close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

555.Интеллектуальная собственность и методы поиска научных и технических решений учеб.-метод

код для вставкиСкачать
Министерство образования и науки Российской Федерации
Сибирский федеральный университет
Магистратура
Интеллектуальная собственность
и поиск научно-технических решений
Учебно-методические указания
для практических занятий
Электронное издание
Красноярск
СФУ
2013
1
УДК 347.77(07)
ББК 67.404.3я73
И73
Составитель: Громыко Александр Иванович
И73
Интеллектуальная собственность и методы поиска научных и
технических решений: учебно-методические указания для практических
занятий [Электронный ресурс] / сост. А. И. Громыко. – Электрон. дан. –
Красноярск: Сиб. федер. ун-т, 2013. – Систем. требования: PC не ниже
класса Pentium I; 128 Mb RAM; Windows 98/XP/7; Adobe Reader V8.0 и
выше. – Загл. с экрана.
В учебно-методическом пособии содержатся методические указания для
проведения
практических занятий, направленных на развитие творческих
способностей, и решение технических задач на уровне изобретений. Составлены в
соответствии с программой дисциплины «Интеллектуальная собственность и
методы поиска научных и технических решений».
Предназначено по кодификатору ФГОС ВПО-3 для направления подготовки
магистров 200000 «Приборостроение и оптотехника» а также для специальностей
и направлений укрупненных групп 210000 «Электронная техника, радиотехника и
связь» и 211000 «Конструирование и технология электронных схем».
УДК 347.77(07)
ББК 67.404.3я73
© Сибирский
федеральный
университет, 2013
Учебное издание
Подготовлено к публикации ИЦ БИК СФУ
Подписано в свет 24.07.2013 г. Заказ 1453.
Тиражируется на машиночитаемых носителях.
Издательский центр
Библиотечно-издательского комплекса
Сибирского федерального университета
660041, г. Красноярск, пр. Свободный, 79
Тел/факс (391)206-21-49. E-mail rio@sfu-kras.ru
http://rio.sfu-kras.ru
2
АННОТАЦИЯ
«Интеллектуальная собственность и методы поиска
научных и технических решений»
(учебно-методические указания по проведению практических занятий)
В учебно-методических указаниях по проведению практических занятий
приводятся разделы учебной программы направленные на развитие творческих
способностей и решение технических задач на уровне изобретений. В процессе
решения творческих задач студенты осваивают известные алгоритмы и методы
поиска новых технических решений, включая: следующие:
•
"черного ящика";
•
коллективного обсуждения;
•
"мозгового штурма";
•
"синектика";
•
фокальных объектов;
•
контрольных вопросов;
•
стратегии семикратного поиска;
•
эвристический;
•
морфологического анализа;
•
АРИЗ и ТРИ;
•
алгоритм поиска средств съема информации.
3
ОГЛАВЛЕНИЕ
АННОТАЦИЯ
ВВЕДЕНИЕ
1. Цель практических занятий
1.2. Задачи практических занятий
1.3. Методика проведения занятий (общая)
2. Тема занятий план и методика проведения
2.1. Метод «черного ящика»
2.2. Уяснение цели постановки задачи
2.3. Критерии развития технических объектов
2.4. Вопросы для проверки остаточных знаний
3. Методы: коллективного обсуждения и «мозговой атаки»,
3.1. Метод коллективного обсуждения
3.2. Метод «мозговой атаки»
3.3. Вопросы для проверки остаточных знаний
4.
Методы:
эвристический,
«морфологического
анализа»
и функционально-стоимостный анализ (ФСА)
4.1. Эвристический метод
4.2. Метод «морфологического анализа»
4.3. Функционально-стоимостный анализ
4.4. Вопросы для проверки остаточных знаний
5. Методы: «синектика», фокальных объектов, контрольных вопросов
5.1. Метод «синектика»
5.2. Метод фокальных объектов
5.3. Метод контрольных вопросов
5.4. Вопросы для проверки остаточных знаний
6. Метод АРИЗ-ТРИЗ
6.1. Основные функции метода АОИЗ-ТРИЗ
6.2. Вепольный анализ
6.3. Алгоритм Ю.М. Чапеле
6.4. Диверсионный анализ
6.5. Обобщенный алгоритм решения исследовательских задач
6.6. Дальнейшее совершенствование метода поиска новых
технических решений
6.7. Вопросы для проверки остаточных знаний
7. Алгоритм, способствующий ускорению решения инженерных задач в
области съема информации
7.1. Алгоритм съема информации о состоянии объекта исследования
7.2. Алгоритм поиска способов и средств съема информации
7.3. Вопросы для проверки остаточных знаний
8. Алгоритм оценки состоятельности гипотез
8.1. Логический алгоритм поиска неизвестной структуры
исследуемого объекта
8.2. Вопросы для проверки остаточных знаний
3
5
6
7
7
8
8
13
14
20
20
20
21
26
Библиографический список
79
4
27
27
29
32
39
39
39
40
41
44
44
44
57
58
60
60
61
62
63
63
68
72
73
73
78
Введение
Дисциплина «Интеллектуальная собственность и методы поиска научных
и технических решений» одна из немногих, которая полностью соответствует
компетентностной модели подготовки выпускника вуза. В процессе освоения
дисциплины, обучающимся предоставляется возможность раскрыть свои
способности, применить полученные в результате обучения, знания, умения и
личные качества для решения инновационных изобретательских задач в
области будущей профессиональной деятельности.
Основная задача практических занятий по данной дисциплине –
пробудить интерес студентов к поиску новых технических решений,
ознакомить с алгоритмами решения научных и инженерных задач, правилами
защиты промышленной собственности путем оформления заявок на
изобретения с целью получения «охранных грамот» – патентов.
Творчество начинается там, где создалась проблемная ситуация, которая
предполагает поиск решения в условиях неопределенности, дефицита
информации. В проблемной ситуации человек начинает интенсивно думать о
поисках выхода из создавшейся ситуации в этих случаях зачастую на помощь
приходит интуиция. Интуиция срабатывает тогда, когда имеется достаточно
накопленных знаний в данной области и является итогом длительной
умственной деятельности. Интуиция приходит в качестве вознаграждения за
труд исследователя и поэтому сложному механизму творческого мышления
присущи как интуиция, так и логика [1].
Поиск решения творческой задачи у заинтересованного и
квалифицированного инженера всегда продолжается в подсознании, в
результате чего могут быть решены самые сложные задачи, причем сам процесс
обработки информации при этом не осознается. В сознании отражается лишь
результат (если он получен). Поэтому исследователю иногда кажется, что на
него ниспослано озарение, что удачная мысль пришла неведомо откуда. Можно
констатировать, что человек использует это явление каждый раз, когда он
откладывает какое-нибудь дело, чтобы дать мыслям созреть и, таким образом,
рассчитывает на работу своего подсознания.
Одной из проблем творчества является его мотивационная
структура. Мотивации (побуждения) связаны с потребностями, которые делятся
на три группы: биологические, социальные и идеальные (познавательные):
•
Биологические потребности (например, принцип экономии сил)
лежат в основе житейской изобретательности и совершенствовании навыков,
но могут приобрести и самодовлеющее значение, превратившись в лень.
•
Социальные потребности определяются мотивами к творчеству,
могут быть стимулированы стремлением к материальному вознаграждению, к
почету и уважению в обществе.
•
Идеальные – обусловлены потребностями познания в самом
широком смысле. Они ведут свое происхождение от потребности в
5
информации, изначально присущей всему живому, наряду с потребностью в
притоке вещества и энергии.
Для удовлетворения любой потребности необходима информации о
путях и способах достижения цели. Но существует потребность в информации
и как стремление к новым, ранее не известным знаниям. Наиболее важным для
творчества видом мышления является воображение или фантазия, которой
принадлежит решающая роль в создании новых технических решений,
открытии законов и закономерностей развития материального мира и общества.
Различают три типа воображения:
логическое (выводит будущее из настоящего путем логических
преобразований);
критическое (ищет, что именно в современной системе несовершенно, и
нуждается в изменении);
творческое (рождает принципиальные новые идеи и представления,
опирающиеся на элементы действительности, но не имеющие пока прообразов
в реальном мире).
К числу факторов отрицательно влияющих на творческое
мышление следует отнести: силу привычки, узкопрактический подход, влияние
авторитетов, боязнь критики, страх перед неудачей, чересчур высокая
самокритичность, лень, психологическая инерция мышления, связанная со
стремлением действовать в соответствии с прошлым опытом и знаниями, с
использованием стандартных методов и т.д.
Творческая личность обладает рядом особенностей и прежде всего
умением сосредоточить внимание и долго удерживать его на каком-либо
вопросе или проблеме. Это одно из важнейших условий успеха в любом виде
деятельности. Без упорства, настойчивости, целенаправленности немыслимы
творческие достижения [2].
1. Цель практических занятий
Практические занятия направлены на формирование у студентов знаний
основ поиска новых научных и технических решений, алгоритмов и методов
решения изобретательских задач, позволяющих выполнять научно-технические и
инженерные разработки на высоком конкурентоспособном уровне.
В области воспитания личности целью подготовки является формирование
у студентов доминанты на творческое решение инженерных задач, а также таких
качеств
как:
целеустремленность,
организованность,
трудолюбие,
ответственность за выполнение порученной работы, гражданственность,
коммуникативность, толерантность[3].
6
1.1. Задачи практических занятий
Основной задачей практических занятий является получение знаний о
наиболее известных и широко используемых методах и алгоритмах
упорядочения и повышения эффективности творческого процесса при
решении инженерных задач в области радиоэлектроники и средств съема,
обработки и передачи информации.
- формирование умений творчески подходить к выбору методики или
алгоритма повышающих эффективность творческого процесса с учетом
условий поставленной задачи и наложенных на ее решение ограничений.
- владение методами и алгоритмами поиска новых технических решений,
навыками решения технических изобретательных задач, процедурами защиты
промышленной собственности.
1.2. Методика проведения практических занятий (общая)
Практические занятия проводятся в группах численностью от 10 до 15
человек. После сообщения о теме практического занятия и рассматриваемых
вопросов, преподаватель знакомит слушателей с особенностями данного
метода или алгоритма решения изобретательских задач и правилами, которые
необходимо соблюдать в процессе поиска новых технических решений. Затем
излагаются цели решения поставленной преподавателем задачи. Дается
название исследуемого объекта и описания его недостатков. Преподаватель
раскрывает перед слушателями технический, экономический и/или социальный
эффект достигаемый при решении поставленной задачи.
Далее группа разбивается на две равных части, оной из них поручается
роль генератора новых технических решений поставленной технической
задачи, второй – анализ и развитие технических решений предложенных
первой группой. Если позволяет время, группы меняют свои роли, если нет, то
вторая группа будет исполнять роль генератора при практическом занятии по
следующей теме.
Интегральная оценка успешности выполнения практического занятия
группы «генераторов» – пропорциональна количеству предложенных
технических решений поставленной задачи, а группы «анализа и развития» –
обратно пропорциональна времени на нахождение способа или устройства
реализующего наиболее эффективное предложение «генераторов» на практике.
7
2. Тема занятий план и методика проведения
2.1. Метод «черного ящика»
Рассматриваемые вопросы:
1. Особенности метода «черного ящика».
2. Радиотехнические задачи, решаемые методом «черного ящика» (ЧЯ).
3. Понятия: входные параметры, выходные параметры, возмущающие и
управляющие.
4. Особенности описания каждого параметра.
5. Функциональные зависимости и ограничения.
6. Представление радиоэлектронной системы (РЭС) в виде подсистем,
блоков и субблоков и элементов.
7. Логический алгоритм уяснения цели решаемой задачи.
8. Выбор аналога, прототипа и составление списка требований.
9. Строгая формулировка творческой инженерной задачи.
10. Алгоритм выбора пути решения творческой задачи.
11. Методика определения идеального технического результата (ИТР).
12. Критерии развития технических объектов (ТО).
13. Функциональные критерии развития ТО.
14. Критерий эффективности ТО.
15. Критерий технологических возможностей ТО.
Алгоритм метода “черного ящика” – это наиболее часто используемый
алгоритм студентами старших курсов направления радиоэлектроника и
радиоинженерами указанных специальностей в их повседневной работе по
созданию новых средств радиоэлектроники, ремонту и обслуживанию
имеющейся аппаратуры. Алгоритм можно упрощенно представить в виде
двухполюсника рис.2.1.
Рис. 2.1. Структурная схема анализа радиотехнических систем, узлов
или элементов методом “черного ящика”
8
Для решения задач указанным методом
необходимы
знания
параметров двух из трех воздействий отмеченных на рис.2.1. Различные
варианты решения задач можно представить в виде табл. 2.1.
Для специалистов в области радиоэлектроники применение метода
«черного ящика» возможно для решения следующих задач:
1. Определение импульсных и переходных характеристик различных
радиотехнических устройств и отдельных узлов.
2. Поиск неисправностей радиоэлектронной аппаратуры пассивным
или активным методами. При пассивном методе – осуществляют измерение
выходных параметров узлов РЭА и определяют место и вид неисправностей по
отклонению результатов измерения от расчетных данных либо приведенных в
описании на данный прибор. При активном методе – подают на вход
устройства или отдельного узла испытательный сигнал и по характеристикам
сигнала на выходе определяют вид неисправности и соответствие прибора
паспортным данным.
3. Проектирование узлов и систем.
С этой задачей студент знакомится, начиная выполнение работы по
первому курсовому проекту, и заканчивает
дипломным проектом.
Студенту задают параметры сигналов на входе и выходе радиотехнической
системы плюс источники помех (законы природы), по которым он ведет расчет
технических характеристик и выбор электронных узлов «черного ящика»
добиваясь наилучшего выполнения заданных условий.
4. Задача нахождения входного воздействия при известном (или
требуемом) выходе называется инверсным анализом. Например, при
проектировании усилителя заданной выходной мощности, требуется найти
уровень входного сигнала достаточный для его работы.
Таблица 2.1.
Процесс решения задач методом "черного ящика”
Дано
1.Воздействие на вход.
Система (или элемент)
Требуется
найти
Выходной
параметр.
Выход
2. Выход
(выходные параметры).
Воздействие
Законы природы, система или на
элемент
вход
3. Воздействие на вход Система
системы. Законы
или элемент
природы, выход
9
Процесс поиска
Анализ (дедукция). Измерение
амплитудно-частотных
характеристик РЭА.
Поиск неисправностей
Инверсный анализ. Контроль и
диагностика неисправностей
Электромагнитная
совместимость
Инженерное
проектирование
Входными принято называть параметры, значения которых могут быть
измерены, но возможность воздействия на них отсутствует. Предполагается
также, что эти параметры не зависят от режима работы РЭС.
Управляющими называются параметры, на которые можно оказывать
прямое воздействие в соответствии с выбором разработчика или
предъявляемыми требованиями, что позволяет управлять процессом.
Управляющими параметрами могут быть, например, регулируемая сила тока в
установке магнетронного напыления тонких пленок, инфракрасный сигнал с
пульта дистанционного управления и т.п.
Возмущающими называют параметры, значения которых случайным
образом изменяются с течением времени и которые не всегда доступны для
измерения. Ими могут быть, например, температура окружающей среды,
атмосферные,
космические и индустриальные помехи, давление,
относительная влажность воздуха, перепады напряжения в электрической сети,
а также другие возмущения.
Выходными называют параметры, значения которых определяются
режимом работы РЭС. Эти параметры характеризуют состояние технической
системы как результат суммарного воздействия входных, управляющих и
возмущающих параметров.
Описание каждого параметра (переменной) в РЭС должно
производиться стандартным образом:
1) определение и символ;
2) текстовое описание;
3) единицы измерения;
4) диапазон изменения;
5) характеристики (регулируемая, нерегулируемая или случайная
переменная и т.д.);
6) место применения в системе;
7) источник параметра (переменной);
8) примечания.
Часть любой (не обязательно радиоэлектронной) системы, которая может
быть выделена как самостоятельное, автономное образование, называют
подсистемой. Например, техническая система «персональный компьютер»
может состоять из таких подсистем, как материнская плата, жесткий диск,
видеокарта и т.п.
Функциональные зависимости описывают поведение параметров
(переменных) в пределах подсистем РЭС или выражают соотношения между
ними. Эти соотношения, или операционные характеристики, по своей природе
являются
либо
детерминированными,
либо
стохастическими.
Детерминированные соотношения – это уравнения, которые устанавливают
зависимость между параметрами на выходе РЭС от параметров на входе.
Стохастические соотношения представляют собой статические зависимости,
10
которые при заданной вероятности входного информационного сигнала дают
на выходе информационный сигнал с вероятностью меньше единицы [3].
Ограничения представляют собой устанавливаемые пределы изменения
значений переменных или ограничивающие условия распределения и
расходования тех или иных средств (энергии, запасов, времени и т.п.). Они
могут вводиться либо разработчиком (искусственные ограничения), либо самим
РЭС вследствие присущих ему свойств (естественные ограничения). Например,
для портативного радиоприемника искусственным ограничением является
набор принимаемых диапазонов волн, а естественным ограничением – время
непрерывной работы от батарей питания. Большинство технических
требований к РЭС представляет собой набор искусственных ограничений.
Целевая функция – это точное отображение целей или задач РЭС и
необходимых правил оценки их выполнения.
Формально элементом системы считается объект, не подлежащий
дальнейшему расчленению на части (при данном рассмотрении РЭС).
Существенны только свойства элемента, определяющие его взаимодействие с
другими элементами РЭС и влияющие на свойства РЭС в целом.
Элементный состав может быть гетерогенным (содержащим
разнотипные элементы), гомогенным (содержать однотипные элементы) и
смешанным (содержать группы однотипных элементов и группы разнотипных
элементов).
Взаимодействие элементов в процессе функционирования сложной РЭС
рассматривается как результат совокупности воздействий каждого элемента на
другие элементы.
Формально любая совокупность элементов данной РЭС может
рассматриваться как ее подсистема. Обычно подсистемы являются
некоторыми самостоятельно функционирующими частями РЭС. Например, в
приемопередающей аппаратуре можно выделить подсистемы, соответствующие
отдельным контурам усиления или детектирования. Правильное выделение
подсистем сложной РЭС способствует упрощению расчетов при исследовании
и более наглядной интерпретации его результатов.
Общая идея построения РЭС отображается в виде логической
структурной схемы системы. Принято строить такую схему по модульному
принципу, т.е. в виде подсистем – стандартных блоков-модулей. Такой подход
достаточно эффективен, логически оправдан и может быть легко осуществлен и
проверен. При этом можно строить и совершенствовать схему РЭС
итерационным методом, добавляя к основной схеме блок за блоком.
Построение
схемы
из
стандартных
блоков
дает
возможность
экспериментировать при ее реализации и в процессе имитации на ЭВМ.
При построении блочной схемы РЭС разделяют ее функции на
логические подфункции с более высоким уровнем детализации. Любая РЭС
может быть разделена на блоки, а блоки – на субблоки. Этот процесс деления
блоков на субблоки продолжается до необходимого уровня детализации
11
описания РЭС. Таким образом, система функционально подразделяется на
подсистемы. Используя современные языки программирования, можно
получить модель РЭС, максимально приближенную к изучаемой системе (как в
структурном, так и терминологическом отношении) [3].
Представление исследуемого объекта в виде многоуровневой
конструкции из элементов обычно называют структуризацией объекта.
Структуризация – первый шаг на пути формального описания РЭС. Другие
необходимые шаги связаны с формализацией элементов РЭС и
взаимодействий между ними. В структурированной системе объектами
материального мира являются только элементы.
При декомпозиции сложных РЭС удобно расчленять их на типовые
элементы, в которых протекают сходные между собой процессы. Для
выделения типовых элементов (процессов) и определения их природы
используют несколько основных критериев:
1) общность математического описания (модели) процессов, т.е.
идентичность материальных и энергетических связей. Такая общность
описания учитывает физико-химические особенности процессов;
2) общность аппаратурно-технологического оформления процессов,
отражающая их целевое назначение и условия реализации;
3) общность особенностей автоматического управления, которая связана
с природой процессов.
