Творчество как точная наука. Теория решения изобретательских задач

      3.5. Записать стандартные формулировки физического противоречия.
      а. Полная формулировка: (указать выделенную зону элемента) должна (указать состояние, отмеченное на шаге 3.4 а), чтобы выполнять (указать полезное взаимодействие), и должна (указать состояние, отмеченное на шаге 3.4 б), чтобы предотвращать (указать вредное взаимодействие).
      б. Краткая формулировка: (указать выделенную зону элемента) должна быть и не должна быть.

П р и м е р ы

      а. Наружный слой круга должен быть твердым, чтобы шлифовать изделие, и не должен быть твердым, чтобы приспосабливаться к криволинейным поверхностям изделия.
      б. Наружный слой круга должен быть и не должен быть.
      а. Столб воздуха должен иметь свободные заряды, чтобы “ловить” молнию, и не должен иметь свободных зарядов, чтобы не задерживать радиоволны.
      б. Столб воздуха со свободными зарядами должен быть и не должен быть.
       Часть 4. Устранение физического противоречия
      4.1. Рассмотреть простейшие преобразования выделенной зоны элемента, т. е. разделение противоречивых свойств
      а) в пространстве;
      б) во времени;
      в) путем использования переходных состояний, при которых сосуществуют или попеременно появляются противоположные свойства;
      г) путем перестройки структуры: частицы выделенной зоны элемента наделяются имеющимся свойством, а вся выделенная зона в целом наделяется требуемым (конфликтующим) свойством.
      Если получен физический ответ (т. е. выявлено необходимое физическое действие), перейти к 4.5. Если физического ответа нет, перейти к 4.2.

П р и м е р ы

      Стандартные преобразования не дают очевидного решения задачи 24 (хотя, как мы увидим дальше, ответ близок 4.1 в и г).
      Задача 25 может быть решена по 4.1 б и в.
      Свободные заряды сами появляются в столбе воздуха на начальных этапах возникновения молнии. Молниеотвод на короткое время становится проводником, а затем свободные заряды сами исчезают.
      4.2. Использовать таблицу типовых моделей задач и вепольных преобразований. Если получен физический ответ, перейти к 4.4. Если физического ответа нет, перейти к 4.3.

П р и м е р ы

      Модель задачи 24 относится к классу 4. По типовому решению вещество В2 надо развернуть в веполь, введя поле П и добавив Вз или разделив В2 на две взаимодействующие части. (Идея разделения круга начала формироваться на шаге 3.3. Но если просто разделить круг, наружная часть улетит под действием центробежной силы. Центральная часть круга должна крепко держать наружную часть и в то же время должна давать ей возможность свободно изменяться...) Далее по типовому решению желательно перевести веполь (полученный из В2) в феполь, т. е. использовать магнитное поле и ферромагнитный порошок. (Это дает возможность сделать наружную часть круга подвижной, меняющейся и обеспечивает требуемую связь между частями круга).
      Модель задачи 25 относится к классу 16. По типовому решению вещество В1 должно раздваиваться, становясь то В1, то В2, т. е. столб воздуха должен становиться проводящим при появлении молнии, а потом возвращаться в непроводящее состояние.
      4.3. Использовать таблицу применения физических эффектов и явлении. Если получен физический ответ, перейти к 4.5. Если физического ответа нет, перейти к 4.4.

П р и м е р ы

      Задача 24: по таблице подходит п. 17 - замена «вещественных» связей «полевыми» путем использования электромагнитных полей.
      Задача 25: по таблице подходит п. 23 - ионизация пол действием сильного электромагнитного поля (молния) и рекомбинация после исчезновения этого поля (радиоволны - слабое поле). Другие эффекты относятся к жидкостям и твердым телам, требуют введения добавок или не обеспечивают самоуправления.
      4.4. Использовать таблицу основных приемов устранения технических противоречий. Если до этого получен физический ответ, использовать таблицу для его проверки.

