Алгоритм решения изобретательских задач

Для формулировки всех ее звеньев, прежде всего, выявляют, чем не устраивает "задачедателя" данная система (поверхностное противоречие - ПП), и что в ней плохого (нежелательный эффект). Какие надо предъявить к системе требования. 

Так определяется углубленное противоречие (УП). Затем  систему представляют таким образом, что в ней отсутствует нежелательный эффект, но сохраняются имеющиеся положительные качества. Результатом такого представления системы является формулировка идеального конечного результата - ИКР. После сравнения существующей ситуации и ИКР выявляют помехи к достижению идеального результата, ищутся причины возникновения помех и определяют противоречивые свойства, предъявляемые к определенной части системы (оперативной зоны), не удовлетворяющие требованиям ИКР. Таким образом, формулируется обостренное противоречие (ОП), которое и представляет собой точную формулировку задачи. 

Последовательность, описанная выше характерна для основных модификаций АРИЗ. Развитие АРИЗ идет в направлении формализации и  детализации описанной последовательности, углубленного использования законов развития технических систем и информационного фонда. Модификация алгоритма решения изобретательских задач АРИЗ-85-В приведена в [4,5][12]. 

Задача 1.11. Радиолокационная станция 

Имеется мощная радиолокационная станция (РЛС) с довольно массивной антенной большой площади. Антенна закреплена на валу, но поворачивается на нем очень редко и потому не имеет привода, а разворачивается вручную. После разворота антенна на валу крепится с помощью фиксирующего устройства и болтового соединения. Усилия для удержания массивной антенны на валу нужны значительные и поэтому приходится болты затягивать достаточно сильно, но из-за сильной затяжки вал деформируется и повернуть его в следующий раз становится практически невозможным. Что делать? 

Поверхностное противоречие (ПП) практически уже  сформулировано при описании исходной ситуации: нужен фиксирующий элемент, исключающий деформацию вала антенны. Нежелательный эффект (НЭ) - деформация вала. 

Углубленное противоречие (УП) - фиксация вала приводит к его деформации. 

Идеальный конечный результат (ИКР) - вал должен фиксироваться, но не деформироваться. 

Обостренное противоречие (ОП) - фиксирующий элемент должен быть твердым, чтобы фиксировать, и  мягким, чтобы не деформировать. 

Решение - вал удерживается в легкоплавком веществе, которое расплавляется при развороте. В изобретении догадались на конце вала сделать поплавок. Тогда в расплавленном состоянии жидкость будет поддерживать антенну и ее будет легче выставлять в новое положение (А.с. № 470 095). 

Задача 1.12. Лавина 

Найти человека, засыпанного лавиной в горах, очень трудно. Придумано много  активных приспособлений типа передатчиков, которые подают сигнал о том, где  находится засыпанный снегом человек. Но все эти устройства неработоспособны в реальных условиях. Во-первых, мало кто из туристов согласится таскать на себе такой передатчик "на всякий случай". Во-вторых, быстро разряжаются батареи, обеспечивающие его работу, а если на устройстве подачи аварийных сигналов имеется кнопка для включения его в нужный момент, то включить устройство, будучи засыпанным лавиной, обычно невозможно. Как быть? 

ПП - необходимо минимизировать массу устройства для  обнаружения, засыпанного лавиной  человека и сделать его работоспособным  в течение длительного времени. Уменьшение габаритов передатчика сопровождается сокращением энергоемкости и длительности работы - это нежелательный эффект. 

УП - снижение массы  и габаритов передатчика осуществляется за счет уменьшения массы источника  питания, т.е. за счет сокращения времени их непрерывной работы. 

ИКР - передатчик работает без источника питания  сколь угодно длительно. 

ОП - источник питания  должен быть большим, чтобы обеспечить длительность работы передатчика, и  маленьким (нулевым), чтобы не увеличивать  габариты и массу передатчика. Или - источник питания должен быть и его не должно быть. 

Решение - Швейцарская  фирма "Сулаб" предложило устройство, представляющее собой металлический  браслет, который будет выдаваться каждому, кто находится в горах. Браслет представляет собой пассивное приемное устройство, имеющее антенну из металлической фольги, но лишенное источника энергии и передатчика. Антенна из фольги принимает сигналы спасателей, которые имеют мощный передатчик. Его мощность достаточна, чтобы возбудить в браслете ток, как это делается в детекторных приемниках. Ток питает нелинейную цепь, которая удваивает или делит пополам частоту сигнала и передает его при помощи той же самой антенны из фольги. Спасатели слушают отраженный сигнал на удвоенной или половиной частоте и, используя направленную антенну, могут определить, откуда подается сигнал. Система работает постоянно, даже если человек, попавший в лавину, находится без сознания, причем длительность ее работы неограниченна батареи, которая могла бы иссякнуть, просто нет [12]. 

Таким образом, анализ задач по АРИЗ постепенно сужает поле поиска и выявляет диаметрально противоположные физические свойства выбранного объекта. 

Задача 1.13. Нанесение  покрытий

 

Рис. 18. Нанесение  покрытий на металлические поверхности  изделия 

Нанесение покрытий на поверхность металлического изделия происходит путем помещения его в ванну, заполненную горячим раствором соли металла (рис. 18). 

Происходит реакция  восстановления, и на поверхности  изделия оседает металл из раствора (эту реакцию многие наблюдали, когда в раствор медного купороса опускали металлический предмет, который через некоторое время покрывался налетом меди). 

Процесс идет тем  быстрее, чем выше температура. Но при  высокой температуре раствор  разлагается, металл осаждается на стенки ванны, раствор быстро теряет рабочие свойства и через 2-3 часа его приходится менять. До 75% химикатов идут в отходы, тем самым, увеличивая стоимость процесса покрытия. 

