Основы
теории решения изобретательских задач
6.3. Стандарты на решение изобретательских задач
Известные типы изобретательских задач решаются использованием, прежде всего типовых решений - стандартов на решение изобретательских задач10. Они представляют собой взаимосвязанный комплекс приемов, физических или других эффектов, имеющих определенную вепольную структуру. Это своего рода формулы, по которым решаются задачи.
Система стандартов состоит из классов, подклассов и конкретных стандартов11. Эта система включает 76 стандартов. Последовательность их построения основана на вепольном анализе и законах развития технических систем. С помощью этой системы можно не только решать, но выявлять новые задачи и прогнозировать развитие технических систем.
Рассмотрим один из стандартов на разрушение вредных связей.
Стандарт указывает, что если два вещества В1 и В2 вредно взаимодействуют между собой, то между ними необходимо вставить третье вещество В3, являющееся их видоизменением В'1 и В'2 или ими же самими В1 и В2. Вепольная структура представлена формулой (6.1). Эту формулу мы рассматривали в разделе "Вепольный анализ" (см. п. 5.5.3).
Задача 6.3. Аппарат для абразивной обработки деталей сложной формы представляет собой коаксиально расположенные две трубы. По внутренней трубе движется воздух, а по наружной - частицы абразива. На конце наружной трубы расположено сопло, формирующее струю абразива (см. рис. 6.13). Сопло быстро изнашивается, и его приходится менять. Как сделать не изнашиваемое сопло?
Обычно стараются сопло делать из более износостойких материалов, но даже и они изнашиваются, а стоимость таких материалов значительно больше.
В данном случае необходимо применить группу стандартов на разрушение вредных связей.
Вепольную структуру можно представить формулой (6.2).
В данном примере В1 - сопло, В2 - абразив, П - струя воздуха.
В соответствии со стандартом в качестве В3 мы должны выбрать абразив, воздух, сопло или их видоизменения.
Чаще всего в качестве третьего вещества используют вещество инструмента (рабочего органа), особенно, если его много.
Инструмент в нашей задаче - струя абразива (абразив и воздух).
Опишем некоторые из возможных решений12.
Таким образом, имеется два направления решения:
1. Сопло должно удерживать на внутренней поверхности частицы абразива
1.1. Частички удерживаются с помощью вакуума.
Пример 6.23. Сопло представляет собой сетку, на которой создается отсос (вакуум). Частички абразива притягиваются к сетке (рис.6.14)13. Теперь сопло (сетка) "защищены" частичками абразива. Когда эти частички изнашиваются, на их месте появляются новые из потока.
На рис. 6.14 обозначено:
1 - корпус,
2 - воздушное сопло,
3 - вставка (выполнена из сетки),
4 - втулка,
5 - гайка,
6 - камера разряжения,
7 - трубопровод,
8 - канал,
9 - смесительная камера.
Вакуум в данном изобретении создается за счет имеющегося потока воздуха. Для этого сделан канал 8. Схема действия этого физического явления показана на рис. 6.15. Поток газа или жидкости, походящий перпендикулярно концу трубки создает в ней отсос (вакуум).
1.2. Частички удерживаются с помощью магнитного поля.
Пример 6.24. Абразив может быть выполнен ферромагнитным, например, спечен с ферромагнитными частицами. Сопло выполняется магнитным. Частички притягиваются к соплу. Остальное аналогично п.1.1.
1.3. Частички удерживаются за счет сил гравитации и трения.
Пример 6.25. В сопле могут быть сделаны "кармашки" 10 для абразива14 (рис.6.15). Тогда струя абразива будет тереться о частицы застрявшего абразива, и застрявшие частицы будут предохранять сопло от истирания (рис. 6.16).
Остальное аналогично п.1.1.
2. Частички абразива не должны допускаться к стенкам сопла или отталкиваться от него.
Пример 6.26. В стенках сопла имеются направляющие для сжатого воздуха. Они расположены тангенциально с наклоном к выходу сопла (рис.6.17).
