Министерство электротехнической промышленности

и приборостроения СССР

ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДОВ ТЕХНИЧЕСКОГО ТВОРЧЕСТВА ПРИ ПРОВЕДЕНИИ ФУНКЦИОНАЛЬНО-СТОИМОСТНОГО АНАЛИЗА.

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

Москва Информэлектро 1990

 

Министерство электротехнической промышленности и приборостроения СССР

 

Всесоюзный научно-исследовательский институт информации

и технико-экономических исследований в электротехнике

(Информэлектро)

Применение методов технического творчества при проведении функционально-стоимостного анализа

Методические рекомендации

МОСКВА

Информэлектро

1990

 

СОДЕРЖАНИЕ

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ.

2. МЕТОДИКА ПРИМЕНЕНИЯ МЕТОДОВ ТЕХНИЧЕСКОГО ТВОРЧЕСТВА ПРИ ПРОВЕДЕНИИ ФУНКЦИОНАЛЬНО-СТОИМОСТНОГО АНАЛИЗА.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. МОЗГОВОЙ ШТУРМ.

ПРИЛОЖЕНИЕ 2. МОРФОЛОГИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ.

ПРИЛОЖЕНИЕ 3. МЕТОД ФОКАЛЬНЫХ ОБЪЕКТОВ.

ПРИЛОЖЕНИЕ 4. МЕТОД КОНТРОЛЬНЫХ ВОПРОСОВ.

ПРИЛОЖЕНИЕ 5. ФУНКЦИОНАЛЬНО-ФИЗИЧЕСКИЙ МЕТОД ПОИСКОВОГО КОНСТРУИРОВАНИЯ Р. КОЛЛЕРА 

ПРИЛОЖЕНИЕ 6. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЙ МЕТОД ПРОЕКТИРОВАНИЯ Э. МЭТЧЕТТА.

ПРИЛОЖЕНИЕ 7. ТЕОРИЯ РЕШЕНИЯ ИЗОБРЕТАТЕЛЬСКИХ ЗАДАЧ. 

ПРИЛОЖЕНИЕ 8. ПРИМЕР. ФСА полюсов синхронных электрических машин (фрагмент).

ПРИЛОЖЕНИЕ 9. Аннотированный указатель литературы по методам технического творчества 

 

Настоящие методические рекомендации (MP) определяют порядок и особенности применения методов технического творчества (МТТ) при проведении ФСА.

MP предназначаются для специалистов служб ФСА на предприятиях и в организациях народного хозяйства.

Разработчики MP: ГЕРАСИМОВ В. М.; ДУБРОВ В. Е.; КАРПУНИН М. Г., канд. экон. наук; КУЗЬМИН А. М., канд. техн. наук; ЛИТВИН С. С.

 

Рецензенты: Калиш В. С, канд. экон. наук; Кудрявцев А. В.

Рекомендованы решением секции ФСА Научно-технического совета Минэлектротехприбора СССР.

Отзывы и замечания направлять по адресу: 105856 ГСП, Москва Е-37, Информэлектро.

 

 

Отсканировано и распознано - В. Г. Абашкин, ООО "Алгоритм", май, 2006

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Преодоление отставания СССР в развитии техники и организации производства требует освоения новых более эффективных подходов в работе ИТР и управленческого персонала. Одним из таких способов, широко используемых в мировой практике, является функционально-стоимостный анализ. ФСА позволяет повысить творческий потенциал ИТР и работников управления, улучшить организацию их труда, увеличить экономическую результативность принимаемых решений, более точно прогнозировать последствия внедрения организационных и технических новаций, ускорить использование достижений НТП в практике.

1.2. В настоящих MP используется общепринятое описание процесса проведения ФСА объекта по этапам: подготовительный, информационный, аналитический, творческий, исследовательский, рекомендательный и внедрение.

В то же время многие работы, выполняемые на одном из этапов, носят сквозной характер (например, сбор информации, выдвижение новых идей) и могут осуществляться на всех этапах.

1.3. Порядок и методические особенности применения методов технического творчества (МТТ) при проведении ФСА основаны на принципах и основных положениях метода ФСА, изложенных в РД 16 60.001—85.

1.4. Основная цель применения МТТ при проведении ФСА — увеличение эффективности работы исследовательской рабочей группы за счет уменьшения затрат времени, повышения качества проведения ФСА.

1.5. Основные цели применения МТТ по этапам ФСА.

1.5.1. На аналитическом этапе — выявление резервов развития объекта анализа и постановка задач по их использованию.

1.5.2. На творческом этапе — эффективное решение поставленных задач и развитие найденных технических решений.

1.5.3. На исследовательском этапе — расширение сферы применения найденных технических решений и прогнозирование развития объекта анализа.

1.5.4. На этапе внедрения — оперативное решение задач, возникающих в процессе внедрения.

1.6. Особенности проведения ФСА с применением МТТ.

1.6.1. Применение МТТ при проведении ФСА позволяет поставить и решить сравнительно небольшое число согласованных между собой задач по устранению большинства выявленных нежелательных эффектов (НЭ).

На аналитическом этапе применение МТТ позволяет выявить значительное число нежелательных эффектов, в том числе неочевидных. Это соответствует традиционной направленности ФСА: чтобы существенно улучшить объект анализа, необходимо выявить как можно больше его недостатков, проблем. При этом каждый НЭ рассматривается как потенциальная задача. Так как решить все поставленные задачи практически невозможно, то обычно их ранжируют, отбрасывая наименее значимые. Такой подход имеет отрицательные стороны:

неэффективно расходуется часть рабочего времени исследовательской рабочей группы (ИРГ);

не устраненные НЭ часто выходят в усовершенствованном объекте на первый план, сдерживая его развитие и даже нейтрализуя часть положительного эффекта, полученного от устраненных НЭ.

При проведении ФСА с использованием МТТ устранение этих негативных моментов достигается построением функционально-идеальной модели (ФИМ) объекта анализа, для реализации которой необходимо решение комплекса нескольких взаимоувязанных задач, не совпадающих с исходными.

Для постановки указанных задач используется алгоритм, включающий процедуры аналитического этапа ФСА, закономерности развития технических систем, выявленные в теории решения изоб­ретательских задач  (ТРИЗ), а также элементы других МТТ.

1.6.2. Особенностью проведения ФСА с применением МТТ является значительное повышение эффективности работ творческого этапа. При этом разные группы методов обеспечивают продуктивный поиск новых технических решений двумя основными способами. Первый способ (неалгоритмические методы психологической активизации творческого мышления, такие как мозговой штурм, метод фокальных объектов, морфологический анализ и др.) поз­воляет повысить продуктивность генерации новых решений (количество идей в единицу времени), а также придать им не шаблонность. Другой способ реализует ТРИЗ, которая позволяет выйти на одно решение (или совокупность решений) заведомо высокого уровня, соответствующее объективным законам развития техники.

1.7. Применение МТТ наиболее эффективно при проведении ФСА на ранних стадиях жизненного цикла объекта.

1.8. Применение МТТ при проведении ФСА эффективно лишь при качественном специальном обучении пользователей по программам, обеспечивающим практическое освоение МТТ.

2. МЕТОДИКА ПРИМЕНЕНИЯ МЕТОДОВ ТЕХНИЧЕСКОГО ТВОРЧЕСТВА ПРИ ПРОВЕДЕНИИ ФУНКЦИОНАЛЬНО-СТОИМОСТНОГО АНАЛИЗА

2.1. Структурно-функциональная схема проведения ФСА с применением МТТ приведена в табл. 1.

2.2. Применение МТТ на аналитическом этапе. 2.2.1. Проведение функционального анализа.

2.2.1.1. Устанавливаются связи между элементами объекта с помощью матрицы взаимодействия элементов объекта, в строках и столбцах

Таблица 1

Структурно-функциональная схема проведения функционально- стоимостного анализа с применением МТТ

Наименование этапа, итоговые документы этапа	Основные цели этапа	Содержание работ на этапе	Исполнитель работ на этапе
Подготовительный этап — приказ о проведении ФСА	Организационное обеспе-чение проведения ФСА	1. Выбор объекта и цели ФСА 2. Составление плана-графика проведения ФСА 3. Формирование ИРГ и определение регламента ее работы 4. Подготовка перечня представ-ляемой службами информации 5. Формирование экспертной комиссии 6. Подготовка и издание приказа (распоряжения)	1. Служба ФСА 2. Ответственный испол-нитель работ по ФСА 3. Руководители подраз делений, заинтересован-ных в анализе 4. Руководитель пред-приятия
Информационный этап — подборка материалов по объекту	Сбор  и изучение ипфор-мации по объекту ФСА	1. Подготовка подразделениями предприятия информационных мате-риалов и передача их ИРГ 2. Сбор информации членами ИРГ 3. Натурное изучение функциониро-вания объекта	1. Подразделения в соответствии с приказом 2. Служба ФСА 3. ИРГ
Аналитический этап — функ-ционально-идеальная модель, перечень задач и предвари-тельных предложений	Построение функционально-идеальной модели объекта, Постановка задач по реали-зации модели	1. Построение структурно-элементной схемы объекта ФСА 2. Функциональный и стоимостный анализ структурно-элементной схемы 3. Выявление нежелательных эффектов 4. Проведение работ по «свертыванию» объекта 5. Построение функционально-идеаль-ной модели 6. Формулирование задач по реализа-ции модели	ИРГ

 

Наименование этапа, итоговые документы этапа	Основные цели этапа	Содержание работ на этапе	Исполнитель работ на этапе
		7. Выявление априорного «сверхэф-фекта» (дополнительного эффекта) 8. Формулирование предварительных предложений
Творческий  этап — комплекс предложений, структурно-эле-ментная схема усовершенство-ванного объекта	Решение задач. Формирование предложений по совершенствованию объекта	1. Классификация задач 2. Выбор способа решения задач 3. Решение задач 4. Согласование решений, формирова-ние комплекса предложений 5. Построение структурно-элементной схемы усовершенствованного объекта	ИРГ
Исследовательский этап — расширенный комплекс пред- ложений, прогноз дальнейшс го развития объекта	Выявление максимального эффекта от найденных реше- ний. Прогнозирование даль-нейшего развития объекта	1. Выявление «сверхэффекта» от полу-ченных решений 2. Расширение сферы применения по-лученных решений 3. Прогнозирование дальнейшего раз-вития объекта	1. ИРГ 2. Служба ФСА
Рекомендательный  этап — отчет  о  проведении ФСА(расчет ФСА), план-график внедрения	Анализ рекомендаций ФСА и принятие решений по их внедрению	1. Технико-экономическая оценка предложений 2. Сравнение альтернативных вариан-тов 3. Теоретическая и экспериментальная проверка предложений 4. Экспертиза решений в подразделениях 5. Оформление заявок на изобретения и рационализаторские предложения	1. ИРГ. 2. Служба ФСА. 3. Экспертная комиссия

 

Наименование этапа, итоговые документы этапа	Основные цели этапа	Содержание работ на этапе	Исполнитель работ на этапе
		6. Подготовка и утверждение отчета о проведении ФСА 7. Подготовка и утверждение плана-графика внедрения рекомендаций
Этап  внедрения — акты внедрения	Внедрение рекомендаций ФСА	1. Включение работ по внедрению ре-комендаций ФСА в планы подразде-лений предприятия 2. Проведение экспериментальных работ 3. Включение предложений ФСА в план мероприятий научно-технического прогресса 4. Конструкторская и технологическая проработка предложений, разработка и изготовление оснастки и нестандартного оборудования, закупка материалов, комплектующих и стан-дартного оборудования 5. Внедрение предложений	Подразделения предприятия

которой записываются элементы верхнего иерархического уровня, а также надсистемы, включая изделие и взаимодействующего с объектом человека, как это делается в фундаментальном методе проектирования Мэтчетта.

2.2.1.2. Производится постановка задач по универсализации элементов объекта по правилам морфологического анализа с помощью матрицы взаимосвязи функций с их материальными носителями. Формально ставятся задачи по выполнению элементом функций, учтенных в матрице, при этом обращается особое внимание на однородные (близкие по смыслу) функции.

2.2.1.3. Выявленные функции вносятся в структурно-элементную схему объекта анализа, которая преобразуется в структурно-функциональную схему объекта согласно фундаментальному методу проектирования Мэтчетта.

2.2.2. Выявление нежелательных эффектов.

2.2.2.1. Выполняется генетический анализ.

При проведении ФСА с целью модернизации выявляются изменения, производившиеся ранее в конструкции и технологии изготовления, применяемых материалах и условиях поставки, серийности изготовления и других составляющих анализируемого объекта. При таком анализе, как правило, нежелательными эффектами являются неучтенные последствия этих изменений.

При проведении ФСА с целью проектирования нового объекта ФСА — проектирование, выполняющего ту же главную функцию, выявляются альтернативные принципы действия объекта с их достоинствами и недостатками. Производится сопоставление с принципами действия, достоинствами и недостатками технической системы, которую сменил объект анализа.

2.2.2.2. Осуществляется анализ объекта на соответствие законам развития технических систем (см. приложение 7).

В качестве НЭ фиксируются несоответствия объекта этим законам.

2.2.2.3. Проводится параметрический анализ.

Определяются физические пределы развития объекта, обусловливающие его основные, ключевые противоречия (см. приложение 7), связанные с принципом действия, которые и фиксируются в качестве НЭ.

2.2.3. «Свертывание» объекта анализа.

2.2.3.1. «Свертывание» является проявлением закона повышения идеальности технических систем (ТС) см. приложение 7). Цель этой процедуры — ликвидировать все элементы-носители ненужных, вспомогательных и по возможности основных функций. При этом вспомогательные функции «свернутых» элементов ликвидируются (переводятся в ненужные): основные функции «свернутых» элементов передаются другим элементам, обеспечивающим главную функцию объекта.