Далее выясняется, какие классы объектов должны находиться в РЭС, и
какими параметрами каждый из них характеризуется; выбираются входные и
выходные переменные. Обычно выходные переменные системы выбрать
нетрудно, так как они определяются уже в процессе формулировки целей
исследования. Чем меньше входных переменных, тем легче процесс
исследования. Однако, если входных переменных слишком мало, модель РЭС
может стать неадекватной реальности, если слишком много, – из-за
недостаточных аппаратных ресурсов ЭВМ или сложности вычислительных
процедур машинная имитация оказывается нереализуемой.
Если некоторые первоначально выбранные подсистемы оказываются
чрезмерно сложными, каждую из них расчленяют (с сохранением связей) на
конечное число более мелких подсистем нижнего уровня. Процедуру
расчленения подсистем продолжают до получения таких подсистем, которые в
условиях данной задачи будут признаны достаточно простыми и удобными для
непосредственного математического описания. Подсистемы, не подлежащие
дальнейшему расчленению, являются, как это сказано выше, элементами
сложной системы. Таким образом, в общем случае РЭС является
многоуровневым, состоящим из взаимосвязанных элементов, объединяемых в
подсистемы различных уровней.
Использование понятия многоуровневой РЭС существенно расширяет
возможности формального описания и моделирования. При этом объекты
большой сложности становятся предметом системного анализа, точного
12
математического расчета. Они могут быть подвергнуты (с помощью ЭВМ)
различным количественным исследованиям.
При исследовании РЭС, состоящих из отдельных функциональных
блоков, возможны два подхода в зависимости от назначения РЭС:
Структурный подход – исследование внутреннего строения блока. В
этом случае должен быть отражен механизм взаимодействия узлов, элементов и
деталей рассматриваемого блока; должны быть исследованы как внутренняя
структура блока, так и функционирование его элементов. Этот подход должен
применяться тогда, когда задачей исследования является, например, проверка
структуры блока, правильности взаимодействия его частей и общей логики
работы РЭС. Критерием правильности структуры блока является выполнение
блоком заданной в ходе исследования функции.
Функциональный подход – исследование функции блока. В этом случае
блок рассматривается как «черный ящик», его внутренний механизм может не
изучаться; задается лишь передаточная функция блока в целом. Этот подход
применим к тем блокам, внутреннее содержание которых не описывается в
данном исследовании. Такие блоки рассматриваются как неделимые элементы
РЭС.
Выбор того или иного подхода к исследованию функциональных блоков
зависит от поставленной задачи. В ряде случаев моделирующий алгоритм
бывает настолько сложным для реализации с помощью имеющихся в наличии
вычислительных средств, что требуется изменить формулировку исходной
задачи исследования для упрощения математического описания. Это
упрощение часто достигается путем сокращения полноты описания РЭС при
исключении из него части параметров или взаимодействий исследуемого
объекта [3].
2.2. Уяснение цели поставленной задачи
Уяснение цели решения поставленной задачи начинается с точного
названия объекта и описания недостатков, существующих прототипа и аналогов.
Уяснение цели является лишь отправной точкой для отыскания недостающей
информации по объекту и уточнение задачи, а вовсе не окончательной
формулировкой проблемы, которая в полной мере будет выполнена на
последующих этапах системного исследования [3].
При обосновании проблемы необходимо рассмотреть:
• наличие недостатков рассматриваемого объекта;
• возможные пути (методы) устранения этих недостатков;
• технические и технологические возможности выхода из
рассматриваемой проблемной ситуации.
Анализ потребности необходимо проводить на основе детального
информационного исследования и с учетом опыта по эксплуатации прототипа
объекта исследования.
13
В ряде случаев решение сформулированной проблемы сводится к
улучшению известного устройства, называемого прототипом, путем внесения в
него определенных изменений. Улучшение или модернизация технического
объекта (ТО) не охватывает другие классы задач, такие как поиск новых
потребностей и формулировка новых функций ТО.
Заметим, что методология поиска новых технических решений
(генерация вариантов) относится к задачам инженерного творчества [4].
Описание проблемной ситуации – это предварительная формулировка
задачи, в которой должны содержаться ответы на следующие вопросы:
•
в чем обусловлена проблемная ситуация и какова ее предыстория?
•
что требуется сделать для устранения проблемной ситуации, т.е.
какую потребность нужно удовлетворить?
•
что мешает устранению проблемной ситуации или достижению
цели?
•
что дает решение задачи для людей, предприятия, народного
хозяйства и т. д.?
2.3. Критерии развития технических объектов
Критерии развития имеют большое значение при оценке качества ТО.
Значение критериев развития особенно важно для специалистов, которые
стремятся при разработке новых изделий превзойти уровень лучших мировых
достижений. Критерии развития играют роль компаса, указывающего
направления прогрессивного развития изделий и технологий [3].
Принцип прогрессивного развития для каждого нового поколения ТО
заключается в улучшении одних качеств при сохранении других.
Наборы критериев развития для различных классов ТО в значительной
степени совпадают, поэтому в целом развитие техники подчинено единому
набору критериев, определяющих развитие техники.
Этот единый набор критериев включает следующие четыре группы:
• функциональные
критерии,
характеризующие
важнейшие
показатели реализации функции ТО;
• технологические критерии, связанные с простотой изготовления
ТО;
• экономические
критерии,
определяющие
экономическую
целесообразность
реализации
функции
с
помощью
рассматриваемого ТО;
• антропологические критерии, связанные с воздействием
положительных и отрицательных факторов, вызванных созданным
ТО непосредственно на людей и окружающую среду.
14
Критерии развития техники
Функциональные
критерии
Технологические
критерии
Экономические критерии
Антропологические
критерии
Производительность
Трудоемкость
изготовления
Затраты
материалов
Эргономичность
ТО
Точность
Технологические
возможности
Затраты энергии
Красота ТО
Надежность
Использование
материалов
Затраты на
подготовку и
получение
информации
Безопасность ТО
Специальные
Расчленение ТО на
элементы
Экологичность ТО
Расчленение ТО на
элементы
Рисунок 2.2. Система критериев развития техники [3]
На рисунке 2.2 показана систематика критериев развития ТО,
реализующих различные функции. Этот перечень не претендует на
исчерпывающую полноту.
Определим условия и требования, с помощью которых для любого класса
ТО можно выделить его критерии развития.
Условие измеримости. За критерии развития «условия измеримости»
приняты такие параметры ТО, которые допускают возможность
количественной оценки по одной из шкал измерений [5]:
•
шкале отношений,
•
шкале интервалов,
•
шкале порядка.
Предпочтение отдается шкале отношений, но, если она неприемлема, то
шкале интервалов и в последнюю очередь шкале порядка.
Условие сопоставимости. Этот критерий имеет относительные
безразмерные единицы измерения, которые позволяют сопоставить ТО
выполняющие одну и ту же функцию разными способами.
После выделения набора критериев развития для интересующего класса
ТО инженер, делает описание каждого критерия, анализируя следующие
сведения:
1. Сущность критерия, время и причины его возникновения;
2. Формулу или способ измерения критерия, включая
единицы
измерения;
3. Диапазон и характер изменения значений критерия во времени.
15
4. Степень общности критерия по трехбалльной шкале:
а) критерий имеет отношение к рассматриваемому классу ТО с
одинаковыми или близкими функциями;
б) критерий имеет отношение к нескольким классам ТО с различными
функциями, но определенными общими свойствами;
в) критерий имеет отношение к ТО с любой функцией.
Оценка степени общности критерия указывает на возможности
заимствования улучшенных технических решений из других областей техники.
5. Изменения относительной значимости (актуальности) критерия в
прошлом и обозримом будущем по трехбалльной шкале:
а) актуальность возрастает;
б) остается неизменной;
в) снижается.
6. Основные способы и средства улучшения критерия.
Функциональные критерии развития ТО. Для каждого ТО,
функциональные критерии развития представляют собой количественную
характеристику основных показателей реализации функции ТО. Поскольку
функции ТО характеризуются самыми различными показателями, то
практически невозможно дать исчерпывающий перечень функциональных
критериев. В связи с этим рассмотрим только некоторые наиболее часто
действующие функциональные критерии. Среди них можно выделить три
группы критериев (см. рисунок 2.2): производительность, точность и
надежность.
Критерий производительности всегда может быть измерен или
вычислен. Структура формулы для вычисления критерия и единица измерения
производительности могут быть самыми различными. Примеры приведены в
таблице 2, где приняты следующие обозначения: N – количество операций; t –
время; Pg – количество страниц; V – объем информации; Ms – количество
микросхем; Ot – количество отверстий; Pd – количество подложек [3].
Критерий производительности представляет собой интегральный
показатель уровня развития техники, который непосредственно зависит от ряда
параметров, определяющим образом влияющих на производительность труда.
Эти параметры представляют собой как бы частные функциональные критерии.
К ним относятся:
1) скорость обработки объекта (число оборотов или операций в
единицу времени, скорость движения рабочих органов машины, транспортной
машины, протекания химической реакции и т.п.);
2) физические и химические параметры (температура, давление,
напряжение и др.), определяющим образом влияющие на интенсивность
обработки объекта (предмета обработки);
3) степень механизации труда;
4) степень автоматизации труда;
16
5) непрерывность процесса обработки.
Определим критерии пунктов 3 – 5, которые в отличие от критериев
пунктов 1 – 2 являются комплексными и зависят от многих факторов.
Таблица 2.2
Примеры формул критерия производительности
Наименование ТО
Процессор ЭВМ
Принтер
Модем
Автоматическая паяльная
станция
Записывающий
привод
для компакт-дисков CD-ROM
Сверлильный станок для
изготовления
сквозных
отверстий печатных плат
Установка магнетронного
напыления
тонких
пленок
гибридных
интегральных
микросхем
Струк
тура
формулы
N/t
Pg/t
V/t
Единица измерения
операций/с
страниц/мин
кБит/с
Ms/t
микросхем/с
V/t
МБайт/с
Ot/t
отверстий/мин
Pd/t
подложек/час
Критерий механизации равен отношению механической работы,
выполняемой только ТО, ко всей механической работе, выполняемой суммарно
ТО и человеком (коллективом людей) при получении определенной продукции.
Критерий автоматизации равен отношению числа управляющих
операций, выполняемых только ТО, к общему числу управляющих операций,
выполняемых суммарно ТО и человеком при получении определенной
продукции.
Критерий непрерывности процесса обработки, связанный с
получением определенной готовой продукции, равен отношению числа
операций, выполняемых с использованием непрерывных процессов, к общему
числу операций с использованием непрерывных и прерывистых процессов
воздействия на предмет обработки. Под непрерывными процессами здесь
понимается вращательное, поступательное и поточное движение без
существенного снижения скорости или безостановочная обработка; под
прерывистыми процессами – возвратно-поступательное движение, операции с
остановками или прерываниями технологического процесса при переходе к
следующей операции и т.п. Следует заметить, что в основе критерия
непрерывности процесса обработки лежит один из главных способов
повышения производительности труда.
17
Критерии точности включают следующие частные критерии:
• точность измерения;
• точность попадания в цель;
• точность обработки материала или вещества;
• точность обработки потока энергии;
• точность обработки потока информации.
Для этих частных критериев имеются развитые способы измерения
и оценки точности, которые легко найти в специальной литературе.
Критерий надежности включает частные критерии:
• безотказности;
• долговечности;
• ремонтопригодности.
Под надежностью ТО обычно подразумевают способность без отказов
выполнять свою функцию в течение определенного интервала времени.
Критерии производительности, точности и надежности представляют собой
монотонно возрастающие функции. Актуальность и вес этих критериев всегда
были выше по сравнению с другими группами критериев (см. рисунок 2.2) и со
временем продолжают возрастать.
Технологические критерии развития ТО. Группа технологических
критериев главным образом обеспечивает сокращение ручного труда при
изготовлении ТО и подготовке их к эксплуатации. Кроме того, эти критерии
направлены на экономию материалов, зависящую от технологических
факторов, что опять вносит определенную долю в экономию труда человека.
Можно выделить четыре основных технологических критерия.
Критерий трудоемкости изготовления ТО. Критерий равен
отношению суммарной трудоемкости ТС проектирования, изготовления и
подготовки к эксплуатации изделия к его главному показателю эффективности
Q:
T
KT = C .
Q
Главный показатель эффективности Q выбирают таким образом,
чтобы критерий КТ объективно отражал прогрессивное развитие
рассматриваемых ТО. В таблице 2.5 приведены примеры выбора показателя Q
для различных ТО. Критерий КТ представляет собой монотонно убывающую
функцию при условии, что сопоставление различных поколений ТО ведется по
одному и тому же показателю эффективности Q.
Критерий трудоемкости в сильной степени влияет на развитие ТО.
Актуальность этого критерия на протяжении всей истории техники всегда была
и остается весьма высокой и неизменной.
18
Имеются все основания утверждать, что критерий КТ проявляет свое
действие и влияние (в большей или меньшей мере) по отношению к любому
классу ТО.
Таблица 2.3
Примеры показателя эффективности ТО
Показатели эффективности
Наименование
Размерность
Процессоры ЭВМ, копировальноопераций/с,
Производительность
множительная техника
страниц/мин
Трансформатор
Мощность
кВ⋅А
Коэффициент
Электронный усилитель
дБ
усиления
Разрешающая
Сканер
точек/дюйм
способность
Электродвигатель
Крутящий момент
Н⋅м/с
Динамическое ОЗУ
Время доступа
мс
Относительное время
Аккумуляторная батарея
работы ко времени отн. ед.
заряда
Наименование ТО
Критерий технологических возможностей. Любой ТО, разработанный
только с учетом функциональных и антропологических критериев
(требований), может содержать не более пяти типов элементов (агрегатов,
узлов, деталей):
•
Ас – стандартные или покупные элементы, получаемые в готовом
виде;
•
Ау
–
унифицированные элементы,
заимствованные из
существующих ТО;
•
Ан1 – оригинальные (новые) элементы, изготовление которых не
вызывает затруднений (могут быть изготовлены на имеющемся
оборудовании), но требует разработки и отработки технологии их
изготовления;
•
Ан2 – оригинальные элементы, изготовление которых вызывает
значительные, но преодолимые трудности (требуется разработка новой
технологии с предварительным изготовлением технологической оснастки,
приобретение дефицитного оборудования и т.п.);
•
Ан3 – оригинальные элементы, изготовление которых вызывает
принципиальные, пока непреодолимые трудности (отсутствует в принципе
или нельзя приобрести необходимое технологическое оборудование или
подходящие материалы, требуется предварительное проведение НИР и ОКР и
т.п.).
Критерий технологических возможностей, который должен
отражать простоту и принципиальную возможность изготовления ТО, можно
определять по формуле:
19
2.4. Вопросы для проверки остаточных знаний
1.
Определения характеристик РЭА методом черного ящика (ЧЯ).
2.
Особенности решения задач при проектировании РЭС методом
инверсного анализа.
3.
Понятия входного, выходного параметра, управляющих и
возмущающих воздействий МЧ.
4.
Дать определения компонентов РЭС.
5.
Какие соотношения в РЭС описываются функциональными
зависимостями.
6.
Естественные и искусственные ограничения изменений значений
параметров и средств при проектировании РЭС.
7.
Понятие целевой функции системы.
8.
Дать определения: система, подсистема, блок, субблок, элемент
РЭС.
9.
Структурный и функциональный подходы при проектировании
РЭС.
10. Особенности выбора аналога и прототипа РЭС.
11. Строгая формулировка творческой инженерной задачи.
12. Выбор пути решения задачи.
13. Критерии развития технических систем.
14. Критерии развития производительности РЭС
15. Критерии технологичности изготовления РЭС.
16. Критерии надежности РЭС.
3. Методы: коллективного обсуждения и «мозговой атаки»
1.
2.
3.
методам.
4.
5.
6.
7.
Рассматриваемые вопросы:
Особенности метода коллективного обсуждения.
Особенности метода «мозговой атаки» (МА).
Роль руководителя группы применительно к рассматриваемым
Основные правила метода мозгового штурма.
Задачи «генераторов» и «экспертов».
Формирование творческой группы для проведения сеанса МА.
Критерии оценки эффективности работы «генераторов» и «экспертов».
3.1. Метод коллективного обсуждения (МКО)
МКО широко
используется
при выборе направления и методик
исследования заданной технической проблемы. Этот метод допускает
последовательное высказывание идей и их критику. Однако критика идей или
даже боязнь критики служат помехой творческому мышлению.
20
При коллективном обсуждении руководитель группы выступает в роли
индуктора идей, с помощью вопросов направляет умственную работу группы на
решение поставленной задачи.
Работая с коллективом необходимо помнить:
люди в
большей
мере
стремятся
узнать те факты, которые
подтверждают их мнения, чем те, которые противоречат их убеждениям;
каждый человек и коллектив в целом обладают психологической
инерцией и особенно болезненным восприятием критики.
Основная задача индуктора-руководителя - раскрепостить коллектив.
3.2. Метод «мозговой атаки»
Метод «мозговой атаки» разработан более 40 лет назад А. Осборном. В
1953 году метод принят за основу курса лекций в Массачусетском
технологическом институте и в других вузах США, колледжах, НИИ и
промышленных компаниях.
Метод «мозговой атаки» направлен на выявление возможно большего
количества оригинальных идей, используется в различных модификациях и в
настоящее время как простейший инструмент коллективного поиска технических
решений [6].
Группа «генераторов» состоит из 5-12 человек (в группе не должно
быть скептиков, критиканов). В состав группы включают людей с хорошо
развитой фантазией, специалистов смежных специальностей, дилетантов,
домохозяек, школьников. «Генераторы» работают над задачей 30-50 мин,
высказывают идеи («дикие идеи»), все фиксируется магнитофоном.
Упор делается на расслабление внимания к критической оценке
выдвинутых идей. Критика выдвинутых идей допускается после завершения
цикла их генерирования.
Основные правила «мозговой атаки (МА):
1. Формулировка проблемы в основных терминах, выделение
центрального пункта.
2. Запрет критики любой выдвинутой идеи.
3. Подхватывание и развитие идеи любого рода, если даже ее
уместность в данное время кажется сомнительной.
4. Создание условий работы, освобождающих участников от
скованности.
5. Проведение селекции идей с помощью группы экспертов, не
участвующих в генерации идей.
Задача экспертов - развитие идей до практического применения.
Методы МА рекомендуются для изучения в числе первых и обязательных
эвристических методов при подготовке изобретателей. Это вызвано рядом
причин, кроме уже отмеченной его высокой эффективности. Изучение методов
21
МА не требует специальной подготовки, и они осваиваются легко и быстро. В
последнее время оправдали себя и прогрессивно развиваются различные формы
коллективного технического творчества (творческие группы, бригады и т.п.).
Для этих форм метод МА представляется наиболее естественным и
подходящим. И еще одно достоинство МА — универсальность метода и весьма
широкая область его применения.
Мозговую атаку целесообразно использовать:
- при решении изобретательских и рационализаторских задач в самых
различных областях техники;
- при самых различных постановках задачи (по форме, детальности и
глубине проработки);
- на различных этапах решения творческой задачи и на различных
стадиях разработки и проектирования изделий;
- в сочетании с другими эвристическими методами.
Удивительная универсальность методов МА позволяет с их помощью
рассматривать почти любую проблему или любое затруднение в сфере
человеческой деятельности. Это могут быть также задачи из области
организации производства, сферы обслуживания, бизнеса, экономики,
социологии, уголовного розыска, военных операций и т. д., если они
достаточно просто и ясно сформулированы.
Формулировка задачи. Постановка задачи перед творческой группой участниками МА может иметь самую различную форму и содержание. Однако
в ней должны быть четко сформулированы два момента:
- что в итоге желательно получить или иметь;
- что мешает получению желаемого.
Задачу может сформулировать внешний заказчик, руководитель
творческой группы или ее член. Важно одно, чтобы перед сеансом МА имелась
четкая постановка задачи, желательно в документальном виде. Постановка
задачи для МА должна также отличаться краткостью изложения.
