Алгоритм решения изобретательских задач

Колесные пары железнодорожных вагонов или  локомотивов изнашиваются, и время  от времени их надо приводить в  порядок - обтачивать в строгом соответствии с железнодорожными требованиями. Это делается по традиционной схеме: колеса выкатывают из-под вагонов или тепловозов, ставят на огромные токарные станки и обрабатывают. 

Специального  оборудования на ремонтных заводах  для этого недостаточно. Поэтому  многие вагоны и тепловозы простаивают, дожидаясь "своей очереди". Кроме того, тратится много времени и сил для снятия и установки колес. 

Как более производительно  и с меньшей затратой сил обтачивать колеса с имеющимся оборудованием? 

Задача 1.21. Утечка нефти 

В последние годы участились аварии танкеров, в результате которых происходят большие потери нефти, и огромные поверхности морей загрязняются ею. 

Как при аварии избежать утечки жидкого груза из танков? 

Задача 1.22. Снятие пружины с оправки 

Обычно пружины  изготавливают на токарном станке путем навивки на стержне, который называется оправка. Чтобы пружина была качественная (витки одинакового диаметра) ее нужно плотно навивать на оправку, но при этом пружину трудно снять с оправки. Ситуация усложняется если пружины квадратного или шестигранного сечений. 

Обычно оправку  выбивают, ослабляют пружину или  навивают пружину неплотно. 

При этом тратится много времени, нужно использовать специальный инструмент, портится оправка  или пружина с самого начала сделана  не качественно. 

Как быть? 

Задача 1.23. Маховик 

Маховики используется, как аккумуляторы энергии. Чем больше их диаметры и масса, тем больше энергии  они аккумулируют, но чем больше диаметр и скорость вращения, тем  больше силы разрыва маховика. Как  быть? 

Задача 1.24. Растяжение арматуры 

Для изготовления напряженного (сжатого) железобетона арматуру растягивают, закрепляют в форме  и заливают бетоном. После того как  бетон "схватился" (застыл), концы  арматуры освобождают. Арматура укорачивается  и сжимает (напрягает) бетон. 

Сначала арматуру растягивали с помощью гидродомкратов. Впоследствии с помощью более  простого и надежного способа  – электронагрева. Арматура нагревается  и удлиняется. Пока напряжения в  бетоне требовались не очень большие, использовали арматуру из менее прочной стали. Необходимые удлинения в ней создавались нагревом на 350-400°С. Затем потребовался железобетон с большими напряжениями. Стали применять арматуру из более прочной стали. Для удлинения этой арматуры на расчетную величину ее требовалось нагреть до 700°С. Но нагрев выше 400°С приводит к потере высокопрочных механических свойств арматуры. Даже кратковременный (импульсный) нагрев недопустим. Применять проволоку из жаропрочной стали слишком дорого. Как быть? 

Задача 1.25. Торможение танкера 

У крупных современных танкеров тормозной путь составляет несколько километров. В связи с этим возрастает вероятность попадания таких судов в аварию. 

Что только не предпринимают, чтобы сократить тормозной путь:

реверс винта,

поворот руля на 90°,

тормозные парашюты – все мало эффективно. 

Каким способом можно сократить тормозной путь крупных танкеров? 

Задача 1.26. Окраска  баллончиков 

Завод выпускает  большое количество пластмассовых  изделий (баллончиков) цилиндрической формы. Их необходимо красить. Внесение краски в полимер невозможно, поэтому изделия покрывают снаружи с помощью краскопульта (распылителя). Для более равномерной окраски цилиндр поворачивают вокруг своей оси. 
 

Если распылитель  отрегулировать на минимальный режим, то легко уловить момент, когда  на баллончик будет нанесен нужный слой, но при этом процесс значительно замедляется, а, следовательно, снижается производительность. Применение электростатического способа в данном случае исключено. 

Как сделать  процесс окраски качественным и  производительным? 

Задача 1.27. Разлив металла 

Разлив жидкого  металла из ковша осуществляется из донного отверстия под действием  гравитации (рис. 1.20). 

Такой разлив осуществляется неравномерно, так как зависит  от высоты столба жидкого металла (от гидростатического напора). Как сделать разлив равномерным? 
 

Задача 1.28. Абразивная обработка 

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. 1.21). 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. 

1.29. Подводное  крыло 

При движении судна  на подводных крыльях, на крыле, вследствие кавитации , образуется эрозия (разъедание материала) и крыло теряет свою эффективность (рис.1.22). Как быть? 

1.30. Нить для платья 

Моды постоянно  меняются, и вот пришла мода делать платья из большого количества кусков материалов различного цвета или  из материалов с разноцветными рисунками. 

Но как подобрать  цвет нитки, чтобы шов не был виден?

[править]

Разбор задач по основной линии АРИЗ 
 

Задача 1.18. Шаровая  молния (продолжение). 

1. Поверхностное  противоречие (ПП). 

ПП: Нужно не допустить порчу камеры. Нежелательный  эффект – анти А (порча камеры). Требование А – качество камеры (камера не испорченная). 

2. Углубленное противоречие (УП). 

2.1. УП1: Если мощность  электромагнитного поля большая,  то создается нужная (мощная) шаровая  молния, но при этом портится  камера. 

Б – анти А. Требование Б – мощная шаровая молния. Требование анти А – порча камеры. 

2.2. УП2: Если мощность электромагнитного поля маленькая, то не портится камера, но шаровая молния не мощная (не нужная). 

А – анти Б. Требование А – камера не испорченная. Требование - анти Б – слабая шаровая молния. 

3. Идеальный  конечный результат (ИКР). 

Мощная шаровая молния (Б) и камера не испорченная (А). 