«Свертывание» ведется по верхнему иерархическому уровню структурно-элементной схемы того элемента системы, который анализируется. В пределах этого уровня «свертывание» начинают с элемента, у которого ранг выполняемых функций самый низкий.

2.2.3.2. Формулируются условия «свертывания».

Для каждого элемента формулировка «свертывания» записывается следующим образом: «Элемент (указать наименование) можно ликвидировать», если:

A. Нет объекта функции, т. е. функция переводится в ненужную.

Б. Функцию выполняет сам объект функции.

B. Функцию выполняют оставшиеся элементы системы или надсистемы.

2.2.3.3. Выбираются варианты «свертывания».

Наиболее предпочтительным вариантом свертывания является вариант А, наименее предпочтительным — вариант В.

Вариант А выбирается всегда, кроме случая, когда объектом функции является объект главной функции («изделие»). Если вариант А запрещен, то выбор варианта Б или В осуществляется по наличию «вещественно-полевых ресурсов» (см. приложение 7, АРИЗ-85В, примечание 21), т. е. если у объекта функции есть ресурсы, то всегда выбирается вариант Б и только в случае, когда их нет, ищутся ресурсы для выполнения требуемой функции у других элементов анализируемого объекта или надсистемы, т. е. используется вариант В.

Выбор варианта А ведет к коренному изменению объекта, а варианты Б и В к его модернизации.

2.2.4. Строится функционально-идеальная модель анализируемого объекта.

Для построения модели нового усовершенствованного объекта с минимальным числом элементов оставшиеся функции перегруппировываются по элементам объекта, сохранившимся после свертывания. В модель включаются также все нежелательные эффекты, которые не были устранены при свертывании.

2.2.5. Определяются требования к элементам функционально-идеальной модели объекта.

К каждому элементу модели предъявляются требования:

по обеспечению «свертывания» — устранению других элементов — определяются выбором вариантов свертывания (п. 2.2.3.3);

по устранению НЭ данного элемента — определяются из перечня оставшихся НЭ;

по согласованию данного элемента с надсистемой (другими оставшимися элементами, имеющимся в цехе оборудованием и т. д.).

Требования к отдельным элементам модели сводятся в единый комплекс требований к новому усовершенствованному объекту, при этом по мере решения задач на творческом этапе комплекс требований корректируется.

2.2.6. Проводятся анализ комплекса требований и формулирование задач по реализации функционально-идеальной модели.

Определяется цель анализа — устанавливается комплекс взаимоувязанных задач, подготавливаются предварительные предложения по реализации ФИМ.

Группируются требования, относящиеся к одним и тем же элементам построенной функционально-идеальной модели, выявляются причины, не позволяющие выполнить указанные требования и формулируются задачи в виде технических противоречий по каждой группе требований.

Если нет причин, мешающих выполнить предъявленные требования, формулируются первичные предложения по их удовлетворению. Эти предложения включаются в комплекс организационно-технических предложений, определяемый по итогам творческого этапа ФСА.

Итогом, свертывания являются:

первичные предложения, полученные без решения задач;

комплекс задач, содержащих технические противоречия.

Особенности этих задач:

их гораздо меньше, чем исходных НЭ, выявленных в объекте анализа, и меньше, чем требований к элементам модели;

большинство этих задач скрыто от взора специалистов и сознательно «конструируется» в результате свертывания. Выявляя и разрешая их, ФСА с применением ТРИЗ позволяет определить скрытые резервы совершенствования объекта;

это комплексные, согласованные между собой задачи: не по совершенствованию отдельных элементов конструкции и операций технологических процессов, а по оптимизации всего изделия и технологии его производства в целом. Решение таких задач обычно позволяет повысить функциональные возможности объекта при одновременном снижении затрат, а при ФСА — проектировании— создать принципиально новую ТС;

уровень таких задач часто оказывается весьма высоким: они содержат острые технические противоречия. Поэтому для их решения необходимо использовать современные методы технического творчества, особенно ТРИЗ, «решательный» аппарат которой направлен именно на разрешение технических противоречий.

2.2.7. Выявление «сверхэффекта» (дополнительного эффекта).

«Сверхэффектом» называются дополнительные потенциальные возможности предлагаемого решения задачи. Они могут быть получены помимо прямого эффекта, ради получения которого была поставлена задача. На аналитическом этапе еще до решения сформулированных задач «сверхэффект» определяется от априорного факта решения этих задач. При этом для каждой задачи:

2.2.7.1. Формулируется главный эффект, ради получения которого ставилась задача.

2.2.7.2. Определяются возможные изменения в технической системе, для которой поставлена задача, в результате ее решения. При этом определяются как позитивные «сверхэффекты» — повышение функциональных возможностей элементов анализируемой ТС и снижение затрат, так и негативные «сверхэффекты» — нежелательные последствия решения задачи. Они рассматриваются как новые задачи, требующие решения.

2.2.7.3. Готовятся первичные предложения по реализации позитивных «сверхэффектов».

 

Рис. 1

2.2.7.4. Выделяется «ключевая» задача, решение которой дает наибольшее число дополнительных положительных эффектов и новых свойств (потенциальных носителей «сверхэффекта»).

2.2.7.5. Корректируется комплекс задач, полученный в п. 2.2.6. Исключается часть задач в результате априорного положительного «сверхэффекта». Корректируются оставшиеся задачи и определяются новые задачи на базе априорного негативного «сверхэффекта».

2.3. Применение МТТ на творческом этапе.

2.3.1. Производится классификация задач, сформулированных на аналитическом этапе, по наличию или отсутствию в них технического противоречия (ТП).

2.3.2. Решаются задачи, не содержащие ТП.

Для их решения достаточно профессиональных инженерных и экономических знаний.

Формулируются предложения по усовершенствованию объекта.

2.3.3. Определение способа решения задач, содержащих ТП. Для таких задач существует два принципиально отличающихся способа решения:

а) компромиссные решения (без разрешения ТП). Они позволяют сгладить существующее ТП и за счет допустимого ухудшения второстепенных параметров объекта несколько улучшить наиболее важные;

б) решения, устраняющие исходные ТП. Они могут быть получены либо путем использования готовых решений, разрешающих аналогичные ТП (т. е. использования опыта), либо с помощью современных методов технического творчества.

Способ решения задачи определяется тремя основными критериями: этапом развития объекта ФСА, степенью известности и степенью актуальности задачи.

2.3.3.1. Выявляется этап развития технической системы, для которой сформулирована задача.

Развитие любой ТС проходит три основных этапа (рис. 1):

этап 1 — от возникновения идеи, замысла данной ТС до начала ее массового применения. На этом этапе происходит формирование ТС, значительно меняются ее конструкция и технология;

этап 2 — от начала массового применения ТС до практического исчерпания возможностей заложенных в основу ее работы физических принципов. На этом этапе возникают и развиваются

второстепенные, обслуживающие подсистемы, происходит количественное изменение показателей ТС без коренных изменений ее конструкции, затрагивающих принцип действия;

этап 3 — характеризуется застоем, а иногда и спадом показателей, вплоть до постепенной — замены ТС новой, более прогрессивной.

2.3.3.2. Устанавливается степень известности задачи. Если формулировка задачи незнакома специалистам по объекту анализа, т. е. задача была выявлена на аналитическом этапе ФСА (например, в результате «свертывания»), то ее можно считать неизвестной.

2.3.3.3. Ранжируется актуальность известных задач. Методом экспертных оценок определяется, насколько острой,

важной для производства является та или иная задача.

2.3.3.4. Выбирается способ решения задач, содержащих ТП (таблица 2).

Таблица 2

Критерии	Этап развития			Известность		Актуальность
Способ решения задачи	1-й	2-й	3-й	Извест-ная	Неизвест-ная	Актуаль-ная	Неакту-альная
Компромиссное решение		+			+
Решение пере-носом опыта		+	+	+		+
Решение с помо-щью МТТ	+	+	+	+	+	+	+

 

Компромиссное решение возможно для неизвестных задач (их никто не пытался решить на основе обычных технико-экономических расчетов), относящихся к ТС, находящимся на 2-м этапе и, следовательно, обладающим резервами количественного развития.

Решение переносом опыта возможно для известных задач, с высокой степенью актуальности, относящихся к ТС, находящимся на 2—3 этапах развития (т. е. по которым накоплен значительный опыт решения проблем).

Решение с помощью методов технического творчества является эффективным для любых задач, содержащих ТП.

2.3.4. По задачам, для которых выбран компромиссный способ решения, формулируются предложения и проводятся технико-экономические расчеты.

2.3.5. По задачам, для которых выбран способ решения переносом опыта, проводится поиск готовых решений. Для поиска готовых решений можно использовать как материалы информационного этапа и целевого патентного поиска по конкретной задаче (с особым вниманием  следует отнестись к передовым в данной области отраслям), так и проведение мозгового штурма с привлечением специалистов из отраслевой техники, являющихся ведущими в данной области.

2.3.6. Решение с помощью ТРИЗ задач, имеющих технические

противоречия.

2.3.6.1. Строится модель задачи по 1-й части АРИЗ-85В (см. приложение 7).

2.3.6.2. Осуществляется проверка задачи на стандартность. Составляется структурная вещественно-полевая модель задачи,

производится ее сравнение с формулировками «стандартов» на решение изобретательских задач [9]. Формулируются предложения, разрешающие технические противоречия «стандартным» способом. 2.3.6.3. Оставшиеся «нестандартные» задачи решаются с помощью АРИЗ-85В, начиная со 2-й части.

2.3.7. Применение методов психологической активизации при отсутствии в ИРГ специалистов, владеющих ТРИЗ.

2.3.7.1. Проведение мозгового штурма отличается следующими

особенностями.

ИРГ комплектуются специалистами, склонными к творческой работе, т. е. «генераторами идей». Правила проведения могут соответствовать «классическому» мозговому штурму либо его многочисленным модификациям (см. приложение 1).

Эффективность мозгового штурма может быть повышена за счет использования некоторых методов преодоления психологической инерции, применяемых в ТРИЗ:

оператор РВС (размер, время, стоимость), изменяющий задачу посредством последовательного уменьшения (вплоть до 0) размеров объекта, времени процесса, стоимости, а также других параметрических характеристик объекта (мощности, теплопроводности, сопротивления, силы тока и т. п.) или последовательного увеличения тех же характеристик;

метод моделирования маленькими человечками (см. приложение 7, АРИЗ-85В, шаг 4.1);

законы развития ТС (см. приложение 7, п. 2).

2.3.7.2. Применение метода фокальных объектов (см. приложение 4) более всего целесообразно при совершенствовании товаров народного потребления. С помощью этого метода до решения задач по улучшению потребительских свойств и снижению себестоимости, выявленных на аналитическом этапе, объект рассматривается на предмет придания ему неожиданного внешнего вида или каких-то других качественных параметров. С учетом этого комплекс задач, выявленных на аналитическом этапе, подвергается корректировке.

2.3.8. Для решения некоторых задач эффективным является функционально-физический метод поискового проектирования Р. Коллера (см. приложение 5). При использовании этого метода функционально-идеальная модель объекта анализа строится в виде набора структуры элементарных функций по Р. Коллеру.

С помощью специального указателя находятся физические эффекты, пригодные для реализации соответствующих элементарных функций, образуются возможные комбинации физэффектов, определяются их носители, ведется поиск (проработка) решения.

2.3.9. При решении задач с помощью морфологического анализа (см. приложение 2) устанавливается следующая очередность работ.

Выделяются основные элементы функционально-идеальной модели. Составляется полный перечень теоретически возможных исполнений и взаимодействий элементов. Для повышения идеальности возможных решений во всех перечнях следует включать «пустоту». При решении задач на перераспределение сил, полей, потоков, веществ особое внимание уделяется геометрической форме элементов, а при решении задач на преобразование полей из одного вида в другой и изменение веществ — физико-химическим свойствам веществ элементов. Путем комбинирования различных исполнений частей, связей, веществ и геометрических форм элементов находятся сочетания, решающие поставленные задачи.

2.3.10. На базе идей, полученных при решении задач, формулируются предложения по усовершенствованию объекта ФСА.

2.3.11. После решения каждой ключевой задачи повторяются работы по п. 2.2.7, т. е. выявляется «сверхэффект» от конкретного технического решения и корректируется комплекс ключевых задач.

2.3.12. Составляется комплекс предложений, характеризующий объект, усовершенствованный в результате ФСА.

В него входят как первичные предложения, полученные на аналитическом этапе в результате «свертывания» и поиска «сверхэффекта», так и предложения творческого этапа: первичные — по задачам, не содержащим ТП, компромиссные, по переносу опыта, а также предложения, сформулированные в результате решения (с применением МТТ) задач, содержащих ТП.

При составлении комплекса предложений производятся взаимная увязка и согласование (см. приложение 7, закон согласования ТС) всех предложений и переход от функционально-идеальной модели к реализующему ее усовершенствованному объекту — конструкции изделия, технологическому процессу и т. д.

2.4. Применение МТТ на исследовательском этапе.

2.4.1. Расширение области применения найденных технических решений.

2.4.1.1. Строятся морфологические матрицы: элементы объекта — взаимное расположение (для технологических процессов: операции — порядок выполнения); элементы объекта — геометрическая форма, размеры; элементы объекта — агрегатные состояния входящих в него веществ.

2.4.1.2. Используется метод контрольных вопросов для нахождения дополнительных конструктивных исполнений элементов, реализующих найденные новые технические решения.

2.4.1.3. Определяется «сверхэффект» для различных исполнений объекта, полученных в пп. 2.4.1.1 и 2.4.1.2.