Постановка задачи может быть дана в виде описания проблемной
ситуации. Главное содержание поставки задачи (операция 1) содержится в
ответах на вопросы:
а) в чем состоит затруднение или проблемная ситуация и какова ее
предыстория?
б) какую потребность нужно удовлетворить?
Четкое изложение, что дает решение поставленной задачи для людей,
предприятия, народного хозяйства и т. д.?» стимулирует и вдохновляет членов
творческой группы на активную деятельность на решение задачи. Если
формулировка задачи содержит очень специальные и малопонятные термины
для специалистов из смежных или других областей, то необходимо сделать
вторую редакцию предварительной формулировки без специальных терминов.
22
Формирование творческой группы. Наиболее эффективное число
участников в творческой группе для проведения сеанса МА составляет 5-12
человек.
Как правило, творческие группы состоят из двух подгрупп: постоянное
ядро группы и временные члены. Ядро группы постепенно отбирается при
решении различных задач методом МА. В ядро группы входят ее руководитель,
студенты (сотрудники), легко генерирующие идеи, а также хорошо знающие и
соблюдающие правила игры (правила для участников сеанса МА).
Временные члены приглашаются в зависимости от характера и
содержания предстоящей задачи. В творческую группу никогда не включаются
прирожденные скептики и критиканы. Временные члены служат необходимым
и гармоничным дополнением к ядру группы, обеспечивающим выполнение
следующих рекомендаций:
- число специалистов по решаемой задаче должно быть не более
половины группы;
- в состав группы целесообразно включать специалистов-смежников
(конструкторы, технологи, экономисты, снабженцы и т.д.);
- в состав группы желательно включать женщин, которые оригинально
мыслят, и стимулируют соревнование среди мужчин;
- рекомендуется включать «людей со стороны», не имеющих никакого
отношения к задаче (повар, врач, парикмахер, проводник поезда и т.д.).
Творческая группа — это дружная сыгранная команда, члены которой
взаимно дополняют друг друга.
Правила для участников сеанса МА. Их можно сформулировать
следующим образом.
1. Стремитесь высказывать максимальное число идей. Отдавайте
предпочтение количеству, а не качеству идей. Свои идеи высказывайте
короткими предложениями.
2. Во время сеанса МА абсолютно запрещена критика предложенных
идей. Запрещаются также неодобрительные замечания, иронические реплики,
консервативные мысли, ядовитые шутки. Например:
«Так еще никогда не делали!»
«А что скажет ведущий?»
«Для практики это не годится!»
«Это же чепуха и бред!» и т. п.
Запрет критики создает благоприятный творческий микроклимат.
3. Одобряйте и принимайте к рассмотрению все идеи, даже заведомо
непрактичные и, казалось бы, глупые. Оказывайте предпочтение не
систематическому логическому мышлению, а озарениям, необузданной и
безграничной фантазии в самых разных направлениях.
4. Весьма способствуют продуктивному мышлению шутки, каламбуры,
юмор и смех. Поддерживайте и создавайте такую обстановку.
23
5. Стремитесь развивать, комбинировать и улучшать высказанные ранее
идеи, получать от них новые ассоциативные идеи.
6. Обеспечивайте между участниками МА свободные, демократические,
дружественные и доверительные отношения. Никто после сеанса не шутит над
неудачными идеями других.
Настоящий сеанс МА - это особое психологическое состояние людей,
когда думается без волевых усилий и принимается во внимание «все, что
придет в голову». Именно такое состояние оказывается наиболее
продуктивным, поскольку позволяет в наибольшей мере использовать
подсознание человека - самый мощный аппарат творческого мышления.
Обязанности ведущего в сеансе МА. Успех и результативность МА в
очень большой мере зависит от ведущего, который осуществляет оперативное
управление МА. Ведущий должен руководствоваться правилами для
участников МА и поддерживать непринужденную обстановку и чувство юмора.
На ведущего возлагаются следующие обязанности.
1. В начале сеанса излагает правила игры для участников МА.
2. Четко и эмоционально излагает формулировку задачи, как в
специальном, так и в общедоступном изложении. При этом стимулирует
участников воспринимать задачу как свою главную проблему.
3. Следит за соблюдением участниками правил проведения МА, не
пользуясь при этом приказаниями и критическими замечаниями. Его роль
подобна функциям судьи на футбольном поле.
4. Стимулирует непрерывность высказывания идей, заполнять паузу
поощрительными репликами.
Например:
«В свое время предлагалось то-то» (можно использовать протоколы
предыдущих МА для аналогичных задач).
«Давайте три минуты будем высказывать только непрактические и
фантастические идеи».
«А что думает по этому решению Николай?»
«А какое будет решение задачи, если убрать такое-то ограничение?»
«У нас уже 35 идей, давайте дотянем до 40».
5. Ведущий должен следить, чтобы обсуждение не шло в слишком узком
и слишком практическом направлении, своими идеями или репликами
расширять сферу поиска.
6. Следит за регламентом работы. Говорит, сколько времени осталось до
конца сеанса. Тактично останавливает участника, который высказывает свою
идею более полминуты, интенсифицирует работу последних минут, например,
такими восклицаниями:
«Неужели ничего нового не найдем в последние три минуты?!»
«Даешь еще пару идей!»
МА - это интенсивный, быстро протекающий творческий процесс, как
хоккейный матч. Поэтому не может быть единой постоянной схемы проведения
24
МА. Каждый ведущий должен искать свои индивидуальные пути повышения
результативности сеанса МА. Например, создатель метода А.Осборн, как
бывший моряк, во время сеанса употреблял крепкие морские выражения;
сообразуясь, конечно, с составом участников.
Организация проведения МА. Полная продолжительность совещания
(сеанса МА) составляет 1.5 - 2 ч. Совещание имеет следующий порядок
проведения и соответствующие затраты времени на отдельные мероприятия:
•
представление участников совещания друг другу и ознакомление их
с правилами проведения сеанса МА (5 - 10 мин);
•
постановка задачи ведущим сеанса с ответами на вопросы (10 - 15
мин);
•
проведение МА (20 - 30 мин);
•
перерыв (10 минут);
•
составление отредактированного списка идей (30 - 45 мин).
Весьма повышают эффективность различные мероприятия по
психологической настройке и психоэвристическому стимулированию,
например:
•
показ перед МА короткометражного фильма, заставляющего забыть
заботы дня, или фильма, актуализирующего постановку задачи;
•
включения негромкой фоновой музыки во время сеанса МА;
•
показ натурального образца, макета или эскиза объекта, который
требуется улучшить;
•
показ на экране аналогичных объектов, случайно выбранных
предметов или слов (существительных и глаголов);
•
- угощение чаем или кофе;
•
- объявление перед сеансом о гонораре, вручаемом сразу после
окончания совещания (это могут быть интересные сувениры).
Запись и оформление результатов МА. Фиксирование идей,
высказываемых во время сеанса МА, производится одним из трех способов:
• с помощью магнитофона;
• каждый участник после высказывания записывает свою идею.
После сеанса проводится быстрое коллективное редактирование
полученного списка идей. Они могут также усилить и конкретизировать
высказанные идеи и дополнить список новыми идеями, возникшими во время
редактирования. Все полученные идеи желательно разделить на три группы:
наиболее приемлемые и легко реализуемые для решаемой задачи; наиболее
эффективные и перспективные; прочие.
Отредактированный
и
оформленный
список
передается
заинтересованным лицам для дальнейшей более детальной оценки и
проработки с точки зрения патентования и использования в проектноконструкторских разработках.
25
После принятия решения об оформлении отдельных идей (в виде
рационализаторских предложений, заявок на изобретение, технических
предложений для проектирования и т.д.) уточняется и определяется список
авторов с руководителем группы, а затем согласуется со всей творческой
группой, участвовавшей в сеансе МА.
Учебно-тренировочные задачи. Прежде чем решать реальные задачи
методом МА, необходимо отработать с творческой группой или ее ядром
технику проведения МА на учебно-тренировочных задачах. Такие задачи
должны:
•
быть общепонятными для всех участников;
•
содержать потенциально большое число идей решения задачи;
•
вызвать интерес участников МА.
В качестве учебных задач можно брать реальные задачи,
удовлетворяющие указанным требованиям. Если выбор реальных учебнотренировочных задач вызывает затруднение, то можно предложить следующие
темы для формулировки и решения задач:
Как исключить травмы и гибель жителей города от падающих сосулек?
Как снизить аварийность и травматизм на автодороге во время гололеда?
Как сохранить от града хлебное поле?
Как уберечь от воров зеркало в туалетной комнате, сушилку для рук?
Во время мозговой атаки выдвигается от 50 до 150 идей, тогда как при
индивидуальной работе 10-20. Фирма «Дженерэл электрик» на сеансе “мозговой
атаки “ по решению задачи оптимального соединения двух электропроводов
получила за 30 минут 175 идей, часть из которых нашла практическое
применение [6].
3.3. Вопросы для проверки остаточных знаний
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
Особенности метода коллективного обсуждения (КО).
Основные задачи «индуктора» в творческой группе КО.
Особенности метода «мозговой атаки» (МА).
Где, кем и когда внедрен метод МА.
Состав группы «генераторов» метода МА.
Основные правила проведения сеанса МА.
Для решения, каких задач используется метод МА
Особенности постановки задачи для группы участников метода МА.
Основные требования к формированию группы участников МА.
Обязанности ведущего группы участников МА.
26
4.
Методы: эвристический, «морфологического анализа»
и функционально-стоимостной анализ (ФСА)
Рассматриваемые вопросы:
1. Особенности эвристического метода (ЭМ).
2. Особенности использования ЭМ начинающим изобретателем и
опытным разработчиком.
3. Эвристические приемы при использовании ЭМ.
4. Основа успешного решения творческой инженерной задачи ЭМ.
5. Примеры решения творческих задач ЭМ.
6. Критерии оценки эффективности работы «генераторов» и
«экспертов» ЭМ.
7. Особенности метода «морфологического анализа» (МА).
8. Какие факторы необходимо учитывать при поиске решения задачи
методом МА.
9. Распространение метода МА по странам мира.
10. Примеры решения творческих задач методом МА.
11. Критерии оценки эффективности работы студентов при решении
задач методом МА.
12. Особенности метода ФСА.
13. Эффективность метода ФСА.
14. Область применения метода ФСА.
15. Порядок проведения сеанса ФСА.
16. Рабочий план проведения ФСА.
17. Разработка и внедрение результатов ФСА.
18. Примеры решения творческих задач методом ФСА.
19. Критерии оценки эффективности работы студентов при решении
задач методом ФСА.
4.1. Эвристический метод
Метод предполагает непрерывную работу изобретателя над
поставленной перед ним задачей с использованием следующего циклического
алгоритма [7]:
1. Уяснение цели и существа задачи.
2. Формулировка задачи для достижения общей цели.
3. Подготовка, накопление знаний, совершенствование мастерства,
более конкретная формулировка задачи.
4. Концентрация усилий, упорная работа с целью получения решения.
5. Передышка, период умственного отдыха, отвлечение от решаемой
задачи.
6. Получение новой идеи или видоизмененной известной, которая
является искомым решением - "озарением" («Озарение» возможно только в том
27
случае если имеется достаточный объем
фундаментальных знаний и
ежедневная работа над ее решением).
7. Доведение работы до логического конца, обобщение, оценка и
возвращение, если решение неудовлетворительно, к первому пункту.
Чем начинающий изобретатель отличается от опытного конструктора?
При успешном решении творческой инженерной задачи (ТИЗ)
начинающий изобретатель всегда получает два результата: методический
результат (изобретение способа решения интересующей его ТИЗ) и искомое
техническое решение, полученное с помощью изобретения.
Когда изобретатель встречается с новой ТИЗ, то в первую очередь
пытается ее решить с помощью изобретенного им способа. Если это не удается
(поскольку встретился другой тип задачи), то изобретатель опять вынужден
искать решение методом «проб и ошибок». При успешном решении он
открывает для себя второй способ решения изобретательских задач. Так
постепенно у человека формируется свой набор способов, и он из начинающего
превращается в опытного изобретателя.
Такие способы или правила решения ТИЗ называют эвристическими
приемами (ЭП), в которых содержится краткое предписание или указание, «как
преобразовать» имеющийся прототип или «в каком направлении нужно
искать», чтобы получить искомое решение. ЭП обычно не содержит прямого
однозначного указания, как преобразовать прототип. Если ЭП имеет отношение
к рассматриваемой ТИЗ, то он содержит «подсказку», которая облегчает
получение искомого решения, однако не гарантирует его нахождения.
Различным людям требуется приложить различные усилия, чтобы найти
(удовлетворительное) техническое решение.
Опытные изобретатели обычно имеют свой индивидуальный набор
(фонд) ЭП или используют АРИЗ и ТРИЗ.
Рассмотрим примеры решения ТИЗ с помощью эвристических приемов.
Задача 1. Современные мобильные телефоны характеризуются малыми
массогабаритными показателями. Указанное потребительское свойство
повышает удобство обращения с телефоном, появляется возможность ношения
аппарата в одежде, на ремне, в дамской сумочке и т.д. Применение
интегральной элементной базы теоретически позволяет уменьшить размеры и
массу мобильного телефона еще как минимум в два раза. Однако дальнейшее
уменьшение размеров отрицательно сказывается на эргономических
показателях аппарата. В частности, становится проблематично разместить на
ограниченной площади органы управления и индикации, нажатие мелких
кнопок сопряжено с определенной трудностью [3].
Необходимо разработать конструктивный вариант мобильного телефона с
малыми массогабаритными показателями при сохранении удобства нажатия
кнопок, которое присуще более крупным аппаратам.
Рекомендации решения ЭП: «Использовать раздвижные, раскладные,
сборные, надувные и другие конструкции, обеспечивающие значительное
28
уменьшение габаритных размеров при переводе ТО из рабочего состояния в
нерабочее».
Решение. Сделать конструкцию мобильного телефона складной. В
нерабочем положении аппарат находится в складном состоянии и занимает,
соответственно, в два раза меньше места по высоте. В рабочем положении
аппарат раскладывается на две половины, одна из которых представляет собой
кнопочную группу и микрофон, а другая – дисплей и капсюль.
Задача 2. В электрическом перфораторе для пробивания стен из
различных материалов необходимо ввести электронный регулятор силы удара
за счет изменения скважности импульсов тока, подаваемых на электромагнит.
Такое введение приводит к необходимости защиты электронного регулятора от
возникающих механических ударов, которые приводят к разрушению
регулятора. Применение системы амортизации или сверхпрочной конструкции
регулятора резко увеличивает стоимость перфоратора [3].
Решение. Поместить электронный регулятор в вилке электрического
шнура для включения перфоратора в сеть. При этом механические воздействия
с корпуса перфоратора не передаются через гибкий шнур на вилку.
Многие ЭП могут быть успешно использованы в самых различных
областях техники. Они со временем морально не стареют и оказываются
полезными для других изобретателей. Способы решения ТИЗ, открытые
различными изобретателями, имеет смысл собирать, обобщать и обучать им
начинающих изобретателей. Именно на этих свойствах основывается метод
эвристических приемов, который интегрирует в методически доступной
форме опыт многих изобретателей.
Метод эвристических приемов разработан в СССР, известно около десяти
его модификаций. Наиболее полное изложение дано в книгах [19, 26, 27].
4.2. Морфологический анализ
Морфологический анализ разработан в 1942 году американским
астрономом Ф. Цвики. Основные принципы метода:
всесторонний не упрежденный анализ явлений;
ничего не считать невозможным, пока это не будет доказано и
всесторонне аргументировано.
В поставленной задаче выделяется два или большее число важнейших
направлений, в зависимости от числа требуемых функций разрабатываемой
системы или элемента. Затем по каждому из функциональных направлений
производится генерирование идей и составляется как можно
больший
перечень способов их реализации. Все перечисленные способы решения
сводятся в таблицу. Как видим из табл. 4.1, выделенные четыре главных
29
направления позволяют получить 108 различных комбинаций систем
телевидения [8].
Для выбора конкретной системы телевидения, необходим анализ
сочетаний и отбор наилучших из них.
Таблица 4.1.
Поиск технического решения создания системы телевидения
методом “морфологического анализа”
Способы решения, направление
Реализуемая функция,
выделенное направление
решения способа
1. Черное
Цвет изображения
2. Одноцветное
3. Полноцветное
1. Прямоугольное
Форма изображения
2. Круглое
3. Овальное
1. Неподвижная
Подвижность камеры
2. Подвижная
3. Псевдоподвижная
4. Совершенно подвижная
1. Без звука
Звуковое
2. Монофонический звук
сопровождение
3. Стереофонический звук
4. Квадрофонический звук
Принятие решения, по приведенным в табл. 4.1 данным, возможно, если
разработчик – инженер имеет информацию о технических возможностях своего
подразделения, предприятия и отрасли и, прежде всего о ресурсах: 1 финансы, 2 - оборудование, 3 - помещения, 4 - средства производства, 5 специалисты, 6 - исходные материалы, 7 - возможность организации НИР, 8 проектирования и сбыт.
Учитываются также чисто человеческие факторы:
этика;
мнения ответственных лиц;
инертность ответственных лиц к переменам;
эстетические факторы;
престиж и общественное положение разработчика;
личные вкусы и предубеждения заказчика;
и др.
Рассматриваемый морфологический метод основан на комбинаторике.
Суть его состоит в том, что в интересующем изделии или объекте выделяют
группу основных конструктивных или других признаков. Для каждого признака
выбирают альтернативные варианты, т.е. возможные варианты его реализации.
30
Комбинируя их между собой, можно получить множество различных
решений, в том числе представляющих практический интерес.
Например, для изделия «паяльник» в таблице 4.2 приведен перечень
признаков и альтернативных вариантов. Если из каждой строки этой таблицы
взять по одному варианту, то получим некоторую конструкцию паяльника.
Таблица 4.2
Морфологическая таблица на изделие «Паяльник для монтажа ЭРЭ на
печатный узел»
№
строк Признаки
и
1
2
3
4
5
Материал жала
Материал
рукоятки
Альтернативные варианты (номер столбца)
1
2
3
4
Медь
Бронза
Железо
Сталь
Дерево
Кость
Пластмасса
Цилиндр
Цилиндриче
ическая с
Форма жала
ская с одной
двумя
фаской
фасками
Нагревате
льный
Открытый
Безопасность
элемент с
нагревательн
применения
предохран
ый элемент
яющим
кожухом
Разрезание
Выполняемые некоторых
Демонта
дополнилегкоплавки ж ЭРЭ с
тельные
х материалов печатного
функции
(пенопласт, узла
пластмасса)
Металл
5
Лазерный
луч
Композит
ный
материал
Цилиндриче
ская
с
Пластинчатая
заострением
на конце
---
Пониженно
е питающее --напряжение
---
Выжигание
Плавление
канавок
на
некоторых
поверхности
легкоплавки
деревянных
х материалов
изделий
Локально
е точечное
прогревани
е
Так, для сочетания вариантов (1.1; 2.3; 3.3; 4.2; 5.1), где в каждой паре
первая цифра обозначает номер строки, а вторая — номер столбца, получим
конструкцию паяльника: «жало из меди, рукоятка — пластмассовая, форма
жала — цилиндрическая с заострением на конце, нагревательный элемент с
предохраняющим кожухом, дополнительная функция паяльника — разрезание
легкоплавких материалов».
Число возможных конструкций паяльника в таблице 4.2 нетрудно
подсчитать. Оно будет равно произведению чисел вариантов в каждой строке,
т.е. 5⋅5⋅4⋅3⋅5 = 1500. Из рассмотренного примера видно, что суть метода
заключается в построении морфологической таблицы, заполнении ее
возможными альтернативными вариантами и в выборе из всего множества
получаемых комбинаций наиболее подходящих и наилучших решений [9].
31
Морфологические методы в 50 – 60-е годы XX века нашли широкое
распространение в США, Западной Европе, а также в нашей стране. Ф. Цвикки
разработал несколько модификаций своего метода. В качестве признаков
берутся функции элементов (узлов, деталей) рассматриваемого ТО, а в качестве
альтернативных вариантов — различные способы реализации каждой функции.
