Современные методы изобретательства
Анализ методов изобретательства, их описание, основные достоинства и недостатки. Методы фокальных объектов и гирлянд ассоциаций, контрольных вопросов, "матриц открытия", десятичных матриц поиска, организующих понятий, функционального конструирования.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | реферат |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 29.12.2011 |
| Размер файла | 700,4 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Аннотация
В данном реферате дается обобщенное представление о современных методах изобретательства. Приведен перечень современных методов изобретательства, их сущность, описание, достоинства и недостатки.
Стр. ____, табл. 4, ил. 2, библиограф. 2.
Содержание
- Аннотация
- Введение
- 1. Методы фокальных объектов и гирлянд ассоциаций
- 2. Методы контрольных вопросов (МКВ)
- 3. Метод “матриц открытия”
- 4. Метод десятичных матриц поиска (ДМП)
- 5. Метод организующих понятий
- 6. Метод функционального конструирования
- 7. Обобщенный эвристический метод
- Литература
Введение
В наше время традиционные методы поиска решения изобретательских задач способом слепых проб и ошибок не удовлетворяют непрерывно возрастающие общественные потребности.
Немецкий ученый и изобретатель Юст Либиг писал в XIX веке: "Изобретатель - это человек, создающий новую или усовершенствующий известную мысль так, что она становится действенной или пригодной к реализации, он уходит в сторону от утоптанной тропинки, не знает больше, куда идет, и из тысячи, может быть, один достигает цели; он не знает происхождения своих мыслей и не может дать отчета о своей деятельности". Еще Френсис Бэкон сравнил изобретения с лабиринтом, запутанные перекрещивающиеся и коварные ходы которого нельзя разгадать без практического опыта. Однако тот, кто разгадал тайну лабиринта, может раскрыть ее другим, чтобы предостеречь их от неудач и слепого блуждания.
Такой путь сознательного использования обобщенного опыта человечества, знаний о механизмах творчества для оптимизации процесса создания изобретений используют новаторы техники, овладевшие основами научной методики технического творчества. Около трех десятилетий новаторов техники уже обучают методике поиска решений изобретательских задач. Наиболее серьезные результаты такого обучения достигнуты в СССР и США.
Как отмечают академик И.И. Артоболевский и многие другие советские исследователи, слабая разработка методологических вопросов технического творчества является одной из главных причин отставания теории от практики. Выход из этого положения Ю.А. Дмитриев видит в создании специальных школ.1 изобретательского искусства, специальных вузов по теории и методике технического творчества. М.Е. Поморцев считает, что методика изобретательства должна преподаваться во всех школах, техникумах, высших технических учебных заведениях. Кроме того, необходимы учебные и научно-исследовательские институты изобретательского творчества.
Обучение методике технического творчества осуществляется сейчас в основном под руководством Всесоюзного общества изобретателей и рационализаторов (ВОИР), в народных университетах технического творчества, общественных институтах патентоведения, на специальных факультетах методики технического творчества, курсах. и семинарах. Одним из центров обучения методике технического творчества и разработки ее является Рига.
Методология технического творчества не является установившейся наукой. Хотя о ней написано немало, среди публикаций наряду с серьезными исследованиям" встречаются работы, научно не обоснованные и вводящие в заблуждение. Однако, критикуя публикации этого-рода и руководствуясь метафизическими представлениями о творческом процессе, некоторые специалисты вообще отрицают самую возможность создания методики технического творчества. В основе такого подхода лежит агностическое отрицание возможности познания механизма мышления, голословные утверждения, подобные таким, как "изобретатели никогда не дождутся своего Бедекера", "никогда не было и никогда не будет книги, которая объяснила бы, как изобрести нечто новое, никому не известное", "силы новаторства являются мистическими и в целом необъяснимыми". Аналогичные утверждения появлялись в печати за рубежом, а иногда и в нашей стране до недавнего времени. В последние два десятилетия такие высказывания, однако, встречаются все реже. Большинство серьезных ученых у нас и за рубежом признают, что техническое творчество имеет свои закономерности, которые можно познать и использовать (для оптимизации творческого процесса изобретателя. Кроме того, результаты практического обучения методике технического творчества, использование методики для создания изобретений доказали возможность создания и целесообразность применения методических правил, принципов, приемов.
Развитию методики технического творчества угрожают, подобно Сцилле и Харибде, гиперболизация возможностей, безудержное восхваление методики, с одной стороны, и голословное отрицание самого ее существования - с другой.
Методы поиска решений изобретательских задач представляют собой лишь одну разновидность тактических приемов, применяемых) изобретателем, поэтому брошюра не претендует на систематическое изложение курса методики технического творчества. Однако большинство предлагаемых методов принадлежит к золотому фонду тактических средств изобретателя и может быть использовано при различных методологических подходах, стратегиях и программах действий. Целесообразность применения этих методов доказана изобретательской практикой.
1. Методы фокальных объектов и гирлянд ассоциаций
Метод фокальных объектов основан на перенесении признаков случайно взятых объектов на прототип, который лежит как бы в фокусе переноса. Применяют метод в следующем порядке:
1. Выбор фокального объекта. Например, часы.