2.4.2. Прогнозирование развития объекта анализа.

2.4.2.1. Разрешаются ключевые противоречия объекта, связанные с его принципом действия (п. 2.3.2.3).

При поиске нового принципа действия объекта используются указатели физических и химических эффектов (см. приложение 7).

2.4.2.2. Прогнозируется развитие объекта анализа в соответствии с законами развития ТС (см. приложение 7). 2.5. Применение МТТ на этапе внедрения.

Применяются мозговой штурм, метод контрольных вопросов и ТРИЗ (особенно «стандарты» на решение изобретательских задач и АРИЗ) для оперативного решения задач, возникающих при внедрении предложений ФСА.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

МОЗГОВОЙ ШТУРМ

1. Метод создан А. Осборном (США) в 1957 г. [2, 3, 4, 12]. Основная цель метода — отделение процесса генерации идей от их критики и оценки. В группу «генераторов идей» подбирают специалистов различного профиля, склонных к творческой работе. Во время проведения «штурма» запрещаются критика и обсуждение выдвигаемых идей. Напротив, руководитель группы должен стараться побудить участников решения проблемы развивать полученные идеи.

Возможно проведение обратного «мозгового штурма», когда группа ищет недостатки, слабые места в объекте анализа.

Как при прямом, так и при обратном «мозговом штурме» все идеи фиксируются и после окончания заседания «генераторов идей» рассматриваются группой экспертов-специалистов в данной области.

Существует большое число методов, производных от классического мозгового штурма [3, 4, 11], отличающихся количеством участников, допускающих различные элементы критики и т. д.

Мозговой штурм и производные от него методы наиболее эффективны при решении организационных проблем, а также технических задач невысокого уровня сложности.

2. Достоинства метода: легкость освоения участниками; незначительные затраты времени на проведение.

3. Недостаток метода: отсутствие каких-либо критериев, дающих приоритетные направления выдвижения идей.

4. Применение при проведении ФСА:

4.1. Как форма работы ИРГ.

4.2. Метод поиска вариантов реализации какой-либо функции (если это не связано с возникновением технического противоречия) .

4.3. Метод решения простых задач.

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

МОРФОЛОГИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ

1. В современном виде морфологический анализ создан ф. Цвикки (США) в 1942 г. [2, 3, 4, 12]. Метод создавался для разработки объектов, основанных на новых по сравнению с прототипом принципах действия.

Основная идея метода — с помощью комбинаторики получить все теоретически возможные варианты реализации объекта с требуемой главной функцией. Для этого анализируют строение (морфологию) объекта, выделяя в первую очередь основные элементы. Далее составляют список всех формально возможных способов выполнения элементов. После этого рассматривают все сочетания изменяемых параметров (элементов) объекта.

Если изменяемых элементов всего два, то строится морфологическая матрица.

2. Достоинства метода.

2.1. Легко осваивается.

2.2. Дает очень большое количество идей (сочетаний реализаций элементов).

3. Недостатки метода.

3.1. Отсутствие критериев для оценки перспективности различных реализаций объекта анализа.

3.2. Большая трудоемкость метода, особенно оценки полученных идей.

4. Метод фантограмм.

Г. С. Альтшуллер [7] создал универсальную морфологическую матрицу, пригодную для усовершенствования любого объекта. Вертикальной осью этой матрицы служат универсальные показатели, характеризующие любую систему: химический состав вещества, физическое состояние, элементы, надсистема, энергообеспечение, воспроизведение и др. В качестве горизонтальной оси приведен перечень приемов изменения ТС: уменьшить, увеличить, объединить, раздробить, заменить данное свойство антисвойством и т. д.

Для каждого объекта фантограмма дает 144 сочетания, из которых 20—25% не лишены смысла.

5. Области применения морфологического анализа при проведении ФСА.

5.1. Расширение сферы применения полученных решений, их развитие (АРИЗ-85В, ч. 8).

5.2. Формирование фонда задач-аналогов. Морфологический анализ позволяет расширить понятие аналога.

5.3. Построение функционально-элементных матриц и постановка с их помощью задач на аналитическом этапе ФСА.

5.4. Поиск новых нешаблонных реализаций объектов ФСА.

ПРИЛОЖЕНИЕ 3

МЕТОД ФОКАЛЬНЫХ ОБЪЕКТОВ

1. Метод предложен Ч. Вайтингом (США, 1953 г.) для создания объектов с новыми свойствами [7, 12].

Основная идея метода — для подавления психологической инерции, связанной с объектом, установить его ассоциативные связи с различными случайными объектами.

Для совершенствования объекта анализа выбирают наугад (например, с помощью словаря) несколько предметов. У выбранных предметов выявляют их специфические свойства, которые поодиночке либо в различных сочетаниях формально переносятся на усовершенствуемый объект, который находится как бы в фокусе внимания.

2. Достоинства метода:

2.1. Простота освоения.

2.2. Нешаблонность выдвигаемых идей, которая определяется сочетанием анализируемого объекта с неожиданными для него свойствами.

3. Недостатки метода:

3.1. Метод слабо работает при решении задач для получения требуемой технической или экономической характеристики объекта.

3.2. Отсутствие внутренних критериев оценки получаемых идей.

4. Области применения метода при проведении ФСА.

4.1. Поиск новых нешаблонных реализаций объектов ФСА, особенно товаров народного потребления.

4.2. Наращивание «функций объекта»: например, при инверсном ФСА для известного объекта ищут новую функцию.

ПРИЛОЖЕНИЕ 4

МЕТОД КОНТРОЛЬНЫХ ВОПРОСОВ

1 Метод контрольных вопросов предназначен для психологической активизации творческого процесса. Списки вопросов являются памяткой, которую применяют, чтобы не забыть произвести те или иные преобразования с объектом анализа, которые могут подвести к решению поставленных задач. В практике изобретательства наиболее широкое применение нашли списки контрольных вопросов А. Осборна (США, 1964 г.) [8], Т. Эйлоарта (Великобритания, 1969 г.) [6], контрольные вопросы для рационализации узлов и деталей [10].

Для ФСА особый интерес представляет список контрольных вопросов функционального анализа [1]:

Какова основная функция узла (детали) ?

Что представляет собой «идеальный» узел (деталь)?

Что будет, если убрать данный узел (деталь)?

Какие и сколько функций выполняет данный узел (деталь), нельзя ли часть из них сократить?

Как иначе можно выполнить основную функцию?

В какой отрасли техники наилучшим образом выполняется данная функция и нельзя ли позаимствовать решение?

Можно ли разделить узел (деталь) на части? Можно ли разделить несколько деталей (узлов)? Можно ли разборные соединения выполнить неразборными и наоборот?

Нельзя ли поменять последовательность технологических операций? Ввести или исключить предварительные сборочные и обрабатывающие операции? Исключить отделочные операции?

Какой элемент узла (детали) самый «слабый», нельзя ли его отделить от «детали» (узла), «усилить»?

Какие факторы, функции в работе узла (детали) самые «вредные»? Нельзя ли их использовать? Что будет с изделием, если узел станет выполнять противоположные функции? Как реализовать работу «наоборот»?

Нельзя ли упростить узел, добиваясь не 100% полезного эффекта, а чуть меньше или больше?

Можно ли уменьшить допуск, снизить чистоту обработки, упростить форму, усовершенствовать прочие аналогичные элементы узла (детали)?

Можно ли заменить специальные детали стандартными?

Какие дополнительные функции может выполнять данный узел (деталь)?

Можно ли изменить материал, сортамент?

Можно ли уменьшить отходы или использовать их?

Нельзя ли взять более дешевый материал и применить покрытия, биметаллы и т. д. либо вставки из высококачественного материала?

Что в детали (узле) в первую очередь изнашивается? Где в детали (узле) заложены излишние запасы, нельзя ли сократить?

2. Достоинства метода.

2.1. Легкость освоения.

3. Недостатки метода.

3.1. Сложные задачи, требующие комбинации приемов и применения различных эффектов (т. е. нового принципа действия) этим методом практически не решаются.

3.2. Отсутствует внутренний критерий для сравнения альтернативных вариантов.

4. Область применения метода при проведении ФСА.

4.1. Средство постановки задач. С помощью функциональных вопросов обычно уточняют условия задач.

4.2. Средство оптимизации и развития полученного решения, а также средство «решения» задач, не содержащих технические противоречия.

ПРИЛОЖЕНИЕ 5

ФУНКЦИОНАЛЬНО-ФИЗИЧЕСКИЙ МЕТОД ПОИСКОВОГО КОНСТРУИРОВАНИЯ Р. КОЛЛЕРА

1. Метод [14] разработан Р. Коллером (ФРГ) в 1975 г. и предназначен для синтеза ТС на новых принципах действия. Основу метода составляют: анализ функций технических систем и их элементов; систематизированный фонд физических эффектов; программа поиска новых физических принципов действия объекта и реализующих их технических решений.

2. Разработка новых технических систем укрупненно состоит из следующих этапов:

2.1. Постановка задачи и построение функциональной структуры ТС.

2.2. Выбор физических эффектов для реализации каждой функции и принципиальных технических решений (качественное конструирование) .

2.3. Разработка конструкторской документации (количественное конструирование).

3. Постановка задачи и синтез функциональной структуры выполняются в несколько шагов.

3.1. Формулирование цели разработки ТС.

3.2. Формулирование общей (главной) функции разрабатываемой ТС. Описание общей функции содержит указание «входа» (т. е. входных физических величин) и «выхода» ТС, а также наличие преобразования «входа» в «выход». Общую функцию рекомендуется изображать графически в виде черного ящика, имеющего «вход» и «выход».

3.3. Составление списка основных требований к разрабатываемой ТС, включающего наиболее важные и принципиальные условия и ограничения выполнения общей функции. Выявленные требования изображаются на графической схеме в виде дополнительных входов (воздействий) ТС.

4. Построение структуры элементарных функций, соответствующих основным операциям.

В соответствии с разбивкой ТС на функциональные узлы общая функция ТС может быть разделена на подфункции. Аналогично найденные подфункции 1-го уровня могут быть разбиты на подфункции 2-го уровня и т. д. Разбивка функций на подфункции более низкого уровня осуществляется до тех пор, пока они не будут соответствовать элементарным функциям, для чего полученные функции сопоставляются со списком основных операций.

Под элементарной функцией понимается описание преобразования физической величины (вход) в другую физическую величину (выход) в результате действия или процесса, соответствующего основной операции.

Введение понятия «основная операция» (под которым понимается сам процесс преобразования в отрыве от того, что преобразуется) представляет собой более высокий уровень абстрагирования и обобщения по сравнению с понятием «функция». Коллер утверждает, что все ТС построены на основе 12 пар противоположных основных операций.

При построении структуры элементарных функций анализируются несколько ТС с наиболее близкими общими функциями, поэтому может быть получено несколько вариантов структур элементарных функций.

5. Построение альтернативных вариантов структур основных операций.

Путем перестановки основных операций получают другие возможные структуры, отсеивая недопустимые структуры, противоречащие основным законам природы. Далее отбирают те структуры, которые существенно отличаются друг от друга.

6. Качественное конструирование.

6.1. Выбор физических эффектов.

Каждая элементарная функция в структуре может быть реализована с помощью одного или нескольких физических эффектов, у которых наименования физических величин совпадают с наименованиями физических величин на входе и выходе элементарной функции соответственно. Поиск физических эффектов производится с помощью указателя физических эффектов для соответствующей пары противоположных основных операций.

При выборе физических эффектов Коллер рекомендует придерживаться следующих правил:

1. Рассмотреть возможно большее число вариантов физических идей для реализации каждой элементарной функции.

2. Особое внимание обращать на реализацию двух или более элементарных функций одним физическим эффектом.

Все возможные реализации структур элементарных функций с помощью различных физических эффектов сводятся в структуры ФЭ.

6.2. Выбор носителей физических эффектов.

Осуществляется с помощью справочников по веществам и материалам. После выбора материалов проводится конструкторская проработка.

7. Достоинства метода.

7.1. Хорошая стыковка с ФСА на базе функционального подхода.

7.2. Удачная организация фонда физических эффектов, удобная для поиска нового принципа действия ТС.

8. Недостатки метода.

8.1. Отсутствие критериев для выбора наилучших вариантов среди множества возможных и, следовательно, необходимость рассмотрения очень большого числа вариантов.

8 2. Отсутствие указателей физических эффектов для большинства «основных операций», а также отсутствие указателей химических, биологических и геометрических эффектов.

8 3. Неоднозначность синтеза функциональной структуры.

Многовариантность действий, зависящая от субъективных факторов.

9. Применение метода при проведении ФСА. Поиск альтернативных принципов действия объекта и его элементов.

ПРИЛОЖЕНИЕ 6

ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЙ МЕТОД ПРОЕКТИРОВАНИЯ Э. МЭТЧЕТТА

Э. Мэтчеттом (Великобритания) разработан «фундаментальный метод проектирования», предназначенный для разработки принципиально новых ТС [2].

1. Основные положения.

Основная цель метода (по словам самого Мэтчетта) — «научить проектировщика понимать и контролировать свой образ мыслей и более точно соотносить его со всеми аспектами проектной ситуации».

В то же время Мэтчетт отмечает, что: «проектирование — это выявление и разрешение конфликтов в многомерных ситуациях», а также: «хороший проект — это оптимальное решение, удовлетворяющее сумме истинных потребностей в конкретном комплексе обстоятельств».

Таким образом, метод направлен как на исследование и преобразование собственно технической системы (рациональная часть), так и на совершенствование мыслительной деятельности проектировщика (иррациональная часть), причем последнее Мэтчетт считает главенствующим.

2. Рациональная часть метода.

