НЕСКОЛЬКО УЧЕБНЫХ ЗАДАЧ (1)
[1] [2] [3] [4]НЕСКОЛЬКО УЧЕБНЫХ ЗАДАЧ
Задачу о ледоколе мы решили «в обход»: на первой же стадии решения цель была изменена. Возьмем теперь задачу о дождевателе и рассмотрим такой случай, когда цель не меняется.
Чтобы не было соблазна идти обходными путями, начнем с шага 2-3, а все предшествующие шаги заменим краткой патентной информацией.
Решение задачи 2
Основная тенденция в развитии самоходных дождевальных агрегатов - увеличивать длину крыльев1. Чтобы несколько уменьшить консольную нагрузку на крылья, их снабжают опорными тележками с колесами. Так, например, устроен агрегат по патенту ФРГ № 1068940 (рис. 25, а). В английском патенте № 778716 крылья выполнены в виде шпренгельных (принцип дробления!) ферм (рис. 25, б). К сожалению, опорные тележки не избавляют от необходимости делать крылья жесткими и, следовательно, тяжелыми. Не случайно патент АРЕ № 2698 предусматривает самоходные опорные тележки. Круг, таким образом, замыкается: конструкция вновь усложняется.
Попробуем найти лучшее решение.
2-3. Дана система, состоящая из тележки, крыльев и расположенных на них распылителей воды. Увеличение длины крыльев сильно утяжеляет систему.
2-4. В принципе можно менять все элементы* тележку, крылья и распылители. Но если мы решаем прямую задачу (увеличение размаха крыльев), тележка и распылители должны остаться неизменными Поэтому
а - крылья.
Рис. 25. Основная тенденция развития самоходных дождевальных агрегатов - увеличение длины крыльев: а - агрегат по патенту ФРГ № 1068940; б - в английском патенте № 778716 крылья сделаны в виде шпренгельных шарнирных ферм.
б) -тележка и распылители.
2-5. Крылья.
3-1. Крылья при поливе сами держатся над полем (при размахе в 200-300 м).
3-2. См. рис. 26.
3-3. Не выполняют требуемого действия «лишние» участки крыльев АБ и ВГ.
3-4. а) Нам надо, чтобы АБ и ВГ сами держались над землей.
б) Мешает вес этих частей.
в) Части АБ и ВГ должны что-то весить (это части конструкции) и в то же время веса у них не должно быть.
3-5. Части АБ и ВГ будут держаться над землей, если мы предельно уменьшим их вес (как в задаче о ледоколе предельно уменьшали ширину взаимодействующей со льдом части) или как-то уравновесим крылья.
3-6. Облегчение крыльев - путь, ведущий к надувным конструкциям. Этот путь рассмотрен в условиях задачи. Остается уравновешивание: к частям АБ и ВГнадо приложить силы, равные по величине силе веса этих частей и противоположные по направлению. Силы могут быть аэродинамические (у нас крылья), гидродинамические и т. д.
Рис. 26. К задаче 2, шаг 3-2: крылья сами себя держат гидрореактивной силой подаваемой в распылители воды.
3-7. Аэродинамические силы в данном случае малы.
Чтобы крылья сами себя держали, целесообразно использовать гидрореактивную силу подаваемой в распылители воды.
Напор воды в гидросистеме (23 м на концах крыльев) достаточен для самоподдержания леек. Расчет показывает, что легкая гидросистема может сама себя поддерживать и передвигать. Но даже если гидрореактивной силы было бы недостаточно, следовало хотя бы частично облегчить крылья. Пусть в нерабочем положении эти легкие крылья будут опущены вниз. При поливе гидрореактивная сила поднимет концы крыльев.
* * *
Алгоритм не избавляет изобретателя от необходимости думать. Одна и та же задача может быть решена на разных уровнях - в зависимости от индивидуальных качеств изобретателя. Проследим это на примере.
Задача 6
При горных работах раньше производили последовательные взрывы десяти зарядов в течение двух минут. Оператор успевал замыкать контакты цепи с электродетонаторами вручную. Но при новой организации горных работ необходимо за 0,6 сек. последовательно включить 40 контактов, причем промежутки между взрывами неравны и каждый раз меняются. Например, взрыв № 2 должен следовать через 0,01 сек. после взрыва № 1; взрыв № 3 - через 0,02 сек. после взрыва № 2 и т. д. В другой раз взрыв № 2 должен произойти через 0,03 сек. после взрыва № 1 и т. д. График включения желательно выдержать с точностью до 0,001 сек.
Нужен предельно простой, надежный и точный способ включения.
Решение задачи 6
3-3. Дана система из 40 пар проводов (контактов) и 40 «замыкалок» (или одной подвижной «замыкалки»). Трудно замыкать контакты по графику.
(Электродетонаторы не входят в рассматриваемую систему Надо замыкать контакты, а куда идет ток - безразлично.)
2-4. а) «Замыкалка». б) Контакты. (В условиях данной задачи контакты - это просто концы проводов, которые надо замкнуть. Менять провода мы не можем: все равно будет что-то, проводящее ток А вот «замы-калку» можно менять как угодно. Если мы отнесем к «б» оба элемента - контакты и «за-мыкалку»,- объектом станет внешняя среда. На шаге 3-3 выделится часть этой среды то, что находится между контактами. И дальнейшее решение совпадет с тем случаем, когда выбрана «замыкалка».) 2-5. «Замыкалка».
3-1. «Замыкалка» сама соединяет контакты точно по графику.
3-2. См. рис. 27.
3-3. Не может осуществлять требуемого действия подвижная часть «замыкалки».
3-4. а) Нам надо, чтобы «замыкалка» сама передвигалась по графику.
б) «Замыкалка» не может передвигаться без применения каких-то сил.
в) Для передвижения «замыкалки» нужны силы, а мы хотим, чтобы «замыкалка» двигалась сама, т. е. без наших усилий.
3-5. «Замыкалка» будет двигаться сама, если в ней самой появятся силы.
3-6 Если силы появляются сами - это естественные силы.
3-7. Простейший случай движения под действием естественных сил - падение. «Замыкалка» должна двигаться под действием силы тяжести. Это обеспечит движение по определенному закону, т. е. по графику.
3-8 В трубке создан вакуум. Падает груз и замыкает контакты. Переналаживание легко осуществляется, если в трубке много контактов и можно подключаться к тем, которые нужны.
Рис 27 К задаче б, шаг 3-2 «замыкалка» должна двигаться сама, без участия человека
Сопоставим это с решением по авторскому свидетельству № 189597: «Устройство для установления заданных промежутков времени, отличающееся тем, что с целью повышения точности измерений при записи сейсмограммы оно выполнено в виде стержня с расположенным на нем грузом, замыкающим во время падения контакты, соединенные с электродетонаторами».
Такие ответы учебных задач, защищенные авторскими свидетельствами и отражающие современный уровень творческой мысли в данной области, мы будем называть контрольными ответами.
Смысл изучения АРИЗ, конечно, не в том, чтобы научиться находить контрольный ответ. Решить учебную изобретательскую задачу - значит, дать ответ, не очень отличный от контрольного (на первых этапах обучения), сходный с ним или превосходящий его (на завершающих этапах обучения)
Задачу 6 можно было решить чисто конструкторским путем (например, используя цепи с линиями задержки), но при этом не удалось бы совместить предельную простоту с требуемой точностью Контрольный ответ соответствует второму уровню перебрав несколько десятков вариантов, к нему можно было прийти и без АРИЗ.
Попробуем теперь усложнить задачу. Это даст нам возможность в большей мере использовать АРИЗ.