Михайлов Валерий Алексеевич, Э.П. Воронина, А.В. Еремкин, Н.И. Белов (Чебоксары, Россия)
Mikhailov V. A., Voronina E. P., Eremkin A. V., Belov N.A. (Chebocsary, Russia)
К разработке алгоритма поиска химических эффектов при решениях
творческих технических задач.
ABOUT ALGORITHM of CHEMICAL EFFECTS CHOICE at the SOLVING of CREATIVE PROBLEMS.
Решения химических и экологических проблем и разработка методов анализа объектов экологии требует междисциплинарного подхода. Методы решения проблем, основанные на ТРИЗ и ИМ-технологии, могут помочь в решениях таких проблем. Г. Альтшуллер, Ю. Саламатов, С. Литвин, И. Девойно и Б. Злотин собрали 30 химических эффектов в химических и экологических проблемах. Мы продолжили собирание патентной информации на эти темы, собрали более 2000 патентов, подготовили 200 задач, выпустили 5 учебных пособий в Издательстве ЧувГУ. Эти данные позволили классифицировать 70 химических эффектов (ХЭ), предложить алгоритм поиска требуемого ХЭ.
Ранее были определены такие ХЭ, как усиление окисления, принцип инертности, газо-транспортные реакции, комплексы, сорбция, пена, растворение в жидкости и в сжатых газах, коагуляция коллоидов и эмульсий, СВС-синтез, фото-распад, золь-гель превращения. электреты, гидриды, газогидраты, кристаллогидраты, композиты, люминесцентный анализ и др. Нами добавлены ХЭ: ослабление окисления, применения восстановителей, синергизм в реакциях, переход к электрохимии, гидроксид на полимере, однородные реагенты и сорбенты, возникающие реагенты, молекулярно-точное дозирование, экологический мониторинг и сорбция, определение по компоненту, анализы осадков и продуктов сгорания, био-тестирование, прием динамичности (противотока и кипящего слоя), объединение разных эффектов, реагенты-посредники, квантовая активация реакций и др.
The decisions of chemical and ecological problems and development of the methods of the analysis their objects requires the interbrain approach. TRIZ (theory of the decision of inventive problems) and IMcorp programs "The Inventive machine" is served for development of such approach. In TRIZ and IM-methodical experience the system development laws and ways of the creative problem decision are accumulated. The data’s of G. Altshuller, Yu. Salamatov, S. Litvin, I. Devoino and B. Zlotin allocate about 30 chemical effects and problems in a chemistry and ecology. We continue collecting the patent information for solving of problems in a chemistry and ecology: more than 2000 patents are assembled and prepared for training to methods of TRIZ by using IM-soft for 200 problems, 5 books in PH ChuvSU are printed. These data’s have allowed us to offer and to classify more than 70 chemical effects. We applicator algorithm of them choice.
Effects were revealed earlier, such as intensify oxidation, principle of inertness, gas-transporting reactions, complex formation, sorption, foam formation, dissolution in a liquid or by pressure gas, coagulation of colloids and emulsions, the self-spreading high-temperature synthesis, photo-disintegration, sol-gel-transformation, electrets, hydrides and hydrogen solutions, crystalline hydrates of salts, gas hydrates, composite materials, luminescence analysis and other.
We are added such chemical effects as to weaken oxidation, synergism in reactions, to apply reduction, to proceed to electrochemistry, sorption on oxyhydroxid on polymer, similar reagents and sorbets, method of reagents occurrence, intermediate compounds, molecule precession dosage, ecological monitoring sorption, definition via component, analysis of precipitins or combustion products, bio-testing, dynamic processes (ant current, boiling bed), association of different effects, reagents-intermediate, quantum activation of reactions and other.