2.1. Этапы работ:

1) исследование проектной ситуации;

2) определение потребностей, для которых производится проектирование (1—3 группы контрольных вопросов);

3) выявление и анализ главной функции;

4) исследование альтернативных принципов реализации главной функции (4 и 5 группы контрольных вопросов);

5) выполнение эскизного проекта:

6) оценка эффективности проекта;

7) определение стоимости осуществления проекта;

8) определение качества деталей и узлов.

Как отмечает автор метода, этапы могут меняться местами, изменяться, комбинироваться либо не выполняться в зависимости от характера конкретной решаемой задачи.

2.2. Списки контрольных вопросов.

Контрольные вопросы, по Мэтчетту, разбиваются на вопросы «первичного» и «вторичного» колец. Вопросы «первичного кольца» предназначены для анализа проектной ситуации и выработки альтернативных решений. Они объединены в 5 групп, причем вопросы разных групп могут комбинироваться. Вопросы «вторичного кольца» предназначены для развития полученных решений.

2.2.1. Группы контрольных вопросов «первичного кольца»:

1. Определение важности потребностей (классификация потребностей по важности).

2 Потребности с точки зрения объекта и надсистем, в которые ни входят в течение своего жизненного цикла.

3 Потребности на каждом этапе создания и функционирования объекта.

4 Рассмотреть: потребности (что?), причины (почему?), время (когда?), место (где?), средства (чем?), метод (как?), необходимые для реализации объекта и его элементов.

5. Возможные пути упрощения частей проекта.

2.2.2. Контрольные вопросы «вторичного кольца»: Какие эффекты, потребности, ограничения вызовет каждая деталь технического объекта в отношении любой другой детали этого объекта?

2.3. Матрица взаимодействия элементов.

Матрица взаимодействия служит для систематического поиска возможностей улучшения взаимосвязей между элементами. Анализ каждой пары взаимодействующих элементов проводится одновременно с поиском других вариантов взаимодействия с помощью пятой группы контрольных вопросов «первичного кольца» и контролем результата с помощью контрольных вопросов «вторичного кольца».

2.4. Структурно-функциональные модели объекта.

Для углубления процесса переоценки функций и пересмотра элементов проекта Мэтчетт рекомендует строить графические схемы: выписываются все элементы объекта и показываются их связи. Причем каждая графическая связь сопровождается подписью выполняемой функции.

3. Иррациональная часть метода — управление мышлением.

3.1. В фундаментальном методе проектирования наибольшее внимание уделяется обучению использования «режимов мышления» для осознания, контроля и приспособления образа мышления к задачам проектирования.

3.2. Режимы мышления:

а) мышление стратегическими схемами — заранее выбрать стратегию (план) проектирования и постоянно сравнивать достигнутое с намеченным, оценивая также совокупность и последовательность мыслей, приведших к результату;

б) мышление в параллельных плоскостях — это одновременное видение и задачи, и себя. Проектировщик, в частности, должен осознавать, в какой степени своими решениями он направляет работу других участников проектирования объекта, а в какой степени они направляют его работу;

в) мышление с нескольких точек зрения — умение видеть проектную ситуацию и решение глазами различных людей, разных специалистов. Развитию этой способности помогает регулярное применение при проектировании третьей группы вопросов «первичного кольца»;

г) мышление «образами», основное назначение которого дать проектировщику запоминающийся образ (геометрическую схему) взаимосвязей между задачей проектирования, процессом проектирования и решением;

д) мышление в основных элементах — это мышление, элементарные компоненты которого осознаются и контролируются. Мэтчетт  разработал списки элементарных мыслительных операций" которые он может предпринять в каждой точке поискового процесса.

4. Достоинства метода.

4.1. Введение в анализ ТС матрицы взаимодействий элементов

4.2. Построение структурно-функциональных моделей ТС.

4.3. Для специалистов с художественным типом мышления приемы управления мыслительной деятельностью представляют определенную пользу.

4.4. Наличие списка контрольных вопросов, отличных от списков других авторов.

5. Недостатки метода.

5.1. Методика обучения режимам мышления подробно не излагается, что не позволяет эффективно обучать иррациональной части метода без автора.

5.2. Отсутствие четких правил по выявлению и оценке взаимосвязей между элементами.

5.3. Нечеткость, методическая размытость конкретных рациональных операторов.

5.4. Отсутствие критериев оценки правильности выполнения операторов метода.

6. Применение метода при проведении ФСА.

Углубление анализа объекта ФСА за счет построения таблиц взаимодействий элемент-элемент и структурно-функциональных схем.

ПРИЛОЖЕНИЕ 7

ТЕОРИЯ РЕШЕНИЯ ИЗОБРЕТАТЕЛЬСКИХ ЗАДАЧ

1. Начало разработки ТРИЗ относится к концу 40-х годов, первая публикация—в 1956 г., автор — Г. С. Альтшуллер (СССР)

П 7 12].

Основной постулат ТРИЗ: технические системы развиваются закономерно. Эти закономерности можно изучать и использовать для планомерного совершенствования техники, в частности, для решения изобретательских задач.

Как и всякое развитие, совершенствование ТС осуществляется через накопление и разрешение противоречий, поэтому ТРИЗ изучает технические системы с точки зрения этого процесса.

Современная теория решения изобретательских задач состоит из 4 связанных между собой основных элементов: законов развития технических систем (ЗРТС); алгоритма решения изобретательских задач (АРИЗ); информационного фонда; вепольного анализа и стандартов на решение изобретательских задач.

2. Законы развития ТС служат для прогнозирования качественных изменений в ТС и выявления технических противоречий, препятствующих этим изменениям. Причем эти ТП могут быть обнаружены, даже если пока они находятся в зародышевом состоянии и не оказывают (по сравнению с другими ТП) сильного влияния на рост количественных характеристик (параметров) ТС.

Наиболее изучены и часто применяются следующие ЗРТС:

2.1. Закон повышения идеальности технических систем. Все технические системы, развиваясь, приближаются к идеальной ТС.

Под идеальной понимается такая техническая система, функции которой выполняются, а сама она как материальный объект отсутствует.

Этот закон развития ТС является основным, остальные ЗРТС раскрывают конкретные пути, которыми достигается повышение идеальности технических систем.

2.2. Закон повышения динамичности технических систем.

2.2.1. Под динамизацией ТС понимают приспособление ТС к меняющимся условиям функционирования (под воздействием как изменений во внешней среде или изделии, так и изменяющихся требований человека).

2.2.2. Динамизация элементов и структуры ТС.

Общее направление развития — повышение числа внутренних степеней свободы.

От жестких, неизменных элементов к элементам, имеющим подвижные соединения и далее к эластичным, порошковым, жидкостным и газовым. В результате осуществляется переход от жесткой структуры ТС к изменяющейся, перестраиваемой.

Аналогично происходит динамизация ТС на микроуровне: от неизменных свойств элемента к их плавному изменению под действием поля, далее к скачкообразным изменениям свойств элемента  под действием поля (использованию фазовых переходов" и сочетанию различных изменений свойств на разных микроуровнях (см п. 5.2. настоящего приложения).

2.2.3. Динамизация функций и параметров ТС.

Развитие ТС происходит от однофункциональных ТС с неизменными параметрами к многофункциональным с изменяющимися параметрами.

Основные направления  динамизации функций и параметров

использование ТС со сменными рабочими органами; изменение параметров рабочего органа под действием поля вплоть до смены функций (пример: сварка-резка).

2.2.4. Динамизация управляемости ТС.

Развитие ТС идет от неуправляемых к управляемым и далее к самоуправляемым. При этом программы (алгоритмы) работы ТС изменяются от жестких, заданных самой конструкцией системы, к ТС со сменными программами и далее к самопрограммируемым, самообучающимся.

2.2.5. Выход на нежелательные эффекты

2.2.5.1. Выделить изменяющиеся внешние или внутренние условия.

2.2.5.2. Зафиксировать те элементы ТС, которые непосредственно либо функционально связаны с изменяющимися условиями.

2.2.5.3. Для этих элементов определить положение на линии развития динамичности.

2.2.5.4. Сравнить изменение условий с возможностью ответного изменения элементов.

2.2.5.5. Сформулировать задачи по повышению динамичности ТС.

2.3. Закон согласования взаимодействующих технических систем.

2.3.1. Под согласованием понимают установление оптимальных соотношений параметров, свойств и функционирования взаимодействующих ТС и их элементов.

Целью согласования и направленного рассогласования являются устранение вредных взаимодействий между ТС, устранение различного рода потерь, а также получение новых положительных эффектов.

2.3.2. Начинать согласование ТС необходимо с согласования ее с надсистемой для наилучшего выполнения внешних функции, потом производится согласование элементов верхнего иерархического уровня и т. д. При этом осуществляется согласование, подстраивание элементов под определяющий (выполняющий функцию более высокого ранга).

2.3.3. Развитие ТС идет в направлении от несогласованных систем к системам с согласованными компонентами (веществами) согласованной структурой (формой) и далее с согласованной динамикой действия (ритмикой), и, наконец, комплексно согласованным ТС. Эффективность согласования повышается при переходе от статического к динамическому и от согласования на макроуровне к согласованию на микроуровне.

Под статическим согласованием понимают установление оптимального, но неизменного параметра ТС. Под динамическим согласованием понимают установление оптимального параметра ТС, изменяющегося в соответствии с изменением условий работы.

2.3.4. Выход на нежелательные эффекты.

2.3.4.1. Определить характер взаимодействия функционально [связанных элементов, выделить определяющий с позиций выполнения главной функции объекта.

2.3.4.2. Зафиксировать компоненты, структуру, форму, размеры, [динамику действия — существенные для функционирования рассматриваемых элементов.

2.3.4.3. Выделить изменяющиеся параметры определяющего элемента, затем то же самое — для остальных элементов.

2.3.4.4. Провести анализ согласованности по каждому виду [ способу согласования.

2.3.4.5. Сформулировать задачи по согласованию объекта анализа с надсистемой и взаимодействующих элементов объекта между собой.

2.4. Закон перехода ТС в надсистему.

2.4.1. Эффективность ТС на любом этапе развития может быть повышена объединением ее с другой системой (или системами) в более сложную би- или полисистему.

Повышение эффективности синтезированных би- и полисистем достигается прежде всего развитием связей элементов в этих системах, а также увеличением различия между элементами системы: от одинаковых элементов к элементам со сдвинутыми характеристиками, затем — к разным элементам и к сочетаниям типа «элемент- антиэлемент».

Повышение эффективности полученных би- и полисистем достигается их свертыванием, в первую очередь путем объединения и сокращения вспомогательных элементов.

При объединении ТС их недостатки должны взаимоисключаться, а достоинства усиливаться.

2.4.2. Выход на нежелательные эффекты.

2.4.2.1. Зафиксировать одинаковые и сходные функции, выполняемые разными элементами объекта анализа.

2.4.2.2. Рассмотреть возможность выполнения этих функций одним элементом. Выявить технические противоречия, мешающие выполнению нескольких одинаковых или сходных функций одним элементом.

2.4.2.3. Зафиксировать ресурсы элементов технической системы. Под ресурсами понимаются свойства элементов, взятые в их количественной определенности.

2.4.2.4. Рассмотреть возможность объединения элементов, имеющих сходные (в том числе одинаковые) ресурсы или часть ресурсов. Выявить ТП, препятствующие такому объединению.

2.4.2.5. Зафиксировать отходы (вещественные, энергетические и информационные) объекта в целом и его элементов.

2.4.2.6. Рассмотреть возможность объединения ТС с системами, для которых ее отходы являются сырьем, либо с системами, имеющими отходы с антисвойствами и наоборот. Выявить ТП, мешающие использованию отходов объекта анализа.

2.4.2.7. Рассмотреть возможность использования отходов одних подсистем объекта для функционирования других подсистем. Выявить ТП, мешающие их использованию.

2.5. Закон перехода ТС на микроуровень.

2.5.1. Технические системы имеют сложное иерархическое строение. Выделяют, как минимум, две группы иерархических уравнений: макро- и микро.

Макроуровневые ТС отличаются тем, что преобразования полей из одного вида в другой осуществляются вне пределов системы. В свою очередь микроуровень характеризуется тем, что преобразования полей из одного вида в другой осуществляются непосредственно ТС, либо в системе «ТС — изделие».

При переходе ТС на микроуровень, как правило, происходит частичное или полное свертывание системы.

2.5.2. Микроуровневые ТС имеют ряд подуровней, отличающихся различным взаимодействием поля и вещества:

кристаллические решетки;

молекулы и их части;

атомы;

элементарные частицы.

2.5.3. Выход на нежелательные эффекты

2.5.3.1. Зафиксировать входное и выходное поле ТС.

2.5.3.2. Рассмотреть возможность выполнения главной функции объекта анализа — создания его выходного поля прямым преобразованием в ТС входного поля, т. е. рассмотреть возможность создания ТС, основанной на новом принципе действия и использующей физические или химические эффекты. Выявить ТП.

2.5.3.3. Для поиска нового принципа действия использовать указатели физических и химических эффектов, разработанных в ТРИЗ [8, 9], а также указатель физических эффектов Р. Коллера, дополненный А. И. Половинкиным [14].

2.6. Закон повышения самодействия ТС (повышения полноты частей ТС).

2.6.1. По мере развития ТС начинают выполнять функции все более высоких уровней (табл. 1).

2.6.2. Выявление нежелательных эффектов.

2.6.2.1. Зафиксировать функции, выполняемые человеком для обеспечения функционирования' ТС.

2.6.2.2. Выявить функции, параметры и свойства элементов объекта анализа, наличие которых обусловливается только обслуживанием объекта человеком.

