Разбор задач с использованием вепольного анализа.

Задача 2.1. Копирование машинописной продукции для внутренних потребностей предприятия – не так давно было достаточно сложной проблемой. Обычно для этой цели использовалась светокопировальная аппаратура. Однако очевидны сложности ее эксплуатации: необходим мощный

источник света (кварцевая лампа), проявление изображения производится с помощью ацетона (это и сложно и вредно для персонала), специальную бумагу необходимо тщательно оберегать от попадания прямых солнечных лучей. Используя принципы вепольного анализа, покажите линию развития к более удобному (лишенному указанных недостатков) способу копирования.

 

Решение. Светокопировальный процесс - типичная вепольная система. Ее нужно сделать эффективнее. Правила вепольного анализа предлагают несколько путей для повышения эффективности системы, однако далеко не все они работают в данном конкретном случае. Так, например, трудно повысить степень дисперсности вещества-инструмента. Для этого нужно использовать инструмент более мелкий, чем фотоны - кванты света. Зато хороший результат дает использование другой тенденции: переход веполя в феполь. Следуя этому правилу необходимо заменить оптическое поле магнитным, а вещество, реагирующее на оптическое поле, - веществом, чувствительным к магнитному полю.

 

Аппарат, работающий на описанном принципе, разработала фирма «Миннесота майнинг энд манюфекчуринг компани». Преимущества нового способа очевидны: отпадает необходимость в проявке изображения (оно появляется сразу же в процессе экспозиции), магниточувствительная бумага не засвечивается на свету, а магнитные поля достаточной для привнесения искажений силы как правило отсутствуют в местах хранения и использования производственной документации.

 

Задача 2.2. Многоканальные радиопередатчики наряду со многими положительными качествами обладают существенным недостатком: при делении основной частоты на составляющие трудно стабилизировать каждую новую частоту - мешает несовершенство аппаратуры. Что делать?

 

Решение. Для чего делают многоканальные передатчики? Для улучшения качества процесса передачи радиосигнала. Причем, способ улучшения совпадает с рекомендациями вепольного анализа: один из элементов системы (несущая частота) увеличивает степень дисперсности. Однако улучшение одной части системы привело к неравномерности в развитии системы в целом. Если раньше стабилизация частоты, проведенная сразу же после ее генерации, была делом относительно простым, то сейчас произошло ухудшение - как следствие улучшения! Противоречие

устраняется выравниванием уровней системы: переходу к дисперсному состоянию другой части системы.

 

На практике это реализуется путем обеспечения стабилизации кавдой из частот многоканального передатчика. Так, фирма

«Плесси радио» в комбинированном высокочастотном передатчике стабилизирует отдельным кварцевым стабилизатором частоту каждого из десяти рабочих каналов.

 

Задача 2.3. Для удаления нефтепродуктов с поверхности воды используется пенопласт «пластапор», применяемый в качестве тепло- и звукоизолятора в строительстве. Он хорошо впитывает нефтепродукты, оставаясь при этом на поверхности воды. Однако куски «пластапора» не пропитываются нефтепродуктами полностью - мешает воздух, который остается внутри. Что делать?

 

Решение. Речь идет о повышении эффективной вепольной модели. Как и в предыдущей задаче, хороший результат (при минимальных затратах) дает увеличение степени дисперсности вещества-инструмента.

 

По данным специалистов нефтехимического комбината в Шведте (Германия), измельченный до размеров 1 - 6 мм «пластапор» удаляет с поверхности воды 90% разлитых нефтепродуктов за 3 -

5 минут. При этом вещество-инструмент используется практически полностью.

 

Параллельно возникает новая задача: как повторно использовать

«пластапор» для очистки воды от нефтепродуктов? В настоящее время вещество работает один раз: пропитывается нефтью, а затем сжигается. Оказывается, правила вепольного анализа хорошо работают и в этом случае. Нужно еще больше увеличить степень дисперсности вещества-инструмента, вдобавок - перевести веполь в феполь. Капиллярно-пористое вещество должно образовываться мелкими частичками пластика с вкраплениями ферропорошка. Вся эта система удерживается вместе собственным постоянным магнитным полем. После того, как нефтепродукт собран, магнитное поле убирается, гранулы рассыпаются в порошок, исчезает эффект удерживания - нефть освобождается. И возникает новая задача: как многократно использовать новый материал. Такую задачу можно решить, применял физические эффекты и явления.