2. Выбор 4-6 случайных объектов. Например, кино, змея, цветок, касса, карман.
3. Составление списков признаков случайных объектов. Например, кино - цветное, звуковое, широкоэкранное, объемное, высокой четкости.
4. Генерирование идей путем присоединения к фокальному объекту признаков случайных объектов (широкоэкранные часы, объемные часы, звуковые часы и т.д.).
5. Развитие полученных сочетаний путем свободных ассоциаций. Например, широкоэкранные часы - вместо узкого циферблата взят широкий и т.п.
6. Оценка полученных идей и отбор полезных решений. Целесообразно для этого привлекать экспертов и совместно отобрать наиболее перспективные предложения.
Метод фокальных объектов достаточно прост и позволяет совершенствовать уже существующие технические объекты. Например, расширить функциональные возможности объекта, изменить форму и внешний вид. Наибольший эффект дает метод при поиске нового ассортимента бытовых товаров и различных предметов потребления.
Непосредственным предшественником метода фокальных объектов является метод каталога, предложенный в 1926 г. профессором Берлинского университета Э. Кунце, согласно которому нужно наугад открыть любой каталог (словарь, книгу, журнал), взять любое слово и состыковать его с названием совершенствуемого объекта (прототипа). Например, если прототипом является "фреза", а случайным словом "снег", то получается сочетание "снежная фреза". Это сочетание можно развить, используя ассоциации: ледяная фреза, холодная фреза, скользкая фреза.
В 1950-х годах метод был усовершенствован У. Вайтангом (США) и получил название метода фокальных объектов (МФО). Психологической основой метода является преодоление распространенною мнения, что решающий задачу человек прядает от того, что не может обработать большое количество вариантов. В действительности же дело обстоит как раз наоборот - человек страдает от того, что не видит, не знает достаточного количества возможных вариантов решения задачи и ограничивается теми, которые лежат как бы на поверхности. А такие варианты, как правило, не могут привести к изобретению, потому что они в большинстве своем очевидны и приводят только к стандартным, тривиальным решениям. Для создания яркого оригинального изобретения необходимо сознательно использовать различные случайности I "подсказки" и далее с помощью анализа взаимоотношений однородности и отличий разных объектов пытаться найти новые идеи.
МФО очень прост, полностью осваивается после одного - двух упражнений. Однако и результаты получаются весьма скромными. Как показывает опыт изобретательства, ответы на сложные изобретательские задачи представляют собой сочетания разных изменений прототипа. Между тем МФО дает простые (преимущественно одинарные) изменения. Отсюда принципиальная ограниченность метода. В практике обучения теории решения изобретательских задач МФО используют для начальных упражнений по развитию воображения.
Одна из современных модификаций МФО, названная методом ассоциаций, подробно описана Г. Бушем. Приведена задача: "Предложить новые и оригинальные полезные модификации стульев для расширения ассортимента мебельной фабрики". Фокальным объектом, таким образом является "стул". Прежде всего, составляют гирлянду синонимов: стул - кресло - табуретка - пуф и т.д. Затем, как и при обычном МФО, выбирают случайные объекты: электролампочка, решетка, карман, кольцо, цветок, пляж, после чего получают гирлянду признаков случайных объектов к гирлянде синонимов: стеклянный стул, теплоизлучающее кресло и т.д. Затем образуют гирлянды ассоциаций для каждого из признаков. Обратимся к книге Г. Буша.
"Рассмотрим, например, генерирование гирлянды ассоциаций по первому признаку объекта "электролампочка". Этим признаком является эпитет "стеклянная". Гирлянда ассоциаций создается путем постановки вопроса: Что напоминает слово стеклянный?. Ответ может быть, например, стеклянное волокно. Далее задается вопрос: Что напоминает слово "волокно"? Кому-нибудь это может напомнить плетение, вязание. Аналогично, продолжая поиск элементов гирлянды ассоциаций, можно увеличить длину гирлянды. Вязание может напомнить бабушку, лечащую ревматизм на курортах юга, где от жары можно укрыться в тени или под зонтиком, напоминающем крышу садовой беседки. Гирлянда ассоциаций в этом случае будет выглядеть следующим образом: стекло - волокно - спасение - тень - зонтик - крыша".
К элемента гирлянды синонимов поочередно пытаются присоединить элементы гирлянд ассоциаций: кресло из стекловолокна, вязанный пуф, табуретка для бабушки, кресло для лечения от ревматизма. Полученные сочетания рассматривают, стараясь найти нечто рациональное. "Если в течение коротко вполне удовлетворит положение, при котором хотя бы несколько вариантов будут рациональными".
Недостатки этого метода следующие:
1. Он предлагает лишь одинарные изменения объекта, хотя число таких изменений велико; однако, как уже было сказано выше, существующие изменения ТО могут быть получены, как правило, путем многократных его изменений;
2. Отсутствуют критерии выбора рациональных предложений изменения ТО.
Эти методы целесообразно использовать при поиске новых возможностей выпуска товаров народного потребления, для решения задач рекламы.