4.3. Функционально-стоимостный анализ (ФСА)
Начиная с конца 60-х годов XX века в инженерной практике технически
развитых стран стал быстро распространяться новый подход снижения
стоимости (затрат) и повышения качества продукции. Этот подход назвали
функционально-стоимостным анализом (ФСА). Многочисленная статистика
разных стран показывает, что ФСА позволяет на одну денежную единицу
затрат получить до 20 единиц экономии.
Основная суть ФСА заключается в следующем:
•
применение системного подхода при выявлении по возможности
всех излишних затрат (трудоемкость, расход материалов и энергии и т.д.) в
существующих или проектируемых изделиях;
•
систематическое применение методов инженерного творчества при
поиске новых ТР с пониженными затратами;
•
четкая организация работ, исходящая от руководства предприятием
и направленная на проведение ФСА и реализацию его предложений.
При проведении ФСА выполняют следующую работу:
•
выявляют и определяют функции (назначение) элементов изделия;
•
оценивают стоимость выполнения каждой функции (в виде расхода
материала, энергии, денежных затрат и т.д.);
•
выделяют «лишние» (ненужные) функции и функции с
чрезмерными затратами на реализацию;
•
исключают элементы с ненужными функциями и выбирают
наиболее рациональные ТР элементов с чрезмерными затратами;
• реализуют на практике результаты ФСА.
Причину возникновения ФСА можно пояснить следующим образом [10].
Решение задач, связанных со снижением себестоимости, предполагает
возможность применения двух подходов: предметного и функционального.
Традиционным, применяемым в течение многих десятилетий, является
предметный подход. Специалист, занимающийся проблемой снижения
себестоимости изделия, формулирует задачу примерно следующим образом:
как снизить затраты на данное изделие?
При функциональном подходе специалист, наоборот, полностью
абстрагируется от реальной конструкции анализируемой системы и
сосредоточивает внимание на ее функциях. При этом изменяется и направление
поиска путей для снижения себестоимости продукции. Четко определив
функции анализируемого объекта, их количественные характеристики,
32
специалист по-другому формулирует задачу: необходимы ли эти функции?
Если да, то необходимы ли предусмотренные количественные характеристики?
Каким наиболее экономичным путем можно достичь выполнения функций?
Важность и целесообразность функционального подхода обусловливается
тем, что потребителя в конечном итоге интересуют не предметы и вещи как
таковые, а те действия, которые он может производить с их помощью, т.е. их
функции. Например, его интересует не электродвигатель, холодильник,
трансформатор, лампочка и т.д., а выполняемые ими функции: вращение вала,
сохранение продуктов, изменение напряжения, излучение света и т.д.
Область применения ФСА весьма широка, поскольку этот подход имеет
смысл использовать в любой сфере человеческой деятельности, в которой
требуется снизить какие-либо затраты. ФСА является очень сильным средством
интенсификации экономики. Учитывая опыт успешного применения ФСА, его,
в первую очередь, рекомендуется использовать при решении следующих задач:
• проектирование новых изделий и технологий;
• модернизация освоенных в производстве изделий;
• реконструкция предприятий;
• снижение затрат основного и вспомогательного производства;
• снижение затрат сырья, материалов, топлива и энергии;
• снижение трудоемкости и экономия людских ресурсов.
В эпоху существования СССР наибольший опыт по освоению и
использованию
ФСА
имело
Министерство
электротехнической
промышленности, которое, начиная с 1977 г., определило следующие
организационные основы этой системы:
• создание специальных органов и подразделений, способных
реализовать резервы снижения затрат с помощью ФСА;
• разработка методических и руководящих материалов по
организации и проведению ФСА;
• обучение основам метода ФСА и его пропаганда среди возможно
большего числа специалистов отрасли;
• непосредственное проведение ФСА конкретных изделий,
освоенных как в производстве, так и на стадии их проектирования; внедрение
рекомендаций ФСА для получения реального экономического эффекта.
Все эти мероприятия взаимосвязаны между собой.
Порядок проведения ФСА. Один из основополагающих принципов
ФСА – определенная последовательность его проведения, задаваемая рабочим
планом ФСА. Рабочий план ФСА включает четыре взаимосвязанных этапа,
каждый из которых состоит из нескольких отдельных работ.
Последовательность, заданная рабочим планом, должна носить обязательный
характер, т.е. нельзя приступать к очередному этапу, не выполнив полного
объема работы предыдущего этапа.
33
Рабочий план проведения ФСА включает следующие этапы и виды работ:
1. Подготовительный этап.
1.1 Выбор ТО и определение целей ФСА.
1.2 Подбор и утверждение состава исследовательской группы.
1.3 Обучение специалистов группы основам ФСА.
1.4 Составление, согласование и утверждение технического задания (ТЗ)
на проведение ФСА.
2. Информационно-аналитический этап.
2.1 Сбор и изучение информации по проектно-конструкторским
решениям ТО, интересующим затратам, условиям работы и недостаткам ТО.
2.2 Построение конструктивной функциональной структуры ТО.
2.3 Определение списка основных показателей и требований к ТО,
критериев развития ТО.
2.4 Анализ и классификация функций элементов ТО.
2.5 Определение и сравнение стоимостей функций.
2.6 Выявление функциональных зон наибольшего сосредоточения затрат
в ТО.
2.7 Постановка задач поиска более рациональных и оптимальных
конструкторско-технологических решений.
3. Поисково-исследовательский этап.
3.1 Поиск улучшенных ТР.
3.2 Математическое моделирование улучшенных ТР.
3.3 Поиск оптимальных параметров улучшенных ТР.
3.4 Экспериментальное испытание новых ТР.
3.5 Выбор наилучших вариантов ТР.
3.6 Оформление результатов в виде технического предложения или/и
эскизного проекта, их согласование с заинтересованными подразделениями и
утверждение.
4. Разработка и внедрение результатов ФСА.
4.1 Составление и оформление проектно-технологической документации
и рекомендаций по реализации результатов ФСА с уточнением расчетов
эффективности.
4.2 Согласование предложений по пункту 4.1 с заинтересованными
подразделениями, службами и их утверждение.
4.3 Организация работы по реализации предложений.
4.4 Материальное и моральное поощрение участников разработки и
внедрения рекомендаций по ФСА. Оформление отчета о выполненной работе с
предложениями по улучшению проведения ФСА.
Работа на первом, подготовительном этапе имеет две стадии. Сначала
по пунктам 1.1, 1.2 готовится приказ, в котором, во-первых, указывается, какое
изделие или какой технологический процесс требуется проработать с позиции
ФСА и какие затраты понизить в первую очередь. Во-вторых, определяется
34
состав временной группы специалистов, сроки проведения исследований и
подразделения, обеспечивающие работу временной группы ФСА.
Во временную группу ФСА входят один или несколько человек из
постоянной группы (отдела) ФСА, а также прикомандировываются разные
специалисты (технолог, методолог, энергетик, снабженец, экономист, эколог и
т.д.), компетенция которых необходима при решении поставленных задач ФСА.
Если на предприятии нет подразделения ФСА, то во временную группу
необходимо включить, хотя бы одного специалиста (желательно руководителя
временной группы), владеющего подходом ФСА, и методолога-специалиста,
владеющего методами инженерного творчества.
На второй стадии (пункты 1.3, 1.4 подготовительного этапа) временная
группа ФСА составляет ТЗ, в котором уточняется:
•
какие узлы и блоки изделия необходимо подвергнуть тщательному
ФСА;
•
какие затраты требуется сократить в первую и во вторую очередь;
•
какие особые условия и ограничения требуется выполнить;
•
какая необходима работа обеспечивающих подразделений по сбору
и подготовке информации.
Составной частью ТЗ является также сетевой график или план-график
проведения ФСА.
Одновременно с составлением ТЗ ведется обучение членов временной
группы основам ФСА, если они не имеют соответствующего опыта работы. Для
этого иногда целесообразно привлекать преподавателя (методолога) со
стороны.
Рекомендации по выполнению этапов 2 - 4 ФСА даны ниже.
Сбор и анализ информации. Выполнение работ по пунктам 2.1 – 2.3
информационно-аналитического этапа не требует дополнительных пояснений.
Напомним, что при выполнении пункта 2.1 в первую очередь нужно
использовать словарь технических функций. Заметим, что при комплексном
изучении затрат придется часто проводить многоуровневый анализ функций
ТО, например, описывать функции интересующих блоков ТО, затем функции
узлов, из которых состоят блоки, затем функции деталей и т. д.
Классификация функций ТО (пункт 2.4). Функции элементов ТО,
выявленные и описанные при выполнении пункта 2.2, могут быть разделены на
четыре группы [7]: главные, основные, вспомогательные, вредные. Указанные
четыре группы функций уже упоминались ранее при рассмотрении свойств
систем.
Главные функции имеют главные элементы; они выделяются при
составлении таблицы анализа функций и обозначаются через Ф0.
Основные функции относятся к элементам, которые непосредственно
обеспечивают работу главных элементов; при исключении любой основной
функции главная функция в принципе не может быть реализована.
35
Вспомогательные функции относятся к элементам, которые делают
реализацию главной или основной функции более эффективной, более
приемлемой или привлекательной для потребителя и т.п.; при исключении
любой вспомогательной функции работоспособность ТО сохраняется, но
ухудшаются некоторые показатели качества.
Вредные функции относятся к элементам, которые не играют
существенной (или никакой) роли в обеспечении работоспособности ТО и
повышении его качества; таким образом, при исключении вредной функции и
соответствующих элементов показатели качества не ухудшаются, а некоторые
могут даже улучшаться.
Часть элементов с вредными функциями выявляется уже при составлении
таблицы анализа функций, когда возникает затруднение при формулировке
функции какого-либо элемента. Для этих элементов в таблице анализа функции
следует указывать: «Полезной функции не имеет». Другую часть таких
элементов выявляют среди тех, которые имеют вспомогательные функции. По
отношению к этим элементам задают вопрос: «Какие появятся отрицательные
последствия при исключении данного элемента?» При ответе на этот вопрос
проводят мысленное моделирование; если оно не дает четкого ответа, проводят
математическое моделирование или физическое – путем экспериментального
испытания.
Ниже приведен пример классификации функций сетевого фильтра
(таблица 4.3) [3].
Таблица 4.3
Классификация функций сетевого фильтра
Класс функций
Главная функция
Основные функции
Вспомогательные
функции
Описание функций
Стабильность электропитания бытовой радиоаппаратуры
Обеспечение непрерывности электрической цепи между
входом и выходом
Устранение пульсаций питающего напряжения
Устранение выбросов (скачков) питающего напряжения
Включение/выключение бытовой радиоаппаратуры от сети
питающего напряжения
Использование сетевого фильтра в качестве удлинителя
Использование сетевого фильтра в качестве разветвителя
Создание внешнего красивого вида
Гарантирование
требуемой
надежности
и
износоустойчивости
Обеспечение нормального уровня техники безопасности
Определение и сравнение стоимости функций (пункт 2.5). Стоимость
функций понимается в широком смысле, т.е. имеются в виду любые затраты,
связанные с реализацией функций.
36
Поскольку определение и сравнение стоимости функций проводится для
выявления излишних затрат, то укажем следующие основные причины
возникновения (источники) излишних затрат.
1. Конструкторы в первую очередь стремятся получить требуемые
эксплуатационные показатели. При этом они не уделяют достаточного
внимания экономическим показателям или у них нет полной информации о
стоимости некоторых материалов, способов обработки и т.д. Это часто
приводит к изготовлению многих деталей из неоправданно дорогих или
дефицитных материалов, с использованием не самых дешевых технологий.
2. Иногда конструкторы слабо знают условия эксплуатации и
изготовления ТО. В связи с этим к некоторым показателям ТО они
предъявляют для
перестраховки неоправданно высокие требования, что
приводит к излишним затратам.
3. В ряде случаев из-за чрезмерной загруженности конструкторы
принимают на начальных стадиях проектирования временные, недостаточно
обоснованные и отработанные ТР, которые затем переходят в документацию на
серийное производство.
4. Стремление к достижению высокого уровня унификации часто
превращается в самоцель. При этом не учитываются объем выпускаемой
продукции и экономическая целесообразность унификации.
Существуют два способа оценки стоимости функций. Первый – метод
прямого расчета затрат на основании стоимости материалов, операций
технологического процесса и т.д. Несмотря на высокую точность этого метода,
часто не удается (в связи с большой трудоемкостью сбора информации или
отсутствием таковой) расчетным путем определить стоимость функций для
изучаемого и аналогичных ТО.
В связи с этим чаще используют менее трудоемкий и более
универсальный метод экспертных сравнений стоимостей функций для
изучаемого и аналогичных изделий. При использовании этого метода для
каждой функции заполняют форму (таблица 4.4), в которой по каждому
показателю и для каждого варианта реализации функции устанавливается
относительная шкала порядка, т.е. лучшему варианту присваивается стоимость
1, худшему – стоимость т, равная числу сравниваемых вариантов. В таблице
4.4 приведен пример относительной оценки затрат для пяти вариантов
реализации функции, где вариант 4 (патент 1) имеет наименьшие затраты.
Разумеется, набор показателей затрат в таблице 4.4 для разных функций
будет различным.
37
Самая предварительная оценка затрат, определяемая по таблице 4.4,
равна сумме оценок С = Σγi. Более точная оценка затрат может быть сделана с
учетом весовых коэффициентов:
γi
,
k
i =1 i
m
C=∑
(4.1)
где ki — весовой коэффициент, принимает значения на отрезке [11]; чем важнее
показатель, тем выше вес.
Таблица 4.4
Сравнение затрат на реализацию функции
№ Варианты
№ реализации
п/п функции
Изучаемое изделие
Аналог 1
Аналог 2
Патент 1
Патент 2
Показатели затрат
Расход
Трудоемкость
материала
Суммар
Энерго- -ная
эксплуа- затраты стоисталь медь Изготовления
мость
тации
γ5
γ1
γ2
γ3
Σγi
γ4
3
1
5
4
2
2
3
4
1
5
5
3
1
2
4
4
5
3
2
1
2
5
1
3
4
16
17
14
12
16
При относительной оценке стоимостей функций важно выделить
минимальную стоимость по таблице 4.4 или формуле (4.1) и максимальную
допустимую стоимость (обычно соответствующую изучаемому изделию). Обе
эти величины являются хорошими ориентирами при поиске улучшенных
вариантов ТР при выполнении третьего, поисково-исследовательского этапа.
Оценка функций и установление стоимостных ориентиров в виде
минимально возможной и максимально допустимой стоимости функций делают
процесс снижения затрат целенаправленным.
Изложенная методика сравнительной оценки функций элементов и
изделий в целом представляется довольно трудоемкой. Устранение этого
недостатка, по-видимому, возможно при создании объектно-ориентированных
каталогов или банков данных, где конструктор мог бы быстро находить
готовые оценки затрат на реализацию интересующей функции.
Выявление зон наибольшего сосредоточения затрат (пункт 2.6).
При выявлении функциональных зон наибольшего сосредоточения затрат в ТО
можно использовать несколько подходов.
38
4.4. Вопросы для проверки остаточных знаний
1.
2.
3.
4.
систем.
5.
ЭМ.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
Особенности эвристического метода (ЭМ).
Приемы при использовании ЭМ.
Основа успешного решения творческой инженерной задачи ЭМ.
Факторы, влияющие на внедрение разработанных новых устройств и
Критерии оценки эффективности работы «генераторов» и «экспертов»
Особенности метода «морфологического анализа» (МА).
Распространение метода МА по странам мира.
Особенности метода ФСА.
Области задач эффективного использования метода ФСА.
Порядок проведения сеанса ФСА.
Разработка и внедрение результатов ФСА.
5.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Методы: «синектика», «фокальных объектов»,
«контрольных вопросов»
Рассматриваемые вопросы:
Особенности метода «синектика» (МС).
Особенности метода «фокальных объектов» (МФО).
Особенности метода «контрольных вопросов» (МКВ).
Основа широкого применения МФО фирмами США и Европы.
Примеры списков контрольных вопросов.
Критерии оценки эффективности работы «генераторов» и «экспертов»
ЭМ.
5.1. Метод «синектика»
Метод предложен
В. Гордоном (1960 г.), Который организовал
специальную фирму
"по
обучению
изобретательскому
искусству
(Кембридж,
штат Массачусетс).
Термин "синектика" заимствован из
древнегреческого языка и обозначает объединение разрозненных элементов.
Группа "синекторов" решающих, заданную им проблему, ведет работу в такой
последовательности [12]:
1. Формулирует проблему, как она задана "заказчиком".
2. Выдвигает идеи и одновременно дает их критику с целью очищения
от очевидных решений. В ходе дискуссии синекторы вытесняют из
предложенных технических решений очевидные, этот этап работы аналогичен
методу “мозгового штурма”.
3. Ведет поиск аналогий, позволяющих выразить заданную
проблему в терминах, хорошо знакомых синекторам по опыту их работы.
39
Допускается игнорирование физических законов, выдвижение идеального
решения.
4. Определяет главные трудности,
препятствующие
решению
заданной проблемы, или противоречия. Формулирует проблему, как она понята
синекторами.
Руководитель задает наводящие вопросы, направленные на решение
проблемы. Синекторы проигрывают каждый из наводящих вопросов. Если
появляется перспективная идея, ее развивают словесно до момента, когда
члены группы синекторов в состоянии изготовить грубый прототип устройства.
Руководитель выявляет полезные и конструктивные идеи путем
оперативного анализа.
5.2. Метод «фокальных объектов»
Этот метод широко применяется в процессе инновационной деятельности
фирм, которые ежегодно увеличивают расходы средств на модернизацию и
реконструкцию оборудования.
Начиная с 70-х годов, в вузах США, введена новая дисциплина
«Управление нововведениями», главная цель – достижение финансового успеха
за счет быстрого освоения новых идей и завоевания рынка сбыта. Практикой
установлено, что покупатель на первое место ставит внешний вид изделия и
качество. Привлекательный вид изделия – основа для начала диалога продавца
с покупателем.
С целью придания более современного (необычного) вида изделию,
например, карандашу за фокальный объект берем тигра (табл. 5.1).
Таблица 5.1
Использование метода “фокальных объектов” для
привлечения внимания покупателей к изделию,
выпускаемому фирмой изделию
Объект внимания
технической
Фокальный объект
эстетики
--------клыкастый
------- хищный
Карандаш
Тигр
------- полосатый
------- быстрый
------- и т.д.
Для эстетического оформления выбираем "полосатый карандаш".
40
5.3. Метод «контрольных вопросов»
Метод контрольных вопросов - это своего рода краткая памятка
изобретателю, "шпаргалка" из вопросов и кратких рекомендаций [13].
Широко известны списки контрольных вопросов Г. Буша, Д. Пойа, Д.
Пирсона, С. Чурюмова, Б. Жарикова, А. Осборна. Приведем наиболее широко
распространенные списки вопросов, составленные английским изобретателем
Т. Эйлоартом:
1. Сформулировать задачи. Нельзя ли трудную задачу сделать более
легкой? Почему задача трудна? Рассмотреть, как решались аналогичные
задачи.
Некоторые типовые ошибки в формулировке задач и приемы их
устранения [13].
1). “Глобализм” - чрезмерно общая постановка задачи. Пример: “Как
избавиться от заусенцев при механической обработке”. В общей постановке
задача, скорее всего, неразрешима. Необходимо конкретизировать задачу для
определенной ситуации.
2). “Избыточная конкретизация” - характерная для тематических
планов предприятий. Ставится задача понятная лишь авторам. Пример:
“Усовершенствовать деталь БУ5.666.777”. Задача должна быть объяснена
“своими словами”, с минимальным количеством терминов, языком, понятным
старшекласснику.