П р и м е р ы

      По условиям задачи 24 надо улучшить способность круга «притираться» к изделиям разной формы. Это адаптация (строка 35 в таблице). Известный путь - использовать набор разных кругов. Проигрыш - потери времени на смену и подбор кругов, снижение производительности: колонки 25 и 39. Приемы по таблице: 35, 28, 35, 28, 6, 37. Повторяющиеся и потому более вероятные приемы: 35 - изменение агрегатного состояния (наружная часть круга «псевдожидкая», из подвижных частиц); 28 - прямое указание на переход к феполю, что и выполнено выше.
      По условиям задачи 25 надо ликвидировать действие молнии - вредного внешнего фактора (строка 30). Известный путь - установить обычный металлический молниеотвод. Проигрыш - появление радиотени, т. е. возникновение вредного фактора, создаваемого самим молниеотводом (колонка 31). В таблице эта клетка пуста. Возьмем колонку 18 (уменьшение освещенности, появление оптической тени вместо радиотени). Приемы: 1, 19, 32, 13. Прием 19 - одно действие совершается в паузах другого.
      4.5. Перейти от физического ответа к техническому: сформулировать способ и дать схему устройства, осуществляющего этот способ.

П р и м ер ы

      Центральная часть круга выполнена из магнитов. Наружный слой - из ферромагнитных частиц или абразивных частиц, спеченных с ферромагнитными. Такой наружный слой будет принимать форму изделия. В то же время он сохранит твердость, необходимую для шлифовки.
      Чтобы в воздухе появлялись свободные заряды, нужно уменьшить давление. Потребуется оболочка, чтобы держать этот столб воздуха при пониженном давлении. Оболочка должна быть из диэлектрика, иначе она сама даст радиотень.
      А. с. № 177 497: («Молниеотвод, отличающийся тем, что с целью придания ему свойства радиопрозрачности он выполнен в виде изготовленной из диэлектрического материала герметически закрытой трубы, давление воздуха в которой выбрано из условия наименьших газоразрядных градиентов, вызываемых электрическим полем развивающейся молнии».
       Часть 5. Предварительная оценка полученного решения
      5.1. Провести предварительную оценку полученного решения.
      Контрольные вопросы
      1. Обеспечивает ли полученное решение выполнение главного требования ИКР («Элемент сам...»)?
      2. Какое физическое противоречие устранено (н устранено ли) полученным решением?
      3. Содержит ли полученная система хотя бы один хорошо управляемый элемент? Какой именно? Как осуществлять управление?
      4. Годится ли решение, найденное для «одноцикловой» модели задачи, в реальных условиях со многими «циклами»?
      Если полученное решение не удовлетворяет хотя бы одному из контрольных вопросов, вернуться к 2.1.
      5.2. Проверить (по патентным данным) формальную новизну полученного решения.
      5.3. Какие подзадачи могут возникнуть при технической разработке полученной идеи? Записать возможные подзадачи - изобретательские, конструкторские, расчетные, организационные.
       Часть 6. Развитие полученного ответа
      6.1. Определить, как должна быть изменена нодсистема, в которую входит измененная система.
      6.2. Проверить, может ли измененная система применяться по-новому.
      6.3. Использовать полученный ответ при решении других технических задач.
      а. Рассмотреть возможность использования идеи, обратной полученной.
      б. Построить таблицу «расположение частей - агрегатные состояния изделия» или таблицу «использованные поля - агрегатные состояния изделия» и рассмотреть возможные перестройки ответа по позициям этих таблиц.
       Часть 7. Анализ хода решения
      7.1. Сравнить реальный ход решения с теоретическим (по АРИЗ). Если есть отклонения, записать.
      7.2. Сравнить полученный ответ с табличными данными (таблица вепольных преобразований, таблица физических эффектов, таблица основных приемов). Если есть отклонения, записать.
       Тип 1. Дан один элемент
      1. Вещество плохо поддается управлению (обнаружению, измерению, изменению); требуется обеспечить эффективное управление.
      а. Общий путь решения задач этого класса - достройка веполя (введение второго вещества и поля).
      б. Для задач на обнаружение и измерение - стандарт 1. Введение второго вещества (например, люминофора, ферромагнетика и т. п.), взаимодействующего с внешним электромагнитным полем):
      