2. Методы контрольных вопросов (МКВ)
Основная идея метода заключается в использовании наводящих вопросов для ускорения поиска ответа на поставленную задачу. Изобретатель при поиске технического решения в данных, условиях отвечает на вопросы, содержащиеся в определенном списке. Списки контрольных вопросов составлены на основе анализа и обобщения опыта работы многих изобретателей.
Впервые такой список разработал автор метода мозговой атаки А. Осборн. Затем списки вопросов были предложены другими авторами. Этот метод в той или иной форме используется в различных современных методиках повышения эффективности технического творчества.
В списке вопросов А. Осборна - девять групп вопросов, например: "Что можно в техническом объекте уменьшить?" или: "Что можно в техническом объекте перевернуть?". Каждая группа вопросов содержит подвопросы. Например, вопрос: "Что можно уменьшить?" включает подвопросы: "Можно ли что-нибудь уплотнить, сжать, сгустить, концентрировать щи применить способ миниатюризации, укоротить, сузить, отделить, раздробить?"
Английский исследователь Т. Эйлоарт разработал в 1969 г. один из наиболее полных и удачных списков вопросов. Ниже он приведен почти полностью:
"Перечислить все качества и определения предполагаемого изобретения. Изменить их.
изобретательство фокальный матрица ассоциация
Сформулировать задачи ясно. Попробовать новые формулировки. Определить второстепенные и аналогичные задачи. Выделить главные задачи.
Определить недостатки имеющихся решений, их основные принципы, новые предложения.
Набросать аналогии, физические, химические, молекулярные, экономические, фантастические и другие.
Построить модели: математическую, гидравлическую, электронную, механическую, электрическую и другие - модели точнее выражают идею, чем |аналогии.
Попробовать различные виды материалов и энергии, газ, жидкости, твердое тело, гель, пену, насту; тепло, магнитную энергию, электрическую, свет, силу удара; различные длины волн, поверхностные свойства, переходные состояния - замерзание, конденсация, переход через точку Кюри, эффект Джоуля-Томсона, Фарадея.
Установить варианты, зависимости, возможные связи, логические сов - падения.
Узнать мнение совершенно не осведомленных в давнем деле людей.
Попробовать "национальные" решения: хитрое шотландское, всеобъемлющее немецкое, расточительное американское, сложное китайское и т.п.
Спать с проблемой, идти на работу, гулять, принимать душ, ехать, пить, играть в теннис - все с ней.
Бродить среди стимулирующей обстановки (свалки лома, технические музеи, магазины дешевых вещей), "пробегать" популярные журналы, комиксы.
Набросать таблицы цен, величин, перемещений, типов материалов и т.д. для разных решений проблемы и для разных ее частей: искать проблемы в решениях или новые комбинации.
Определить идеальное решение, разрабатывать возможное.
Видоизменить решение проблемы с точки зрения времени (скорее или медленнее), размеров (больше или меньше), вязкости и т.п.
В воображении залезть внутрь механизма.
Определить альтернативные проблемы я системы, которые изымают определенное звено в цепи и, таким образом, создают нечто совершенно иное, уводя в сторону от нужного решения.
Чья это система? Почему его? Кто придумал это первый? История во - проса. Какие ложные толкования этой проблемы имели место? Кто еще решал эту проблему и чего он добился?
Определить общепринятые граничные условия и причины их установления.
Совершенно ясно, что вопросы Т. Эйлората представляют собой, в основном, рекомендации, что делать, не объясняя, как это делать.
В этих вопросах не прослеживается какая-либо технология работы исследователя. Поэтому вопросник Г. Эйлоарта нельзя приравнять к методике эвристического поиска. Это как бы подспорье, позволяющее изобретателю самому выработать последовательность поиска на основе подсказок, которые дает ему автор и окружающая обстановка.
Основное отличие списка вопросов математика Д. Пойа от других подобных списков заключается в стройности и логичности вопросов, представляющих определенную систему. Если в других изобретательских списках от перемены мест вопросов практически ничего не меняется, то здесь это недопустимо. Список Д. Пойа состоит из 4 групп вопросов. Первая группа дает возможность лучше понять постановку задачи. Вторая группа направлена на составление плана решения. Третья группа посвящена осуществлению плаца решения, а четвертая - изучению уже полученной задачи. Несмотря на то, что список Д. Пойа предназначен преимущественно для решения математических задач, его фрагменты, особенно в части постановки и составления плана решения задачи, могут успешно использоваться при поиске новых технических решений.
Метод проектирования, разработанный в Англии Мэтчеттом, предполагает применение трех списков.
Список так называемого первичного кольца используется при исследовании ситуации, которой возникла техническая задача, при поиске и анализе принципов, на которых могло бы быть построено средство для удовлетворения основной потребности в данной задаче. Особый интерес представляет третий список Мэтчетта - список "тэчтемов". Мэтчетт считает, что изобретатель может существенно повысить свой творческий потенциал, если научится управлять своим мышлением в процессе поиска решения задачи. Для развития таких навыков у инженеров и изобретателей Мэтчетт разработал целый ила" упражнений и рекомендаций. Этому служат и тэчтемы - собранные в список простейшие мыслительные операции, своего рода элементы мысли или действия, производимые при поиске решения.
