НЕСКОЛЬКО УЧЕБНЫХ ЗАДАЧ (1)
[1] [2] [3] [4]Возьмем в качестве прототипа ответ 3-8 на задачу 6. Имеется стеклянная трубка с вакуумом; падает металлический шарик, замыкает введенные в трубку контакты. Недостаток прототипа - нет свободного падения «замы-калки»: шарик все-таки касается контактов и, следовательно, притормаживается.
Как быть?
Если взять 40 трубок разной длины, мы избавимся от трения (контакты будут только на дне), но усложним прибор. Заменить контакты микрокатушками, а шарик- магнитом? Останется трение магнита о силовые линии тока в катушках. К тому же схема сильно усложнится введением усилителя. Ввести световое замыкание? Плохо. Мы снова усложняем схему…
Прибор должен остаться простым, а точность его по сравнению с прототипом должна быть повышена. Задача учебная, поэтому менять ее нельзя; надо обязательно сохранить исходную схему (контакты и падающая «замы-калка»).
Решение задачи 7
2-3. Дана система из вакуумной трубки, контактов и «замыкалки». При падении «замыкалка» трется о контакты.
2-4. а) «Замыкалка», контакты, б) Трубка. (Сейчас, когда мы рассматриваем трение «за-мыкалки» о контакты, оба эти элемента в равной мере могут быть отнесены к «а». Трубку тоже можно менять, но в меньшей степени; у трубки своя функция - держать вакуум.) 2-5. «Замыкалка».
(Можно взять контакты, можно взять «замы-калку-контакты»- в данном случае это безразлично, так как все равно придется рассматривать взаимодействие трущихся частей.) 3-1. «Замыкалка» при падении сама замыкает контакты без трения.
Для замыкания нужно соприкосновение, т. е. трение. ИКР говорит: пусть трение будет без трения! Дикая идея, не так ли?
Здесь возникает сильный психологический барьер, и дальнейший ход решения во многом зависит от индивидуальных качеств изобретателя, прежде всего - от смелости и организованности мышления. Нужно уметь не останавливаться перед барьером, не отступать, не уходить в сторону.
3-2. Итак, шарик должен проходить сквозь контакты без трения! Тут может появиться идея жидкого шарика. Но это решение не годится: жидкость будет испаряться, исчезнет вакуум, нарушится свободное падение.
3-3. Не может выполнить требуемого действия наиболее широкая часть шарика. Его, так сказать, антиталия…
3-4. а)Нам надо, чтобы шарик двигался без трения, т. е. не касаясь контактов.
б) Для замыкания антиталия должна плотно прикасаться к контактам.
в) Для «а» нужно, чтобы шарик двигался; для «б» - чтобы он не двигался…
, 3-5. Значит, шарик должен одновременно двигаться и не двигаться.
Раньше было «трение без трения», теперь «движение без движения»… Подобно тому как перед рассветом усиливается темнота, так и перед выходом к новой идее мысль наталкивается на препятствия, кажущиеся особенно трудными. Мы будем называть это явление предрассветным эффектом. Помните, Максутов подошел к мысли, что приходится усложнять конструкцию. Раньше он останавливался на этом месте (темнота сгущалась, дальше не хотелось думать!). Но в поезде Максутов решил «пофантазировать»: допустил возможность усложнения конструкции и продолжал размышление. И вот оказалось, что усложнение - кажущееся.
3-6. Придется разделить шарик. Пусть одна часть, а именно антиталия, дойдя до контакта, останавливается, а другая часть шарика (все остальное) -продолжает свободное падение.
3-7, 3-8. Сделаем «замыкалку» составной (рис. 28). Верхнее кольцо, дойдя до первой пары контактов, остановится и замкнет первую цепь. Остальная часть «замыкалки» будет при этом продолжать свободное падение: остановка верхнего кольца не отразится на нижних кольцах, гак как при свободном падении верхнее кольцо не давит на нижние кольца Исключено и сдвижение колец в сторону- нет сил, способных вызвать это сдвижение.
Вторая пара контактов выдвинута к оси трубки больше, чем первая пара. На второй паре контактов задерживается второе кольцо, а оставшаяся часть «замыкалки» снова продолжает падение и т. д.
Рис. 28. Каждая пара контактов задержит только «Свое» кольцо.
Прикинем теперь, как будет устроена трубка. Предположим, длина трубки - 3 м (это вполне допустимо по аналогии с прототипом). Первый метр оставим нерабочим: «замыкалка» там только разгоняется. Следующие два метра «замыкалка» в свободном падении пройдет за 0,2 сек. Среднее расстояние между контактами на этом участке: 200 см: 40 = 5 см. Ясно, что число контактов можно существенно увеличить. Подключая цепи к тем или иным контактам, мы сможем реализовать разные графики включения. Средняя скорость движения «замыкалки» 1 м за 0,1 сек. Значит, 0,001 сек. соответствует точность установки контактов в 1 см. А контакты можно легко установить с точностью, в десять раз большей. При диаметре трубки в 80 мм среднее сдвижение контактов к оси трубки-2 мм. «Перезарядка» прибора достигается его переворачиванием. Одновременное сбрасывание всех колец - освобождением нижнего кольца, на котором свободно лежат все остальные кольца.