      в. Для задач на перемещение, дробление, обработку поверхности, деформации, изменение вязкости, прочности и т. п. - стандарт 4. Введение ферромагнитных частиц и магнитного поля:
      
      г. Если нельзя вводить В2-стандарт 8 (измерение собственной частоты колебаний) и 10 (обходные пути: вместо В2 вводят поле, а также «наружное» В2, вводят В2 на время или в очень малых дозах, используют в качестве В2 часть В1, используют вместо объекта его копию, вводят В2 в виде химических соединений).
      2. Поле плохо поддается управлению (обнаружению, измерению, изменению, преобразованию в другое поле); требуется обеспечить эффективное управление.
      а. Преобразование исходного поля П1 с помощью вещества-преобразователя или двух взаимодействующих веществ:
      
      
      б. Введение вещества В, которое меняет свои свойства под действием поля П1, причем это изменение легко обнаруживается с помощью поля П2, действующего на В:
      
      3. Вещество (или поле) обладает двумя конфликтующими сопряженными свойствами; требуется улучшить одно свойство, не ухудшая другого.
      а. Задачи этого класса переводят в задачи классов 1 и 2 заменой исходного вещества В (или поля П) на вещество (или поле ), которому заранее в полной мере придано одно из сопряженных свойств:
      
      Например, задачу «Надо увеличить высоту антенны, не увеличивая ее веса» переводят в задачу «Высокая антенна должна быть такой же легкой, как и низкая». Из двух сопряженных качеств объекту заранее надо приписать то, которое обеспечивает максимальную эффективность основного действия. Поэтому взята высокая антенна, а не низкая.
      б. Если конфликтуют свойство и антисвойство (горячий - холодный, сильный -слабый, магнитный - немагнитный), то конфликт может быть устранен разделением в пространстве, во времени и в структуре (целое имеет одно свойство, а часть - другое). Если используют разделение вещества во времени, целесообразно, чтобы переход от одного состояния к другому осуществлялся самим веществом, поочередно принимающим разные формы (изменение агрегатного состояния, переход через точку Кюри, диссоциация - ассоциация и т. д.).
       Тип 2. Даны два элемента
      4. Два вещества не взаимодействуют (или очень плохо взаимодействуют); одно вещество (или оба) можно изменять: требуется обеспечить хорошее взаимодействие.
      
      Вещество В2 разворачивают в веполь, который образует цепь с В1 и, таким образом, обеспечивает взаимодействие В1 и В2; затем, если есть возможность, развернутый из В2 веполь переводится в феполь, т. е. веполь с магнитным полем Пм и ферромагнитным веществом Вф (желательно в виде мелких частиц);
      Если, несмотря на то, что В2 развернуто в веполь, между В2 и В1 не устанавливается прямая связь, можно использовать связь через поле П:
      
      В задачах на измерение или обнаружение В2 разворачивают в веполь с полем на выходе, например:
      
      5. То же, что и в классе 4, но оба вещества нельзя изменять.
      а. Задачу переводят в класс 4, используя стандарт 10.
      б. Вместо веществ используют их оптические копии.
      6. Поле П1 не управляет полем П2: требуется обеспечить эффективное управление.
      Введение вещества (или двух взаимосвязанных веществ), способность которого взаимодействовать с П2 зависит от действия П1:
      