Тэчтемы облегчают изобретателю опознание хода собственных мыслей и действий во время Поиска й тем самым способствуют формированию оптимальных схем поиска решения. Список тэчтемов можно сравнить с набором деталей детского конструктора, из элементов которого собирают различные схемы. Списки, как правило, используются не по всякому поводу и при решении не каждой задачи. В основном, потребность в них возникает, когда все традиционные методы уже испробованы и не дали результатов.
Списки контрольных вопросов используются в различных методах поиска технических решений. Так, например, при проведении функционально-стоимостного анализа (ФСА) изделий на стадии аналитического этапа при формировании функций объекта его элементов членам временной рабочей группы предлагают ответить на такие вопросы, как. Какая функция объекта считается главной? Какие функции являются основными, вспомогательными, Полезными, бесполезными, вредными?
В алгоритме решения изобретательских задач (АРИЗ) при определении конечной цели решения задачи необходимо ответить на следующие вопросы: Какую характеристику объекта надо изменить? Какие характеристики объекта заведомо нельзя менять при решении задач? Какие расходы снизятся, если задача будет решена? Какие (примерно) допустимые затраты? Какой главный технико-экономический показатель надо улучшить?
Основное достоинство МКВ - расширение области поиска решения. Если принять, что традиционный метод решения Творческих задач - это метод проб и ошибок, то каждый вопрос - это проба или серия проб. Составляя списки, их авторы, естественно, отбирают из изобретательского опыта наиболее сильные вопросы, наиболее перспективные направления поиска решения. Однако списки не содержат какой-то системы поиска, методов решения поставленных задач. Они указывают, что делать, и не объясняют, как это сделать. Как, например, "установить варианты" или "проследить возможные связи", если их очень много? Как построить аналогию или как в воображении залезть внутрь механизма", чтобы это действительно навело на ранение задачи? Метод контрольных вопросов лишь помогает уменьшить психологическую инерцию, раскрепощает фантазию, творческий потенциал инженера или изобретателя.
3. Метод “матриц открытия”
Этот метод можно рассматривать как дополняющий морфологический анализ при оценке. Сочетаний свойств объекта, элементов конструкции и др.
Количество сочетаний, которые дает морфологический анализ, трудно обозреваемо. Дать дифференцированную оценку ятем сочетаниям практически невозможно. Если же использовать матрицы А. Моля, то появляется возможность быстро отсеять вручную пли с помощью ЭВМ заведомо непригодные сочетания или отобрать новые.
В наиболее простом виде суть метода "матриц открытия" заключается в построении таблицы, в которой пересекаются два ряда характеристик - вертикальный и горизонтальный. Ряды могут быть выражены количественно и качественно. Если в методе морфологического ящика все выбранные характеристики относятся к объекту, то в этом методе часть из них может относиться, например, к условиям производства, потребления, эксплуатации.
Метод "матриц открытия" включает такие основные этапы:
1. Составление перечня элементов, свойств, объектов, фактов, идей.
2. Выработка поля анализа. Сначала определяют проблему в наиболее общей и абстрактной форме, уточняют ее. Затем строят структуру этого поля, т.е. производят размещение характеристик выбранных элементов, свойств возможных комбинаций. Выясняется поле возможных решений. Каждая ячейка матрицы представляет связь двух характеристик.
3. Рассмотрение всех возможных решений с целью обнаружения новых допустимых комбинаций.
4. Изучение выбранных комбинаций и выбор рациональных решений.
Таблица 3.1 - Оценка сочетаний двух средств
|
А/Б |
Б1 |
Б2 |
Б3 |
Б4 |
|
|
А1 |
У |
П |
Х |
||
|
А2 |
П |
Х |
У |
||
|
А3 |
П |
Х |
У |
||
|
А4 |
Х |
П |
Х |
У |
|
|
А5 |
У |
Х |
П |
У |
Обозначения:
А1 - А5 - различные средства, выполняющие функцию А;
Б1 - Б4 - различные средства, выполняющие функцию Б;
Х - хорошее сочетание;
У - удовлетворительное сочетание;
П - плохое сочетание.
Таблица 3.1 - Оценка сочетаний трех средств
|
АБ/С |
С1 |
С2 |
С3 |
C4 |
|
|
А1 Б4 |
Х |
П |
У |
||
|
А2 Б2 |
У |
П |
Х |
У |
|
|
А3 Б3 |
Х |
П |
У |
||
|
А4 Б1 |
П |
Х |
П |
Х |
|
|
А4 Б3 |
П |
У |
Х |
||
|
А5 Б2 |
У |
П |
Х |
У |
Обозначения:
АБ - лучшие сочетания, выбранные из табл.3.1;
С1 - С4 - средства, выполняющие функцию С;
В качестве примера применения метода "матриц открытия" в таблице 3.1 и в 3.2 показан анализ сочетаний вначале двух, а затем трех средств (элементов конструкции), выполняющих соответственно две и три функции.