При поиске новых творческих решений на основе ТРИЗ после стадий формулирования ТП, исследования ВПР объекта решения задачи, формулирования ИКР как направления поиска решения и макро- и микро-ФП в требованиях к свойствам макро- и микрочастей объекта решения в АРИЗ предлагается привлечение к поиску средств разрешения противоречий указателей физических, химических и др. эффектов. Базы данных для них основаны на примерах патентов [1, 2]. В такую базу алгоритма поиска программы Изобретающей машины ИМ-1.5 включены менее 30 химических эффектов и менее 300 патентов [3, 4, 5]. Поиск рекомендуемых химических эффектов остается преимущественно интуитивным, является недостаточно алгоритмизированным.
По-видимому, основными причинами являются: 1) недостаточность и ограниченность собранной базы данных по применениям химических эффектов в технике, 2) нет типизации химических эффектов, и 3) нет привязки их к определенным видам, типам физических противоречий (ФП). Имеются указатели, опирающиеся на требуемый технический результат [2, 6, 7], отмечается возможная роль применения химических эффектов именно для разрешения ФП. Полагаем, для перехода к алгоритму выбора требуемого химического эффекта (АПХЭ) нужна четкая типизация видов ФП: пока из АРИЗ-85в [1, 2] можно заключить, что макро-ФП состоит в “предъявлении” к выбранной части объекта (ТС) требования противоположных свойств вещества этой части; а микро-ФП состоит в том, что к частицам (атомам, молекулам, их группам в форме кристаллов, элементарных ячеек, мицелл и т.п.) может “предъявляться” требование обладать противоположными качествами. В настоящее время ясно, что изменения в ТС на основе химических эффектов могут быть обеспечены при меньших изменениях величин физических параметров условий работы объекта. Так физическое требование к веществу части объекта быть и твердым, и жидким можно обеспечить нагреванием до температуры плавления (или охлаждением до температуры кристаллизации), но для многих веществ эти температурные изменения бывают очень большими и трудно достижимыми. Тогда как изменением состава с помощью ХЭ можно обеспечит такое физическое изменение при существенно меньшем изменении температуры системы (по сравнению с эффектом плавления). Еще большая техническая эффективность решения проблем в ТС достигается при сочетаниях нескольких эффектов (как физических, так и химических). Показательны действенность и все более широкое применение электрохимических эффектов и явлений, которые отличаются от чисто химических тем, что обеспечивают хорошую управляемость ходом процесса (изменениями потенциала, силы и направления тока, состава раствора и среды реакции).
Пока нет полной ясности в алгоритме перехода от требований ФП к химическим эффектам и явлениям, но полагаем, что в этот алгоритм (после выяснения характера требуемых изменений вещества на основе ФП и ИКР-2) могут быть включены вопросы:
1. Что следует изменить: вещество части объекта или энергию в процессе? (В или Е).
2. Каков характер требуемого изменения: увеличить (получить), уменьшить (поглотить) или обеспечить сохранность? (Поисковые индексы: В1, В2, В3 или Е1, Е2, Е3).
3. Где требуется произвести это изменение: 1- в точке на поверхности, 2- в части поверхности, 3- на всей поверхности тела части ТС (границе раздела фаз), 4- в порах ее тела (на поверхности пор), 5- в точке внутри ее объема, 6- в части ее объема, 7- во всем объеме тела (фазы), 8- во внешней среде? (Дополнительные поисковые индексы: от 1 до 8, тогда общий поисковый индекс м.б., например, B16 или E25 и т.п.).
4. Каково агрегатное состояние части объекта: 1- твердое, 2- жидкое, раствор, 3- расплав, 4- две фазы Т/Ж, 5- -Т/Г, 6- Ж/Г, 7- газ, 8- плазма? (четвертый, дополнительный поисковый индекс от 1 до 8).
5. Вид вещества: 1- чистое простое вещество, 2- смесь, сплав, 3- бинарное соединение, 4- трехатомное вещество, 5- многоатомное или многомолекулярное вещество или комплекс, 6- олигомер, 7- линейный полимер, 8- пространственный полимер (пятый дополнительный индекс от 1 до 8).
6. Каков химический характер возможного полезного эффекта? (шестой-седьмой индексы от 01 до 70- виды химических эффектов - ХЭ, они перечисляются ниже).