      Степень управления в некоторых случаях может быть увеличена за счет использования такого вещества В, которое при действии П1 совершает фазовый переход (например, плавится, переходит через точку Кюри и т. д.).
      7. Поле и вещество не взаимодействуют; требуется обеспечить их взаимодействие.
      Введение вещества-посредника В2 или комплекса веществ (В2Вз), через которые П1 действует на В1. Если второе вещество вводить нельзя, использовать стандарт 10.
      8. Два вещества взаимодействуют, но одно из веществ или оба вещества, или их взаимодействие плохо поддается управлению (обнаружению, измерению, изменению); заменять эти вещества другими нельзя; требуется обеспечить эффективное управление.
      а. Введение поля (преимущественно электрического, магнитного или оптического), проходящего через систему и «выносящего» информацию о ее состоянии.
      б. Введение поля П, действующего по-разному на В1 и В2 или действующего только на одно из веществ.
      в. Постройка веполя с комплексом (ВзВз); поле П действует на Вз.
      9. Поле и вещество взаимодействуют, но один из этих элементов или оба элемента, или их взаимодействие плохо поддается управлению (обнаружению, измерению, изменению); заменять элементы нельзя; требуется обеспечить эффективное управление.
      а. Введение В2, взаимодействующего с П и В1.
      б. В2 переводит в , возникает хорошо управляемый веполь из элементов В1, В2 и .
      10. Два вещества (или вещество и поле) взаимодействуют; одно вещество можно изменять; требуется установить (или улучшить) второе (дополнительное) взаимодействие (или действие), не ухудшая первого (имеющегося).
      а. Постройка веполя, обеспечивающего второе взаимодействие, причем вводимое поле не должно влиять на первое взаимодействие:
      
      б .Постройка цепных веполей, например:
      
      11. Поле и вещество связаны двумя конфликтующими сопряженными взаимодействиями; требуется ликвидировать одно взаимодействие, сохранив другое.
      Введение В2, через которое поле действует на В1, причем это второе вещество является частью В1 или видоизменением В1:
      
      В1 «пропускает» одно действие и задерживает другое.
      12. Два вещества взаимодействуют, требуется ликвидировать это взаимодействие.
      Стандарт 3: ввести третье вещество, являющееся видоизменением одного из данных веществ.
       Тип 3. Даны три элемента
      13. Дан веполь, плохо поддающийся обнаружению или измерению; заменять и изменять данный веполь нельзя; требуется обеспечить эффективное обнаружение или измерение.
      Веполь, данный по условиям задачи, рассматривают как комплексное вещество В2 (задача фактически переводится в класс 1); вводится поле, например:
      
      Если в веполе есть ферромагнитное вещество, выгодно вводить магнитное поле.
      14. То же, что и в классе 13, но можно заменять или менять В2, входящее в данный веполь.
      Вещество В2 разворачивают в веполь введением Вз и П. Образуется цепной веполь:
      
      15. Дан веполь, плохо поддающийся управлению; можно заменять В2 и поле П; требуется обеспечить эффективное управление.
      Веполь, данный по условиям задачи, перестраивают в феполь. Фактически задача переводится в класс 1:В2 и П отбрасывают, остается один элемент В1, который достраивают до полного веполя введением ферромагнитного вещества и магнитного поля.
      16. Вещество хорошо взаимодействует с полем П1, но плохо взаимодействует с полем П2; вводить новые вещества и поля нельзя; требуется обеспечить хорошее взаимодействие В и П2, сохранив взаимодействие В и П1.
      Вещество В1, раздваивают на В1 и В1. Поле П1 действует на В1, поле П2 - на В2. Если эти действия несовместимы во времени, В1 раздваивают таким образом, чтобы оно поочередно становилось то В1 , то В1 и одно действие совершалось в паузах другого (стандарт 7).
      17. Поле П1 хорошо взаимодействует с веществом В1, но плохо взаимодействует с веществом В2; вводить новые вещества и поля нельзя; требуется обеспечить эффективное взаимодействие П1 и В2, сохранив взаимодействие П1 и В1.
      а. Поле П1 раздваивают на П1 и П1 .Поле П1, действует на В1, поле П2 - на В2. Если эти действия несовместимы во времени, П1 раздваивают таким образом, чтобы оно поочередно становилось то П1, то П1 и одно действие совершалось в паузах другого.
      б. Вводят поле П, которое одинаково по природе с полем П1, но противоположно ему по направлению («антиполе»):
      