В клетках, полученных при пересечении строк со столбцами в таблицах показаны оценки данных сочетаний по трехббальной шкале: хорошо, удовлетворительно, плохо. В тех клетках, где качество сочетания неизвестно, может крыться изобретение. При дальнейшем анализе число сочетаний средств (элементов конструкции, видов энергии, условий производства и т.д.) может увеличиваться. Однако применение двухмерных матриц облегчает анализ этих сложных сочетаний.
4. Метод десятичных матриц поиска (ДМП)
Этот метод предназначен для поиска новых технических решений на основе анализа взаимосвязей показателей изучаемого технического объекта и эвристических приемов. При разработке метода из 428 авторских приемов и 129 показателей были выделены 10 основных принципов поиска новых идей и 10 групп показателей. Это дало возможность в итоге построить особую десятичную систему классификации конструкторско-изобретательских задач в виде набора матричных таблиц, в строках каждой из которых записаны меняющиеся характеристики объема Пк, а в столбцах - основные приемы их изменения Пр. Таблицы были названы десятичными матрицами поиска (ДМП). Каждой из 100 (10 х 10) ячеек Прк матрицы был присвоен двойной индекс, первая цифра которого характеризует группу показателей Пк, а вторая - группу приемов Пр.
Порядок классов в обоих рядах (по наибольшей связности), как и объем самих классов (разбиение графов на равномощные подграфы), рассчитывался на ЭВМ. Под равномощностью понимались, прежде всего, частота и значимость использования классов, но при разбиении учитывался и ряд иных критериев, в частности, сложность принципов и др. Большая "теснота" классификации, развитая содержательная близость и логическая последовательность расположения классов в рядах стимулируют возникновение па 15 - 20 % больше идей, чем это было бы при случайном расположении классов, и на 40-50% больше идей, чем если бы использовалась наихудшая, наименее тесная классификация (такой вариант расположения классов в рядах тоже был найден и сравнительно оценен).
Контрольная проверка ДМН на 500 оригинальных изобретениях, представляющих общетехнический интерес, и на 1000 отраслевых изобретениях 4 убедила, что ни одно из них не вышло за рамки выделенных труни приемов и показателей. Ряд дополнительных независимых проверок подтвердил логичность, психологическую обоснованность и объективность представления ноля конструкторско-изобретательского поиска а виде ДМП.
При синтезе ДМП использовалось понятие системы - понятие более общее, нежели объект, конструкция, элемент конструкции, деталь. Под системой в зависимости от задач проектирования может рассматриваться и деталь, и узел, и машина, и система машин с элементами окружающей среды. Изменение масштаба системы, ее сужение или расширение - один из способов решения технических задач. Например, при решении задачи усовершенствования погрузки в вагон мешков с сыпучим грузом наилучшим было признано решение, при котором система "мешок" была расширена до "блока мешков" в 50 штук, которые устанавливались на подвижные поддоны и вкапывались я вагон, занимая весь дверной проем.
Использование ДМП и понятия системы производится последовательным перемещением по ячейкам Прк ДМП и сужением - расширением при каждом шаге рассматриваемой технической системы. Если коротко, поиск решения с помощью ДМП - это пульсация системы в области ДМП.
При создании или усовершенствовании машины или процесса необходимо учитывать следующие показатели:
1. Геометрические: длина, ширина, высота, площадь в плане, занимаемая машиной или системой машин, объем, форма и др.
2. Физико-механические. вес конструкции и отдельных ее элементов. материалоемкость, прочностные и иные качества используемых материалов, коррозионная устойчивость и т.д.
3. Энергетические: вид используемой энергии, мощность, привод, КПД.
4. Конструкторско-техиологические: технологичность изготовления, ремонта, транспортирования и эксплуатации машины, жесткость, защищенность от вредных воздействий среды и т.д.
5. Надежность и долговечность, способность машины к безаварийной работе, износостойкость и усталостная прочность основных деталей, безотказность, способность сохранять работоспособность после ремонта и т.п.
6. Эксплуатационные показатели производительность, точность, стабильность, способность к быстрому запуску и выходу на рабочий режим.
7. Экономические показатели, себестоимость машины и ее элементов, трудоемкость изготовления самой машины или продукция с ее помощью, расходы на ремонт, эксплуатацию и т.д.
8. Степень стандартизации и унификации.
9. Удобство обслуживания и безопасность. Все, что связано с охраной труда и техникой безопасности, эргономикой в инженерной психологией, удобствами работы, контроля и ремонта, требованиями комфорта, экологическими требования по охране окружающей среды.
10. Художественно-конструкторские показатели. К ним относятся все показатели, которые, с одной стороны, придают машине высокие художественно-конструкторские достоинства (тектоничность, масштабность, цельность, гармоничность, пропорциональность и др.), а с другой - позволяют рассматривать машину как промышленный образец.
5. Метод организующих понятий
Основные его положения состоят в следующем:
1. Установление организующих понятий (характеристик объекта) и определение их отличительных признаков.
2. Классификация (ранжирование) организующих понятий по степени их важности.