7. Каков характер обратимости требуемого ХЭ: 1- необратимый, 2- частично, условно обратимый, 3- полностью обратимый?
В БД ХЭ включаем 4-5 видов поисковых индексов: ключевые слова – названия и коды порядковые номера перечня ХЭ, коды МКИ патентов, коды алгоритма поиска (АПХЭ) и технические требования видов и изменений (по Ю.П. Саламатову). Подготовлен фрагмент файла БД ХЭ (chepr609.doc), содержащий до 600 примеров-патентов, снабженный такой поисковой системой на 4 типа поисковых индексов и возможностей.
Виды ХЭ: (01) усиление окисления, (02) ослабление или (03) устранение окисления – принцип инертности, (04) применения восстановления, (05) переход к электрохимическим процессам, (06) обмен и конверсия, (07) комплексообразование, (08) сорбция, ионный обмен и (09) концентрирование; (10) сорбция на осадках и (11) гидроксидах, закрепленных на полимере; (12) применение пены, (13) растворение в жидкости и (14) сжатом газе, (15) коагуляции коллоидов и эмульсий, (16) золь-гель превращения, (17) синтез и (18) СВС – самораспространяющийся высоко температурный синтез, (19) термо- (20) распад, (21) синергизм в химических процессах и явлениях, (22) метод возникающих реагентов, (23) молекулярно-точное дозирование; (24) газотранспортные реакции, (25) олигомеры и полимеры, (26) электреты, (27) электропроводные полимеры, (28) промежуточные соединения, (29) малоустойчивые соединения, (30) объединения разных (физических и химических) эффектов, (31) однородные реагенты и (32) сорбенты, (33) гидриды и растворы водорода в металлах, (34) кристаллогидраты солей, (35) газогидраты, (36) мономоле-кулярные слои соединений, (37) изомерия молекул, (38) композитные материалы, (39) реагенты-посредники, (40) экологический мониторинг, (41) определение по компоненту, (42) анализ осадков, (43) анализ по продуктам сгорания, (44) иммунохимические методы (45) биохимические явления, (46) биотестирование, (47) микроволновое облучение, (48) люминесцентный анализ, (49) гидрохимический резонанс, (50) акустическая эмиссия, (51) принцип динамичности (псевдо ожижжение или противоток реагентов), (52) кристалл-затравка для осадка, (53) применения критических и субкритических условий; (54) квантовая активация реакций, (55) низкотемпературный спектр, (56) использование баз данных, (57) катализаторы, (58) взрывчатые вещества (В), (59) газообразующие В, (60) твердеющие В, (61) клеи, (62) электролиты-растворы, (63) твердые электролиты, (64) электрохимические источники тока, (65) хемилюминесценция, (66) экзотермические реакции, (67) эндотермические реакции, (68) гидрофильные В, (69) гидрофобные В, (70) ассоциация-диссоциация, и т.д.
Данный алгоритм АПХЭ предназначается для устранения выбранного исследователем проблемы ФП, подготавливается база данных по применениям ХЭ в отечественных и зарубежных патентах. По БД ХЭ собрано более 2000 патентов и технических решений в области способов получения, очистки веществ и отходов производств, очистки объектов, пораженных химическими веществами, и способов анализа их на содержание вредных веществ. Сюда относятся также способы сбора и отбора проб для проведения экологических химических анализов. Проводим отбор задач и проблем, пригодных для целей демонстрации таких поисков ТР, основанных на использовании ХЭ. 200 таких задач опубликованы в наших учебных пособиях [7 - 11]. В них приведены около 100 задач и проблем, для которых показан ход поиска их решений с помощью средств, приемов и методов ТРИЗ разного уровня глубины и сложности такого поиска: как “простые” задачи, когда для выбора средства решения вполне достаточно только четкое определение ТП, и более сложные задачи, требующие разной глубины анализа по АРИЗ, программе ИМ и выявления ИКР и разрешения ФП. Ряд задач, включенных в пособия, основаны на решениях, полученных слушателями наших учебных занятий по освоению ТРИЗ: по передаче горячих растворов и уменьшению выбросов в окружающую среду, о разработке автоматического пробоотборника для сточных вод, о проведении электроосаждения гидроксидов металлов при анализах керосиновых растворов комплексных солей металлов или солей, поглощенных аэрозольными фильтрами и др. Значительная часть этих задач основана на патентах или технических решениях, использующих ХЭ для разрешения противоречий.