Таблица 1

Уровни	Исполнительные органы	Преобразователи	Источники
Информационный	Датчики	Информации	Решений	Напра-вление вытес-нения человека
Управления (командный)	Устройства управления	Команд	Команд
Исполнительский (энергетический)	Инструменты	Энергии (трансмиссии)	Энергии
Направление вытеснения человека

 

2.6.2.3. Рассмотреть возможность замены человека техническими системами для выполнения тех же функций. Выявить ТП, мешающие этому.

2.6.2.4. Выявить новые качества, возникающие в ТС при вытеснении человека.

3. Информационный фонд.

В ТРИЗ существует разветвленный информационный фонд: указатели физических, химических и геометрических эффектов [8, 9, 10];

приемы разрешения противоречий [1, 7]; задачи-аналоги.

4. Вепольный анализ и «стандарты» на решение изобретательских задач.

Вепольный анализ — это специальный аппарат ТРИЗ, служащий для записи и анализа вещественно-полевой структуры модели задачи. Благодаря вепольному анализу устанавливается взаимосвязь между ЗРТС, АРИЗ и «стандартами» на решение изобретательских задач. «Стандартами» называются комплексные приемы по преобразованию ТС, каждый из которых применим при определенной вещественно-полевой структуре модели задачи.

5. Алгоритм решения изобретательских задач.

Наиболее современная модификация алгоритма — АРИЗ-85В. Цифры означают год разработки, а буквенный индекс — модификацию. АРИЗ представляет собой программу действия человека по выявлению, исследованию и разрешению технического противоречия в исходной ситуации. Отличительной особенностью АРИЗ как метода является наличие в нем внутренних критериев для оценки возможных вариантов путей поиска решения и отсечения слабых — решение мини-задачи и идеальный конечный результат (ИКР).

Основная функция аналитической части АРИЗ — сужение поискового  поля,  вплоть до выхода  в область сильных решений

 (близких к ИКР). В синтетической части предусмотрено использование в первую очередь уже имеющихся в ТС ресурсов. Правила преобразования этих ресурсов и привлечения новых сведены в информационный фонд ТРИЗ.

Так как АРИЗ предназначен для применения человеком, то для борьбы с присущей ему психологической инерцией в программе предусмотрено использование ряда психологических операторов, разрушающих привычные представления об объекте.

6. Достоинства метода.

6.1. Высокая результативность.

6.2. Наличие в решательном аппарате внутренних критериев для выбора наиболее перспективных направлений поиска решений технических задач.

7. Недостатки метода.

7.1. Большой срок обучения (не менее 100 учебных часов).

7.2. Необходимость постоянной практики.

8. Применение при проведении ФСА.

8.1. Поиск НЭ.

8.2. Построение ФИМ и комплекса взаимоувязанных задач по ее реализации.

8.3. Решение задач с техническими противоречиями.

8.4. Прогнозирование развития объекта анализа.

Алгоритм решения изобретательских задач АРИЗ-85В*

1. Анализ задачи. Основная цель первой части АРИЗ — переход от расплывчатой изобретательской ситуации к четко построенной и предельно простой схеме (модели) задачи.

1.1. Записать условия мини-задачи (без специальных терминов!) по следующей форме.

Техническая система для (указать назначение) включает (перечислить основные части системы). Техническое противоречие 1: (указать). Техническое противоречие 2: (указать). Необходимо при минимальных изменениях в системе (указать результат, который должен быть получен).

 

Примечание 1. Мини-задачу получают из изобретательской ситуации, вводя ограничения: «Все остается без изменений или упрощается, но при этом появляется требуемое действие (свойство) или исчезает вредное действие (свойство)». Переход от ситуации к мини-задаче не означает, что взят курс на решение небольшой задачи. Наоборот, введение дополнительных требований (результат должен быть получен «без ничего») ориентирует на обострение конфликта и заранее отрезает пути к компромиссным решениям.

 

Примечание 2. При записи 1.1. следует указать не только технические части системы, но и природные, взаимодействующие с техническими.

 

Примечание 3. Техническими противоречиями называют взаимодействия в системе, состоящие, например, в том, что полезное действие вызывает одновременно и вредное или введение (усиление) полезного действия или устранение (ослабление) вредного действия вызывает ухудшение (в частности, недопустимое усложнение) одной из частей системы или всей системы в целом.

Технические противоречия составляют, записывая одно состояние элемента системы с объяснением того, что при этом хорошо, а что плохо. Затем записывают противоположное состояние этого же элемента и вновь — что хорошо, что плохо.

Иногда в условиях задачи дано только изделие: технической системы (инструмента) нет, поэтому нет явного ТП. В этих случаях ТП получают, условно рассматривая два состояния изделия, хотя одно из состояний заведомо недопустимо. Например, дана задача: «Как наблюдать невооруженным глазом микрочастицы, взвешенные в образце оптически чистой жидкости, если эти частицы настолько малы, что свет обтекает их?»

ТП1. Если частицы малы, жидкость остается оптически чистой, но частицы невозможно наблюдать невооруженным глазом.

ТП2. Если частицы большие, они хорошо наблюдаемы, но жидкость перестает быть оптически чистой, а это недопустимо.

Условия задачи, казалось бы, заведомо исключают рассмотрение ТП2: изделие менять нельзя! Действительно, в дальнейшем мы будем исходить — в данном случае — из ТП1, но ТП2 даст дополнительные требования к изделию: маленькие частицы, оставаясь маленькими, должны стать большими...

 

Примечание 4. Термины, относящиеся к инструменту и внешней среде, необходимо заменять простыми словами для снятия психологической инерции.

Термины навязывают старое представление о технологии работы инструмента («ледокол колет лед» — хотя можно продвигаться сквозь льды, не раскалывая их); затушевывают особенности веществ, упоминаемых в задаче («опалубка» — это не просто «стенка», а «железная стенка»); сужают представления о возможных состояниях вещества (термин «краска» тянет к традиционному представлению о жидкой или твердой краске, хотя краска может быть и газообразной).

1.2. Выделить и записать конфликтующую пару элементов: изделие и инструмент.

Правило 1. Если инструмент по условиям задачи может иметь два состояния, надо указать оба состояния.

Правило 2. Если в задаче есть пары однородных взаимодействующих элементов, достаточно взять одну пару.

Примечание 5. Изделием называют элемент, который по условиям задачи надо обработать (изготовить, переместить, изменить, улучшить, защитить от вредного действия, обнаружить, измерить и т. д.). В задачах на обнаружение и измерение изделием может оказаться элемент, являющийся по своей основной функции инструментом, например, шлифовальный круг.

 

Примечание 6. Инструментом называют элемент, с которым непосредственно взаимодействует изделие (фреза, а не станок, огонь, а не горелка). В частности, инструментом может быть часть окружающей среды. Инструментом являются и стандартные детали, из которых собирают изделие. Например, набор частей игры «Конструктор» — это инструмент для изготовления различных моделей.

 

Примечание 7. Один из элементов конфликтующей пары может быть сдвоенным. Например, даны два разных инструмента, которые должны одновременно действовать на изделие, причем один инструмент мешает другому. Или даны 'два изделия, которые должны воспринимать действие одного и того же инструмента: одно изделие мешает другому.

1.3. Составить графические схемы ТП1 иТП2, используя табл. 2.

 

Примечание 8. В табл. 2 приведены схемы типичных конфликтов. Допустимо использование нетабличных схем, если они лучше отражают сущность конфликта.

 

Примечание 9. В некоторых задачах встречаются многозвенные схемы конфликтов. Такие схемы сводятся к однозвенным.

 

Примечание 10. Конфликт можно рассматривать не только в пространстве, но и во времени.

 

Примечание 11. Шаги 1.2 и 1.3 уточняют общую формулировку задачи. Поэтому после шага 1.3 необходимо вернуться на 1.1 и проверить, нет ли несоответствий в линии 1.1 и 1.2—1.3. Если

несоответствия есть, их надо устранить, откорректировав линию.

1.4. Выбрать из двух схем конфликта ту, которая обеспечивает наилучшее осуществление главного производственного процесса (основной функции технической системы, указанной в условиях задачи). Указать, что является главным производственным процессом.

 

Примечание 12. Выбирая одну из двух схем конфликта, мы выбираем и одно из двух противоположных состояний инструмента. Дальнейшее решение должно быть привязано именно к этому состоянию. Нельзя, например, подменить «малое количество» каким-то «оптимальным количеством». АРИЗ требует обострения, а не сглаживания конфликта. «Вцепившись» в одно состояние инструмента, мы в дальнейшем должны добиться, чтобы при этом состоянии появилось положительное свойство, присущее другому состоянию.

Таблица 2

Наименование конфликта	Содержание конфликта
1. Противодействие.	А действует на Б полезно (сплошная стрела), но при этом постоянно или на отдельных этапах возникает обратное вредное действие (волнистая стрелка). Требуется устранить вредное действие, сохранив полезное действие.
Пример. Задача об отделении опалубки после затвердевания бетона («ТиН» № 5—7, 1981). Задача о размыкателе («ТиН» № 3—5, 1981). Задача о мешалке для расплава стали («ТиН» № 8, 1981).
2. Сопряженное действие.	Полезное действие А на Б в чем-то оказывается вредным действием на это же Б (например, на разных этапах одно и то же действие может быть то полезным, то вредным). Требуется устранить вредное действие, сохранив полезное.
Пример. Задача о вводе порошка в расплав металла («ТиН» № 8, 1980).
3. Сопряженное действие.	Полезное действие А на одну часть Б оказывается вредным для другой части Б. Требуется устранить вредное действие на Б2, сохранив полезное действие на Б1
Пример. Задача о «Бегущей по волнам» («ТиН» № 2, 1981)
4. Сопряженное действие.	Полезное действие А на Б является вредным действием на В (причем А, Б и В образуют систему). Требуется устранить вредное действие, сохранив полезное и не разрушив систему.
Пример. Задача о кабине стратостата («ТиН» № 2, 1980).
5. Сопряженное действие.	Полезное действие А на Б сопровождается вредным действием на само А (в частности, вызывает усложнение А). Требуется устранить вредное действие, сохранив полезное.
Пример. Задача о паяльнике («ТиН» № 4, 1980).
6. Несовместимое действие.	Полезное действие А на Б несовместимо с полезным действием В на Б (например, обработка несовместима с измерением). Требуется обеспечить действие В на Б (пунктирная стрелка), не меняя действия А на Б.
Примеры. Задача об измерении диаметра шлифовального круга в процессе работы («ТиН» № 7, 1980). Задача о киноаппарате и гермошлеме («ТиН» № 9, 1981).

Наименование конфликта	Содержание конфликта
7. Неполное действие	А оказывает на Б одно действие, а нужно два разных действия. Или А не действует на Б. Иногда А вообще не дано: надо изменить Б, а каким образом — неизвестно. Требуется обеспечить действие на Б при минимально простом А.
Примеры, Задача о смазке валков при прокатке («ТиН» № 7—8, 1981). Задача о получении высокого давления («ТиН» № 6, 1979)
8. «Безмолвие»	Нет информации (волнистая пунктирная стрелка) об А, Б или взаимодействии А и Б. Иногда дано только Б. Требуется получить необходимую ин- формацию.
9. Нерегулируемое (в част-ности, избыточное) действие	А действует на Б нерегулируемо (например, постоянно, а нужно регулируемое действие, например, переменное). Требуется сделать действие А на Б регулируемым (штрихпунктирная стрелка).
Примеры. Задача о сливе стекла из ковша («ТиН» № 10, 1979). Задача об ампуле («ТиН» № 9, 1981).

 

Примечание 13. С определением главного производственного процесса (ГПП) иногда возникают трудности в задачах на измерение. Измерение почти всегда производят ради изменения, т. е. обработки детали, выпуска продукции. Поэтому ГПП в измерительных задачах — это ГПП всей измерительной системы, а не измерительной ее части. Например, необходимо измерять давление внутри выпускамых электроламп, ГПП — не измерение давления, а выпуск ламп.

Исключением являются только некоторые задачи на измерение в научных целях.

1.5. Усилить конфликт, указав предельное состояние (действие) элементов.

Правило 3. Большинство задач содержат конфликты типа «много элементов» и «мало элементов» («сильный элемент» — «слабый элемент») и т. д. Конфликты типа «мало элементов» при усилении надо приводить к одному виду «ноль элементов» («отсутствующий элемент»).

1.6. Записать формулировку модели задачи, указав конфликтующую пару: усиленную формулировку конфликта; что должен сделать вводимый для решения задачи икс-элемент (что он должен сохранить и что должен устранить, улучшить обеспечить и т. д.).

 

Примечание 14. Модель задачи условна, в ней искусственно выделена часть элементов технической системы. Наличие остальных элементов только подразумевается.

Примечание 15. После шага 1.6 следует обязательно вернуться к 1.1 и проверить логику построения модели задачи. При этом часто оказывается возможным уточнить выбранную схему конфликта, указав в ней икс-элемент.

 

Примечание 16. Икс-элемент не обязательно должен оказаться какой-то новой вещественной частью системы. Икс-элемент — это некое изменение в системе, некий икс вообще. Он может быть равен, например, изменению температуры или агрегатного состояния какой-то части системы или внешней среды.

1.7. Проверить возможность применения системы стандартов к решению модели задачи. Если задача не решена, перейти ко второй части АРИЗ. Если задача решена, можно перейти к седьмой части АРИЗ, хотя и в этом случае рекомендуется продолжить анализ со второй части.

 

Примечание 17. Анализ по первой части АРИЗ и построение модели существенно проясняют задачу и во многих случаях позволяют увидеть стандартные черты в нестандартных задачах. Это открывает возможность более эффективного использования стандартов, чем при применении их к исходной формулировке задачи.