4. Обостренное  противоречие (ОП). 

4.1. ОП1:Мощность  электромагнитное поле должно  быть большой (свойство С), чтобы  обеспечить мощную шаровую молнию (Б), и должно быть малой (анти  С), чтобы не испортить камеру (А). 

Продолжим дальше анализ для определения первопричин 

4.2. ОП2: Большая  мощность электромагнитного поля (свойство С) делает более горячую  плазму – шаровую молнию (свойство  С1), малая мощность электромагнитного  поля (свойство анти С) делает  менее горячую плазму (свойство анти С1). 

4.3. ОП3: Более  горячая плазма (свойство С1) становиться  менее плотной (свойство С2), менее  горячая плазма (свойство анти  С1) более плотная (свойство анти  С2) 

4.4. ОП4: Менее  плотная плазма (свойство С2) более  легкая (свойство С3), а более плотная (свойство анти С2) менее легкая (свойство анти С3). 

4.5. ОП5: Более  легкая плазма (свойство С3) всплывает  (свойство С4) и портит камеру, а более плотная (свойство анти  С3) не всплывает (свойство анти  С4)и не портит камеру, но она  не нужна по эксперименту. 

4.6. Чтобы плазма  не всплывала (свойство анти  С4) нужно на нее воздействовать (свойство анти С5), и чтобы плазма  всплывала (свойство С4) не нужно  на нее воздействовать (свойство  С5) 

4.7. Краткая формулировка: 

Воздействие на плазму должно быть и не должно быть. 

5. Решение задачи (РЗ). 

5.1. Разделение  противоречивых свойств (ОП) в  пространстве. 

Воздействие на плазму должно быть со стороны стенок камеры (в центр камеры). 

5.2. Разделение  противоречивых свойств (ОП) во  времени. 

Воздействие должно быть во все время существования горячей плазмы. 

5.3. Разделение  противоречивых свойств (ОП) в  структуре. 

Воздействие создается  полем, поэтому необходимо говорить о структуре поля воздействия  на плазму (шаровую молнию). 

Напомним, что  плазма плавает в гелии и плазма легче гелия. В соответствии с законом Архимеда плазма всплывает. Значить структура поля, должна быть такой, чтобы компенсировать силы Архимеда. Для компенсации Архимедовых сил используют крыло и поток или центробежные силы. У нашем случае нет потока, да и крыло в плазме сгорит. Значит нужно использовать центробежные силы. 

Контрольный ответ. П.Л.Капица предложил завертеть газ, придавая ему непрерывное вращение, которое осуществлялось воздуходувками, хорошо знакомые всем по домашнему пылесосу. Впрочем, именно домашний пылесос и был использован на первых порах . 

Задача 1.19. Запайка  ампул (продолжение). 

Сформулируем  для данной задачи цепочку противоречий и разберем логику АРИЗ. 

1. Поверхностное  противоречие (ПП). 

Сформулируем  для данной задачи два ПП. 

1.1. ПП1: Нужно  ликвидировать порчу лекарства  в ампулах. Нежелательный эффект  – анти А (испорченное лекарство). Требование А – хорошее лекарство. 

1.2. ПП2: Нужно  запаять ампулы. Требование Б  – запайка ампул. 

2. Углубленное  противоречие (УП). 

2.1. УП1: Если язычок  пламени большой, то ампула  запаивается, но при этом портится  лекарство. 

Б - анти А. Требование Б – запайка ампул. Требование анти А – испорченное лекарство. 

2.2. УП2: Если язычок  пламени маленький, то не портится  лекарство, но ампула не запаивается. 

А - анти Б. Требование А - хорошее лекарство. Требование - анти Б – не запаивается. 

3. Идеальный  конечный результат (ИКР). 

Запайка ампул (Б) без порчи лекарства (А). 

4. Обостренное  противоречие (ОП). 

4.1. Пламя должно  быть большим (свойство С), чтобы обеспечить запайку ампул (Б), и должно быть малым (анти С), чтобы не испортить лекарство (А). 

4.2. Краткая формулировка: 

Пламя должно быть (свойство С), чтобы обеспечить запайку  ампул (Б), и не должно быть (анти С), чтобы не испортить лекарство (А). 

5. Решение задачи (РЗ). 

5.1. Разделение  противоречивых свойств (ОП) в  пространстве. 

Пламя должно быть большое в верхней части, и  должно быть маленьким в нижней части (рис. 1.20). 

Верхняя часть  пламени должна быть, а нижней части пламени не должно быть (рис. 1.21). 

5.2. Разделение  противоречивых свойств (ОП) во  времени. 

Пламя подается импульсами горизонтально. 

5.3. Разделение  противоречивых свойств (ОП) в  структуре. 
 

Используем фазовые  переходы структуры. Сейчас около ампулы газ, значит, его нужно сделать или твердым или жидким. 

Контрольный ответ. Мы можем налить воды в кассету, выше уровня лекарства (рис. 1.22). 
 

Задача 1.20. Колеса вагонов (продолжение). 

1. Поверхностное  противоречие (ПП). 

ПП: Обточка колес  требует снятия и последующего установления колесной пары на что тратится много времени, сил и средств. Нежелательный эффект – анти А (снятие колес). Требование А – колеса не снимаются. 

2. Углубленное  противоречие (УП). 

2.1. УП1: Если обточку  производить на токарном станке, то колесную пару нужно снимать, но при этом колеса обрабатываются удобно и точно. 

Б – анти А. Требование Б – удобство и точность обработки. Требование анти А – колеса снимаются. 

2.2. УП2: Если обточку  производить не на токарном  станке (на вагоне), то колесную пару не нужно снимать, но при этом непонятно как обрабатывать колеса и обработка не удобная и не точная.