Задача 2.4. В условиях открытого космоса обычная фотоаппаратура дает сбои: применяемая в ней смазка сублимирует и оседает на линзах объектива. К тому же, ухудшается регулирование, например, фокусного расстояния. Как быть?

 

Решение. Формулировка задачи типична - и потому неудовлетворительна. Условие всегда нужно проверить на соответствие законам развития технических систем. В данном случае, законы подсказывают, что смазки в аппаратуре не должно быть вообще: полезная в нормальных земных условиях, в космосе она имеет два негативных свойства - и ни одного положительного. Поэтому задача приобретает новый вид: как регулировать, например, фокусное расстояние объектива фотокамеры - без смазки. Веполь - в данном случав - состоит из двух веществ, между которыми из-за механического поля возникает вредное взаимодействие (значительно ухудшается точность работы). Веполышй анализ рекомендует для таких систем вводигь между двумя плохо взаимодействующими веществами третье, которое является видоизменением одного или двух данных веществ.

 

Фирма «Адаенье» (Франция) разработала (в полном соответствии с этим правилом) камеру для космических исследований. В этой камере все подшипники скольжения заменены шарикоподшипниками. Здесь шарики - видоизмененные трущиеся части фотокамеры, которое устраняют вредное взаимодействие.

 

Задача 2.5. Эксперименты показывают, что, применяя некоторые редкоземельные элементы, можно создать новые магнитные материалы, которые имеют гораздо лучшие свойства, чем традационные (при том же весе). Наибольшая сложность осуществления способа заключается при этом в получении магнита необходимой формы из новых материалов. Не подходит, например, плавление с последующим литьем: это приводит к необратимым ухудшениям магнитных свойств материалов. Как быть?

 

Решение. Перед нами вепольная схема, в которой присутствуют ферромагнитные вещества. Однако перевести данный веполь в феполь - идея неперспективная. Здесь лучше срабатывает правило перевода инструмента в дисперсное состояние (правило прямо вытекает из закона 2.2).

Магнитный материал размалывают в инертной атмосфере до порошкообразного состояния, а затем прессуют в магнит необходимой формы (способ разработан и внедрен швейцарской фирмой «Браун Бовери»).

 

Задача 2.6. Зубья шестеренчатых передач в процессе работы истираются и могут выйти из строя в самый неподходящий момент. Поэтому для контроля за состоянием зубьев их передаточный механизм время от времени разбирают и осматривают. Для этого машину нужно останавливать, нередко - на значительный срок. Это не всегда допустимо и всегда нежелательно. Как изменить способ контроля?

 

Решение. Как и при решении задачи 2.4 требуется предварительное уточнение условий с помощью законов развития технических систем. Кроме того, следует иметь в виду, что если предыдущие задачи были задачами на изменение систем, то даный пример - задача на измерение. Требуется создать идеальную измеряющую систему: идеальная система отсутствует, но ее функции выполняются. В данном случае, основную часть измерения должна выполнять сама измеряемая система.

 

Вепольный анализ подсказывает, что необходимую информацию должно нести некоторое поле, проходящее сквозь техническую систему. Таким носителем может быть механическое поле - обычный шум в механизме. По характеру этого шума специалисты (или компьютер) судят о возможных нарушениях в системе. Важное преимущество этого способа в том, что измерение тех или иных параметров производится без остановки машины. Таким способом, в частности, пользуются специалисты фирмы «Филадельфия гир корпорейшн».

 

Задача 2.7. Готовясь к зимней спячке, летучие мыши уменьшают в своем организме содержание бромистых солей и в результате этого впадают в состояние, аналогичное эпилептическому припадку. Рассмотрите ситуацию с точки зрения вепольного анализа.