Через направляющие подается сжатый воздух, который отталкивает частички абразива от стенок сопла.
Кроме того, струи воздуха закручивают поток абразива и формируя струю. При определенной конструкции и давлении воздуха, можно отказаться от основной струи воздуха.
Пример 6.27. Проще всего поменять местами воздух и абразив (рис.6.18).
Проиллюстрируем этот стандарт еще одной задачей.
Задача 6.4. При движении судна на подводных крыльях, на крыле, вследствие кавитации15, образуется эрозия (разъедание материала) и крыло теряет свою эффективность (рис.6.19). Как быть?
Задача имеет туже вепольную структуру (6.2), что и в предыдущей задаче.
Где
В1 - крыло, В2 - вода, П - движение.
В качестве В3 мы можем выбрать воду или ее видоизменения.
Пример 6.28. В качестве видоизменения воды выберем лед.
Для предупреждения кавитационной эрозии гидродинамических профилей, например, подводных крыльев, защитный слой создают непрерывным намораживанием на поверхности корки льда (рис. 6.20). По мере ее разрушения от кавитации, толщину защитного слоя поддерживается в установленных пределах, исключающих оголение поверхности и ее эрозию под действием кавитации16.
Пример 6.29. В качестве другого видоизменения воды выберем пар.
Крыло будем нагревать (рис. 6.21). Вокруг него будет образовываться паровой пузырь (паровая каверна). Каверна позволит не только предохранить крыло от эрозии, но и позволить уменьшить сопротивление движению крылу в воде.
Пример 6.30. Может быть использована сама вода. В крыле можно сделать сквозные вертикальные каналы (рис. 6.22).
За счет разности давлений на верхней Р1 и нижней Р2 поверхностях крыла вода поднимается по каналам и обтекает крыло "смывая" кавитационные пузыри.
Пример 6.31. Можно на поверхности крыла сделать лунки
(рис. 6.23). Поток воды будет закручиваться в них, и образуемый слой воды не будет допускать кавитационные пузыри к поверхности крыла.
В качестве В3 по формуле (6.2) можно выбирать В1, В2 или их видоизменения В'1 и В'2. Пока мы показали только некоторые использования В2 и его видоизменений В'2. Рассмотрим, как можно применить В1 (крыло) и его видоизменения В'1.
Пример 6.32. Можно изменить форму крыла, так чтобы кавитационные пузыри образовывались только на задней кромке крыла и потоком воды выносились за его пределы. Таким образом, всхлапывание пузырей будет происходить не на крыле (рис. 6.24).
Пример 6.33. Можно изменить форму крыла, так чтобы оно само создавала воздушную каверну. Это осуществляется за счет создания суперкавитации. Передняя часть крыла делается тупой. Возникает удар, который разбивает поток воды, и он как бы обходит крыло (рис. 6.25).
Пример 6.34. Такое же решение применяется в быстро идущих торпедах (рис. 6.26). Они делаются "тупорылыми" или к ним на нос приделывается специальная "тарелка", которая создает суперкавитацию и вода как бы расступается.
Рассмотрим группу стандартов на обнаружение. Один из них гласит:
Если нужно сравнить объект с эталоном с целью выявления отличий, то задача решается оптическим совмещением изображения объекта с эталоном или с изображением эталона, причем изображение объекта должно быть противоположно по окраске эталону или его изображению.
В качестве противоположных цветов могут быть взяты: белый - черный, желтый - синий, красный -синий, красный - желтый и т.д.
Задача 6.5. Астрономы наблюдают за звездным небом. С определенной периодичностью делают снимки участков неба. Чтобы обнаружить появление новой звезды на небе снимки сравниваются. На снимке тысячи звезд и сравнивать снимки достаточно сложно. Как упростить этот процесс?
Пример 6.36. Сравнение производят путем наложения негативной и позитивной изображений.
Одну из сравниваемых фотографий (пленку или фотопластину) берут "позитив", а другую "негатив (рис. 6.27) . При их совмещении будет виден только новый объект на звездном небе17.