3). “Путанка” - ситуация, когда под видом одной задачи прячется
несколько взаимосвязанных задач. Например:
«Разработать устройства,
позволяющие получать своевременную и достоверную информацию о
наступлении предельных состояний агрегатов и систем автомобиля в
эксплуатации». Информация может поступать к водителю в виде световых или
звуковых сигналов”. Необходимо выделить все элементы задачи, выбрать
ключевую. Решать задачи в отдельности, предполагая остальные решенными.
4). “Избыток информации” - ситуация, когда ставящий задачу
специалист, желая облегчить решение, дает массу информации, в которой тонут
необходимые сведения. Следует выявить суть задачи - конфликт, отбросив все
несущественное.
5). “Недостаток информации” - ситуация, когда важные сведения
упускаются при постановке задачи специалистом, (он считает их либо
общеизвестными, либо несущественными). Случается, что задачу ставят из
чужой практики, не имея всей необходимой информации. Пример: “На
занятиях в школе ТРИЗ выпускник в качестве дипломной работы взял задачу “
Как обеспечить опускание “аварийных стержней” в ядерный реактор в случае
катастрофы, подобной Чернобыльской”. Впоследствии выяснилось, что с
ситуацией он знаком по газетам.
6). “Избыточные ограничения” - постановка задачи с требованием
“ничего не менять” либо решать строго определенным образом. Пример:
41
“Устранить трудности в сборке узла”.
Ее легко решить, приняв
соответствующие меры, например, в заготовительном цехе, но требуют
решения обязательно при сборке. Необходимо обосновать запреты,
ограничения. Формулировать задачи, позволяющие обойти запреты.
7). “Близорукая задача” - постановка задачи без учета изменения
условий, которые могут произойти за время ее решения и внедрения. Пример:
Решение правительства “Установить высокую ставку налогообложения, чтобы
восполнить дефицит государственного бюджета”. При этом не учтено то, что
вызванный при этом спад производства, а также уход многих в “теневую
экономику” приведут только к увеличению разрыва между желаемым и
действительным. Для устранения ошибки необходимо спрогнозировать
последствия принимаемого решения, ввести соответствующие поправки.
8). “Несистемная задача “
1. Постановка задачи, лежащей на поверхности проблемы. После ее
решения обычно возникает новая задача, зачастую сложнее первой.
2. Перечислить недостатки имеющихся решений, найти новые
предполагаемые решения.
3. Построить модель.
4. Рассмотреть применимость для решения задачи различных видов
материалов, энергии, физических явлений и т.д., найти аналогии.
5. Найти связи, зависимости, возможные варианты решения задачи.
6. Выслушать дилетантов по данной проблеме.
7. Устроить групповое обсуждение, выслушать каждую идею без
критики.
8. Постоянно думать о поставленной для решения проблеме.
9. Бывать в стимулирующей творчество обстановке.
10. Искать пробелы в решениях подобных задач и новые комбинации
решений.
Нередко увидеть аналогию - значит найти новое техническое
решение. Например, конструктор авиационных двигателей А.А. Микулин еще
во время учебы в гимназии нашел необходимую ему аналогию на улице. Он
искал решение задачи повышения безопасности полета самолетов, которые в
то время часто попадали в аварию из-за отказов магнето /19/.
Микулин шел по улице и увидел мужика с подбитым глазом. Пришла
догадка! Он прибежал к знаменитому авиатору С.И. Уточкину и сказал
"Ставьте на вашу машину два магнето!" “О!- сказал Уточкин, - за каждый
благополучный показательный полет я буду платить тебе по 10 рублей".
Опытный изобретатель знает цену аналогиям, но зачастую применяет
их стихийно. Эйлоарт предлагает сознательно, целенаправленно использовать
аналогии.
Например, пробовать "национальные" решения:
хитрое шотландское,
всеобъемлющее немецкое,
42
расточительное американское,
сложное китайское и т.д.
"Бродить среди
стимулирующей обстановки (свалка лома,
технический музей, магазин старых вещей и т.п.), смотреть журналы,
комиксы". "Определить идеальное решение, разрабатывать возможное" [5].
С помощью идеального решения легче понять решение задачи, а значит,
и найти реальное решение. КПД = 1 - идеальное понятие, но с ним легче судить
о реальных возможностях машин.
Контрольных вопросов предложено много.
Начинающий изобретатель (молодой инженер) может обобщить
известные списки и составить «шпаргалку» для своих специальных задач.
В Англии Эдуард Мэтчетт разработал три списка для фундаментального
метода проектирования. Вопросы сгруппированы так:
1. Какие потребности являются: жизненно важными, очень важными,
важными, желательными.
2. Каковы потребности: функциональной системы, потребителя,
предприятия, внешнего мира.
3. Каковы потребности, на каждом этапе существования изделия:
проектирование, деталировка, отработка, сборка, испытания и отладка,
упаковка,
сбыт, монтаж, эксплуатация и неправильное использование,
техническое обслуживание и уход.
4. Какие сведения можно получить, если задать шесть основных
вопросов анализа трудовых операций:
Что нужно сделать?
Почему это нужно сделать?
Когда это нужно сделать?
Где это нужно сделать?
Кем это нужно сделать?
С помощью, каких средств это нужно сделать и т.д.
11.Найти идеальное решение – идеальный конечный результат (ИКР).
Работать над выполнимым решением, близким к идеальному.
12. Видоизменить решение проблемы с точки зрения размеров,
времени, скорости (РВС).
13. Определить альтернативные проблемы и системы.
14. Установить историю возникновения проблемы. Кто ее выдвинул?
Чего, каких результатов добился решающий данную или аналогичную
проблемы?
15. Найти общепринятые граничные условия и причины их
установления\18\.
43
5.4. Вопросы для проверки остаточных знаний
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Особенности метода «синектика» (МС).
Особенности метода «фокальных объектов» (МФО).
Особенности метода «контрольных вопросов» (МКВ).
Основа широкого применения МФО фирмами США и Европы.
Примеры списков контрольных вопросов.
Типовые ошибки в формулировке задач и приемы их устранения.
6. Метод АРИЗ–ТРИЗ
1.
2.
3.
4.
5.
6.
системы.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
ЭМ.
Рассматриваемые вопросы:
Особенности метода АРИЗ.
Этапы усовершенствования АРИЗ.
Область задач решаемых АРИЗ.
Представление ТРИЗ в виде структурной схемы.
Информационный фонд ТРИЗ.
Вепольный анализ и структурная модель исходной технической
Аналогия, инверсия, эмпатия, фантазия на службе ТРИЗ.
Законы развития систем, потребностей, функций.
Поиск противоречий и «идеальный конечный результат» (ИКР).
Поверхностное, углубленное и обостренное противоречия.
Логическая схема АРИЗ.
Критерии оценки эффективности работы «генераторов» и «экспертов»
6.1. Основные функции метода АРИЗ – ТРИЗ
АРИЗ - алгоритм решения изобретательских задач, разработанный Г.С.
Альтшуллером [4],
является наиболее распространенным в России, а в
последнее время и за рубежом методом поиска новых технических решений.
Первый вариант АРИЗ предложен в 1959 году, в последующие годы алгоритм
усовершенствовался: АРИЗ-61, АРИЗ-71, АРИЗ-77, ТРИЗ [4,5,14]. Рассмотрим
АРИЗ-77, содержащий четкую последовательность действий при поиске новых
технических решений, но менее детализирован, чем ТРИЗ.
Опишем подробнее функции ТРИЗ:
- решение творческих и изобретательских задач любой сложности и
направленности без перебора вариантов;
- решение научных и исследовательских задач;
- выявление проблем и задач при работе с техническими системами и при
их развитии;
- выявление и устранение причин брака и аварийных ситуаций;
44
- максимально эффективное использование ресурсов природы и техники
для решения многих проблем;
- прогнозирование развития технических систем и получение
перспективных решений (в том числе и принципиально новых);
- объективная оценка решений;
- систематизация знаний любых областей деятельности, позволяющее
эффективнее использовать эти знания и на принципиально новой основе
развивать конкретные науки;
- развитие творческого воображения и мышления;
- развитие качеств творческой личности;
- развитие творческих коллективов.
В состав ТРИЗ (рисунок 6.1) входят:
- законы развития технических систем;
- информационный фонд;
- вепольный анализ (структурный вещественно-полевой анализ)
технических систем;
- алгоритм решения изобретательских задач (АРИЗ);
- методы развития творческого воображения.
Рисунок 6.1. Структурная схема ТРИЗ
45
Информационный фонд состоит из:
•
системы стандартов на решение изобретательских задач (типовые
решения определенного класса задач);
•
технологических
эффектов
(физических,
химических,
биологических, математических, в частности, наиболее разработанный из них в
настоящее время - геометрический) и таблицы их использования;
•
приемов устранения противоречий и таблицы их применения;
•
ресурсов природы и техники и способов их использования.
АРИЗ представляет собой программу (последовательность действий) по
выявлению и разрешению противоречий, т.е. решению задач. АРИЗ включает:
собственно программу, информационное обеспечение, питающееся из
информационного фонда (на рисунке 6.1 показано стрелкой), и методы
управления психологическими факторами, которые входят составной частью в
методы развития творческого воображения. Кроме того, в АРИЗ
предусмотрены части, предназначенные для выбора задачи и оценки
полученного решения.
Вепольный анализ позволяет представить структурную модель исходной
технической системы, выявить ее свойства, с помощью специальных правил
преобразовать модель задачи, получив тем самым структуру решения, которое
устраняет недостатки исходной задачи.
Классификация системы стандартов на решение изобретательских задач и
сами стандарты построены на основе вепольного анализа технических систем.
Кроме того, он включен в программу АРИЗ (это показано стрелками на рисунке
6.1).
Методы развития творческого воображения [15] позволяют
уменьшить психологическую инерцию при решении творческих задач.
Разработаны теории развития творческой личности и творческих
коллективов [16]. Теория развития творческой личности описывает качества
и знакомит с жизненной стратегией творческой личности. Теория развития
творческих коллективов выявляет и использует законы развития творческих
коллективов.
Использование различных элементов ТРИЗ для конкретных функций
показано в таблице 6.1. При прогнозировании развития техники, поиске и
выборе задач и оценке полученного решения используются система законов
развития техники и система стандартов на решение изобретательских задач,
вепольный анализ.
Для развития творческого воображения могут использоваться все
элементы ТРИЗ, но основной упор делается на методы развития творческого
воображения.
Решение изобретательских задач осуществляется с помощью законов
развития технических систем, информационного фонда, вепольного анализа,
АРИЗ и, частично, с помощью методов развития творческого воображения.
46
С помощью ТРИЗ решаются известные и неизвестные типы задач.
Известные (стандартные) типы изобретательских задач решаются с
использованием информационного фонда, а неизвестные (нестандартные) применением АРИЗ. По мере накопления опыта решения класс известных
типов задач пополняется и структурируется.
В настоящее время разработаны компьютерные программы, основанные
на ТРИЗ, обеспечивающие интеллектуальную помощь инженерам и
изобретателям при решении технических задач, а также выявлению и
прогнозированию аварийных ситуаций и нежелательных явлений.
Рассмотрим более подробно отдельные разделы ТРИЗ.
Наиболее распространены простейшие приемы изобретательства: аналогия; инверсия; эмпатия; фантазия.
Аналогия. При решении задач идею решения можно получить путем
применения известного аналогичного решения, «подсказанного» технической
или художественной литературой, увиденного в кино или «подсмотренного» в
природе.
Выявлением и использованием «механизмов природы» занимается наука
бионика. Она исследует объекты живого и растительного мира и выявляет
принципы их действия и конструктивные особенности, с целью применения
этих знаний в науке и технике.
Прием инверсия или обратная аналогия означает - выполнить что-нибудь
наоборот. Для него характерны выражения: перевернуть «вверх нога ми»,
«вывернуть наизнанку», поменять местами и т.д.
Этот прием означает, что если объект рассматривается снаружи, то
можно достичь желаемого результата, если его исследовать изнутри. Если
какой-то объект расположен вертикально, то применение инверсии означает,
что его ставят горизонтально - и наоборот. Инверсия предполагает возможную
замену подвижной части неподвижной, отказ от симметрии в пользу
асимметрии, переход от растяжения к сжатию. Инверсные понятия - приемник
и передатчик, модулятор и демодулятор, электрогенератор и электродвигатель.
Эмпатия - это отождествление себя с личностью другого. Иногда об
этом действии говорят «войти в шкуру другого», то есть поставить себя на
место другого. Таким приемом часто пользуются артисты, писатели,
художники и т.п. Подобным образом можно использовать этот прием при
разработке объекта.
Проектировщик отождествляет себя с разрабатываемым объектом,
процессом, деталью. Применение приема заключается в том, чтобы человек,
посмотрел с позиции детали (с «ее точки зрения»), что можно сделать для
устранения недостатков или для выполнения новых функций.
Прием фантазия связан с желанием получить то, чего желаешь.
Использование фантазии для стимулирования новых идей заключается в
размышлении над некоторыми фантастическими решениями, в которых при
необходимости используются нереальные вещи или сверхъестественные
47
процессы. Часто бывает полезно рассматривать идеальные решения, даже если
это сопряжено с некоторой долей фантазии. Размышления о желаемом могут
натолкнуть на новую идею или точку зрения, которая, в конечном счете,
приведет к новому, осуществимому решению.
Примеры использования приема «фантазия».
1. Человек возвращается домой поздно вечером и в темноте начинает
искать руками на стене выключатель. Проблема решается просто, если
воспользоваться устройством, предложенным швейцарскими инженерами [16].
В темной комнате достаточно хлопнуть два раза в ладоши, чтобы зажегся свет.
При этом вспыхивает не люстра, а сигнальная лампочка, обозначающая
расположение выключателя. Это устройство питается от автономной батареи с
напряжением 1.5 вольта. Сегодня оно получает применение в квартирах, но
создано было как аварийное средство - для включения света в операционных,
научных лабораториях и цехах при неожиданных повреждениях электрической
сети. Появилось много игрушек, которые начинают действовать от хлопка,
например, петь и танцевать.
2. Фирма IBM выпустила компьютер, который можно диагностировать и
ремонтировать на расстоянии. Такой компьютер содержит радиоприемник и
радиопередатчик. Если компьютер вышел из строя, хозяин компьютера
связывается с фирмой IBM. Они тестируют компьютер, связываясь с ним по
радио. У изготовителя имеется эталонная модель такого компьютера. Данные
неисправного и эталонного компьютеров сравниваются. По радио
неисправному компьютеру выдаются команды, что нужно сделать для
устранения неисправности. Все операции выполняются автоматически без
участия человека.
Природа, различные области знания, деятельности, мышления и
любые объекты материального мира, в том числе и техника, развиваются по
своим определенным законам. Но существуют и некоторые общие законы
развития, появившиеся вследствие единства материального мира. Самые общие
из них - законы диалектики.
Техника развивается в тесном взаимодействии с общественным
развитием и экосферой, вследствие чего наблюдаются значительное
проникновение и обогащение законов развития общества, природы и техники.
Развитие техники во многом зависит от потребностей общества и влияет на
развитие природы [11].
В общем, виде система законов техники должна иметь уровни
потребностей, функций и систем. Схематично это изображено на рисунке
5.2.
48
Рисунок 6.2. Система законов развития техники
Закономерности развития потребностей определяют тенденции их
изменения. Это необходимо для определения функций и систем, с помощью
которых можно удовлетворить возрастающие потребности.
Закономерности развития функций связаны с закономерностями
развития потребностей, но имеют и свою специфику, например, переход систем
к
многофункциональности
(универсальности)
или,
наоборот,
к
однофункциональности (специализации).
Собственно законы развития технических систем можно разделить на
две группы (рисунок 6.3):
законы организации систем (определяющие жизнеспособность
системы);
- законы эволюции систем (определяющие развитие технических
систем).
Рисунок 6.3. Законы развития технических систем
К основным понятиям АРИЗ относятся: противоречия и идеальный
конечный результат (ИКР).
Различные технические средства создавались и создаются для
удовлетворения тех или иных потребностей человека. Потребности растут
значительно быстрее возможностей их удовлетворения, что и является своего
рода источником технического прогресса.
Проектирование новых объектов чаще всего подразумевает улучшение
тех или иных технических параметров системы. Сложные изобретательские
задачи (неизвестных типов) требуют нетривиального подхода, так как
49
улучшение одних параметров системы приводит к недопустимому ухудшению
других параметров. Возникают противоречия.
Решение задач по АРИЗ представляет собой последовательность по
выявлению и разрешению противоречий, причин, породивших данные
противоречия и устранению их использованием информационного фонда. Так
определяются причинно-следственные связи, суть которых - углубление и
обострение противоречий.
Для этого в АРИЗ рассматриваются три вида противоречий:
поверхностное, углубленное и обостренное.
Поверхностное противоречие - противоречие между потребностью и
возможностью ее удовлетворения. Его достаточно легко выявить. Оно часто
задается заказчиком и формулируется в виде: «Надо выполнить нечто, а как
неизвестно», «Некоторый параметр системы плохой, нужно его улучшить»,
«Нужно устранить некий недостаток, но не известно как», «Имеется брак в
производстве изделий, а причина его не известна».
Таким образом, поверхностное противоречие выражается в виде
нежелательного эффекта - что-то плохо, или необходимо создать что-то новое
неизвестно каким образом.
Пример поверхностного противоречия. Перед конструкторским бюро
А.Н.Туполева была поставлена задача создания к концу 50-х годов нового
пассажирского самолета на 170 мест с большой дальностью полета. Для этого
потребовалось авиадвигатели суммарной мощностью 50 000 л.с. У самого
мощного из имеющихся в СССР двигателей было всего 6 000 л.с.
Это типичное поверхностное противоречие.
Углубленное противоречие - это противоречие между определенными
частями, качествами или параметрами системы. Углубленное противоречие
возникает при улучшении одних частей (качеств или параметров) системы за
счет недопустимого ухудшения других. Оно представляет собой причину
возникновения поверхностного противоречия, углубляя его. В глубине одного
поверхностного противоречия, чаще всего, лежит несколько углубленных
противоречий.
При решении технических задач изменяют технические характеристики
объекта, поэтому Г. Альтшуллер углубленное противоречие назвал
техническим противоречием.
Техническое противоречие возникает в результате диспропорции
развития различных частей (параметров) системы. При значительных
количественных изменениях одной из частей (параметров) системы и резком
«отставании» другой (других) ее частей возникают ситуации, когда
количественные изменения одной из сторон системы вступают в противоречие
с другими. Разрешение такого противоречия часто требует качественного
изменения этой технической системы. В этом и проявляется закон перехода
количественных изменений в качественные.
50
Пример технического противоречия. Обычно проводники в
интегральных микросхемах делают из золота, имеющего малое удельное
сопротивление току, но недопустимо плохую адгезию с материалом подложки.
Возникает углубленное противоречие между электропроводностью и адгезией
[19].
Обостренное
противоречие
предъявление
диаметрально
противоположных свойств (например, физических) к определенной части
технической системы. Оно необходимо для определения причин, породивших
углубленное противоречие, т.е. является дальнейшим его углублением.
Уточнение (углубление) противоречий может продолжаться и дальше для
выявления первопричины. Для человека, незнакомого с АРИЗ, формулировка
обостренного противоречия звучит непривычно - некоторая часть технической
системы, должна находится сразу в двух взаимоисключающих состояниях:
быть холодной и горячей, подвижной и неподвижной, длинной и короткой,
гибкой и жесткой, электропроводной и неэлектропроводной и т.д.
Примеры обостренных противоречий.
1. Чтобы проводник в интегральной микросхеме имел малое
сопротивление, он должен быть выполнен из золота, а чтобы проводник имел
хорошую адгезию с подложкой, он должен быть из другого материала. Более
короткое обостренное противоречие можно сформулировать следующим
образом: материал проводника должен быть из золота и не из золота. Типичное
разрешение такого обостренного противоречия - использование «посредника».
Решение данной задачи заключается в нанесении подслоя, имеющего
хорошую адгезию с подложкой и с золотом, а затем на него напыляют золото. В
качестве подслоя берут никель или титан.