2. Анализ модели задачи. Цель второй части АРИЗ — учет имеющихся ресурсов, которые можно использовать при решении задачи: ресурсов пространства, времени, вещества и полей.

2.1. Определить оперативную зону (03).

 

Примечание 18. В простейшем случае оперативная зона— это пространство, в пределах которого возникает конфликт, указанный в модели задачи.

2.2. Определить оперативное время (ОВ).

 

Примечание 19. Оперативное время — это имеющиеся ресурсы времени: конфликтное время Т, и время до конфликта Т2 Конфликт (особенно быстротечный, кратковременный) иногда может быть устранен (предотвращен) в течение Т2

2.3. Определить вещественно-полевые ресурсы (ВПР) рассматриваемой системы, внешней среды и изделия.  Составить список

 

Примечание 20. Вещественно-полевые ресурсы — это вещества и поля, которые уже имеются или могут быть легко получены по условиям задачи. ВПР бывают трех видов:

внутрисистемные ВПР: ВПР инструмента; ВПР изделия;

внешнесистемные ВПР: ВПР среды, специфической именно для данной задачи, например, вода в задаче о частицах в жидкости оптической чистоты; ВПР, общие для любой внешней среды, «фоновые» поля, например, гравитационное, магнитное поле Земли;

надсистемные ВПР: отходы посторонней системы (если такая система доступна по условиям задачи); «копеечные» — очень дешевые посторонние элементы, стоимостью которых можно пренебречь.

При решении конкретной мини-задачи желательно получить результат при минимальном расходовании ВПР. Поэтому целесообразно использовать в первую очередь внутрисистемные ВПР, затем внешнесистемные ВПР и в последнюю очередь надсистемные ВПР. При развитии же полученного ответа и при решении задач на прогнозирование (т. е. макси-задач) целесообразно задействовать максимум различных ВПР.

 

Примечание 21. Как известно, изделие — неизменяемый элемент. Какие же ресурсы могут быть в изделии?

Изделие действительно нельзя изменить, т. е. нецелесообразно менять при решении мини-задачи. Но иногда изделие может изменяться само, допускать расходование (т. е. изменение) какой-то части, когда изделия в целом неограниченно много (например, вода в реке, ветер и т. д.);

допускать использование микроуровневых структур; допускать соединение с «ничем», т. е. с пустотой; допускать изменение на время.

Таким образом, изделие входит в ВПР лишь в тех сравнительно редких случаях, когда его можно легко менять, не меняя.

 

Примечание22. ВПР — это имеющиеся ресурсы. Их выгодно использовать в первую очередь. Если они окажутся недостаточными, можно привлечь другие вещества и поля. Анализ ВПР на шаге 2.3. является предварительным.

3. Определение ИРК и ФП. В результате применения третьей части АРИЗ должен сформулироваться образ идеального решения (ИКР). Определяется также и физическое противоречие (ФП), мешающее достижению ИКР. Не всегда возможно достичь идеального решения. Но ИКР указывает направление на наиболее сильный ответ.

3.1. Записать формулировку ИКР-1: икс-элемент, абсолютно не усложняя систему и не вызывая вредных явлений, устраняет (указать вредное действие) в течение ОВ в пределах 03, сохраняя способность инструмента совершать (указать полезное действие).

 

Примечание 23. Кроме конфликта «вредное действие связано с полезным действием», возможны и другие конфликты, например, «введение нового полезного действия вызывает усложнение системы» или «одно полезное действие несовместимо с другим». Поэтому приведенная в 3.1 формулировка ИКР — только образец, по типу которого необходимо записывать ИКР. Общий смысл любых формулировок ИКР: приобретение полезного качества (или устранение вредного) не должно сопровождаться ухудшением других качеств (или появлением вредного качества).

3.2. Усилить формулировку ИКР-1 дополнительными требованиями: в систему нельзя вводить новые вещества и поля, необходимо использовать ВПР.

 

Примечание 24. При решении мини-задачи, в соответствии с примечаниями 20 и 21, следует рассматривать используемые ВПР в такой последовательности: ВПР инструмент, ВПР внешней среды, побочные ВПР, ВПР изделия (если нет запрета по примечанию 21).

Наличие разных ВПР обусловливает существование четырех линий дальнейшего анализа. Практически условия задачи обычно сокращают часть линий. При решении мини-задачи достаточно вести анализ до получения идеи ответа; если идея получена, например, на «линии инструмента», можно не проверять другие линии. При решении макси-задачи целесообразно проверить все существующие в данном случае линии, т. е., получив ответ, например, на «линии инструмента», следует проверить также линии внешней среды, побочных ВПР и изделия.

При обучении АРИЗ последовательный анализ постепенно заменяется параллельным: вырабатывается умение переносить идею ответа с одной линии на другую. Это так называемое «многоэкранное мышление»: умение одновременно видеть изменения в надсистеме, системе и подсистемах.

3.3. Записать формулировку физического противоречия на макроуровне: оперативная зона в течение оперативного времени должна (указать физическое макросостояние, например, «быть горячей»), чтобы выполнять (указать одно из конфликтующих действий), и не должна (указать противоположное физическое макросостояние, например, «быть холодной»), чтобы выполнить (указать другое конфликтующее действие или требование).

 

Примечание 25. Физическим противоречием (ФП) называют противоположные требования к физическому состоянию оперативной зоны.

 

Примечание 26. Если составление полной формулировки и ФП вызывает затруднения, можно составить краткую формулировку: «Элемент (или часть элемента в оперативной зоне) должен быть, чтобы (указать), и не должен быть, чтобы (указать)».

3.4. Записать формулировку физического противоречия на микроуровне: в оперативной зоне должны быть частицы вещества (указать их физическое состояние или действие), чтобы обеспечить (указать требуемое по 3.3 макросостояние), и не должны быть такие частицы (или должны быть частицы с противоположным состоянием или действием), чтобы обеспечить (указать требуемое по 3.3 другое макросостояние).

 

Примечание 27. При выполнении шага 3.4 еще нет необходимости конкретизировать понятие «частицы». Это могут быть, например, домены, молекулы, ионы и т. д.

 

Примечание 28. Частицы могут оказаться: просто частицами вещества, частицами вещества в сочетании с каким-то полем и (реже) «частицами поля».

 

Примечание 29. Если задача имеет решение только на макроуровне, 3.4 может не получиться. Но и в этом случае попытка составления микро-ФП полезна, потому что дает дополнительную информацию: задача решается на макроуровне.

3.5. Записать формулировку идеального конечного результата ИКР-2: оперативная зона (указать) в течение оперативного времени (указать) должна сама обеспечить (указать противоположные физические макро- или микросостояния).

3.6. Проверить возможность применения системы стандартов к решению физической задачи, сформулированной в виде ИКР-2. Если задача не решена, перейти к четвертой части АРИЗ. Если задача решена, можно перейти к седьмой части АРИЗ, хотя и в этом случае рекомендуется продолжить анализ по четвертой части.

4. Мобилизация и применение ВПР. Ранее — на шаге 2.3 — были определены имеющиеся ВПР, которые можно использовать бесплатно. Четвертая часть АРИЗ включает планомерные операции по увеличению ресурсов: рассматриваются производные ВПР, получаемые почти бесплатно путем минимальных изменений имеющихся ВПР. Шаги 3.2—3.5 начали переход от задачи к ответу, основанному на использовании физики; четвертая часть АРИЗ продолжает эту линию.

Правило 4. Каждый вид частиц, находясь в одном физическом состоянии, должен выполнять одну функцию.

Правило 5. Введенные частицы можно разделить на две группы. Это позволяет «бесплатно» — за счет взаимодействия между имеющимися частицами — получить новое действие.

Правило 6. Разделение частиц на группы выгодно и в тех случаях, когда в системе должны быть только одни частицы; одну группу частиц оставляют в прежнем состоянии, у другой группы меняют главный для данной задачи параметр.

Правило 7. Разделенные или введенные частицы после отработки должны стать не отличимыми друг от друга или от ранее имевшихся частиц.

 

Примечание 30. Правила 4—7 относятся ко всем шагам четвертой части АРИЗ.

4.1. Метод ММЧ: используя метод ММЧ (моделирование «маленькими человечками»), построить схему конфликта; изменить схему ТП-1 так, чтобы «маленькие человечки» действовали, не вызывая конфликта; перейти к технической схеме.

 

Примечание 31. Метод моделирования «маленькими человечками» (метод ММЧ) состоит в том, что конфликтующие требования схематически представляют в виде условного рисунка (или нескольких последовательных рисунков), на котором действует большое число «маленьких человечков» (группа, несколько групп, «толпа»). Изображать в виде «маленьких человечков» следует только изменяемые части модели задачи (инструмент, икс-элемент) .

«Конфликтующие требования» — это конфликт из модели задачи или противоположные физические состояния, указанные на шаге 3.5. Вероятно, лучше последнее, но пока нет четких правил перехода от физической задачи (3.5) к ММЧ. Легче рисовать «конфликт» в модели задачи.

Изменение схемы конфликта часто можно выполнить, совместив на одном рисунке два изображения: плохое действие и хорошее действие. Если события развиваются во времени, целесообразно сделать несколько последовательных рисунков.

 

Примечание 32. Шаг 4.1 — вспомогательный. Он нужен, чтобы перед мобилизацией ВПР нагляднее представить, что, собственно, должны делать частицы вещества в оперативной зоне и близ нее. Метод ММЧ позволяет отчетливее увидеть идеальное действие («что надо сделать») без физики («как это сделать»). Благодаря этому снимается психологическая инерция, форсируется работа воображения. ММЧ, таким образом, метод психологический. Но моделирование «маленькими человечками» осуществляется с учетом законов развития технических систем. Поэтому ММЧ нередко приводит к техническому решению задачи. Прерывать решение в этом случае не надо, мобилизация ВПР обязательно должна быть проведена.

4.2. Если из условий задачи известно, какой должна быть готовая система, и задача сводится к определению способа получения этой системы, может быть использован метод «шаг назад от ИКР». Изображают готовую систему, а затем вносят в рисунок минимальное демонтирующее изменение. Например, если в ИКР две детали соприкасаются, то при минимальном отступлении от ИКР между деталями надо показать зазор. Возникает новая задача (микрозадача): как устранить дефект? Разрешение такой микрозадачи обычно не вызывает затруднений и часто подсказывает способ решения общей задачи.

4.3. Определить, решается ли задача применением смеси ресурсных веществ.

 

Примечание 33. Если бы для решения могли быть использованы ресурсные вещества — в том виде, в каком они даны, задача скорее всего не возникла или была бы решена автоматически. Обычно нужны новые вещества. Но введение новых веществ связано с усложнением системы, появлением побочных вредных факторов и т. д. Суть работы с ВПР в четвертой части АРИЗ в том, чтобы обойти это противоречие и ввести новые вещества, не вводя их.

 

Примечание 34. Шаг 4.3 состоит в простейшем случае в переходе от двух моновеществ к неоднородному бивеществу.

Может возникнуть вопрос: возможен ли переход от моновещества к однородному бивеществу или поливеществу? Аналогичный переход от системы к однородной бисистеме или полисистеме применяется очень широко и отражен в стандарте 3.1.1. Но в этом стандарте речь идет об объединении систем, а на шаге 4.3 рассматривается объединение веществ. При объединении двух одинаковых систем возникает новая система. А при объединении двух «кусков» вещества происходит простое увеличение количества.

Один из механизмов образования новой системы при объединении одинаковых систем состоит в том, что в объединенной сие-; теме сохраняются границы между объединившимися системами. Так, если моносистема—лист, то полисистема — блокнот, а не один очень толстый лист. Но сохранение границ требует введения второго (граничного) вещества (пусть это будет даже пустота). Отсюда шаг 4.4 — создание неоднородной квазиполисистемы, в которой роль второго — граничного вещества играет пустота. Правда, пустота — необычный партнер. При смешивании вещества и пустоты границы не всегда видны. Но новое качество появляется, а именно это и нужно.

4.4. Определить, решается ли задача заменой имеющихся ресурсных веществ пустотой или смесью ресурсных веществ с пустотой.

 

Примечание 35. Пустота — исключительно важный вещественный ресурс. Она всегда имеется в неограниченном количестве, предельно дешева, легко смешивается с имеющимися веществами, образуя, например, полые и пористые структуры, пену, пузырьки и т. д.

Пустота — не обязательно вакуум. Если вещество твердое, пустота в нем может быть заполнена жидкостью или газом. Если вещество жидкое, пустота может быть газовым пузырьком.

Для вещественных структур определенного уровня пустотой являются структуры нижних уровней (см. примечание 37). Так, для кристаллической решетки пустотой являются отдельные сложные молекулы, для молекул — отдельные атомы и т. д.

4.5. Определить, решается ли задача применением веществ, производных от ресурсных (или применением смеси этих производных веществ с «пустотой»).

 

Примечание 36. Производные ресурсные вещества получают изменением агрегатного состояния имеющихся ресурсных веществ. Если, например, ресурсное вещество — жидкость, к производным относятся лед и пар. Производными считаются и продукты разложения ресурсных веществ. Так, для воды производными будут водород и кислород. Для многокомпонентных веществ производные — их компоненты. Производными являются также вещества, образующиеся при разложении или сгорании ресурсных веществ.

Правило 8. Если для решения задачи нужны частицы вещества (например, ионы) и непосредственное их получение невозможно по условиям задачи, требуемые частицы надо получать разрушением вещества более высокого структурного уровня (например, молекул).

Правило 9. Если для задачи нужны частицы вещества (например, молекулы) и невозможно получить их непосредственно по правилу 8, требуемые частицы надо получать достройкой или объединением частиц более низкого структурного уровня (например, ионов).