 

Решение. Имеется типичный полный веполь. Вещество- инструмент через поле химических взаимодействий меняет состояние другого вещества - организма. Следует отметить высокую степень управляемости инструментом. Его количество регулируется по мере необходимости: если мышь разбудить – она легко приходит в себя, передвигается, находит новое, спокойное место - и снова засыпает.

Как известно, бромистые препараты широко используются для лечения людей. Однако в данном случае степень управляемости ниже: дозировка лекарств далеко не всегда бывает оптимальной. Очевидно, есть смысл подумать о биохимическом способе введения препаратов в организм, т.е. решить задачу, применив физические (или химические) эффекты.

 

Задача 2.8. В последнее время все болшее распространение получает железнодорожный транспорт на воздушной подушке. Используя правила вепольного анализа, спрогнозируйте направление развития двигателей для таких составов.

 

Решение. Проект, разработанный фирмой «Трэкд ховеркрафт» (Англия), решает эту задачу переходам к фепольной системе: ее вагоны на воздушной подушке снабжены линейными электродвигателями.

 

Но перспективным представляется и другое направление: использование для поддержки вагона и его передвижения одного и того же поля - механического. С другой стороны - магнитное поле более управляемо, чем механическое. Поэтому целесообразно рассмотреть вагон с линейным электродвигателем и - на магнитной подвеске.

 

Можно продолжить анализ дальше и проследить не только взаимосвязь способов движения и подвески вагона, но и развитие вообще транспорта со специальным покрытием. Причем, решая эту задачу необходимо вначале рассмотреть ситуацию с точки зрения законов развития технических систем.

 

Задача 2.9. Витамин С способствует удалению холестерина из организма и тем самым играет немалую роль в предупреждении сердечных приступов... Рассмотрите ситуацию с точки зрения вепольного анализа.

 

Решение. Проблема (как и в задаче 2.7) - в управляемости.

 

В больших дозах любой витамин нежелателен и даже опасен. В то же время в организме всегда (для профилактики) должна присутствовать необходимая доза этого вещества. Ситуация обычная при решении изобретательских задач. И она предусматривает обычное преодоление возникшего противоречия. Оптимум достигается тем, что вводится максимально возможно количества вещества, а избыток убирается (см. раздел 4

«Стандарты»). Напомним о законе 2.5 - избыток должен исчезать сам. Возникает задача: больной должен постоянно глотать таблетки, но содержание витамина в организме не должно превышать определенного значения. Обычный путь здесь

- достройка веполя: вещество (излишек витамина) убирается полем, которое возникает при добавлении в систему некоторого второго вещества. Причем, очевидно, что у вещества должна быть достаточная степень дисперсности, чтобы его

«срабатывание» происходило не сразу, а только по мере необходимости.

 

Реализация этого решения внедрена, в частности, датскими фармацевтическими фирмами. В каждую таблетку лекарства, которое может в больших дозах вызвать нежелательный эффект, добавляют незначительное количество рвотного препарата.

«Критическая масса» этого препарата распределена между тремя

- пятью (в зависимости от основного лекарства) таблетками. Такие таблетки можно принимать без врачебного контроля и в неограниченом количестве: организм усвоит только необходимую дозу.

 

Задача 2.10. Электрическое поле грозового облака (как показали исследования специалистов Национального управления океанских и атмосферных исследований США) нарастает до определенного значения, а затем ослабевает. На основании вепольного анализа предложите способ, позволяющий ускорить процесс ослабевания напряжения.

 

Решение. Хороший эффект дает обычная достройка веполя. Необходимо добавить вещество, которое переводило бы поле с высоким напряжением в поле с низким напряжением. Простые физические соображения (см. раздел 3 «Физические эффекты») подсказывают, что при попадании в облако вещество должно иметь свободные заряды. Таким требованиям удовлетворяют ионы элементов или металлы.

 

Эксперимент показал, что "засевание" грозового облака нейлоновыми армированнымн волокнами, которое проводили специалисты упомянутого управления, убыстряет ослабление электрического поля грозового облака примерно в пять раз.