2. Для питания многих радиотехнических устройств используется
промышленная сеть переменного тока, хотя большинство блоков
радиотехнических устройств, например, усилитель, генератор и другие
нуждаются в постоянном питающем напряжении. По этой причине на входе
усилителя необходим элемент, имеющий противоречивые физические свойства.
Он должен быть проводящим - для положительной полуволны
синусоидального тока и непроводящим - для отрицательной, чтобы обеспечить
усилитель однополярным питающим напряжением. Данное обостренное
противоречие разрешается за счет выпрямителя, выполненного на диодах,
обладающих указанными физическими свойствами и реализующих функцию
преобразования переменного тока в постоянный.
Следует подчеркнуть, что в отличие от углубленного (технического)
противоречия, принадлежащего всей системе, обостренное (физическое) относится только к определенной ее части.
Таким образом, рассмотренные три вида противоречий образуют
цепочку: поверхностное противоречие - углубленное противоречие обостренное противоречие, которые определяют причинно-следственные связи
в исследуемой технической системе.
51
Пример. Не идеальность ключевых свойств мощных транзисторов и
диодов являются причиной потерь электрической энергии, которая разогревает
полупроводниковый прибор, ухудшая тепловой режим его работы.
Сформулируем поверхностное противоречие: «Необходимо улучшить тепловой
режим транзисторного (диодного) ключа в радиоаппаратуре, в которую он
устанавливается». Или: «Необходимо исключить перегрев силового
транзистора в усилителе радиоприемника». В первой формулировке
поверхностное противоречие указывает, какое качество нужно улучшить, а во
второй – указан нежелательный эффект - перегрев транзистора. Устранение
поверхностного противоречия может осуществляться за счет создания нового
транзистора или применения радиатора, который улучшает тепловой режим
работы транзистора, но увеличивает габариты радиоаппаратуры.
Углубленное противоречие заключается между температурой и
габаритами или потерями энергии (мощности) и габаритами. Улучшение
теплоотвода приводит к необходимости увеличения площади радиатора, а
снижение габаритов радиоаппаратуры требует уменьшения площади радиатора.
Обостренное противоречие: площадь радиатора должна быть большой,
чтобы улучшить отвод тепла, и малой, чтобы радиоаппаратура была малых
габаритов.
Такое противоречие можно, например, разрешить путем изменения
структуры. На радиаторе делают ребра. Общая площадь радиатора остается
такой же или больше, а габариты аппаратуры не увеличиваются и даже могут
быть уменьшены.
Можно представить идеал разрабатываемого устройства - идеальное
устройство - идеальный конечный результат (ИКР). Идеальная техническая
система - это система, которой нет, а ее функции выполняются, т.е. цели
достигаются без средств. ИКР - маяк, к которому следует стремиться при
решении задачи. Близость полученного решения к идеальному определяет
уровень и качество решения (см. рисунок 6.1).
Основная особенность состоит в том, что «идеальное устройство» должно
появляться только в тот момент, когда необходимо выполнять полезную
работу, причем в это время оно несет 100% расчетную нагрузку.
Вторая особенность «идеального устройства» в том, что его вообще нет, а
работа, которую оно должно выполнять, производится как бы сама собой.
Стремление к идеалу - общая тенденция развития технических систем.
Пример. Определим ИКР радиатора (теплоотвода) - отсутствующий
радиатор, обеспечивающий полный отвод тепла от транзистора. Радиатора не
должно быть, а тепло должно отводиться самим транзистором, либо радиатор
должен появляться только при начинающемся перегреве транзистора, либо
радиатор должен быть вынесен за пределы данной радиоаппаратуры, либо роль
радиатора должен выполнять какой-то другой элемент. Таким образом,
задаются направления решения. В первом направлении следует идти по пути
создания транзистора без потерь энергии, чтобы не вставала задача отвода
52
тепла. Это направление самое трудное и, как правило, для разработки
радиоаппаратуры не пригодное. Вполне приемлемо второе направление,
поскольку можно создать теплопроводник с лепестками из никелида титана
(нитинола) - материала, обладающего эффектом памяти формы. При
нормальной температуре лепестки прижаты к транзистору, а при повышении
температуры за пределы допустимой, они отгибаются, увеличивая площадь
теплоотвода. Вынесение теплоотвода за пределы радиоаппаратуры - третье
направление - реализуется путем размещения радиатора вместе с транзистором
на наружной стенке блока, как это сделано в измерительных приборах:
цифровых вольтметрах и частотомерах. Можно использовать тепловую трубу,
позволяющую отвести локально выделяемое тепло на значительное расстояние
от его источника. Использование имеющихся в блоке элементов для отвода
тепла (четвертое направление) - решение аналогичное радиоэлектронному
модулю, содержащему кроме теплонагруженных полупроводниковых
приборов,
элементы
с
теплопроводными
корпусами,
например,
электромагнитное реле, выполняющие свои функции. Для сокращения
габаритов модуля реле расположены в два ряда, а между рядами размещены
теплонагруженные элементы с возможностью теплового контакта с
теплопроводными корпусами реле.
В некоторых случаях можно говорить и об идеальной форме. Идеальная
форма - обеспечивает максимум полезного эффекта, например, прочность при
минимуме используемого материала.
Идеальный процесс - получение результатов без процесса, то есть
мгновенно. Сокращение процесса изготовления изделий - цель любой
прогрессивной технологии.
Идеальное решение получить почти невозможно. ИКР - это эталон, к
которому следует стремиться. Близость полученного решения к ИКР и
определяет качество решения. Сравнивая реальное решение с ИКР,
определяются противоречия. Таким образом, ИКР - инструмент, необходимый
для выявления противоречий и для оценки качества решения.
Рассмотрев основные понятия АРИЗ - ИКР, углубленное и обостренное
противоречия - можно представить этапы точной формулировки технической
задачи. С точки зрения АРИЗ задача точно сформулирована, когда выявлены:
1) поверхностное противоречие;
2) углубленное противоречие;
3) идеальный конечный результат;
4) обостренное противоречие.
Для формулировки всех ее звеньев выявляют, чем не устраивает
заказчика данная система (поверхностное противоречие), что в ней плохого
(нежелательный эффект), какие надо предъявить к системе требования. В
результате определяется углубленное противоречие.
Затем систему представляют таким образом, что в ней отсутствует
нежелательный эффект, но сохраняются имеющиеся положительные качества.
53
Результатом такого представления системы является формулировка ИКР. После
сравнения существующей ситуации и ИКР выявляют помехи к достижению
идеального результата, выявляют причины возникновения помех и определяют
противоречивые свойства, предъявляемые к определенной части системы
(оперативной зоны), не удовлетворяющие требованиям ИКР. Таким образом,
формулируется обостренное противоречие, которое представляет собой точную
формулировку задачи.
Приведенная последовательность характерна для основных модификаций
АРИЗ. Развитие АРИЗ идет в направлении формализации и детализации
описанной последовательности, углубленного использования законов развития
технических систем и информационного фонда.
Пример. Имеется мощная радиолокационная станция (РЛС) с массивной
антенной большой площади. Антенна закреплена на валу, но поворачивается на
нем очень редко и потому не имеет привода, а разворачивается вручную. После
разворота антенна на валу крепится с помощью фиксирующего устройства и
болтового соединения. Усилия для удержания массивной антенны на валу
нужны значительные и поэтому приходится болты затягивать достаточно
сильно, но из-за сильной затяжки вал деформируется и повернуть его в
следующий раз становится практически невозможным.
Поверхностное противоречие практически уже сформулировано при
описании исходной ситуации: нужен фиксирующий элемент, исключающий
деформацию вала антенны. Нежелательный эффект - деформация вала.
Углубленное противоречие - фиксация вала приводит к его деформации.
Идеальный конечный результат - вал должен фиксироваться, но не
деформироваться. Обостренное противоречие - фиксирующий элемент должен
быть твердым, чтобы фиксировать и мягким, чтобы не деформировать.
Решение - вал удерживается в легкоплавком веществе, которое
расплавляется при развороте. В изобретении предложили на конце вала сделать
поплавок. Тогда в расплавленном состоянии жидкость будет поддерживать
антенну и ее будет легче выставлять в новое положение.
Логическая схема решения задач по АРИЗ показана на рисунке 6.4.
Поверхностное противоречие (ПП) формулируется либо в виде
потребности в появлении нового свойства (действия) «A» (положительного
эффекта), либо в виде нежелательного эффекта (НЭ) («анти-В»), который
необходимо устранить. Поверхностное противоречие чаще всего выражается в
виде нежелательного эффекта, т.е. параметр или требование «В» в
нежелательном, вредном или недостаточном состоянии обозначается как
«анти-В».
Для определения углубленного противоречия (УП) выявляются два
противоречивых требования, предъявляемых к системе. Обозначим эти
требования буквами «А» и «В». Тогда углубленное противоречие может быть
представлено как потребность в улучшении характеристик, удовлетворяющих
требованию «А», которое приводит к недопустимому ухудшению
54
характеристик, удовлетворяющих требованию «В» (появление требования
«анти-В»). Нежелательный эффект заключается в требованиях «В». Или
наоборот - улучшение «В» за счет ухудшения А (появления «анти-А»).
Формулировка идеального конечного результата (ИКР) должна быть
направлена на устранение нежелательного эффекта («анти-В») при сохранении
положительных требований «А».
Обостренное
противоречие
определяется
путем
выявления
противоречивых свойств «С» и «анти-С» (например, физических), которыми
должен обладать элемент системы, не справляющийся с требованиями ИКР.
Для этого необходимо определить, каким свойством «С» должен обладать
элемент, чтобы обеспечить требование «B», т.е. чтобы устранить
нежелательный эффект. Одновременно этот же элемент должен обладать
противоположным свойством («анти-С»), чтобы сохранить положительное
требование «A». Таким образом, элемент должен обладать свойством «С»,
чтобы удовлетворить требованию «B», (обозначим это «С-->В») и свойством
«анти-С», чтобы сохранить требование A (обозначим это «анти-С-->А»).
Дальнейшее обострение противоречий осуществляется выявлением более
глубинных свойств «C1», которые необходимы для создания (обеспечения)
выявленных ранее свойств «C».
В некоторых случаях при решении сложных изобретательских задач,
необходимо выявить еще более глубокие причинно-следственные связи в
системе. Для этого приходится выявлять глубинные свойства С1, С2, …Сn.
Следующее по номеру свойство определяет причину возникновения
предыдущего свойства, т.е. что необходимо для выполнения этого свойства.
В таких случаях выявляют несколько обостренных противоречий (ОП)
(ОП1, ОП2, ОП3 …ОПn).
Решение задачи (РЗ) состоит в разрешении обостренного противоречия,
например, путем разделения противоречивых свойств С1, С2, …Cn.
Рисунок 6.4. Логическая схема АРИЗ
55
Основа основ методики состоит в последовательном определении
углубленного противоречия, идеального конечного решения и обостренного
противоречия.
Пример. Для создания нормальных условий жизнедеятельности экипажа
кабина самолета выполняется герметичной. На случай ее разгерметизации
самолет снабжается определенным запасом кислорода, который под давлением
накачивается в тяжелые стальные баллоны. Таких баллонов требуется
несколько десятков. Как быть?
Сформулируем для данной задачи цепочку противоречий и разберем
логику АРИЗ.
1. Поверхностное противоречие
Сформулируем для данной задачи два поверхностных противоречия:
ПП1
–
«Нужно
обеспечить
жизнедеятельность
экипажа
в
разгерметизированной кабине самолета». Нежелательный эффект – «анти-А»
(при разгерметизации кабины самолета не обеспечивается жизнедеятельность).
Требование «А» - обеспечение жизнедеятельности экипажа.
ПП2: «Стальные баллоны с запасом кислорода утяжеляют самолет («антиВ»)». Требование «В» - обеспечение постоянной массы самолета или ее
уменьшение.
2. Углубленное противоречие
Баллоны с кислородом обеспечивают жизнедеятельность экипажа, но
утяжеляют
самолет.
Углубленное
противоречие
здесь
между
жизнедеятельностью (требование «А») и массой (требование «В») самолета.
Утяжеление – «анти-В».
3. Идеальный конечный результат
Баллоны не утяжеляют (В) самолет, обеспечивая нормальную
жизнеспособность (А) экипажа.
4. Обостренное противоречие
Масса баллонов должна быть большой (свойство «С»), чтобы обеспечить
жизнедеятельность экипажа («А»), и малой («анти-С»), чтобы не утяжелять
(«В») самолет.
5. Обостренное противоречие 1
Это противоречие можно еще больше обострить, выявляя первопричины.
Почему баллоны тяжелые? У них толстые стенки, чтобы выдержать высокое
давление, под которым закачивается газ. Итак, ОП1: стенки баллона должны
быть толстые («С1») чтобы удержать газ под высоким давлением, и должны
быть тонкие («анти-С1») (в пределе нулевые), чтобы быть невесомыми. Таким
образом, стенки у баллона должны быть и не должны быть. Можно это
противоречие сформулировать и для кислорода. Кислород должен быть под
большим давлением, чтобы больше поместиться в баллоне, и не должен быть
под давлением, чтобы не делать баллон толстостенным и, соответственно,
тяжелым.
56
6. Решение задачи
Такое противоречие разрешается изменением структуры системы,
например, изменением агрегатного состояния. В данном случае изменяем
агрегатное состояние кислорода. Кислород должен быть жидким. Известно, что
жидкие газы хранятся, например, в сосуде Дьюара. Такое решение предложил
А.Н.Туполев. Это решение позволило во много раз снизить массу и объем
системы жизнеобеспечения.
Уточним в этой задаче понятия поверхностного, углубленного и
обостренного противоречий и причинно-следственные связи между ними.
ПП1 относится к жизнедеятельности экипажа самолета при его
разгерметизации. Такая задача может решаться любыми путями, даже без
использования кислорода. Например, можно использовать принцип
самозаклеивания шин. Это противоречие сформулировано для всей кабины.
ПП2 выражено в виде нежелательного эффекта и относится только к
баллонам. Здесь уже выбран способ обеспечения жизнеспособности экипажа с
помощью кислорода. Так как способ выбран (а это прерогатива заказчика), то и
недостаток определяется более локально.
В углубленном противоречии поле поиска сужается: уже
рассматриваются не все баллоны, а только один (все остальные подобны).
Кроме нежелательного эффекта (утяжеление самолета), указывается
положительные свойства (обеспечение жизнеспособности).
В обостренном противоречии идет дальнейшее сужение зоны поиска:
рассматривается не весь баллон, а только его стенки (еще более точно толщина стенок) и выявляются диаметрально противоположные свойства,
предъявляемые к стенкам.
Таким образом, анализ задач по АРИЗ постепенно сужает поле поиска и
выявляет диаметрально противоположные свойства, например, физические.
6.2. Вепольный анализ
В понятие «вещественно-полевых ресурсов» (ВПР) как основная часть
входит ВЕПОЛЬ [11].
В е п о л ь ( вещество + поле) - минимальная
техническая система, состоящая из трех взаимосвязанных элементов двух
веществ - В1, В2 (изделия и инструмента для воздействия на изделие) и
энергии их взаимодействия - П - (поля). Применение веполя целесообразно на
этапе выявления в решаемой изобретательской задаче противоречия или узла,
который требует замены или усовершенствования.
57
6.3. Алгоритм Ю.М. Чяпеле
1.Формулировка условия задачи.
В условиях задачи надо указывать не подлежащие изменению узел или
деталь, а указать плохие характеристики объекта. Условия задачи должны
отражать конструктивную схему объекта, принцип ее действия [7].
Отличие изобретательской задачи от обычной состоит в том, что условия
изобретательской задачи всегда неполные.
2. Составление эскиза по условиям задачи. На эскизе (см. рис. 6.5) надо
изобразить минимальное количество элементов (узлов, деталей) и связей
между ними, без которых невозможно обеспечить принцип действия объекта.
Все изображенные элементы должны быть причинно взаимосвязаны, т.е.
составлять СИСТЕМУ.
Чертеж должен быть предельно упрощен, но легко читаем. "Лучше раз
увидеть, чем сто раз услышать". Эскизы (чертежи) рекомендуется составлять
на всех этапах решения задачи.
"Чертеж - более совершенная форма
представления информации по сравнению с письмом, здесь она сжата, образна
и более понятна. (Помни об особенностях памяти человека - оперировать не
более чем с семью элементами одновременно). Текст должен служить только для
пояснения схемы или узла [7] .
Рисунок 6.5. Блок-схема поиска изобретательских идей
58
3. Уяснение сути задачи
Суть изобретательской задачи (что нужно сделать, чтобы система, узел
либо устройство удовлетворяло заказчика?) всегда скрыта. Для понятия сути
задачи нужно использовать всю накопленную в процессе обучения (более
правильно в процессе жизни) информацию. Этот этап рассматривается как
начало творческой работы.
4. Выражение желаний
Выявление желаний
направлено на преодоление психологической
инерции. Неизвестно, можно ли решить поставленную задачу, но всегда
можно дать формулировку идеального решения поставленной задачи.
Процесс творческого поиска разделяется на два этапа: выражение желаний,
поиск реальных путей для осуществления желания.
5. Предвидение возможного обмена энергии поля
Недостатки объекта часто можно устранить изменением вида
применяемой в нем энергии поля или ее преобразованием. В пределах этапов 13 рассматриваются следующие способы воздействия на объект: изменение
способа или формы передачи энергии поля, изменение направления, скорости,
энергии поля.
6. Перечисление элементов (деталей) объекта и их свойств
Производится анализ системы, выделение системы, подсистемы,
элементов. Анализируются функции каждого элемента и системы в целом. При
поиске новых технических решений могут быть использованы физические и
химические свойства системы и элементов, (масса, длина, площадь, скорость,
мощность, электрическое сопротивление и т.д.).
7. Рассмотрение других приемов
Произвести анализ взаимодействия объекта с вмещающей средой
(средой, в которой находится объект: воздух, пар, газ, магнитное поле,
электрическое поле, масло, вода и т.п.), изменить среду или ее свойства для
выполнения желаний. На данном этапе следует искать направление решения, а
не само решение задачи.
8. Исполнение желаний
Просматриваются все варианты решений каждого из желаемых
направлений. Эти варианты представляют собой изобретательские идеи,
развитие одной из которых до конструктивного решения, может стать
изобретением.
9.Обмен энергии поля
Этот этап применяется тогда, когда идея решения не найдена на этапе 8.
Вводится поле, энергия которого взаимодействует между узлами
объекта, создавая новый положительный эффект.
10.Анализ и синтез элементов и их свойств
Этот этап применяется тогда, когда решение не найдено на предыдущих
этапах. На данном этапе хорошие результаты достигаются тогда, когда в
59
системе имеется не более 7-10 элементов.
применить системный анализ.
На этом этапе необходимо
6.4. Диверсионный анализ
Анализируя конструкцию или технологию, задаются вопросом, как
испортить данный объект? Добиться дефектов и брака так, чтобы его не могли
выявить путем принятых методов контроля.
Найдя способы порчи объекта, решают задачу, как этого не допустить.
Принципиальным для “диверсионного” анализа является то, что ни один из
выявленных дефектов не отбрасывается без проверки.
Исследуются также совместные воздействия вредных факторов,
проводится прогноз их развития. “Диверсионный” анализ необходим не только
для действующих и проектируемых изделий, технологий, но и для выявления,
устранения возможностей аварий, катастроф, для экологической экспертизы.
Главная цель “диверсионного”
подхода прогнозирование нежелательных
явлений [20].
6.5. Обобщенный алгоритм решения исследовательских задач
1. Формулировка исходной исследовательской задачи.
Запись условий задачи по форме: «Система для (указать назначение)
включает (перечислить элементы системы). При условии (указать) происходит
(описать наблюдаемое явление)».
2. Формулировка обращенной задачи.
Превратить исследовательскую задачу в изобретательскую, заменяя вопрос
«почему?» на вопрос «как это сделать?». Записать формулировку обращенной
задачи: «Система для... включает.… Необходимо при… (указать заданные
условия) обеспечить получение… (указать наблюдаемое явление)».
3.
Паспортизация ресурсов.