Итак, мы все-таки получили трение без трения! Найденный принцип значительно шире конкретной задачи. В сущности, мы нашли способ опорного движения без трения об опоры… Решить задачу на таком уровне без АРИЗ - путем перебора вариантов - очень нелегко. Вы можете убедиться в этом, предложив задачу 7 своим друзьям. Помните, что при этом нельзя менять задачу: должна быть усовершенствована исходная схема (с падающим грузом, замыкающим контакты). И еще: условия задачи надо не пересказывать, а давать в письменном виде. Пусть решающий ознакомится с контрольным ответом по задаче 6, а затем прочитает условия задачи 7,
Разобрав несколько задач, которые мы привели, читатель может сделать вывод, что для АРИЗ характерно стремление получить требуемый эффект при минимальных затратах. В задаче 5 мы стремились к тому, чтобы как можно меньше разрушать лед: разрушенный лед сам по себе никому не нужен, это только «плата» за грубый, несовершенный способ движения. В задаче 2 крылья дождевателя держались «сами по себе». В задаче 7 трение было снято простым разделением «замыкалки».
Для обычного инженерного мышления типично другoe: готовность «платить» за полученный эффект. «Нужно опустить эту тяжелую трубу на откос,-думает инженер.Прекрасно. Смонтируем кран, он опустит трубу». Кран - это и есть плата за реализацию действия, требуемого задачей.
Изобретатель думает иначе: «Нужно опустить эту трубу. Ну, что же, надо делать так, чтобы труба как-то сама легла на откос».
Мы привыкли расплачиваться за решение технических задач металлом машин, сложностью электроники и щедрым расходом энергии. АРИЗ вырабатывает привычку платить иной валютой - творческой мыслью. Задача может кричать: «Я совсем простая, меня легко решить, используя известные механизмы!» Но изобретатель все равно должен стремиться найти решение, не требующее машин, механизмов, устройств. Конечно, что-то, в конце концов, придется использовать. Но это «что-то» должно быть обязательно новым и более эффективным.
Посмотрим на конкретной задаче, как это происходит.
Задача 8
В лаборатории намечено провести серию испытаний системы фильтров (например, для двигателей внутреннего сгорания). В ходе испытаний в фильтры вместе с поступающим туда воздухом надо подавать песок, пыль, частицы глины и прочие сыпучие добавки. Для каждого испытания имеется график подачи добавок. Иногда надо подавать только одну какую-нибудь добавку, например, только песок, а нередко требуется одновременно подавать до 24 видов добавок. Каждая добавка подается в свое время по заранее составленному графику, поэтому смешивать добавки и подавать усредненную смесь нельзя. Вес каждой добавки от 0,01 кг до 0,03 кг. Время подачи 10 сек. Потом установку разбирают и исследуют.
Нужно предложить способ подачи сыпучих добавок. Основные требования: простота, точность, легкость переналадки (предполагается проверить сотни разных сочетаний добавок).
* * *
Эта задача была предложена слушателям, только что принятым в Азербайджанский общественный институт изобретательского творчества. Время на решение не ограничивалось, большинство справилось с задачей за
i/2 -2 часа. Все слушатели - 90 человек - подошли к задаче с позиций обычного конструирования; подача порошков осуществлялась различными дозаторами. В нескольких предложениях автоматизация дозировки достигалась использованием ЭВМ!
Вот одно из решений: «К агрегату подведены 24 трубы. Перед каждой трубой вращается приспособление в виде сита. Число дырок в сите соответствует числу точек кривой для данного порошка. Диаметры дырок подобраны так, чтобы в агрегат в одну секунду могло проходить определенное количество порошка. Скорость вращения сит такова, что каждую секунду к трубам подается новое отверстие нужного диаметра». Итак, 24 дозатора - каждый с набором ежесекундно меняющихся диафрагм! Машина громоздкая, не очень надежная (отверстия в диафрагмах и трубки могут забиться) и трудно поддающаяся переналадке.
Через полтора месяца та же задача была вновь предложена слушателям. На этот раз времени на решение потребовалось вдвое меньше - и половина слушателей вышла на уровень контрольного ответа.
Решение задачи 8
Применим оператор РВС.
2-2а. Увеличим количество добавок в 100 раз. Теперь потребуются 2400 дозаторов. Получается слишком гро-* моздкая установка. Дозатор должен быть один и притом самый простой. Но из этого простого дозатора должны независимо идти 2400 порошков…
2-26. Если добавка одна, можно поставить обычный дозатор.
2-2в. Чем меньше время подачи, тем хуже будет работать дозатор. Если вместо 30 сек. в нашем распоряжении всего 0,03 сек., мы просто не успеем отдозировать порошки. Вывод: дозировку надо осуществлять заранее. Главный выигрыш в том, что заранее мы можем дозировать порошки любым способом и без спешки, следовательно, очень точно. Если у нас есть заранее отдозированные порошки (например, разложенные по секундным порциям), то дозаторы не нужны: из двух требуемых действий - отдозировать порошки и подать - остается только второе действие.
2-2г. Допустим, время подачи порошков растянуто
до года. Порошки подаются медленно - крупинка за крупинкой. В этом случае тоже есть смысл отдозировать их заранее, скажем, по недельным порциям.
2-2д. Если допустимая стоимость устройства близка к нулю, устройства нет или почти нет. Собственно, дозатор нам не нужен: мы можем любым - самым дешевым способом отдозировать порошки заранее. Значит, надо как-то избавиться и от подающего устройства.
2-2е. Если расходы на устройство могут быть высокими, попробуем изменить природный элемент системы - порошки. Соединим - хотя бы с помощью клея - каждую крупинку порошка с крупинкой ферромагнитного материала. Теперь подачей порошков очень легко управлять. Правда, неясно, как в нужный момент отделять крупинки порошка от крупинок металла.
Что же нам дал оператор РВС? Одну безусловно подходящую идею - дозировать порошки заранее. И одну дикую, но заманчивую идею: крупинки металла несут и сбрасывают частицы порошка.
Продолжим решение.
2-3. Дана система из фильтров и 24 добавок. Добавки трудно подавать в фильтры по графикам.