 

Задача 2.11. Вливание внутривенных растворов нередко спасает больному жизнь, однако может вызвать целый ряд воспалительных реакций. Допустим, удалось полностью устранить вредный эффект биологической несовместимости и

вирусной инфекции, а воспаление всё ещё есть. Что можно предложить?

 

Решение. Нужно повысить эффективность работы вепольной технической системы. Поскольку переход к фепольной системе в данном случае нецелесообразен - используем другой путь: перевод вещества-инструмента в более дисперсное состояние. Другими словами - перед внутривенным вливанием раствор необходимо фильтровать.

 

Такое предложение прямо вытекает из правил вепольного анализа, но это еще не значит, что оно очевидное. До самого последнего времени такое фильтрование не проводилось. С другой стороны - примерно у 50% больных, которым требуется длительное внутривенное вливание, возникают опасные осложнения. А предварительная фильтрация растворов по данным медицинского центра университета штата Кентукки (США), снижает количество осложнений до 2%.

 

Задача 2.12. Нужно быстро ж точно измерять конусность вращающихся деталей. Известны различные способы таких измерений. Покажите их вепольные модели и оцените (с этой точки зрения) преимущества.

 

Решение. При разборе задач с помощью вепольного анализа, как это уже указывалось в теоретической части, желательно графически представлять вепольную модель систем. Особенно это касается сложных случаев построения, например, комплексных веполей, цепных веполей... Для данной задачи на измерение желательно перевести систему в комплексный феполь и, естественно, применить инструмент с очень высокой степенью дисперсности. Легко понять, что речь идет об измерении с помощью полевых воздействий.

 

Так, фирма «К.Е.Медик» (Карлсруэ, Германия) разработала электронный микрометр для бесконтактных измерений размеров и конусности вращающихся деталей. Измерения, благодаря емкостному принципу действия микрометра, высокоточны.

 

Приведеное решение показывает, в частности, общую тенденцию вепольных систем: на высоком уровне развития для дальнейшего усовершенствования системы необходимо применить физические эффекты и явления. Они нашли свое выражение в создании стандартов на решение изобретательских задач и поэтому в данной главе не рассматривается.

Задача 2.13. Во многих громаздких приборах нередко применяются болтовые соединения. В процессе работы болты довольно скоро ослабевают, их необходимо подтягивать. Для этого за панелью оставляют место для руки и ключа, из-за чего портится внешний вид изделия. Что делать?

 

Решение. Есть полезный веполь (болт-гайка-механическое поле), который разрушается в процессе работы. Вредное действие нужно устранить, желательно - средствами самого веполя. В данном случае нецелесообразно дробить инструмент (сдвоенная гайка - тривиальный путь решения). Фиксирующие гайки, обычно предлагаемые как контрольный ответ, также не решают проблему окончательно.

 

Лучше применить фепольную модель, в которой механическое поле работает наряду с магнитным. Интересен вариант с переменной, управляемой силой магнитного сцепления крепежных деталей.

 

Задача 2.14. В автоcтроении и, особенно, в авиастроении необходимо защищать крепежные детали от случайного развинчивания. Для этого устраивают специальные крышки для болтов, окраску в другие цвета. Однако эти усилия не всегда дают надежные результаты. Нужно предложить (с помощью вепольного анализа) как можно более надежный способ.

 

Решение. Если в предыдущей задаче речь шла о перспективах развития крепежных деталей вообще, то в данном случае необходимо лишь слегка усовершенствовать имеющуюся систему.

 

Почему возникают случайные развинчивания? Как правило из-за ошибки. Есть множество болтов (винтов) - и ключи (отвертки), которые легко их развинчивают (легко с ними взаимодействуют). Имеется типичный веполь, между веществами которого иногда возникает вредное действие - а его очень сложно отличить от полезного. Правила вепольного анализа точно указывают как разрушить вредный веполь, а закон 2.5 требует идеальности: ключ или отвертка сами должны не дать человеку развинтить по ошибке другой винт.

 

Это требование реализовано в нестандартных головках винтов и соответствующих нестандартных (треугольных, ромбических...) ключах. Они делают машину несколько дороже, зато

гарантируют важные узлы от некомпетентного или ошибочного вмешательства.

