Задача 12-3 о запайке ампул.

 

Ампулы с лекарством запаивают, нагревая капилляр в пламени горелки. В промышленных масштабах ампулы, размещенные в кассетах, движутся на конвейере. Горелки плохо регулируются, пламя в какое — то время может оказаться избыточным и лекарство перегревается. Это брак. Незапаянные ампулы также считаются браком, ведь в них с воздухом обязательно попадут микроорганизмы и лекарство испортится. Как быть?

 

Рассмотрим ход решения этой задачи по АРИЗ-71, начиная с шага 2–3 и до шага 3–5.

2-3. Дана система для запайки ампул с лекарством, состоящая из горелок и пламени, конвейера и кассет. Пламя нагревает капилляр ампулы и запаивает его.

НЭ: Большое пламя перегревает лекарство. (Или — малое пламя не запаивает капилляр).

В АРИЗ-71 была введена рекомендация — если на шаге 2-3b мы имеем два варианта формулировки нежелательных эффектов, то целесообразно выбрать среди них тот, который соответствует более эффективному выполнению основной функции системы. Поскольку наша система создана для того, чтобы запаивать ампулы, выбираем вариант с большим пламенем, ведь при этом запайка происходит гарантированно. (В последующих версиях алгоритмов эта рекомендация была перенесена на техническое противоречие и выбор стали делать между двумя формулировками ТП).

Предположим, что среди имеющихся элементов (горелка, пламя, ампула с капилляром и лекарством, конвейер, кассета) нет ни одного легко изменяемого. В данном случае такое предположение нужно нам для того, чтобы рассмотреть еще один вариант работы алгоритма. Если оказывается, что нет ни одного элемента, который мы могли бы легко изменять то рекомендуется работать с неким абстрактным объектом, получившим условное название «внешней среды» (ВС). Понятие внешней среды очень интересно и эвристически ценно. Если по условиям задачи в исходной системе ничего нельзя менять (вернее, решающий не знает, как можно что?то изменить, не нарушив ограничения), то предлагается ход, позволяющий ввести нечто новое, не нарушив этих ограничений. Вводится не конкретный элемент (ведь мы еще не знаем, как он должен выглядеть и что должен делать), а абстрактный образ элемента, скрывающий в себе все требуемые функции. На это название без объекта и будет потом проецироваться конкретная ситуация, он будет размещаться в нужных нам областях пространства, к нему будут прикладываться требования, на него будут возлагаться ограничения.

И уже после того, как будет сформирован весь комплекс обстоятельств, определены временные и геометрические границы, у решающего появится возможность заменить его на реальный объект, также удовлетворяющий этому комплексу обстоятельств.

Итак, в качестве изменяемого элемента выбираем внешнюю среду.

ИКР: Внешняя среда (ВС) сама защищает ампулу с лекарством от перегрева (от большого пламени) во время нагрева капилляра.

Выполним рисунок.

 

Что же мешает реализации этой схемы? Задачи с ВС интересны и трудны тем, что в них на данной стадии легко снимается предыдущий конфликт, но при этом возникает новый. Возникает, но не сразу бывает замечен решающим. Его надо «увидеть», а для этого мысленно проиграть весь производственный цикл. Именно при разборе внешне простой задачи про ампулы возникла проблема строго формального построения физического противоречия на базе внешней среды. (Стоит укутать нижнюю часть ампулы в защитную оболочку, как лекарство перестанет нагреваться. Можно ли теперь считать, что задача решена? Иными словами, где взять критерии для принятия решения о прекращении решения? Конечно, следует учитывать степень достижения ИКР, однако на практике это сделать достаточно трудно).

Классическое решение, на базе которого была построена задача, предполагает использование слоя воды, укрывающего нижнюю часть ампулы. Интуитивно ясно, что такое решение имеет несомненные достоинства. Но для того, чтобы алгоритмически точно выйти на него, в ОЛМИ было разработано и введено в АРИЗ дополнительное правило, гласящее, что необходимо проверить, как дополнительно веденное вещество повлияет на работу системы при условии выполнения нескольких циклов. (В последующем, при обнаружении в разбираемых задачах иных коллизий, рекомендация была обобщена. Теперь требуется, чтобы при введении ВС она ничему не мешала и не вызывала усложнение системы. Это сделало алгоритм более универсальным, однако привело к тому, что решатели часто стали выполнять требование формально, ведь теперь по крайней мере одно ФП для внешней среды было готово заранее — она должна быть, чтобы выполнять некое требование (например устранять НЭ) и ее не должно быть, чтобы не усложнять систему).

Исследование того, как ВС влияет на работу системы вне зоны устранения противоречия, позволяет показать противоречие, возникающее вследствие его введения.

— Выделенная зона ВС должна быть непроницаемой для пламени.

— Выделенная зона ВС должна быть проницаема, в ней производится перемещение ампулы при ее установке и съеме с конвейера. (Например, если мы защитим ампулы от огня, засыпав их песком так, чтобы торчали только капилляры, задача будет решена, но установка следующей партии ампул в ту же кассету вызовет трудности).

— Выделенная зона ВС должна быть проницаемой и непроницаемой.

Должна быть обеспечена избирательная проницаемость — сквозь ВС должна легко проходить ампула и не должно проходить пламя.

Отталкиваясь от данной формулировки, мы можем найти несколько конструктивных решений задачи.

— Ампула может быть частично погружена в воду.

— Снизу, из-под транспортера может быть направлена струя воздуха, не позволяющая пламени распространяться вдоль самой ампулы, в зону, где находится лекарство.

Полученные решения требуют внимательного отношения, ведь может получиться так, что устранив одно противоречие, мы получим другое. Так, в первом варианте надо проверить, не будет ли частично погруженная в воду ампула всплывать. А струя воздуха будет охлаждать поверхность ампулы, но при этом может помешать пламени нагревать капилляр.

Еще раз отметим, что в процессе решения задачи с использованием «внешней среды» шаг 3–2 (рисунок) имеет критически важное значение. Именно на этом шаге приходится впервые изображать «внешнюю среду», и от того, как это сделано, будет зависеть очень многое. Рассмотрим это на примере. Если при решении нашей задачи в процессе выполнения шага 3–2 рисунок будет выполнен так:

 

то шаги 3–3, 3–4 примут иную форму, ведь фактически изображен экран, не позволяющий пламени проникать к той части ампулы, в которой находится лекарство. Надо искать новый конфликт, связанный уже с тем, как происходит защита от пламени.

Зона ВС, непосредственно прилегающая к капилляру (отверстие в экране для капилляра), не мешает пламени проходить к лекарству и нагревать его.

Выделенная зона ВС должна быть непроницаемой для пламени.

Выделенная зона ВС должна пропускать через себя капилляр при любом варианте его размещения в кассете.

Выделенная зона ВС (отверстие в предлагаемом экране) должна быть малого диаметра, чтобы между краем экрана и капилляром не проникало пламя, и она должна быть большого диаметра, чтобы экран можно было легко одевать на ампулы, находящиеся в кассете.

Видно, что это решение также требует оценки. Для того, чтобы механизировать установку на ампулы экрана с малыми отверстиями для капилляров, ампулы потребуется очень точно ориентировать. Это усложнит кассету, а также процесс установки и съема ампул. Если в экране сделать большие отверстия для капилляров, то пламя будет проходить сквозь них и нагревать лекарство. Возможно, задачу удастся решить, если устранить противоречие, связанное с размерами отверстий в экране — они должны быть большими в процессе установки экрана и должны быть маленькими (отсутствовать) во время нагрева.

Рассмотрим задачу о запайке ампул еще раз. Разбор задачи, приведенный выше, предусматривал сохранение неизменными практически всех элементов системы. Поэтому в систему был введен новый элемент, который мы назвали «внешняя среда». Конфликт между качеством запайки и сохранностью лекарства удалось разрешить, формально не меняя ни одного элемента из описанных в начальной формулировке задачи. (Конечно, любое из решений приведет к изменению элементов, например при использовании водяной защиты придется значительно модифицировать стандартную кассету. Но это изменения, происходящие после получения идеи решения. Они могут сводиться к конструкторской работе, могут вызывать постановку новых задач, однако важно то, что они происходят уже после получения идеи решения). Но что будет, если мы снимем ограничение на изменение элементов? Получим ли мы интересные и новые решения? Рассмотрим ряд возможных направлений решения задачи.