      18. Дан веполь, который надо ликвидировать.
      Задачу переводят в класс 12 и решают по стандарту 3.
      Требуемое действие, свойство
      Физическое явление, эффект, фактор, способ
 
      1. Измерение температуры
      Тепловое расширение и вызванное им изменение- собственной частоты колебаний. Термоэлектрические явления. Спектр излучения. Изменение оптических, электрических, магнитных свойств веществ. Переход через точку Кюри. Эффекты Гопкинса, и Баркхаузена
 
      2. Понижение температуры
      Фазовые переходы. Эффект Джоуля - Томсона. Эффект Ранка. Магнитокалорический эффект. Термоэлектрические явления
 
      3. Повышение температуры
      Электромагнитная индукция. Вихревые токи. Поверхностный эффект. Диэлектрический нагрев. Электронный нагрев. Электрические разряды. Поглощение излучения веществом. Термоэлектрические явления
 
      4. Стабилизация температуры
      Фазовые переходы (в том числе переход через точку Кюри)
 
      5. Индикация положения и перемещения объекта
      Введение меток - веществ, преобразующих внешние поля (люминофоры) или создающих свои поля (ферромагнетики) и потому легко обнаруживаемых. Отражение и испускание света. Фотоэффект. Деформация. Рентгеновское и радиоактивное излучения. Люминесценция. Изменение электрических и магнитных полей. Электрические разряды. Эффект Доплера
 
      6. Управление перемещением объектов
      Действие магнитным полем на объект или на ферромагнетик, соединенный с объектом, Действие электрическим полем на заряженный объект. Передача давления жидкостями и газами. Механические колебания. Центробежные силы. Тепловое расширение. Световое давление
 
      7. Управление движением жидкости и газа
      Капиллярность. Осмос. Эффект Томса. Эффект Бернулли. Волновое движение. Центробежные силы. Эффект Вайссенберга
 
      8. Управление потоками аэрозолей (пыль, дым, туман)
      Электризация. Электрические и магнитные поля. Давление света
 
      9. Перемешивание смесей. Образование растворов
      Ультразвук. Кавитация. Диффузия. Электрические поля. Магнитное поле в сочетании с ферромагнитным веществом. Электрофорез. Солюбилизация
 
      10. Разделение смесей
      Электро- и магнитосепарация. Изменение кажущейся плотности жидкости - разделителя под действием электрических и магнитных полей. Центробежные силы. . Диффузия. Осмос
 
      11. Стабилизация положения объекта
      Электрические и магнитные поля. Фиксация в жидкостях, твердеющих в магнитном и электрическом полях. Гироскопический эффект. Реактивное движение
 
      12. Силовое воздействие.
      Регулирование сил. Создание больших давлений Действие магнитным полем через ферромагнитное вещество. Фазовые переходы. Тепловое расширение. Центробежные силы. Изменение гидростатических сил путем изменения кажущейся плотности магнитной или электропроводной жидкости в магнитном поле. Применение взрывчатых веществ. Электрогидравлический эффект. Оптико- гидравлический эффект. Осмос
 
      13. Изменение трения
      Эффект Джонсона - Рабека. Воздействие излучений. Явление Крагельского. Колебания
 
      14. Разрушение объекта
      Электрические разряды. Электрогидравлический эффект. Резонанс. Ультразвук. Кавитация. Индуцированное излучение
 
      15. Аккумулирование механической и тепловой энергии
      Упругие деформации. Гироскопический эффект. Фазовые переходы
 