Правило 10. При применении правила 8 простейший путь — разрушение ближайшего вышестоящего «целого» или «избыточного» (отрицательные ионы) уровня, а при применении правила 9 простейший путь—достройка ближайшего нижестоящего «нецелого» уровня.

 

Примечание 37. Вещество представляет собой многоуровневую иерархическую систему. С достаточной для практических целей точностью иерархию уровней можно представить так: минимально обработанное вещество (простейшее техновещество, например, проволока); «сверхмолекулы»: кристаллические решетки, полимеры, ассоциации молекул; сложные молекулы, молекулы, части молекул, группы атомов; атомы; части атомов; элементарные частицы; поля.

Суть правила 8: новое вещество можно получить обходным путем—разрушением более крупных структур ресурсных веществ или таких веществ, которые могут быть введены в систему.

Суть правила 9: возможен и другой путь — достройка менее крупных структур.

Суть правила 10: разрушать выгоднее «целые» частицы (молекулы, атомы), поскольку нецелые частицы (положительные ионы) уже частично разрушены и сопротивляются дальнейшему разрушению; достраивать, наоборот, выгоднее нецелые частицы, стремящиеся к восстановлению.

Правила 8 — 10 указывают эффективные пути получения производных ресурсных веществ из «недр» уже имеющихся или легко вводимых веществ. Правила наводят на физэффект, необходимый в том или ином конкретном случае.

4.6. Определить, решается ли задача введением вместо вещества электрического поля или взаимодействия двух электрических полей.

 

Примечание 38. Если использование ресурсных веществ— имеющихся и производных — недопустимо по условиям задачи, надо использовать электроны, подвижные (ток) или неподвижные. Электроны — «вещество», которое всегда есть в имеющемся объекте. К тому же электроны — вещество в сочетании с полем, что обеспечивает высокую управляемость.

4.7. Определить, решается ли задача применением пары «поле—добавка вещества, отзывающегося на поле» (например, «магнитное поле—ферровещество», «ультрафиолет — люминофор», «тепловое поле—металл с памятью формы» и т. д.).

 

Примечание 39. На шаге 2.3 рассмотрены уже имеющиеся ВПР. Шаги 4.3 — 4.5 относятся к ВПР, производным от имеющихся. Шаг 4.6 — частичный отход от имеющихся и производных ВПР: вводят «посторонние» поля. Шаг 4.7 — еще одно отступление: вводят «посторонние» вещества и поля.

Решение мини-задачи тем идеальнее, чем меньше затраты ВПР. Однако не каждая задача решается при малом расходе ВПР. Иногда приходится отступать, вводя «посторонние» вещества и поля. Делать это надо только при необходимости, если никак нельзя обойтись наличными ВПР.

5. Применение информфонда. Во многих случаях четвертая часть АРИЗ приводит к решению задачи. В таких случаях можно переходить к седьмой части. Если же после 4.7 ответа нет, надо пройти пятую часть. Цель пятой части АРИЗ — использование опыта, сконцентрированного в информационном фонде ТРИЗ. К моменту ввода в пятую часть АРИЗ задача существенно проясняется: становится возможным ее прямое решение с помощью информационного фонда.

5.1. Рассмотреть возможность решения задачи (в формулировке ИКР-2 и с учетом ВПР, уточненных в четвертой части) по стандартам.

 

Примечание 40. Возврат к стандартам происходит, в сущности, уже на шагах 4.6 и 4.7. До этих шагов главной идеей было использование имеющихся ВПР, по возможности, избегая введения новых веществ и полей. Если задачу не удается решить в рамках имеющихся и производных ВПР, приходится вводить новые вещества и поля. Большинство стандартов как раз и относится к технике введения добавок.

5.2. Рассмотреть возможность решения задачи (в формулировке ИКР-2 и с учетом ВПР, уточненных в четвертой части) по аналогии с еще нестандартными задачами, ранее решенными по АРИЗ.

 

Примечание 41. При бесконечном многообразии изобретательских задач число физических противоречий, на которых «держатся» эти задачи, сравнительно невелико. Поэтому значительная часть задач решается по аналогии с другими задачами, содержащими аналогичное физпротиворечие. Внешне задачи могут быть весьма различными, аналогия выявляется только после анализа — на уровне физпротиворечия.

5.3. Рассмотреть возможность устранения физического противоречия с помощью типовых преобразований (табл. 3 «Разрешение физических противоречий»).

Правило 11. Пригодны только те решения, которые совпадают с ИКР или практически близки к нему.

5.4. Применение «Указателя физэффектов». Рассмотреть возможность устранения физического противоречия с помощью «Указателя применения физических эффектов и явлений».

 

Примечание 42. Разделы «Указателя применения физических эффектов и явлений» опубликованы в журнале «Техника и наука» (№ 1—9 за 1981 г., № 3—8 за 1982 г.).

6. Изменение и (или) замена задачи. Простые задачи решаются буквальным преодолением ФП, например разделением противоречивых свойств во времени или в пространстве. Решение сложных задач обычно связано с изменением смысла задачи—снятием первоначальных ограничений, обусловленных психологической инерцией и до решения кажущихся самоочевидными. Например, увеличение скорости «ледокола» достигается переходом к «ледоНЕколу», Вечная «краска» оказывается не краской в буквальном смысле слова, а пузырьками газа, возникающими при электролизе. Для правильного понимания задачи необходимо ее сначала решить: изобретательские задачи не могут быть сразу поставлены точно. Процесс решения, в сущности, есть процесс корректировки задачи.

6.1. Если задача решена, перейти от физического ответа к техническому: сформулировать способ и дать принципиальную схему устройства, осуществляющего этот способ.

6.2. Если ответа нет, проверить — не является ли формулировка 1.1 сочетанием нескольких разных задач. В этом случае следует изменить 1.1, выделив отдельные задачи для поочередного решения (обычно достаточно решить одну главную задачу).

6.3. Если ответа нет, изменить задачу, выбрав на шаге 1.4 другое ТП.

6.4. Если ответа нет, вернуться к шагу 1.1 и заново сформулировать мини-задачу, отнеся ее к надсистеме. При необходимости такое возвращение  совершают несколько раз — с переходом к надсистеме и т. д.

7. Анализ способа устранения ФП. Главная цель седьмой части АРИЗ — проверка качества полученного ответа. Физическое противоречие должно быть устранено почти идеально, «без ничего». Лучше потратить два—три часа на получение нового, более сильного ответа, чем потом полжизни бороться за плохо внедряемую слабую идею.

7.1. Контроль ответа. Рассмотреть вводимые вещества и поля. Можно ли не вводить новые вещества и поля, использовав ВПР, имеющиеся и производные? Можно ли использовать саморегулируемые вещества? Ввести соответствующие поправки в технический ответ.

 

Примечание 43. Саморегулируемые (в условиях данной задачи) вещества — это такие вещества, которые определенным образом меняют свои физические параметры при изменении внешних условий, например, теряют магнитные свойства при нагревании выше точки Кюри. Применение саморегулируемых веществ позволяет менять состояние системы или проводить в ней измерения без дополнительных устройств.

7.2. Провести предварительную оценку полученного решения. Контрольные вопросы:

Обеспечивает ли полученное решение выполнение главного требования ИКР-1 («Элемент сам...»)?

Какое физическое противоречие устранено (и устранено ли) полученным решением?

Содержит ли полученная система хотя бы один хорошо управляемый элемент? Какой именно? Как осуществлять управление?

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 1.1.

7.3. Проверить (по патентным данным) формальную новизну полученного решения.

7.4. Какие подзадачи возникнут при технической разработке полученной идеи? Записать возможные подзадачи — изобретательские, конструкторские, расчетные, организационные.

8. Применение полученного ответа. Действительно хорошая идея не только решает конкретную задачу, но и дает универсальный ключ ко многим другим аналогичным задачам. Восьмая часть АРИЗ имеет целью максимальное использование ресурсов найденной идеи.

8.1. Определить, как должна быть изменена надсистема, в которую входит измененная система.

8.2. Проверить, может ли измененная система (или надсистема) применяться по-новому.

8.3. Использовать полученный ответ при решении других технических задач:

Сформулировать в обобщенном виде полученный принцип решения.

Рассмотреть возможность прямого применения полученного принципа при решении других задач.

Рассмотреть возможность использования принципа, обратного полученному.

Построить морфологическую таблицу, например типа «расположение частей — агрегатные состояния изделия» или «использованные поля — агрегатные состояния внешней среды» и рассмотреть возможные перестройки ответа по позициям этой таблицы.

Рассмотреть изменение найденного принципа при изменении размеров системы (или главных ее частей): размеры стремятся к нулю, размеры стремятся к бесконечности.

 

Примечание 44. Если работа ведется не только ради решения конкретной технической задачи, тщательное выполнение шагов 8.3 может стать началом разработки общей теории, исходящей из полученного принципа.

9. Анализ хода решения. Каждая решенная по АРИЗ задача должна повышать творческий потенциал человека. Но для этого необходимо тщательно проанализировать ход решения. В этом смысл девятой, завершающей части АРИЗ.

9.1. Сравнить реальный ход решения данной задачи с теоретическим (по АРИЗ). Если есть отклонения, записать.

9.2. Сравнить полученный ответ с данными информационного фонда ТРИЗ (стандарты, приемы, физэффекты). Если в информационном фонде нет подобного принципа, записать его в предварительный накопитель.

Основные виды конфликтов в моделях задач приведены в табл. 2.

Способы разрешения физических противоречий приведены в табл. 3.

 

Таблица 3

1. Разделение противоречивых свойств в пространстве	А. с. 257708: для пылеудаления при горных работах капельки воды должны быть мелкими. Но мелкие капли образуют туман. Предложено окружать мелкие капли конусом из крупных капель
2. Разделение противоречивых свойств во времени	А. с. 258490: ширину ленточного электрода меняют в зависимости от ширины сварного шва
3. Системный переход 1-а: объеди-нение однородных или неоднород-ных систем	А. с. 722624: слябы транспортируют по рольгангу впритык один к другому, чтобы не охлаждались торцы
4. Системный переход 1-б: от сис-темы к антисистеме или сочетанию системы с антисистемой	А. с. 523695: способ остановки кровотечения — прикладывают салфетку, пропитанную иногрупповой кровью
5. Системный переход 1-в: вся сис-тема наделяется свойством С, а ее части—свойством анти-С	А. с. 510350: рабочие части тисков для зажимов деталей сложной формы, каждая часть (стальная втулка) твердая, а в целом зажим податливый, способен менять форму
6. Системный переход 2: переход к системе, работающей на микроу-ровне	А. с. 179479: вместо механического крана «термокран» из двух материалов с разными коэффициентами теплового расширения. При нагреве образуется зазор
7. Фазовый переход 1: замена фазо-вого состояния части системы или внешней среды	А. с. 252262: способ энергоснабжения потребителей сжатого газа в шахтах: транспортируют сжиженный газ
8. Фазовый переход 2: «двойствен-ное» фазовое состояние одной час-ти системы (переход этой части из одного состояния в другое в зави-симости от условий работы)	А. с. 958837: теплообменник снабжен прижатыми к нему «лепестками» из никелида титана: при повышении температуры «лепестки» отгибаются, увеличивая площадь охлаждения
9. Фазовый переход 3: использо-вание явлений, сопутствующих фазовому переходу	А. с. 601192: приспособление для транспортировки мороженых грузов имеет опорные элементы в виде брусков льда (снижение трения за счет таяния)

Принципы	Примеры
10. Фазовый переход 5: замена од-нофазового вещества двухфазовым	А. с. 722740: способ полирования изделия. Рабочая среда состоит из жидкости (расплав свинца) и ферромагнитных абразивных частиц
11. Физико-химический переход: возникновение - исчезновение ве-щества за счет разложения - соеди-нения, ионизации-рекомбинации	А. с. 342761: для пластификации древесины аммиаком осуществляют пропитку древесины солями аммония, разлагающимися при трении

 

ПРИЛОЖЕНИЕ 8

ПРИМЕР.

ФСА полюсов синхронных электрических машин (фрагмент).

При вращении ротора быстроходной синхронной электрической машины центробежные силы, действующие на катушку полюса, прижимают ее боковые части к полюсному башмаку и одновременно отжимают эти части катушки в сторону междуполюсных окон (рис. 2). Если отжимающее усилие (Pt) превышает допустимую

 

Рис. 2.

Ротор синхронный явно полюсной электрической машины до ФСА а — общий вид; б — распорка между полюсами; 1 — распорка; 2 — сердечник полюса; 3 — полюсный башмак; 4 — катушка5 — междуполюсная грань; 6 — полюсная грань; 7 - остов ротора

величину, приходится для предотвращения деформации устанавливать между полюсами распорки. Известны многочисленные конструкции распорок: сварные, литые, с креплением к остову ротора, к полюсным башмакам и т. д. Все они обладают общим недостатком _ междуполюсные окна значительно перекрываются, а это ухудшает аксиальную вентиляцию электрической машины и приводит к перегреву.

Особенно ухудшается положение, если в результате механического расчета необходимо установить две распорки по длине катушки: между распорками образуются замкнутые трудновентилируемые «карманы», и машина охлаждается еще хуже.

Необходимо предотвратить деформацию катушек и улучшить вентиляцию электрической машины.

Построим фрагмент структурно-элементной схемы ротора. Уточним состав элементов и рассмотрим связи между ними (рис.3).

 

Рис. 3

Полюс закреплен на остове ротора. Эта непосредственная связь обозначена на рис. 3 как С1. Катушка полюса размещена на сердечнике (С2) и удерживается от смещения гранями остова (СЗ). Распорка удерживает катушку от выгибания в междуполюсное окно (С4), и сама, в свою очередь, крепится к междуполюсной грани остова (С5).