3. Проведение наглядных сопоставлений организующих понятий с их отличительными признаками и разработка На основе этою руководящего материала для всех возможных решений, соответствующих выбранным ограничениям
4. Оценка признаков в отношении их соответствия специальным требованиям задачи.
5. Комбинация признаков различных организующих понятий в решении.
После установления организующих понятий осуществляют их классификацию по степени влияния на результаты решения задачи. Это позволяет на начальных этапах не принимать во внимание менее важные организующие понятия, что упрощает процесс решения задачи.
Для уменьшения объема работ необходим также предварительный анализ отличительных признаков. Некоторые из них (наименее существенные) можно не принимать во внимание, что существенно уменьшает в дальнейшем число комбинаций. Запись организующих понятий и их отличительных признаков осуществляется в целесообразной форме в виде руководящего материала, облегчающего задачу нахождения элементов искомого решения.
Для облегчения поиска рациональных комбинаций предлагаются приемы:
1. Если требуется комбинировать отличительные признаки лишь двух организующих понятий, то рекомендуется табличная форма, в столбцах которой записаны отличительные признаки одного организующего понятия, а в строках - другого. В каждой клетке таблицы содержится вариант из комбинаций двух элементов решения. Таблица делает легко обозримым поле поиска решения.
2. Если требуется комбинировать более двух организующих понятий, применяют матричную форму записи.
3. При большом количестве комбинаций матричная форма становится не наглядной и запутанной. В этом случае предпочтительней арифметическая форма записи. При ее использовании на эскизах решений отмечается, какие комбинации были применены.
6. Метод функционального конструирования
Отличительная особенность этого метода - полное абстрагирование от конструктивного восполнения объекта и концентрация внимания и в функциях, которые он должен выполнять. После постановки задач и формулируется основная функция объекта и осуществляется ее структуризация до элементарного уровня (отдельные операции). Все многообразие функций в этом методе сведено к 12 основным операциям, имеющим прямое и обратное значения: излучение - поглощение, проводимость - изолирование, сбор - рассеивание, проведение - непроведение, прямое преобразование - непрямое (обратное) преобразование, увеличение - уменьшение, изменение а одной направлении - изменение в обратном направлении, выравнивание - колебание, связь - прерывание, соединение - разъединение, сборка - разделение, наполнение - выдача. Для реализации основной функции осуществляется подбор различных комбинаций из элементарных функций, перечисленных выше.
При комбинировании элементарных функций осуществляется конструктивный поиск носителей этих функций с использованием фонда физических эффектов (ФЭ) и явлений. Данный метод может эффективно применяться при поиске принципиально новых технических решений и быть реализован на ЭВМ на этапе поискового конструирования.
В основе этого метода лежит синтез физических принципов действия (ФПД) по заданной физической опершим (ФО). Метод реализуется в следующей последовательности
Первой операцией при выборе принципа функционирования технического решения (см. рис.8.1) является выявление совокупности ФЭ, обеспечивающих при их использовании заданные технико-экономические параметры технического решения. Источниками информации о ФЭ и их возможностях служат банки или фонды ФЭ. Например, фонд представлен в виде таблицы. Выдержка из него показана ниже в таблице 6.1.
Таблица 6.1 - Выдержка из фонда физических эффектов
|
№ пп |
Наименова-ние ФЭ |
Вход А |
Объект В |
Выход С |
Краткая сущность ФЭ |
|
|
1 |
Закон Ома |
Электрическое поле. Напряжен- ность электрического поля |
Провод- ники |
Эл. Ток. Плотность тока |
Возникнов. в проводнике электрического тока, плотность которого про - порциональна напряженности поля |
|
|
2 |
Закон Джоуля-Ленца |
Электрический ток. Сила тока |
Провод- ники |
Кол. теплоты |
Выделение в проводнике при протекании через него тока опр. кол-ва теплоты, про-порционального квадрату силы тока, сопротив-лению проводника и времени протекания тока |
При нахождении каждого в отдельности ФЭ или принципа функционирования узла существенную помощь может оказать информация о том, в какой фазе своего развития находится данное техническое решение, и его взаимосвязи с другими решениями в данной области.
Каждое техническое решение в своем развитии проходит 4 фазы: освоение; расширение производства; стабильное производство изделия, сокращение выпуска в связи с тем, что изделие морально устарело, исчерпало свои возможности. Естественно, при выборе технического решения предпочтение должно отдаваться перспективным решениям, возможности которых еще не исчерпаны.
Представление о взаимосвязях между техническими решениями данной области можно получить из графиков, построенных для совокупности объектов техники одинакового функционального назначения.
По осям графиков откладываются значения основных параметров, характеризующих эффективность объектов новой техники. Важно нанести на эти графики предельные значения основных параметров для класса объектов техники, функционирующих на основе определенного принципа, открытия или ФЭ. Наряду с физическими или техническими характеристиками технических систем по одной из осей могут быть отложены характеристики, определяющие их производственно-экономическую эффективность. Например, время разработки, стоимость работы, трудоемкость обслуживания и т.д.
На рисунке 6.1 показан один из таких графиков.