      16. Передача энергии: механической тепловой лучистой электрической
      Деформации. Колебания. Эффект Александрова. Волновое движение, в том числе ударные волны. Излучения. Теплопроводность. Конвекция. Явление отражения света (световоды). Индуцированное излучение, индукция. Сверхпроводимость
 
      17. Установление взаимодействия между подвижным (меняющимся) и неподвижным (неменяющимся) объектами
      Использование электромагнитных полей (переход от «вещественных» связей к «полевым»)
 
      18. Измерение размеров объекта
      Измерение собственной частоты колебаний. Нанесение и считывание магнитных и электрических меток
 
      19. Изменение размеров объектов
      Тепловое расширение. Деформации. .Магнито-, электрострикация. Пьезоэлектрический эффект
 
      20. Контроль состояния и свойств поверхности
      Электрические разряды. Отражение света. Электронная эмиссия. Муаровый эффект. Излучения
 
      21. Изменение поверхностных свойств
      Трение. Адсорбция. Диффузия. Эффект Баушин- гера. Электрические разряды. Механические и акустические колебания. Ультрафиолетовое излучение
 
      22. Контроль состояния и свойств в объеме
      Введение «меток» - веществ, преобразующих внешние поля (люминофоры) или создающих свои поля (ферромагнетики), зависящие от состояния и свойств исследуемого вещества. Изменение удельного электрического сопротивления в зависимости от изменения структуры и свойств объекта. Взаимодействие со светом. Электро- и магнитооптические явления. Поляризованный свет. Рентгеновские и радиоактивные излучения. Электронный парамагнитный и ядерный магнитный резонансы. Магнитоупругий эффект. Переход черед точку Кюри. Эффекты Гопкинса и Баркхаузена. Измерение собственной частоты колебаний объекта. Ультразвук, эффект Мёссбауэра. Эффект Холла
 
      23. Изменение объемных свойств объекта
      Изменение свойств жидкости (кажущейся плотности, вязкости) под действием электрических и магнитных полей. Введение ферромагнитного вещества и действие магнитным полем. Тепловое- воздействие. Фазовые переходы. Ионизация под действием электрического поля. Ультрафиолетовое, рентгеновское, радиоактивное излучения, Деформация. Диффузия. Электрические и магнитные поля. Эффект Баушингера. Термоэлектрические, термомагнитные и магнитооптические эффекты. Кавитация. Фотохромный эффект. Внутренний фотоэффект.
 
      24. Создание заданной структуры. Стабилизация структуры объекта
      Интерференция волн. Стоячие волны. Муаровый эффект. Магнитные поля. Фазовые переходы. Механические и акустические колебания. Кавитация
 
      25. Индикация электрических и магнитных полей
      Осмос. Электризация тел. Электрические разряды. Пьезо- и сегнетоэлектрические эффекты. Электреты. Электронная эмиссия. Электрооптические явления. Эффекты Гопкинса и Баркхаухена. Эффект Холла. Ядерный магнитный резонанс. Гиромагнитные и магнитооптические явления.
 
      26. Индикация излучения
      Оптико-акустический эффект. Тепловое расширение. Фотоэффект. Люминесценция. Фотопластиче ский эффект
 
      27. Генерация электромагнитного излучения
      Эффект Джозефсона. Явление индуцированного излучения. Туннельный эффект. Люминесценция. Эффект Ганна. Эффект Черенкова
 
      28. Управление электромагнитными полями
      Экранирование. Изменение состояния среды, например увеличение или уменьшение ее электропроводности. Изменение формы поверхностей тел, взаимодействующих с полями
 
      29. Управление потоками света.
      Модуляция света Преломление и отражение света. Электро- и магнитооптические явления. Фотоупругость, эффекты Керра и Фарадея. Эффект Ганна. Эффект Франца - Келдыша
 
      30. Инициирование и интенсификация химических превращений
      Ультразвук. Кавитация. Ультрафиолетовое, рентгеновское, радиоактивные излучения. Электрические разряды. Ударные волны. Мицеллярный катализ