Особым источником информации по разрешению ТП, ФП с помощью ХЭ служат рефераты патентов, научные статьи и такие сборники, как "Экоаналитика". Разрешение противоречий в них бывает основано на перспективных и новых способах. Ряд способов, используемых для оптимизации решений в аналитической химии, находят применения и в других областях. Выявленные такие химические эффекты как (44 - 46), основанные на биохимических явлениях, представляют собой наиболее тонкие и чувствительные принципы, они позволяют выявлять вредное воздействие и загрязнители в комплексе, точно определять самые малые количества вредных для организмов веществ.
1.1. ВЫВОДЫ
Путем анализа около 2000 патентов на отечественные и зарубежные изобретения, основанных на использовании химических эффектов и явлений, за 1970-2000 г.г. выявлено 70 химических эффектов, приведен их перечень. Отобранные примеры включены в файл фрагмента базы данных по применениям химических эффектов.
Предложено использовать 5 систем показателей (параметров) объекта решения задачи, основанных на изменениях веществ этого объекта или требуемого изменения энергии процесса. Эта схема может включать выбор характера и объекта изменения, места, сохранения или преобразования агрегатного состояния. В схему может быть включен также предполагаемый вид химического эффекта. Работа по сбору данных (патентов и решений в области химии и экологии) продолжается.
Литература
1. Альтшуллер Г.С. Найти идею: введение в ТРИЗ.- Новосибирск: Изд. СО Наука, 1991.
2. Альтшуллер Г.С., Злотин Б.Л. и др. Поиск новых идей: от озарения к технологии.- Кишинев: Изд. Картя Молд., 1989.
3. Цуриков В.М. Покоряя новую вершину в искусственном интеллекте / сб. Как стать еретиком.- Петрозаводск: Изд. Карелия, 1991, с.287-295.
4. Злотин Б. и др. См. сайт: www.ideationtriz.com
5. Цуриков В.М. и др. Руководство к программе TechnoOptimizer. Boston: IMCorp, 1997.
6. Саламатов Ю.П. /сб. Нить в лабиринте.- Петрозаводск: Карелия, 1988, с. 95 – 164.
7. Михайлов В.А. Решения учебных задач по ТРИЗ: учебное пособие.- Чебоксары: Изд. ЧувГУ, 1992, 92 с., 70 задач, 5 рис.
8. Решения творческих экологических задач с использованием ХЭ и ТРИЗ / сост. Аминов Р., Воронина Э., Михайлов В. и др.- Чебоксары: Изд. ЧувГУ, 1999, 160 с., 110 задач.
9. Еремкин А.В., Михайлов В.А. Разработка алгоритма поиска требуемого химического эффекта /сб. Творчество во имя достойной цели.- Петрозаводск: МА ТРИЗ, 1999.
10. Эвристика: метод. указания к решению творческих технических задач /сост. Аминов Р.Б., Михайлов В.А. и др.- Чебоксары: Изд. ЧувГУ, 2001, 60 с., 115 задач, 17 рис.
11. Эвристика-2: метод. указания к решению творческих задач /сост. Воронина Э., Митюшина С., Михайлов В. и др.- Чебоксары: Изд. ЧувГУ, 2003, 60 с., 69 задач.
12. Михайлов В., Воронина Э., Еремкин А., Белов Н, Разработка алгоритма поиска химических эффектов при решениях творческих технических задач //Сб. Современные информационные технологии.- Пенза: ППТИ, 2003, с. 20-22.