Время работы, сут.
Рис. 6.1 Области оптимального применения различных вариантов энергоустановок для космоса:
1 - аккумуляторные батареи; 2 - двигатели внутреннего сгорания; 3 - двигатели, работающие на водороде и кислороде; 4 - ядерные энергоустановки; 5 - солнечные батареи; 6 - солнечные преобразователи; 7 - фотопреобразователи; 8 - топливные элементы.
Следует отметить, что поиск ФЭ необходимо осуществлять не только на том иерархическом уровне функционирования материальных объектов, на котором выявлено в изделии или процессе противоречие, а значительно шире.
Например, в шахтах существует задача ликвидации возможности инициирования искрой коммутационного оборудования взрыва рудничных газов. Эту задачу можно решить на конструктивном уровне - герметизацией коммутационного оборудования. Можно решить задачу на уровне физико - химической композиции - наддувом в полость, где возникает искра, инертного газа. Можно решить задачу на уровне химических соединений с помощью анализатора, выключающего коммутационное оборудование при превышении концентрации взрывоопасного компонента в воздухе. Можно решить эту задачу на уровне электромагнитного излучения. Для этого коммутационные импульсы подаются только в моменты перехода через нулевое значение коммутируемого переменного тока. В этом случае искра не возникает.
Физические эффект проверяются на совместимость, т.е. возможность их использования | одном техническом решении. Одним из оптимальных ва - рнантов проверки на совместимость является использование обобщенного графа ФЭ. Обобщенный граф представляет собой схему взаимосвязей ФЭ в прогнозируемом техническом решении и вне его, т.е. с элементами окружающей среды.
В вершинах графа указывают входные воздействия на материальные объекты, узлы или компоненты объекта, результирующие действия и побочные нежелательные эффекты. Вершины соединяются стрелками (ребрами), на которых указывают номера открытий и наименования ФЭ.
Обобщенный граф чертят слева направо, т.е. слева направо в ранжированном порядке указывают входные воздействия и результирующие воздействия. Причем левее изображают входные воздействия более низкого иерархического уровня функционирования материальных объектов (т.е. излучения и поля), правее - более высокого (виды движений твердых тел). На рисунке 6.2 показан пример обобщенного графа для ФЭ.
В практических работах при поиске эффективных технических решений целесообразно совмещать граф на ФЭ с графом структуры объектов техники (аналогов и прототипа) и разрабатываемого технического решения. При этом получаем схему физического принципа действия (ФПД) разрабатываемого объекта.
Рис.6.2 - Фрагмент обобщенного графа для физических эффектов
Следующая операция - нахождение совокупности всех побочных нежелательных эффектов, которые могут возникнуть при действии основных ФЭ, определяющих принцип функционирования технического решения При этом необходимо учитывать все возможные сферы потребления технического решения.
При прогнозировании технического решения необходимо выявить все возможные побочные нежелательные эффекты, относящиеся к различным иерархическим уровням функционирования технического решения:
различные излучения;
выделяемые химические соединения и химические превращения материалов, из которых изготовлено изделие;
изменения физико-химического состава компонентой технического решения (изделия);
конструктивные изменения изделия, касающиеся изменения формы деталей, вида взаимодействия узлов и деталей и т.п.
Классификация основных ФЭ и побочных нежелательных эффектов с точки зрения системного анализа объекта. приведена в матрице на рис.8.4 В клетках матрицы указаны виды проблем, которые необходимо рассмотреть и решить при разработке технического решения.
После нахождения совокупности побочных нежелательных эффектов можно приступить для каждого из выявленных в отдельности побочных нежелательных эффектов к нахождению компенсирующего ФЭ, устраняющего действие соответствующего побочного нежелательного эффекта. Используется банк побочных нежелательных эффектов.
Затем нужно проверить совместимость совокупности основных ФЭ объекта и совокупности компенсирующих ФЭ. Эту проверку можно провести с помощью обобщенного графа открытий и ФЭ.
Затем выявляют совокупность ФЭ, обеспечивающих при их использовании в технологическом процессе или технологическом оборудовании изготовление разработанной технической системы. При этом подразумевается не только физический или физико-химический технологический процесс как таковой. Рассматриваются ФЭ, которые могут быть использованы при контроле технологического процесса И управлении им, контроле параметров готовой продукции, параметров технологического оборудования и т.п.
Следует учитывать, что использование в технической системе (процессе) нового принципа функционирования влечет за собой, как правило, необходимость использования нового принципа функционирования технологического процесса изготовления (реализации) этой технической системы (процесса) и нового принципа измерения параметров, определяющих работоспособность и?эффективность нового технического решения. Например, применение программирования процессов обработки на металлорежущих станках потребовало разработки средств механизации и автоматизации самих процессов программирован и контроля программ.
Следующая операция - проверка на совместимость совокупности основных ФЭ, обеспечивающих функционирование технической системы (процесса), ФЭ, устраняющих побочные нежелательные эффекты, и ФЭ, обеспечивающих при их использовании в технологическом процессе или оборудовании изготовление (реализацию) технического объекта (процесса). При проверке на совместимость всей совокупности ФЭ можно использовать граф матриц по рис.6.3 В каждом из квадрантов обобщающей матрицы взаимодействий, показанной на рис.6.3., помещаются матрицы парных взаимодействий различных ФЭ.