Целью ФСА в данном случае является не принципиальное изменение конструкции, а устранение конкретной проблемы, «узкого места». Таким образом, речь идет о ФСА, направленном на модернизацию синхронной быстроходной машины.

Формулирование функций элементов и определение ранга функций

1. Полюс. F2.1. Создавать магнитный поток (F₁).

2. Остов. F2.2. Проводить магнитный поток (F₂).

3. Сердечник. F3.1.1. Проводить магнитный поток (0₂).

4. Катушка. F3.1.2. Создавать магнитный поток (O₁).

5. Распорка. F3.2.1. Удерживать катушку (B₁).

6. Междуполюсная грань. F3.3.1. Удерживать распорку (H₁).

7. Полюсная грань. F3.3.2. Проводить магнитный поток (О₂).

Анализ объекта на соответствие ЗРТС

Законы динамизации и согласования ТС. Сила, деформирующая катушку, возникает только при вращении ротора, а распорка выполняет свою функцию постоянно — НЭ.

Исходя из этого может быть поставлена задача: сила, компенсирующая деформацию катушки, должна возникать только при вращении ротора.

Функционально идеальное моделирование («свертывание») конструкции

Междуполюсная грань выполняет функцию наиболее низкого ранга, поэтому именно с нее начинаем формулировать условия «свертывания»:

1. Междуполюсную грань можно не делать, если:

A) нет объекта функции — распорки;

Б) объект функции сам выполняет функцию: распорка сама удерживается;

B) функцию выполняют другие элементы системы или надсистемы: распорку удерживают элементы ротора.

По правилам «свертывания» выбираем вариант А, так как на него нет ограничений.

Продолжаем свертывание конструкции.

2. Распорку можно не делать, если:

A) нет катушки;

Б) катушка сама удерживается от смещения в сторону междуполюсного окна;

B) катушку удерживают от смещения другие элементы ротора. Учитывая,  что целью ФСА  является  только модернизация

электрической машины, а не принципиальное изменение конструкции, выбирать вариант А нельзя, так как придется исключить элемент, выполняющий основную функцию. Ограничения на выбор вариантов Б или В, а также одновременно и Б, и В нет.

Ресурсы по варианту Б

Нельзя менять материал катушки, число витков и их сечение— это скажется на параметрах машины. Можно незначительно поменять форму катушки.

Ресурсы по варианту В

Нельзя менять материал, сечение сердечника полюса и остова, а также наружную форму полюсного башмака.

Можно незначительно изменить форму башмака и остова в тех местах, где не проходит магнитный поток, т. е. в местах прилегания к торцам катушки.

Итак, в результате свертывания конструкции может быть сформулирована задача:

как, не применяя распорки (условия «свертывания»), предотвратить деформацию катушки под действием центробежных сил?

Решение задачи по АРИЗ-85В

1.1. Дана ТС для создания магнитного потока, состоящая из полюсного сердечника, катушки, остова ротора, центробежных сил, магнитного потока.

ТП1: При быстром вращении ротора хорошо создается магнитный поток, но центробежные силы выжимают катушку в межполюсное окно.

ТП2: При медленном вращении ротора катушка хорошо противостоит выжиманию в межполюсное окно, но плохо создается магнитный поток.

Необходимо при минимальных изменениях в системе предотвратить выжимание катушки при быстром вращении ротора.

1.2. Изделие — магнитный поток, инструмент — катушка (быстрая, медленная).

1.3.

 

 

1.4. Выбираем ТП1, так как главная функция системы •— создавать магнитный поток.

1.5. Очень быстрая катушка.

1.6. Изделие — магнитный поток, инструмент — очень быстрая катушка.

При очень быстром вращении катушки очень хорошо создается магнитный поток, но очень большая центробежная сила заведомо выжимает катушку в межполюсное окно.

Х-элемент должен предотвратить выжимание катушки при быстром вращении ротора.

2.1. Оперативная зона: катушка и прилегающие к ней элементы сердечника и остова (рис. 4).

2.2. Оперативное время: до вращения ротора T₁ во время вращения Т₂.

 

Рис. 4.

Оперативная зона

1 — сердечник полюса; 2 — ОЗ; 3 — катушка полюса; 4 — остов

 

2.3. Внутрисистемные ВПР: центробежная сила (поле); катушка (форма). Внешнесистемные ВПР: воздух; гравитационное поле. Надсистемные ВПР: сердечник (форма); остов (форма).

3.1. Х-элемент, не усложняя ТС и не вызывая НЭ, предотвращает выжимание очень быстрой катушки во время вращения вместе ее расположения, не мешая создавать магнитный поток.

3.2. Центробежная сила сама, не вызывая НЭ, предотвращает выжимание катушки при очень быстром вращении, не мешая создавать магнитный поток.

3.3. Тангенциальной составляющей центробежной силы не должно быть, чтобы не выжимать катушку, и она должна быть, чтобы не уменьшать скорость вращения ротора.

3.5. Форма сердечника и остова сама должна изменить тангенциальную составляющую центробежной силы, уменьшив ее до нуля.

5.3. Прием разрешения ФП: переход в другое измерение (наклон системы).

5.4. Фактически на шаге 3.5 сформулирован портрет физического эффекта: разложение силы на поверхности. Угол между вектором центробежной силы и опорными поверхностями (торцами катушки) должен быть 90°, чтобы реакция опоры создавала «нулевую» выжимающую силу (рис. 5).

Следует отметить, что это решение полностью удовлетворяет требованиям задачи, сформулированной при анализе объекта на соответствие законам развития технических систем.

Определение «сверхэффекта» от полученного решения

Прямой эффект от решения задачи:

1) исключена  деформация  катушки под действием центробежной силы;

2) улучшена вентиляция электрической машины, так как в междуполюсных окнах отсутствуют распорки;

3) уменьшены трудовые и материальные затраты — не нужно изготовлять и устанавливать распорки.

 

 

Рис. 5.

Ротор синхронной электрической машины после ФСА (промежуточный вариант)

1 — грань остова под боковой частью катушки; 2 — грань остова под сердечником

 

Для определения сверхэффекта построим углубленные структурно-элементные схемы элементов, претерпевших изменения, и проанализируем их функционирование.

Структурно-элементные схемы сердечника, катушки и полюсной грани приведены на рис. 6 — 8.

Сердечник F3.1.1. Проводить магнитный поток.

Тело сердечника F4.1.1.1. Проводить магнитный поток; функционирование не поменялось, так как сечение сердечника осталось прежним.

Полюсный башмак F4.1.1.2. Формировать магнитный поток.

Положительный «сверхэффект» (СЭ1): изменены размеры опорной поверхности башмака в том месте, которое не участвует в выполнении функций «пропускать и формовать магнитный поток», что позволяет без ухудшения параметров машины проварить в этом месте листы электротехнической стали (из которых набран сердечник) и тем самым увеличить прочность сердечника.

 

Рис. 6

 

Рис. 7

 

Рис. 8

 

Катушка F3.1.2. Создавать магнитный поток.

Тело катушки F4.1.2.1. Создавать магнитный поток; функционирование при изменении формы катушки не изменилось.

Наружная поверхность F4.1.2.2. Отводить тепловой поток.

Положительные «сверхэффекты»:

СЭ2: улучшено охлаждение катушки, так как часть ее боковой поверхности не заслоняется распоркой;

СЭЗ: улучшено охлаждение катушки за счет ребристости боковой поверхности.

Виток F5.1.2.1.1. Проводить ток. Положительный «сверхэффект» (СЭ4): за счет улучшения условий охлаждения катушки (СЭ2 и СЭЗ) возможно уменьшение сечения витка и тем самым уменьшение общей высоты катушки.

Лак F5.1.2.1.2. Удерживать витки и изоляцию. Положительные «сверхэффекты»:

СЭ5: за счет того, что тангенциональная составляющая центробежной силы при вращении катушки отсутствует (т. е. нет необходимости удерживать витки и изоляцию), можно не пропитывать катушку лаком. При этом исключаются материальные затраты на лак и трудовые затраты по его нанесению — очень трудоемкий и грязный процесс;

СЭ6: появляется возможность отменить сушку и опрессовку катушек (длительность операции — 1,5 ч). При этом освобождаются два пресса по 150 т, отпадает необходимость в изготовлении сотен оправок и хранении их в цехе на высоком и опасном стеллаже.

Полюсная грань F3.3.2. Проводить магнитный поток.

Грань под катушкой F4.3.2.2. Удерживать катушку. Функционирование не поменялось, так как сечение остова в этом месте осталось прежним.

Грань под сердечником F4.3.2.1. Проводить магнитный поток.

Отрицательный «сверхэффект» (СЭ7): при неизменном функционировании увеличились затраты: необходимость выполнения двух дополнительных подкатушечных граней в 1,5 раза повышает трудоемкость фрезеровки остова: раньше было 12 граней (6 полюсных и 6 междуполюсных), а стало 18 граней ( 6 полюсных и 12 подкатушечных). Как быть?

 

Рис. 9.

Ротор синхронной явно полюсной электрической машины после ФСА 1 — грань остова под боковыми частями катушек; 2 — грань остова под сердечником полюса

Предложение по устранению этого нежелательного эффекта было получено методом контрольных вопросов: вместо двух подкатушечных граней у двух соседних полюсов выполнять одну подкатушечную грань (рис. 9). При этом трудоемкость фрезеровки по сравнению с исходным вариантом не увеличивается — это прямой эффект.

Дополнительным положительным эффектом (СЭ8) является увеличение прочности полюса при работе машины за счет прижатия катушки к сердечнику под действием поперечной составляющей центробежной силы.

Аналогичным образом были построены структурно-элементные схемы элементов более низкого иерархического уровня (изоляция, витки, элементы витков и т. д.), и проанализировано изменение их функционирования. При этом было сформулировано более 15 положительных «сверхэффектов».

На описанное конструктивное решение оформлена заявка на изобретение и получено положительное решение ВНИИГПЭ.

ПРИЛОЖЕНИЕ 9

аннотированный указатель литературы по методам технического творчества

 

1. Альтшуллер Г. С, Злотин Б. Л., Зусман А. В., Филатов В. И. Поиск новых идей: от озарения к технологии — Кишинев: Картя Молдовеняскз, 1989.

Одна из немногих книг, в которой вопросы ФСА и ТРИЗ рассматриваются в тесной взаимосвязи, подробно освещено место МТТ в системе ФСА. Приведен аннотированный список литературы по ФСА и ТРИЗ.

2. Дж. К. Джонс. Методы проектирования — М.: Мир, 1986. Четко и полно изложены 35 методов технического творчества,

в том числе мозговой штурм, синектика, морфологический анализ.

3. Дж. Диксон. Проектирование систем: изобретательство, анализ и принятие решений — М.: Мир, 1969.

Целый раздел посвящен морфологическому анализу, мозговому штурму и другим методам. Много примеров.

4. Шушански Я. Методология рационализации — М., Экономика, 1987.

Большая часть книги посвящена методам психологической активизации творческого мышления.

5. Половинкин А. И. Основы инженерного творчества ■— М.: Машиностроение, 1988.

Изложены неалгоритмические методы технического творчества.

6. Эйлоарт Т. Приемы настройки творческого инженерного коллектива —• «Изобретатель и рационализатор», № 5, 1970.

Представлен один из наиболее полных и удачных списков контрольных вопросов.

7. Альтшуллер Г. С. Найти идею. — Новосибирск: Наука, 1986.

Книга посвящена современной теории решения изобретательских задач. Предложен новый алгоритм решения изобретательских задач АРИЗ-85В. Большое внимание уделено закономерностям развития технических систем, вепольному анализу и системе «стандартов» на решение изобретательских задач. Книга иллюстрирована большим количеством примеров решения реальных задач.

8. Дерзкие формулы творчества. Сост. А. Б. Селюцкий. — Петрозаводск: Карелия, 1987.

В книге приведен ряд разделов указателя физических эффектов.

9. Нить в лабиринте. Сост. А. Б. Селюцкий. — Петрозаводск: Карелия, 1988.

Основное внимание в книге уделено системе стандартов на решение изобретательских задач и указателю химических эффектов.

10. Правила игры без правил. Сост. А. Б. Селюцкий. — Петрозаводск: Карелия, 1989.

В книге подробно разбирается решение изобретательских задач с помощью современного алгоритма решения изобретательских задач АРИЗ-85В, а также впервые публикуется указатель геометрических эффектов.

11. Справочник по ФСА. Под ред. М. Г. Карпунина и Б. И.Майданчика. — М.: Финансы и статистика, 1988.

12. Методы поиска новых технических решений. Пирятинская С. Ф., Иванов Г. К., Киселев Л. М. — К-, 1988. (Промышленность: Обзорная информация / УкрНИИНТИ. Сер. Изобретательство и патентное дело. Вып. 4).

В брошюре дан обзор современного состояния ТРИЗ и перспектив его развития, а также описаны базовые методы психологической активизации творчества и систематизации перебора вариантов.

13. Практика проведения функционально-стоимостного анализа в электротехнической промышленности. Под ред. М. Г. Карпунина. — М. Энергоатомиздат, 1987.

В п. 6.1 («Учет закономерностей развития техники при проведении ФСА технологических процессов», с. 193—210, авторы В. М. Герасимов, С. С. Литвин) подробно изложено построение функционально-идеальной модели технологических процессов, а также решение поставленных задач с помощью инструментов ТРИЗ.

14. Половинкин А. И., Вершинина Н. И., Зверева Т. М. Функционально-физический метод поискового конструирования. Учебное пособие. — Иваново. Ивановский гос. университет, 1983.

В пособии подробно изложен метод поискового конструирования Р. Коллера.

 

---