 

Задача 2.15. Предложен метод определения величины и распределения механических напряжений в материале. Изготавливается копия изделия из специальной эпоксидной смолы, которая поворачивает поляризованный световой луч на определенный угол, зависящий от механического напряжения в данной точке. По возникающему узору светлых и темных линий легко судить о величине и распределении напряжений. Способ (его разработали в Геринговском научно-исследовательском институте прочности материалов в Кёльне, Германия) достаточно прост и удобен. Однако во многих случаях необходимо также контролировать величину и распределение нагрузки непосредственно во время работы изделия. Как быть?

 

Решение. Чем лучше способ, взятый в качестве прототипа, тем легче получить его хорошее усовершенствование. В данном случае прекрасно работает модель с физэффектом. Работает на модели. Для перехода к реальному изделию достаточно достроить вепольную схему (изделие - смола – свет), объединить ее в одно целое.

 

На практике изделие покрывают тонким слоем эпоксидной смолы и во время работы освещают изделие поляризованным светом. Изменение характера напряжений изделия будет немедленно (одновременно) вызывать соответствующие изменения в покрытии и, следовательно, менять угол поляризации света. Таким образом, не мешая работе некоторого механизма, можно непрерывно контролировать его состояние, вовремя заменить деталь, в которой возникли опасные для нее механические нагрузки.

 

Интересно (с помощью физэффектов) рассмотреть возможность проведения таких измерений для быстровращающихся деталей. Как в таком случае наблюдать за картиной распределения напряжений?

 

3.3. Задачи для самостоятельного решения.

Задача 2.16. Фирма «Уилинг-Питсбург стил корпорейшн» выпускает листовую сталь, предварительно смазанную с обеих сторон. Слой смазки (эмульгированное соединение масла ж

мыла) толщиной 0,06 мм не препятствует сварке и при засыхании сохраняет гибкость в течении нескольких месяцев. Оцените (с точки зрения вепольного анализа) преимущества такой стали при изготовлении штампованых изделий. Спрогнозируйте дальнейшее развитие метода.

 

Задача 2.17. В обычных пенопластах поры образуются газами вспенивающего вещества. Но, зачастую, особенно когда пенопласт должен работать в воде, пустота внутри материала нежелательна. Что делать?

 

Задача 2.18. Шведская фирма «СААБ» разработала простой и дешевый метод подъема фундамента домов, опустившихся в результате оседания грунта. Применяются резиновые подушки, в которые закачивается воздух. Каждая подушка поднимает 20 тонн на 5 - 6 сантиметров за 30 минут. Предложите (на основе этого метода) новый способ подъема, позволяющий автоматически корректировать положение фундамента.

 

Задача 2.19. Для людей многих профессий (актеров, летчиков...) необходимы контактные линзы вместо очков. Однако обычные стеклянные контактные линзы при длительном ношении вызывают обезвоживание роговицы глаза, мешает нормальному газообмену между глазом и атмосферой. Предложите выход с позиций вепольного анализа.

 

Задача 2.20. При изменении нагрузки на стальной трос, материал которого имеет достаточную магнитную проницаемость, гистерезисная петля поворачивается в сторону оси индукции В или напряженности Н (в зависимости от направления приложенных сил). В результате происходит симметричное искажение петли и при наличии соответствующего переменного тока эти искажения обуславливают появление третьей гармоники с амплитудой, пропорциональной изменениям сил натяжения. Такой эффект можно использовать для измерения нагрузки на трос. Это хорошо, но не всегда материал троса имеет достаточную магнитную проницаемость (особенно когда он должен выдерживать значительные нагрузки). Что нужно сделать?

 

Задача 2.21. Из-за недостатка упругости здания с бетонным каркасом хорошо отражают и проводят вибрацию. Жильцы в таких домах подвержены сильному воздействию неприятных шумов, вибраций, хлопков... Проанализируйте ситуацию и предложите простой выход.