7. Обобщенный эвристический метод
В его основе лежит метод эвристических приемов (ЭП) с широким использованием различных информационных материалов. В обобщенном эвристическом методе (ОЭМ) применяется следующая информационная база:
Ml - фонд физико-технических эффектов информационный фонд технических решений (TP), которые могут быть классифицированы по классам или видам ТО и содержать основные TP;
М2 - фонд TP на уровне лучших мировых образцов (часть фонда М2, ко - А торая выделена в связи с важностью информации);
МЗ - список требований, предъявляемых к TP; используется для составления технических заданий на разработку изделий я целом и их элементов;
М4 - информационный фонд материалов и конструктивных элементов, перспективных для создания новых TP;
М5 - информационный фонд технологических процессов; содержит наборы технологического оборудования и технологических процессов, которые можно в принципе использовать для изготовления разрабатываемого класса ТО. Фонд M5 целесообразно классифицировать по группам технологического оборудования, имеющегося на предприятии изготовителе, в отрасли, в стране; за рубежом;
М6 - фонд эвристических приемов;
М7 - информационный фонд TP ведущего класса ТО;
М8 - методы оценки и выбора вариантов TP; предназначены для сравнительной оценки множества TP или ТО с целью выбрать наилучшие варианты. К таким методам относятся: экспертные оценки и квали - метрический анализ, метод Делфи, метод ПАТТЕРН, комплексный технико-экономические оценки, различные методы математического моделирования, методики лабораторных и натурных испытаний и др.
ОЭМ - это описание процесса подготовки и обработки информации, с помощью которой синтезируют новую информацию в виде конструктивных или технологических решений. Ниже приведена структурная схема обобщенного эвристического алгоритма поиска новых технических решений.
Рисунок 7.1 - Структурная схема обобщенного эвристического алгоритма поиска новых технических решений.
Литература
1. Кане М.М. Основы научных исследований в технологии машиностроения: Учеб. пособие для вузов. - Мн.: Выш. шк., 1987. - 231с. ил.
2. http://www.metodolog.ru
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Терминология развивающейся техники. Основные методы и приемы творческого труда. Виды операций при создании технических объектов, принятием идеальных технических решений. Метод контрольных вопросов. Порядок подготовки технического задания для объекта.
контрольная работа [36,9 K], добавлен 06.02.2011Характеристика технического творчества как важной сферы интеллектуальной деятельности человека. Классификация методов поиска новых технических решений. Анализ списка вопросов по А. Осборну для изобретателя. Сущность идеального технического решения.
контрольная работа [855,2 K], добавлен 26.03.2015История возникновения и развития технологии напыления, ее современные методы, преимущества, недостатки. Классификация процессов газотермического напыления покрытий. Основные виды установок напыления. Схема универсальной установки газопламенного напыления.
курсовая работа [309,1 K], добавлен 17.10.2013Достоинства и недостатки сжигания промышленных отходов в многоподовой, барабанной печи и в американской установке надслоевого горения. Низкотемпературная и бароденструкционная технология утилизации резиносодержащих промышленных и бытовых отходов.
контрольная работа [1,5 M], добавлен 23.09.2009История дисциплины "Техническая диагностика". Теоретические принципы технической диагностики. Установление признаков дефектов технических объектов. Методы и средства обнаружения и поиска дефектов. Направления развития методов и средств диагностики.
реферат [1,1 M], добавлен 29.09.2008Разновидности методов получения деталей. Прокатка как один из способов обработки металлов и металлических сплавов методами пластической деформации. Определение, описание процесса волочения, прессования, ковки, штамповки. Достоинства, недостатки методов.
контрольная работа [1,7 M], добавлен 11.11.2009Проектирование приспособления для контроля неперпендикулярности пазов рычага к оси отверстия. Разновидности установок и габаритов. Универсально-безналадочные приспособления: достоинства и недостатки. Последовательность разработки приспособления.
контрольная работа [1,2 M], добавлен 15.08.2010Задачи конструирования и сведения о машинах и механизмах. Служебное назначение технологического оборудования и содержание технических условий. Стадии и этапы разработки конструкторской документации. Методы создания производственных унифицированных машин.
курс лекций [348,0 K], добавлен 18.02.2009Сущность, основные достоинства и недостатки ручной дуговой сварки покрытыми электродами. Сущность, достоинства и недостатки сварки в среде защитных газов плавящимся электродом. Выбор сварочных материалов. Сварочно-технологические свойства электродов.
курсовая работа [4,6 M], добавлен 22.03.2012Анализ новых направлений дизайна и конструирования. Художественно-декоративное решение изделия. Техническое описание, инструкция по сборке, правила эксплуатации, уход за мебелью. Методы контроля точности размеров тумбы, оценка ее качества, сертификация.
курсовая работа [771,3 K], добавлен 03.01.2015
