглаживание поверхности уложенного слоя | Обогреваемая плита | Обогреваемые металические ролики |
Этап 5. Анализ технических решений
Положительный эффект от применения современных методов стимулирования творческого процесса заключается в том, что они, во-первых, заставляют разработчика в процессе поиска выйти за пределы привычного круга мыслей и, во-вторых, защищают от искушения ухватиться за первую попавшуюся идею, которая придет ему в голову. Однако, в этом случае разработчик вырабатывает множество решений,- слишком большое для того, чтобы его можно было исследовать медленным способом сознательного осмысливания.
Разработчик в подобной ситуации вынужден либо отказываться от использования методов стимулирования творческого процесса, либо корпеть над невыполнимой задачей всестороннего анализа каждого отдельного варианта. Выходом из создавшегося положения является разработка стратегии сокращения поля возможных решений инженерной задачи до единственного творческого решения с минимальными затратами времени и средств (т.е. разработка плана
анализа и принятия решения).
Рациональный план анализа технических решений включает в себя следующий перечень последовательных действий:
П15 - составить перечень обязательных требований к качеству выполнения каждой частичной функции;
П25 - исключить из морфологической карты варианты частичных решений, не удовлетворяющие обязательным требованиям;
П35 - составить матрицу парных сравнений и проверить оставшиеся частичные решения на совместимость;
П45 - перечислить все комбинации частичных решений, не опасаясь их несовместимости.
Для любой нормально работающей технической системы (см. ниже, разд