Перечислить ресурсы системы, способные в принципе совершить или
способствовать совершению нужного действия. Особое внимание обратить на
ресурсы изменения - имеющиеся даже самые незначительные отличия от
стандартных условий, а также системные ресурсы.
4. Поиск известных решений.
Рассмотреть, в каких природных процессах, областях быта, науки,
техники требуемое явление получается само или создается искусственно. Как это
получается? Проверить возможности применения этих способов, отдавая
предпочтение наиболее простым.
5. Поиск необходимых эффектов
Рассмотреть физические, химические, биологические (если проблема
связана с людьми, то и психологические) и другие эффекты, способные создать
60
нужное действие. Проверить, нельзя ли создать нужный эффект, используя
выявленные в п. 3 ресурсы
6. Выбор оптимальных решений
Произвести оценку найденных идей, составить эскизы для определения
лучшей из выдвинутых идей. Довести идею до технического решения.
7. Применение найденной идеи для решения других задач
Рассмотреть возможность применения найденного нового технического
решения для применения в других областях техники. Если от решения задачи не
отказываются после первой или второй попытки и верят в успех, то практически
всегда находится патентоспособное решение задачи. При систематических
тренировках изобретательская задача решается за 0,5-4 часа. Очередность этапов
5-7 и 9-11 может быть изменена.
Чтобы стать инженером (а это значит и изобретателем), необходимо
постоянно развивать творческое воображение, чему способствует чтение
научно-фантастической
литературы, изучение
методов технического
творчества, умение работать с оператором РВС (размер, время, стоимость) и т.д.
Необходимо изучать патентную информацию, как по своей отрасли
знаний, так и по смежным дисциплинам, решать как учебные изобретательские
задачи (свое решение которых вы можете сопоставить с известным ответом),
так и производственные задачи (эффективность решения которых можно
оценить инженерными расчетами).
Целесообразно, посредством решения простых творческих задач,
сформировать психологическую уверенность (настрой) в своих возможностях
осилить любую сложную творческую задачу.
6.6. Дальнейшее совершенствование методов
поиска новых технических решений
В 1977 году вышла работа А.М. Дворянкина, А.И. Половинкина и А.Н.
Соболева "Методы синтеза технических решений" [18], в которой рассмотрена
возможность решения новых технических задач с использованием современной
вычислительной техники. Используемый авторами алгоритм работы ЭВМ
является модификацией АРИЗ-77. Это скорее алгоритм конструктора, чем
изобретателя. С его помощью возможно решение некоторых задач на 1-ом и 2ом уровнях по классификации Г.С. Альтшуллера.
Используемый при программировании ЭВМ обобщенный алгоритм
содержит следующие основные шаги-этапы:
1. Определение общественной потребности в решаемой задаче.
2. Определение цели решаемой задачи.
3. Предварительное изучение задачи.
4. Сбор и анализ информации для решения задачи.
5. Исследование решения задачи.
6. Выбор параметров объекта и предъявляемых к нему ограничений.
61
7. Уточнение формулировки задачи.
8. Формулировка конечного результата.
9.
Выявление технических и физических противоречий в технической
системе.
10. Выбор поисковых процедур и технических приемов.
11. Поиск идеи решения задачи.
12. Анализ и проработка идеи решения задачи.
13. Выбор рационального варианта.
14. Выбор оптимального варианта.
15. Развитие и упрощение решения задачи.
16 .Анализ технико-экономического эффекта.
17. Обобщение результата решения задачи.
6.7. Вопросы для проверки остаточных знаний
1. Особенности АРИЗ.
2. Этапы усовершенствования АРИЗ.
3. Область задач решаемых АРИЗ.
4. Представление ТРИЗ в виде структурной схемы.
5. Информационный фонд ТРИЗ.
6. Понятие веполя.
7. Дать определения понятиям: аналогия, инверсия, эмпатия, фантазия.
8. Законы развития систем, потребностей, функций.
9. Выявление противоречий при решении изобретательских задач.
10. Дать определение – «идеальный конечный результат» (ИКР).
11. Показать особенности поверхностного, углубленного и обостренного
противоречий.
12. Обобщенный алгоритм решения творческих задач А.М. Дворянкина,
А.И. Половинкина и А.Н. Соболева.
13. Особенности применения «диверсионного анализа» при разработке
РЭС.
14. Особенности
обобщенного
алгоритма
для
решения
исследовательских задач.
15. Особенности устранения физического противоречия.
62
7.
Алгоритм, способствующий ускорению решения
научно-технических задач в области съема информации
Рассматриваемые вопросы:
1. Особенности
алгоритма решения задач в области съема
информации.
2. Модель поиска способов и устройств съема информации о состоянии
объекта исследования, структура которого известна.
3. Логическая модель поиска средств съема информации.
4. Физические поля по которым идет обмен информацией междц
объектом и вмещающей средой.
5. Определения информации и энтропии.
6. Связь количества получаемой информации и погрешностью
измерительного прибора.
7.1. Алгоритм съема информации о состоянии объекта исследования
В известной работе «Творчество как точная наука» Г.С. Альтшуллер
говорит: «Я надеюсь, что среди тех, кто прочтет мою работу, окажутся люди,
которые захотят пойти дальше и займутся поисками новых форм управления
творческим мышлением в технике, науке, искусстве. Что может быть
заманчивее раскрытия природы талантливого мышления и превращения такого
мышления из редких неустойчивых вспышек в мощный и управляемый огонь
познания» [5].
Время показало, что желающие вести поиск "новых форм управления
творческим мышлением" имеются, но в основном их работы направлены на
использование методик ТРИЗ в конкретной узкой области творческой
деятельности человека.
Помимо фундаментальной работы автора ТРИЗ в настоящее время
хорошо известно около 80 алгоритмов, которые могут быть использованы в
творческой работе инженера и ученого, однако ни один из них не дает ответа:
"Как вести поиск информации о состоянии исследуемого объекта?" или "Как
по имеющейся информации синтезировать структуру неизвестного объекта или
явления природы?"
Автором данного пособия разработан алгоритм (рис. 8), в основу
которого положено определение информации как одного из свойств материи
[21].
63
Рисунок 7.1. Алгоритм поиска способов и средств съема информации
Любой объект материального мира непрерывно обменивается
информацией с вмещающей средой, сообщая о своих физических
характеристиках.
Разработанный алгоритм позволяет все многообразие встречающихся
научно-технических задач поиска информации о состоянии или структуре
объекта исследования свести к двум обобщенным моделям (алгоритмам):
прямой и обратной.
Прямая модель - способствует ускорению поиска способов и устройств
съема информации о состоянии объекта исследования, структура которого
известна.
Применение графического построения модели позволяет за короткий
срок выявить все каналы обмена информацией между исследуемым объектом
(технологический процесс, явление природы, человек и т.п.) и вмещающей
средой.
64
Большая часть научно-исследовательских работ в этом направлении
сводится к известным инженерным методам решения поставленной проблемы,
что способствует сокращению материальных затрат и времени.
«Обратная модель» - может быть использована для поиска структуры
недостаточно изученного объекта (явления природы, биологических систем и
т.п.) с использованием имеющейся информации о параметрах объекта
исследования. “Обратная модель” использует алгоритмы поиска, наиболее
полно отвечающие известной информации, характеризующей исследуемый
объект. После рассмотрения предложенной модели анализируют причины
противоречия существующей информации об исследуемом объекте принятой
модели.
Выявив причины несоответствия, осуществляют переход к следующей
модели объекта, в которой устранены эти причины.
Как только найдена модель, удовлетворяющая имеющейся информации
об исследуемом объекте, осуществляют переход к математическому или
физическому моделированию. На основании моделирования составляется
описание структуры неизвестного (исследуемого) объекта или явления
природы.
Дается анализ возможностей применения выявленных
закономерностей на практике.
Физические поля:
• электромагнитное,
• гравитационное,
• акустическое,
• температурное (по сути, то же электромагнитное поле),
можно рассматривать как каналы передачи информации, по которым
объект "сообщает" о своем состоянии в окружающую среду.
Например, кусочек мела обменивается информацией с вмещающей
средой о размерах и структуре в видимом спектре электромагнитных волн,
равномерно отражая видимую часть спектра. Если положить мел на руку, то
можно оценить: его вес (передача информации по гравитационному каналу);
температуру
(передача
информации теплообменом - "температурному
каналу").
Проведя несколько линий на доске, по виду этих линий и
акустическим колебаниям, вызванным скользящим по доске мелом, можем
судить о таких его характеристиках, как влажность
и
зернистость
(акустический и электромагнитный каналы обмена информацией).
Из сказанного понятно, что в основу поиска информации о состоянии
исследуемого объекта может быть положена методика поиска каналов обмена
информацией между объектом и вмещающей средой. В дальнейшем анализ
каждого из каналов обмена информацией позволяет найти средства съема
информации и способы ее дешифровки.
Имеется много определений информации. Приведем то, которое, по
нашему мнению, наиболее полно раскрывает ее сущность.
65
И н ф о р м а ц и я - это новые сведения логического и физического
характера, снижающие неопределенность (энтропию) наших знаний о данном
объекте.
Э н т р о п и я - мера неопределенности. Например, если дискретное
сообщение состоит из L элементов, каждый из которых может принять m
различных фиксированных состояний, то возможно образование M = m L
сообщений.
Здесь М выступает как количественная оценка информации. За меру
информации принято использовать логарифм от М (мера Хартли) [17].
I = log a M = - log a m.
Основание логарифмов a может быть выбрано любым, но наибольшее
распространение получили логарифмы с основанием 2 мерой информации
принято считать бит. Одному биту соответствует одна двоичная единица.
Энтропия Н может выражаться через вероятность появления в
сообщении из Lk элементов состояния Хk при достаточно большом числе
элементов сообщения L .
H = -{ ∑ L k log a (L k / L) } / L = - ∑ p k log a p k ,
где
p k = L к / L.
Поскольку p k ≤ 1, то всегда Н ≥ 0.
Энтропия равна нулю, если сообщение известно заранее или
p k = 0, и максимальна при p1 = p2 = ...= pm = 1 ⁄ m.
Количество информации выражается в числовой форме, главный ее
источник - измерительный эксперимент. Информацию мы можем наблюдать
или фиксировать в процессе взаимодействия одного объекта или предмета с
другим через канал связи. В качестве канала связи может выступать любой
носитель информации: электромагнитное поле,
бумага с изображением
символов, взаимное расположение молекул, атомов и т.п. Ценность
информации не имеет прямой связи с ее количеством, а определяется запасом
априорных сведений о поведении объекта или источника информации до ее
получения, точностью съема, передачи и воспроизведения.
Любой технологический процесс характеризуется динамической
информацией, являющейся функцией времени. Характерной особенностью
динамической информации является то, что она быстро "стареет" и
утрачивает ценность с течением времени. Так, если с момента съема до
переработки информации прошло время, превышающее постоянную времени
объекта по данному параметру, то использование такой информации для
управления процессом теряет смысл.
Для оценки количества информации получаемой во время измерения,
используют несколько способов, однако, стандартных методов оценки пока не
разработано. Учитывая,
что количество информации
есть мера
66
неопределенности наших знаний о контролируемом параметре, для оценки
можно использовать основную характеристику измерительного устройства,
обладающую свойствами энтропии.
Энтропия эквивалентна дисперсии контролируемого параметра на
выходе измерительного прибора. Чем больше дисперсия, тем значительнее
неопределенность наших знаний об измеряемой величине.
Поскольку любой измерительный прибор имеет вполне определенную
точность измерения, то энтропия при измерении снижается, но не снимается
полностью, количество информации при измерении составит
I = Hη - Hk ,
где Hη - начальная или априорная энтропия,
Hk - энтропия после измерения.
Каждый
прибор
или
способ
среднеквадратичной погрешностью
контроля
характеризуется
δ=√D,
которую целесообразно использовать для определения количества информации
(бит)/25/
I = log 2 δн - log 2 δk = log 2 (δн / δk ) ,
где δн , δk - значения среднеквадратичной погрешности до измерения и после
соответственно. При таком способе оценки количества информации мы
получим результат в битах. Допустим, измеряя температуру, мы пользуемся
тремя различными приборами и получаем информацию:
4 бита, 8 бит и 12 бит соответственно.
Взяв за критерий выбора прибора наибольшее количество
информации, получаемое с его помощью, мы допустим ошибку. Для
правильного выбора необходимо, чтобы среднеквадратичная погрешность
прибора удовлетворяла исследователя, либо не превышала зоны
нечувствительности АСУ ТП по данному параметру. С учетом этого
целесообразно использовать в качестве критерия оценки относительную меру
количества информации в виде равенства
Iотн. = (Iн - Iизм.) / Iн = [log 2 ( δ a / δ x) - log 2 (δ ξ / δ x )] / log 2 ( δ a / δ x), (7.1)
где δx -среднеквадратичная погрешность прибора;
δ a - априорная величина среднеквадратичной погрешности оценки
контролируемого параметра;
67
δξ - среднеквадратичная погрешность гипотетического прибора или
способа контроля, необходимая для измерения данного параметра с точностью,
обеспечивающей поддержание его в заданном интервале (с точностью,
удовлетворяющей исследователя).
Выражение (1) можно представить в более наглядном виде:
Iотн. = 1 - (Hизм. / Hн ) ;
0 ≤ I отн. ≤ 1 .
Для исследуемых объектов, структура которых известна, такой алгоритм
разработан и назван алгоритмом поиска информации [26].
Графическое построение модели поиска информации о состоянии объекта
по этому алгоритму позволяет за короткий промежуток времени выявить все
альтернативные способы и средства контроля искомого параметра и перейти к
инженерным методам оценки выявленных способов.
Такой подход способствует сокращению материальных затрат
и
особенно времени на решение поставленной задачи - поиска информации о
состоянии исследуемого объекта.
7.2. Алгоритм поиска способов и средств съема информации
В случае поиска и разработки способов и средств контроля для
построения модели выбирается искомый параметр. Например, для
алюминиевого электролизера одним из таких параметров является температура
катодного кожуха в зоне возможного прорыва металла.
Рассмотрим процесс составления модели на примере поиска
способов и устройств контроля температуры кожуха катода Тк. Графическое
построение модели производим в следующем порядке:
1. В центре листа (см. рис.7.2) наносим обозначение контролируемого
параметра в виде простой геометрической фигуры и обозначаем символом Тк. В
верхней части листа наносим условное обозначение вмещающей среды Z
(внешняя среда по отношению к объекту контроля), сюда же отнесены
физические поля (электромагнитное, акустическое, гравитационное) и
инородные тела, взаимодействующие с объектом контроля самопроизвольно
или по инициативе со стороны человека.
68
Рисунок 7.2. Графическое построение модели поиска способов и средств
контроля Тк.
2. Далее наносим условные обозначения основных параметров объекта,
связанных с Тк:
а) контроль с помощью термопар;
б) электромагнитный способ контроля, наложением электромагнитных
импульсов на контролируемую зону и прием сигнала отклика в паузах между
импульсами;
в) по интенсивности электромагнитных шумов (ионов или шумам
доменов);
г) по интенсивности электромагнитных излучений в инфракрасном
диапазоне волн.
Связь с перечисленными параметрами показана стрелками.
Для предварительной, качественной, оценки предлагаемых способов
контроля вводим условное обозначение идеального решения поставленной
задачи ИКР (идеальный конечный результат) [4]. Условное обозначение ИКР
наносим внизу листа. При решении задачи выбора средств контроля, ИКР
характеризуется словами «Объект сам информирует об интересующем нас
параметре (в данном примере о Тк)» [14].
Достраиваем графическую модель, вводя условные обозначения
процессов, несущих информацию об искомом параметре и сопоставляем
каждый источник информации с ИКР. Чем полнее он отвечает требованию
ИКР, тем ближе к геометрической фигуре ИКР на рис.7.2,
размещаем его
условное обозначение.
1.1. Автоматический контроль температуры кожуха катода Тк
с
помощью термопар не вызывает технических трудностей. С целью усреднения
температуры, измеренной термопарами, возможно размещение 6-12 термопар
69
по периметру катодного кожуха и их последовательный опрос, либо
последовательное соединение термопар и определение температуры Тк
делением суммарного значения ЭДС термопар на их количество. Измерения
показали, что отклонение средней температуры Тк от усредненных показаний,
полученных с двенадцати термопар, составляет не более ±(2-3)оС. Недостатки
способа – большие затраты времени на тарировку и установку термопар и
сложности обеспечения идентичности тепловых контактов всех термопар с
поверхностью кожуха катода.
Преимущество – простота метода и отсутствие дополнительных затрат
энергии на процесс измерения Тк.
3.–3.1. Электромагнитный способ позволяет обеспечить такую же
точность измерения Тк . Сущность метода заключается в создании в стальном
катодном кожухе электромагнитное возмущение рамкой с протекающей в ней
импульсным током, можно по скорости спада вихревых токов в катодном
кожухе оценить его температуру.
Экспериментально подтверждена
возможность контроля этим методом.
Недостаток электромагнитного способа контроля Тк – необходимость
установки генераторного датчика 3 и дополнительные затраты электроэнергии
на возбуждение вихревых токов в катодном кожухе.
Преимущество – более точное измерение средней температуры Тк и
исключение влияния теплового контакта с кожухом катода.
3.3. Создав
в
объеме
расплава алюминия электромагнитное
возмущение рамкой с протекающим в ней током, можно по скорости
спада
вихревых токов в расплаве алюминия оценить его массу. Экспериментально
подтверждена возможность контроля этим методом.
1.2. Пассивный электрический (шумовой) способ основан на зависимости
ЭДС шумов проводника от температуры его нагрева. Преимущество простота
осуществления и отсутствие дополнительных затрат электроэнергии на процесс
измерения.
Недостатки – влияние нестабильности электромагнитного поля
воздействующего под разными углами на стенки катодного кожуха.
Наличие зависимости собственных шумов проводника от его
температуры приближают этот способ к ИКР.
Анализ патентной и технической литературы показывает,
что
разработанная модель охватывает все способы,
предложенные
исследователями с начала промышленного производства алюминия. Без
построения модели по приведенному алгоритму внимание исследователя, как
правило, останавливается на одном способе измерения информационных
параметров, на разработку которого затрачиваются годы, и только после
полученных отрицательных результатов осуществляется переход к поиску
альтернативных способов.
Составив обобщенную модель,
переходят к
последовательной
инженерной
оценке
всех
выявленных способов контроля с учетом
70
конкретных устройств. Так по данной модели предложено 7 различных
способов и устройств контроля. Следующий шаг - расчет или
экспериментальная оценка погрешности измерения искомого
параметра
предложенными устройствами, реализующими способы контроля Тк.
В табл. 7.1 представлено 3 различных способа контроля, для реализации
которых может быть использовано 4 варианта устройств. Для практической
реализации необходимо выбрать "лучший" из них, с целью сокращения
времени и затрат на разработку и внедрение.
Воспользуемся двумя критериями для выбора "лучшего" способа и
реализующего его устройства контроля: коэффициент информативности и
эффективности.
Безразмерный
коэффициент
информативности
Iо обладает
преимуществом
по
сравнению
с
такой
характеристикой,
как
среднеквадратичная погрешность, или дисперсия, поскольку он наглядно
показывает, насколько полно данный способ или устройство соответствует
требованию обеспечения качественного контроля заданного параметра.
За второй критерий оценки качества средств измерения принимаем
безразмерный коэффициент эффективности
Kэф = ζ(Р1 -Z) / P1 ,
где ζ - коэффициент надежности устройства, реализующего
способ контроля;
P1 - реальный экономический эффект, получаемый при реализации
данного способа или устройства;
Z - общие затраты на реализацию устройства контроля данного
параметра; Z = Zo + Zm + Zp + Zзп ;
Zo - стоимость типового оборудования;
Zm - стоимость монтажа оборудования;
Z p - стоимость разработки и монтажа нестандартного оборудования;
Z зп - зарплата обслуживающему персоналу;
P -годовой экономический эффект, получаемый за счет ведения
процесса в оптимальных условиях по данному параметру.