Необходимо устранить  эти недостатки, причем процесс покрытия должен остаться прежним (используя реакции восстановления). 

Разбор задачи по основной линии АРИЗ 

Сформулируем  для данной задачи цепочку противоречий и разберем логику АРИЗ. 

1. Поверхностное  противоречие (ПП). 

Сформулируем  для данной задачи два ПП. 

1.1. ПП1: Нужно  уменьшить расход раствора соли металла. 

Нежелательный эффект - анти-А (большой расход соли металла). Требование А - расход (малый) соли металла. 

1.2. ПП2: Нужно  обеспечить быстрое (производительное) покрытие детали металлом. Требование  Б - быстрое (производительное) покрытие детали. 

2. Углубленное  противоречие (УП). 

2.1. УП1: При покрытии  детали в холодном растворе  его мало тратится, но процесс  покрытия происходит слишком  медленно.

А - анти Б. 

Требование А - малый расход соли металла. 

Требование анти-Б  – медленное (не производительное) покрытие детали. 

2.2. УП1: При покрытии  детали в горячем растворе  процесс покрытия происходит  быстро, но много тратится раствора.

Б - анти А. 

Требование Б - быстрое (производительное) покрытие детали. Требование - анти А – большой  расход соли металла. 

3. Идеальный  конечный результат (ИКР). 

Быстрое покрытие детали (Б), при малом расходе раствора (А). 

4. Обостренное  противоречие (ОП). 

Раствор должен быть горячим (свойство С), чтобы обеспечить быстрое покрытие детали (Б), и холодным (анти-С), чтобы расход соли был малым (А).

 

Рис. 19. Местный  нагрев раствора у поверхности изделия  или же изделия 

5. Решение задачи (РЗ). 

5.1. Разделение  противоречивых свойств (ОП) в  пространстве. 

Противоречивые  свойства быть горячим и холодным разделить в пространстве значит - не нагревать весь раствор. Можно производить местный нагрев раствора у поверхности изделия или же самого изделия (рис. 19). 

5.2. Разделение  противоречивых свойств во времени.

 

Рис. 20. Охлаждение раствора 

Производить быстрый  (в идеале - моментальный) нагрев раствора в районе детали или самой детали так, чтобы вся остальная масса раствора не нагрелась. Осуществить такое решение можно, например, сфокусировав на деталь лазерный или плазмотронный луч. Такое решение нами указано, прежде всего, с учебной точки зрения, хотя в некоторых случаях может оказаться полезным. 

5.3. Разделение  противоречивых свойств в структуре. 

Перестройку структуры  можно осуществить, заморозив раствор (вся зона холодная) и опускать в "лед" нагретую деталь (выделенная зона нагрева) (рис. 20).

 

Рис. 21. Перемещение  изделия

 

Рис. 22. Перемещение  изделия и раствора 

В результате простейших преобразований выяснили, что нагревать  лучше деталь, а не раствор или  зону раствора, непосредственно прилегающую  к детали. Казалось бы, задача решена, но как быть в тех случаях, если деталь по технологическим соображениям нагревать недопустимо? Как обеспечить местный нагрев? На этот вопрос простейшие преобразования ответа не дают. Для этого необходимо использовать физические эффекты. 

5.4. Разделение  противоречивых свойств использованием  технологических эффектов. 

5.4.1. Местный  нагрев могут обеспечить токи  высокой частоты (ТВЧ). 
 

5.4.2. Из физики  процесса известно, что интенсивность  покрытия будет увеличена, если  поток будет подвижным (динамизация процесса). 

В связи с  этим необходимо или перемещать деталь (рис. 21), или перемещать раствор или  то и другое вместе (рис. 22). 

Такое решение  представлено в виде а.с. № 186246: "Способ нанесения химических покрытий, например, никель фосфорных или кобальт фосфорных, отличающийся тем, что с целью интенсификации процесса и улучшения прочности сцепления покрытий с металлом изделия, осаждение ведут из холодного проточного раствора при индукционном нагреве деталей токами высокой частоты" [13]. 
 

5.4.3. Кроме того, интенсивность покрытия еще повысится,  если перемещение детали сделать  на микроуровне (закон перехода  на микроуровень). Это можно осуществить,  если деталь колебать с ультразвуковой  частотой.

[править]

Логика АРИЗ 

Логика решения  задач по АРИЗ показывает взаимосвязь элементов в основной линии (1), описанной раньше. 

Поверхностное противоречие (ПП) формулируется или  в виде потребности в появлении  нового свойства или действия "A" (положительного эффекта), или в виде нежелательного эффекта ("анти-B"), который необходимо устранить. 

Поверхностное противоречие (ПП), как мы уже отмечали, чаще всего выражается в виде нежелательного эффекта (НЭ), т.е. параметр или требование "В" в нежелательном, вредном  или недостаточном состоянии, которое  мы обозначим, как "анти Б". Схематически изобразим это так:

ПП (НЭ): анти-Б 

Для определения  углубленного противоречия (УП) выявляем два противоречивых требования, предъявляемых  к системе. Обозначим эти требования буквами "А" и "В". Тогда углубленное  противоречие может быть представлено как потребность в улучшении характеристик, удовлетворяющих требованию "А", которое приводит к недопустимому ухудшению характеристик, удовлетворяющих требованию "В" (появлению требования "анти-B"). Нежелательный эффект заключается в требованиях "В". Или наоборот - улучшение "В" за счет ухудшения А (появления "анти-А").

УП: А - анти-Б  или анти-А - Б 

Формулировка  идеального конечного результата (ИКР) должна быть направлена на устранение нежелательного эффекта ("анти Б") при сохранении положительных требований "А", то есть