Задача 2.22. В одной из университетских библиотек на юге Англии в корешки всех книг встроены металлические полоски. При попытке вынести книгу из библиотеки срабатывает охранная сигнализация. При законной выдаче книги сигнальную полоску вынимают. Однако в таком случае вынуть подоску может и злоумышленник. Как быть?

 

Задача 2.23. Для измерения небольших изменений поверхности материала при упругой деформации участок поверхности материала снимается на две голограммы с определенным временным интервалом. Совмещая затем полученные голограммы, по интерференционной картине судят об изменениях поверхности. Однако весьма сложно совместить два снимка так, чтобы они находились в совершенно одинаковом положении. А малейшее отклонение безнадежно искажает интерференционную картину...

 

Задача 2.24. На верфях «Карлкронаварвет» (Швеция) построен минный тральщик с немагнитным корпусом из армированной стекловолокном пластмассы. Немагнитность - не единственное преимущество нового корабля. Так, внутренние слои корпуса гасят ударную волну от возможного взрыва мины. Достигнуто это простым способом, прямо вытекающим из правил вепольного анализа. Найдите его.

 

Задача 2.25. Бетонные плиты аэродромов интенсивно разрушаются, изнашиваются. Необходимо без значительного усложнения технологии увеличить ударную прочность бетона в 10 - 20 раз.

 

 

Указания к решению задач.

Закон 2.5 развития ТС - увеличение степени вепольности - представляет собой комплекс изложенных в теоретической части правил вепольного анализа. Таким образом, вепольный анализ находится на полпути от законов до конкретного аппарата преобразования ТС. Можно также оказать, что веполи - это язык, на котором проще всего и удобнее воего описывать поведение технических систем. На этом языке южно представить любую техническую систему со всеми присущими ей техническими свойствами, отвлекаясь от ненужных (а иногда попросту мешающих) подробностей, не относящихся к ее функционированию. В этом смысле вепольный анализ

напоминает по универсальности математику: безразлично, описывается стыковка космических кораблей или работа двигателя внутреннего сгорания - если эти системы имеют одинаковую вепольную модель их можно смело преобразовывать тождественным способом. Не играет роли также отраслевая принадлежность той или иной технической системы. Как правило, разделение по отраслям далеко не всегда отражает распределение по типам технических систем. Скорее наоборот: в каждой отрасли встречаются типы, выражающиеся теми же вепольными моделями, что и в других отраслях. Разница состоит лишь в уровне развития ТС, который определяется уровнем развития (вернее - уровнем экономической важности) отрасли.

 

Решая задачи с помощью вепольного анализа можно стремиться получить конкретный технический ответ: во многих случаях, особенно после известной практики, это вполне реально. Однако, отсутствие такого ясного ответа еще не повод для беспокойства.

Выяснив перспективы развития ТС и описав ее модель по правилам вепольного анализа, можно переходить к дальнейшему решению — с помощью применения физэффектов.

 

Продолжим рассмотрение примера из раздела 1. После анализа ситуации (система «магнитная звукозапись») с помощью законов развития ТС выяснилось, что она свелась к более конкретной проблеме: нужно получить вещество, преобразующее аккустическое поле в магнитное и записывающее на себе это магнитное поле. Для технологов в этом большой проблемы нет. Недавно, в частности, внедрена в производство технология изготовления магнитозаписывающих материалов, процесс магнитной записи в которых происходит на уровне доменов. Вепольная схема (модель) системы достаточно ясна: аккустическое поле преобразуется веществом в магнитное поле; при этом вещество-преобразователь само превращается в маг- нитозаписывающее вещество. Здесь начинают проявлятся противоречивые требования к веществу-инструменту. Оно должно быть одновременно преобразующим и записывающим (реагирующим на магнитное поле), чтобы происходил процес магнитной звукозаписи, и не должно быть одновременно преобразующим и записывающим, чтобы вновь приходящие аккустические колебания не деформировали ранее выполненую запись. Дальнейшее решение задачи желательно проводить по АРИЗ, предварительно испробовав на ней физэффекты и стандарты на решение изобретательских задач.

Во всех случаях после проведения вепольного анализа следует для получения окончательного, технического решения применить АРИЗ и стандарты.