В табл. 7.1 приведены расчетные и (или) экспериментальные оценки
эффективности, информативности и технологичности способов и устройств
контроля Тк.
Анализ табл. 7.1 позволяет выделить наиболее близкий и ИКР способ
контроля Тк , путем измерения шумовой ЭДС проводника.
Для реализации способа необходимо оценить объективные условия
внедрения устройства реализующего способ контроля Тк
на данном
предприятии или воспользоваться коэффициентом технологичности
X = [ t1 n1 / ( n +n 1 )] / t
71
где t1 , t - время, затраченное на изготовление контролируемого объекта до
реализации способа контроля и после соответственно;
n, n1 - общее количество операций, необходимых для изготовления
объекта до реализации способа контроля и после соответственно.
Критерий технологичности недостаточно формализован.
Из
приведенного материала видно, что применение модели для поиска средств
съема информации не только ускоряет творческий процесс, но и исключает
необоснованное дублирование и повторение забытых исследований.
Таблица 7.1
№№ п/п
1
2
3
Эффективность способов и устройств контроля выхода по току
Способ контроля
Информативность Эффективность
Технологичность
Термопарами
0,7- 0,85
0,65 - 0,9
0,85 – 0,9
Электромагнитный 0,82 – 0,92
0,6 – 0,7
0,9 – 0,95
Электрический
0,9 – 0,95
0,85 – 0,95
0,9 – 0,97
(ЭДС шумов
проводника)
Выбираем электрический способ контроля Тк, поскольку он имеет
наилучшие показатели и соответствие требованию ИКР.
Основное преимущество оценки способов и устройств контроля с
позиций информативности заключается в возможности формализованного
сопоставления их, несмотря на различие в физической сущности.
7.3. Вопросы для контроля остаточных знаний
1. Особенности
алгоритма решения задач в области съема
информации.
2. Логическая модель поиска способов и устройств съема информации
о состоянии объекта исследования, структура которого известна.
3. Физические поля, по которым идет обмен информацией между
объектом и вмещающей средой.
4. Дать определения информации и энтропии.
5. Связь количества получаемой информации с погрешностью
измерительного прибора.
6. Информативность измерительного прибора.
7. Оценка эффективности применения разработанного способа или
устройства контроля.
8. Понятие технологичности использования разработанного способа
или устройства контроля.
72
8. Алгоритм оценки состоятельности гипотез
Рассматриваемые вопросы:
1. Особенности алгоритма оценки эффективности выдвинутых гипотез.
2. Модель, предложенная немецким геофизиком О. Хильгенбергом в
1933 году.
3. Подтвержденные экспериментальными данными информационные
параметры о планете Земля.
4. Гипотетическая модель расширяющейся Земли.
5. Гипотеза о собственном магнитном поле Земли.
8.1.
Логический алгоритм поиска неизвестной структуры объекта
Представляет интерес использование разработанного алгоритма
для решения обратной задачи, когда имеется информация об объекте, но сам
объект недостаточно изучен. Под объектом здесь понимается
явление
природы, биологическая система, элемент, макро- и микрочастицы и т.д.
Рисунок 8.1. Логический алгоритм поиска неизвестной структуры
объекта
73
На рис.8.1 показано, что между исследуемым объектом с неизвестной
структурой и вмещающей средой
(внешней средой) существуют
каналы обмена информацией.
По каждому каналу может
быть реализовано
большое
количество различных способов
съема информации.
Рассмотрим применимость
обратной модели для оценки
состоятельности
выдвинутых
гипотез о мобилизме континентов.
Обратимся к исходной модели
Рисунок 8.2. Разрез планеты Земля
рис.8.1,
в которой каждый
(по принятой в настоящее время
условный
канал
обмена
гипотезе)
информацией изучаемого объекта
с внешней средой отождествлен с одним из известных на сегодняшний день
параметров земли.
1. Относительная скорость перемещения континентов составляет
3-10 см/год.
2. Толщина земной коры под континентами составляет 30-80 км, под
океанами - 5-10 км.
3. На некоторых участках земной коры платформы заходят друг на
друга.
4. Отмечены места в океанических впадинах, где земная кора образует
разрывы.
5. Скорость вращения земли вокруг своей оси замедляется (академик
А. Яншин, НО АН РФ, изучая суточные линии в стенках ископаемых
коралловых полипов, установил, что 360 млн. лет назад земной год составлял
470777480 с. Каждые 50000 лет период вращения земли увеличивается на 1 с).
6. Температура в центре земли оценивается в 2000-4000 о С.
7. Постоянным источником внутреннего тепла земли являются радио
активные элементы.
8. Распад радиоактивных элементов, высокая температура и наличие
конвекционных потоков в ядре и мантии обуславливают увеличение объема
земли, находящегося под твердой оболочкой, что вызывает давление на
верхнюю мантию (субстракт и слой Гутенбергера) и земную кору (базальтовый,
гранитный и осадочные слои).
9. Отмечаются быстрые поднятия земной коры в области рифтовых
зон, достигающие по амплитуде 12 мм/год.
10. Притяжения (гравитационные силы) солнца и луны вызывают
приливы в земной коре, достигающие по амплитуде 43 см.
74
Анализ информации, отраженной в п. 1-10, позволяет сделать вывод,
что общепринятая в настоящее время модель 1 мобилизма материков не
согласуется с пунктами 3-5, 8, 9. Объяснение явления мобилизма материков
за счет вихревых потоков магмы или жидкого слоя мантии не убедительно,
поскольку сходные физические явления, наблюдаемые в природе, этого не
подтверждают.
Например, существование вихревых потоков в русле рек, скованных
льдом, не вызывает отрывов и перемещений кусков льда, а может вызвать
только изменение его толщины. Аналогичные явления можно наблюдать в
металлургии: циркуляция металла под коркой электролита не вызывает
перемещение или разрывы корки, а способствует только изменению ее
толщины.
Рассмотрим модель 2 - земля расширяется. Эта модель предложена
немецким геофизиком О. Хильгенбергом в 1933 году. Рассмотренная в пп.110 информация полностью согласуется с этой моделью.
Например, оценка скорости увеличения радиуса земли из выражения
для сохранения количества движения, с учетом данных, отмеченных в п.5, дает
значение 5-15 мм год.
Если вернуться к рассмотренным выше примерам, то можно
предположить, что увеличение объема, заключенного под твердой оболочкой,
может вызвать разрывы этой оболочки и перемещение отдельных ее частей в
случайных направлениях. Конечно, деформация коры, вызванная приливами и
вихревыми потоками магмы, будет ускорять процесс необратимой деформации
коры. Простейший аналог модели 2 можно получить с помощью резинового
шара (волейбольной камеры), оклеенной бумагой или покрытой толстым слоем
краски. Подсоединив "физическую модель" (оклеенную бумагой камеру) к
баллону со сжатым воздухом и открыв вентиль так, чтобы объем камеры
увеличивался постепенно, через
малый промежуток времени услышим
звуковые колебания, связанные с разрывом "коры" (бумаги, наклеенной на
резиновую камеру). Постепенно разрывы между отдельными частями "коры"
увеличатся настолько, что по своим очертаниям она будет напоминать
расположение материков на глобусе.
Рисунок 8.3. Гипотетическая модель расширяющейся Земли: а) исходное состояние – остывающая Земля покрыта сплошной корой, b) -
75
повышение интенсивности термоядерных процессов в ядре и химических - в
мантии, ведет к увеличению объема вещества под корой, в которой
появляются разрывы, расстояние между кромками разрывов увеличивается, c) дальнейшее увеличение объема вещества под “корой” ведет к увеличению
разрывов, участки с сохранившейся исходной “корой” (материки)
“разбегаются”, а там где нет разрывов наплывают друг на друга, d) представлен вид с противоположной стороны модели “с”.
Чем неоднороднее по качеству материал модели - резина камеры
(мантия и кора земли), тем ярче будет проявляться случайный характер
перемещения "континентов", т.е. отдельных участков "коры" и ее подъем в
местах столкновения "платформ". Эта грубая модель наглядно показывает
картину дрейфа континентов. Следует ожидать, что время начала
землетрясений должно иметь корреляционную связь с фронтом приливной
волны, распространяющейся в земной коре и верхней мантии.
Состоятельность модели №2
можно оценить, проанализировав,
улучшает ли она понимание физики недостаточно изученных
явлений
планеты Земля.
Возьмем для рассмотрения гипотезу о собственном магнитном поле
Земли.
Условие
замедленности
вращения
Земли
дает
основание
предположить, что более тяжелые ионы земной коры и верхней мантии
(возможно только коры) будут смещаться в направлении вращения Земли,
создавая разность потенциалов и электрический ток, выравнивающий эту
разность потенциалов. Ток, обусловленный движением зарядов по инерции,
ориентирован против направления вращения Земли, следовательно, северный
магнитный полюс расположен на юге, что соответствует действительности.
Приняв среднюю толщину земной коры и верхней мантии, равной 100
км, можно найти, что существующее на поверхности земли магнитное поле
напряженностью 50А/м может быть, создано силой тока в 1 мА, протекающего
в выделенном слое через каждый квадратный метр сечения, что вполне
допустимо для проводимостей выделенного слоя коры и мантии.
При снижении активности внутриядерных процессов (либо снижении
поступлений тепла от солнца) расширение Земли приостанавливается
(ледниковый период), вращение вначале станет равномерным и приведет к
исчезновению упорядоченного движения электрических зарядов в земной коре,
а, следовательно, и к исчезновению магнитного поля. При дальнейшем
охлаждении,
объем Земли будет уменьшаться, а скорость вращения
увеличиваться, что приведет к изменению направления движения зарядов в
коре (ток в коре потечет в направлении вращения Земли, так как ускорение
вращения вызовет отставание положительных зарядов), вследствие чего
магнитное поле земли изменит знаки полюсов на противоположные.
Расхождение изолиний, экспериментально измеренного магнитного
поля Земли, на севере (с более тонкой корой) и сужение на юге с более толстой
76
корой), указывает на реальность гипотезы образования тока в земной коре и
верхнем слое мантии до глубин, не превышающих 100 км.
Выявить слой земли, где наиболее вероятно образование магнитного
поля (протекание тока), можно физическим моделированием.
Воспользуемся электромагнитным контуром, изготовленным в виде
шарообразной катушкой индуктивности с радиусом, эквивалентным радиусу
Земли (с учетом электромагнитного подобия).
Расстояние между витками контура следует установить с учетом
проводимостей Земной коры. Там, где проводимость выше витки следует
расположить ближе друг к другу, при понижении проводимости - более редко.
Такое расположение витков контура моделирует смещение магнитного поля
Земли от оси вращения, вследствие неоднородностей по толщине и
проводимости Земной коры и верхней зоны мантии в зоне полюсов.
Полученная на электромагнитной модели конфигурация магнитного поля
хорошо согласуется с естественным магнитным полем Земли, которое может
быть создано токами, протекающими в верхних слоях коры.
Объяснение образования геомагнитного поля с помощью модели
гидромагнитного динамо не совпадает с реально наблюдаемым магнитным
полем Земли. Если бы магнитное поле создавалось даже на границе внешнего
ядра Земли, то результирующая напряженность реального магнитного поля на
поверхности Земли увеличивалась бы от экватора до 45-500 северной и южной
широт, а затем медленно снижалось в направлении полюсов. Эту картину
нетрудно представить, совместив разрез Земли с картой напряженности
геомагнитного поля.
В настоящее время есть реальная возможность проверить
состоятельность гипотезы о расширяющейся Земле, путем измерения периода
вращения Земли, используя прецизионные
датчики времени и
радиотехнические либо оптические приборы, установленные на спутниках.
Состоятельность гипотез проверяется временем, собранной за это
время информацией и подтверждается экспериментом.
В настоящее время есть много нераскрытых явлений природы,
представляющих интерес для науки и техники.
Нет более интересной задачи, чем найти неизвестную закономерность
природы. Насколько задача трудна – настолько интересна. Решить такую
задачу по силам немногим, но работать над поиском решения может каждый
инженер. Человек, увлеченный поиском научно-технических решений достоин
уважения окружающих и потомков.
Каждый инженер осознанно или интуитивно применяет, какой либо из
описанных выше алгоритмов (например, «метод проб и ошибок»), с присущей
ему индивидуальностью. Один сразу после постановки задачи приступает к
просмотру всей технической и патентной литературы, другой - вначале ищет
свое решение, а затем выясняет, как решена подобная задача, и какие были
попытки решить данную задачу.
В большинстве случаев идет
77
последовательный анализ различных алгоритмов и методов поиска новых
технических решений.
Цель данной работы – показать эффективность комплексного подхода
к решению творческих задач с использованием критерия информативности.
8.2. Вопросы контроля остаточных знаний
1. Логический алгоритм оценки эффективности выдвинутых гипотез.
2. Модель, предложенная немецким геофизиком О. Хильгенбергом в
1933 году.
3. Известная информация о планете Земля.
4. С какой информацией согласуется гипотетическая модель
расширяющейся Земли.
5. Какая
информация
противоречит
гипотетической
модели
расширяющейся Земли.
6. Гипотезы о собственном магнитном поле Земли.
78
Библиографический список
Основная литература
1. Громыко А.И. Основы научных исследований. учебное пособие.
Красноярск: ПИ СФУ,2006. 194 с. (кол-во экз. в библиотеке – 100).
2. Громыко А.И. Интеллектуальная собственность и ее правовые основы.
Учебное пособие. Красноярск: СФУ,2008. 213 с. (кол-во экз. в библиотеке –
подготовлено к изданию).
3. Кодексы, Законы, Нормы (выпуск 2) Гражданский кодекс Российской
Федерации (часть четвертая): Вступает в силу с 1 января 2008 года.
Новосибирск: Сиб. унив. изд-во, 2007. 208 с. .
4. Дашян М. Патентование на грани науки и домыслов / М. Дашян //
Интеллектуальная собственность. – 2008. – №3, – С. 53–59.
5. Карпухина С.И. Защита интеллектуальной собственности и
патентоведение. учебник. М.: Междунар. Отношения, 2004. 400 с. Алексеев
В.П., Озёркин Д.В. Системный анализ и методы научно-технического
творчества: учеб. пособие / В.П. Алексеев, Д.В. Озёркин. – Томск: ТУСУР,
2003. – 147 с.
6. Кларк, Дж. Иллюстрированная хроника открытий и изобретений с
древних времен до наших дней: Наука и технология: Люди, даты, события / Дж.
Кларк; пер. с англ. М.Я. Беньковский и др. – М.: ООО «Изд-во АСТ», ООО
«Изд-во Астрель», 2002. – 332 с.
Дополнительная литература
1. Громыко А.И. Основы технического творчества: учебное пособие.
Красноярск: КГТУ, 1999. 139 с.ил. (кол-во экз. в библиотеке – 100).
2. Агафонова Н.В. Прогресс и традиции в науке. М.: Изд-во МГУ, 1991, 128 с. (кол-во экз. в библиотеке – 100).
3. Александров Л.В., Карпова Н.Н. Методы инженерного творчества. М.:
НПО Поиск, 1993, 392 с. (кол-во экз. в библиотеке – 100).
4. Есаулов А.Ф. Диалектика технической мысли: Закономерности
технического творчества. Красноярск: Изд-во Красн.Ун-та, 1989. 163 с. (кол-во
экз. в библиотеке – 100).
5. Гусев С.С., Гусева Е.А. Взаимодействие познавательных процессов в
научном и техническом творчестве Л.: Наука, 1989. 125 с. (кол-во экз. в
библиотеке – 100).
6. Иванов М.М., Колупанова С.Р., Кочетков Г.Б. США: управление
наукой и нововведениями. М.: Наука. 1990. 213 с. (кол-во экз. в библиотеке –
100).
7. Дмитриев Ю.А., Персианов Р.М. Изобретательство – творчество / Ю.А.
Дмитриев, Р.М. Персианов. – Л.: Лениздат, 1983. – 96 с.
9. Альтшуллер Г. С. Творчество как точная наука. Теория решения
изобретательских задач / Г. С. Альтшуллер. – М.: Сов. радио, 1979. – 249 с.
79
10. Чапяле Ю. М. Методы поиска изобретательских идей /Ю. М. Чапяле.
– Л.: Машиностроение, 1990. – 91 с.
11. Капустин В. М., Морфологический анализ исполнительных функций
систем управления / К В. М.апустин, Ю. А. Михотенко, Ю. А. Чердаков. – М.:
Электроника, 1977. – 126 с.
12. Андреев И. Д. Пути повышения эффективности научного труда /И.Д.
Андреев. – М.: Наука, 1985. – 176 с.
13. Альтшуллер Г.С. АРИЗ – значит победа. Алгоритм решения
изобретательских задач АРИЗ–85-В / Сост. А.Б.Селюцкий. Карелия:
Петрозаводск, 1989. – 280 с.
14. Тринг М., Лейтуэйт Э. Как изобретать / Пер. с англ. А. С.
Доброславского; Под ред. В. В. Патрикеева. М.: Мир, 1980. – 271 с.
15. Как стать еретиком./ Сост. А. Б. Селюцкий. – Петрозаводск: Карелия,
1991. – 356 с.
16. Гусев С. С., Гусева Е. А. Взаимодействие познавательных процессов в
научном и техническом творчестве / С.С. Гусев, Е.А. Гусева. – Л.: Наука, 1989.
– 125 с.
17. Дворянкин А. М. Методы синтеза технических решений / А.
М.Дворянкин, П А. И.оловинкин, А.Н. Соболев. – М.: Наука, 1977. – 101 с.
18. Половинкин А.И. Методы инженерного творчества. Учеб. Пособие /
А.И. Половинкин. – Волгоград: ВолгПИ, 1984. – 364 с.
19. Шанс на приключение / Сост. А. Б. Селюцкий. – Петрозаводск:
Карелия, 1991. – 304 с.
20. Диксон Дж. Проектирование систем: изобретательство, анализ и
принятие решений / Пер. с англ. Е. Г. Коваленко. – М.: Мир, 1969. – 432 с.
21. Буш Г. Рождение изобретательских идей / Г. БУШ. – Рига: ЛИЕСМА,
1976. – 126 с.
22. Батороев К. Б. Аналоги и модели в познании / К.Б. Батороев. –
Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1981. – 313 с.
23. Прахов Б. Г. Изобретательство и патентование / Б.Г. Прахов. – Киев:
Высш. шк. 1987. – 181 с.
24. Басин Я. З. И творцы и мастеровые. 2-е изд. / Я.З. Басин. – М.: Наука,
1990. – 285 с.
25. Диксон П. Фабрики мысли / Пер. с англ. В. И. Седова. – М.: Прогресс,
1976. – 450 с.
26. Иванов М. М. США: управление наукой и нововведениями / М. М.
Иванов, С. Р. Колупанова, Г. Б. Кочетков. – М.: Наука, 1990. – 213 с.
27. Твис Брайн. Управление научно-техническими нововведениями /
Твис Брайн. – М.: Экономика, 1989. – 271 с.
80
Статьи из периодических изданий по рекомендации лектора
1. Попов А. Мозговой штурм / А. Попов // ИР. – 1984. – № 6. – С. 24 –26.
2. Попов А. Морфологический анализ / А. Попов // ИР. – 1984. – № 8. – С.
26–27.
3. Попов А. Синектика / А. Попов // ИР. – 1984. – № 12. – С. 32–33.
4. Попов А. Метод контрольных вопросов / А. Попов // ИР.– 1984. –№ 10.
– С. 30–32.
5. Громыко А. И. Разработка алгоритмов поиска средств съема
информации об исследуемом объекте / А.И. Громыко // ТРИЗ. –1997. – № 1. –
С. 46–51.
Отечественные журналы
1. Интеллектуальная собственность
2. Российский экономический журнал
3. Радиотехника и электроника (70776, ISSN 0033-8494)
Зарубежные журналы
1. IEEE Circuits and Systems Magazine (ISSN 1531-636X)
2. IEEE Communications Magazine (ISSN 0163-6804)
81
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
30
Размер файла
1 989 Кб
Теги
собственности, решение, интеллектуальной, метод, учеб, технические, научный, 555, поиск
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа