Кафедра технологических машин и оборудования
Институт нефти и газа
Кафедра технологических машин и оборудования
ОСНОВЫ ИЗОБРЕТАТЕЛЬСКОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ
И ПАТЕНТОВЕДЕНИЯ
Теоретический курс
МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ
для студентов очной и заочной форм обучения
по направлению 15.03.02 «Технологические машины
и оборудование»,
профилю “Машины и оборудование нефтяных
и газовых промыслов”
Астрахань 2017
Составитель:д.т.н.профессор Шишкин Н.Д.
Методическое пособие (теоретический курс) по дисциплине «Основы изобретательской деятельности и патентоведения» для студентов очной и заочной форм обучения по направлению 15.03.02 «Технологические машины и оборудование», профилю “Машины и оборудование нефтяных и газовых промыслов”. - Астрахань: АГТУ, кафедра ТМО, 2017. - 68 с.
.
Рецензент:
заведующий кафедрой «Теплоэнергетика и холодильные машины»
канд. техн. наук, профессор Ильин Р.А.
Приведены основные понятия теории решения изобретательских задач. Рассмотрены основные законы развития, типы противоречий и вепольный анализ технических систем. Приведены способы решения изобретательских задач с помощью алгоритма решения технических задач. Рассмотрены способы и методы создания новых технических решений на основе создания формулы изобретения. Приведены примеры их использования на основе полученных автором патентов на изобретения и полезные модели. Рассмотрены вопросы патентоведения по составлению и подаче заявки на изобретение и полезную модель.
Методическое пособие рассмотрено на заседании кафедры «Технологические машины и оборудование» (протокол № 5) от «6 » 05 2017 г. и рекомендовано к внутревузовскому изданию.
АГТУ - 2017
СОДЕРЖАНИЕ
1. КРАТКИЙ ОБЗОР МЕТОДОВ ТЕХНИЧЕСКОГО ТВОРЧЕСТВА…...4
1.1.Характеристика изобретательской деятельности……………………...4
1.2. Метод проб и ошибок…………………………………………………...4
1.3. Мозговой штурм…………………………………………………………7
1.4. Синектика………………………………………………………………...8
1.5. Морфологический анализ……………………………………………...10
1.6. Метод контрольных вопросов…………………………………………11
1.7. Метод фокальных объектов…………………………………………...12
1.8. Метод "Патенты природы"…………………………………………….13
1.9. Метод эвристических приемов………………………………………..14
2.ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ТЕОРИИ РЕШЕНИЯ ИЗОБРЕТАТЕЛЬСКИХ ЗАДАЧ……………………………………………………………………….15
2.1. Понятие о теории решения изобретательских задач………………...15
2.2.Изобретательская задача……………………………………………….17
2.3. Уровни решения изобретательских задач…………………………….18
2.4.Техническая система……………………………………………………22
3.ЗАКОНЫ РАЗВИТИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ……………………23
3.1.Закон полноты частей технической системы…………………………23
3.2. Закон энергетической и информационной проводимости технической системы……………………………………………………………………...24
3.3.Закон вытеснения человека из технической системы………………..25
3.4.Закон повышения степени идеальности технической системы……..25
3.5.Закон повышения динамичности и управляемости технической системы……………………………………………………………………..26
3.6. Закон S-образного развития технических систем…………………...27
3.7. Использование полей в технических системах………………………30
4.ПРОТИВОРЕЧИЯ И СПОСОБЫ ИХ РАЗРЕШЕНИЯ…………………31
4.1. Противоречия в технике……………………………………………….31
4.2. Типовые приемы устранения технических противоречий…………..32
4.3. Принципы разрешения физических противоречий………………….36
4.4. Вепольный анализ……………………………………………………...38
5. АЛГОРИТМ РЕШЕНИЯ ИЗОБРЕТАТЕЛЬСКИХ ЗАДАЧ…………...43
5.1. Основные понятия АРИЗ………………………………………………43 5.2. Составляющие АРИЗ…………………………………………………..47 5.3. Общая схема АРИЗ…………………………………………………….48 5.4. Модификации АРИЗ…………………………………………………...50
6. СОЗДАНИЕ ФОРМУЛЫ ИЗОБРЕТЕНИЯ…………………………..51 6.1. Понятие о формуле изобретения и характеризующих его признаках……………………………………………………………………51 6.2. Формула изобретения на основе добавления одного или нескольких новых технических элементов………………………………53 6.3. Формула изобретения на основе изменения одного или нескольких технических элементов……………………………………………………………………56
7. СОСТАВЛЕНИЕ И ПОДАЧА ЗАЯВКИ НА ИЗОБРЕТЕНИЕ………..61
7.1.Процедура подачи заявки на выдачу патента на изобретение (полезную модель)………………………………………………………………………61 7.2. Понятие о заявке на изобретение (полезную модель)……………...62 7.3. Содержание документов заявки………………………........................63 7.4.Название изобретения. Область техники, к которой относится изобретение. Уровень техники (аналоги и прототипы)…………………65 7.5. Сущность изобретения (технический результат)……………………657.6. Описание формулы изобретения…………………...............................66
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ…………………………………………………..67
КРАТКИЙ ОБЗОР МЕТОДОВ ТЕХНИЧЕСКОГО
ТВОРЧЕСТВА
Метод проб и ошибок
Это наиболее старый (традиционный) и наименее эффективный метод [1-3]. Суть метода заключается в последовательном выдвижении всевозможных вариантов решения, если выдвинутая идея оказывается неудачной, ее отбрасывают, а затем выдвигают новую. Правил выдвижения идей нет, нет и определенных правил оценки идей. О пригодности идей судят субъективно.
На практике метод проб и ошибок выглядит так: после ознакомления с условиями задачи предлагается, а что будет, если сделать так…, а если так... и т. д. Перебирая варианты можно найти решение, а может и нет. При этом нет критериев оценки найденного решения. Является ли оно лучшим?
Характерный пример применения метода проб и ошибок - работа американского изобретателя Томаса Эдисона (1847-1931). Например, при поиске материала для нити электрической лампы накаливания испытывались различные металлы и их сплавы, обугленные нити из шерсти, шёлка, картона, бумаги, бамбука и т. п. Было проведено 3000 опытов, в результате был найден материал – нихром, который и до сих пор используется в электрических лампах накаливания
На более высоком уровне этот метод выглядит так (см. рис. 4.1).
Область поиска решения
Рис. 1.1. Схема поиска решения
Выбирается определенная поисковая концепция (направление поиска) и разрабатывается. Если вектор поиска не находит положительного решения, то обычно идут в противоположном направлении. Зачастую возвращаются к старому направлению поиска, ищут промежуточные решения. Наконец, попадают в область решения задачи.
Большое значение для успешного решения изобретательских задач по методу проб и ошибок имеет предыдущий опыт, интуиция, умение преодолеть инерцию мышления. Сторонники ТРИЗ считают, что этот метод пригоден для решения простых задач. Альтшуллер Г.С. отмечает, что из пяти выявленных им уровней изобретательских задач метод проб и ошибок вполне пригоден для решения задач первого уровня и приемлем тогда, когда приходится решать задачи второго уровня. При решении задач более высоких уровней метод проб и ошибок, в сущности, бессилен и применение методе ведет к огромным потерям времени и сил. Метод проб и ошибок давно исчерпал свои возможности.
Мозговой штурм
Метод предложен А. Осборном, который в 1953 году в США издал книгу "Управляемое воображение" [1-3]. Мозговой штурм - это наиболее простой и доступный метод решения изобретательских задач при коллективном поиске. Проводится поиск последовательно в два этапа, двумя группами. Первая группа - "генераторы" - предлагают идеи. Первый этап длится 20-40 минут. На втором этапе вторая группа - "эксперты" - обсуждают и анализируют идеи, выдвинутые "генераторами". К рассмотрению принимается любая идея, какой бы бездоказательной, фантастической она ни была. Нужно найти рациональное зерно в любой идее, в любом предложении.
Группа "генераторов" состоит обычно из 5-12 человек. В группу не приглашают прирожденных скептиков и критиканов. Здесь нужны люди с фантазией, нужны разнообразные специалисты, а также люди "со стороны", т. е. не имеющие никакого профессионального отношения к задаче. Представители со стороны не имеют профессиональных предубеждений и поэтому высказывают неприемлемые, неожиданные и даже несерьезные идеи, но некоторые из них могут иметь рациональное зерно и. следовательно, послужить основой решения задачи. Необходимо внимательно и терпеливо выслушать каждое предложение, каждую идею, найти в них положительные стороны, моменты, любым образом развивать, интерпретировать и совершенствовать идеи.
Философская основа мозгового штурма - теория психолога З. Фрейда (1856 -1939). В обычных условиях мышление и поведение человека определяется сознанием, в котором властвуют контроль и порядок. Но сквозь тонкую корку сознания прорывается подсознание, толкающее человека на преодоление психологических запретов. Поскольку для изобретения необходимо преодоление психологических запретов, то нужно создать условия для прорыва смутных, " неясных, нереальных идей. Не случайно многие изобретатели и люди творческих профессий говорят, что если возникает необходимость решить сложную задачу, то следует озадачить подсознание. А через некоторое время легко и просто находится решение и очень часто во сне.
Разновидностью мозгового штурма являются телевизионные игры, например, "Что? Где? Когда?". Однако поиск решений (ответа) в этих играх идет в очень жестких временных ограничениях, и большую роль играет зрелищность.
Хотя мозговой штурм появился недавно, однако такой подход к решению проблем известен давно. Историки свидетельствуют, что еще у древних народов существовал обычай: в сложных ситуациях для поиска решения опрашивать мнение всех. Хорошо известна варяжская традиция, пришедшая от викингов. Ее суть заключается в том, что в тех случаях, когда корабль попадал сложное (неизвестное) положение, вся команда собиралась вместе. Начиная с юнги, заслушивали предложения всех по выходу из сложившейся ситуации, последним высказывался капитан. При этом соблюдался строжайший запрет критики, каким бы абсурдным на первый взгляд не казалось решение.
Синектика
В 1961 году в США вышла книга У. Гордона "Синектика: развитие творческого воображения"[1-3]. Слово "Синектика" в переводе с греческого означает совмещение разнородных элементов. Синектика является дальнейшим развитием мозгового штурма. В отличие от мозгового штурма предлагается создавать синектические группы - группы людей различных специальностей для творческого решения возникающих проблем путем неограниченной тренировки воображения и объединения несовместимых элементов. Члены группы называются синекторы. Синектор - это высокообразованный человек с широким кругозором, имеющий, как правило, две специальности. Синекторы - профессиональные генераторы идей, они специально обучаются и тренируются. При поиске новых идей синекторы широко используют четыре вида аналогий: прямая, личностная (эмпатия), символическая и фантастическая.
1. Прямая аналогия. В этом случае рассматриваемый объект илм процесс сравнивается с более или менее аналогичным из другой отрасли техники или из живой природы. Например, человек увидел дерево, упавшее с одного берега ручья на другой. По аналогии устроен мост. Второй пример: пчелиные соты. По аналогии с ними были созданы сотовые строительные конструкции, легкие и прочные.
2. Личностная) аналогия или эмпатия. Синектор отождествляет себя с техническим объектом, вживается в образ объекта. пытается представить, чтобы он чувствовал и делал на месте объекта. Это очень легко делают дети, представляя себя автомобилем, самолетом и т. п. Синектор представляет себя лопаткой в насосе, потоком жидкости или газа, частичкой пыли в пылеуловителе и т. д.
3. Символическая аналогия. Ее сущность заключается в том, что характеристики объекта представляют в обобщении, абстрактном виде и им ищется аналог. Затем производится обратное преобразование к условиям решаемой задачи Символическая аналогия должна быть неожиданной, удивительной, парадоксальной, должна возбуждать мышление. Для технических объектов известны следующие символические аналогии:
атом - энергетическая незначительность;
мрамор - радужное постоянство;
пламя - прозрачная стена, видимая теплота;
труба – пустота, обмазанная сталью;
газовая плита – вечный огонь на дому;
архитектура – застывшая музыка;
настольный вентилятор - застывшая струя, настольный сквозняк.
Теперь попробуем придумать символические аналогии для следующих объектов:
институт - второй дом, взрослеющий ум;
книга - источник знаний;
портфель - портативный склад знаний;
библиотека - хранилище знаний;
телевизор - голубой экран.
Рассмотрим обратные примеры. Дана символическая аналогия, определить предмет.
Пример 1.1. Живой портрет, отражающий пылесборник, двойное единство, сжатая даль, ограниченная бесконечность, всеобщий двойник.
Какой это предмет? Ответ: зеркало.
Пример 1.2. Горизонтальная лестница, сходящиеся параллели, невыбираемый путь, прогибающаяся твердость, ритмичный стук, двойное одиночество.
Какой это объект? Ответ: железная дорога.
4. Фантастическая аналогия. Синекторы прибегают к помощи фантас-тических средств и фантастических персонажей: волшебной палочки, золотой рыбки, демонов, маленьких человечков, киберов и т. п. Если что-то не может сделать, выполнить устройство, машина, человек, то пусть это сделает кибер. П
Синекторы работают по определенной программе, периодически проводят групповые заседания. На первом этапе они формулируют и уточняют "проблему, как она дана" (ПКОД). Особенностью этапа является то, что никто, кроме руководителя, не посвящается в конфетные условия задачи, т. к. считается, что конкретное формулирование задачи затрудняет абстрагирование, не дает уйти от привычного хода мышления. На втором этапе формулируют "проблему как ее понимают" (ПКЕП). Рассматривают возможности превратить незнакомую проблему в ряд обычных задач, т. е. проблема дробится на подпроблемы. На третьем этапе ведется генерирование идей. При этом используют все виды аналогий, и поиск ведется по различным областям техники, живой природы, психологии и т. п. На четвертом этапе производят перенос выявленных идей к ПКОД м ПКЕП и дают им критическую оценку. В результате находят конечное решение.
Морфологический анализ
Морфологический анализ - метод нахождения всех вариантов решения проблемы или изобретательской задачи. Морфологический анализ чаще всего применяется, когда находятся все возможные конструктивные варианты. Следует иметь в виду, что проектирование тождественно изобретению нового. В отличие от мозгового штурма морфологический анализ - индивидуальный метод, хотя его можно использовать и коллективно.
Морфологический анализ предложил в 1942 году Ф. Цвикки - известный швейцарский астроном [1-7]. С 1925 года он работал в США и во время войны был привлечен к работам по ракетным двигателям. Его удивило то, что одна группа разрабатывает один тип двигателя, другая - другой, третья - третий, а почему именно такой, а не иной - никто не задумывался. Цвикки решил систематизировать поиск. Он составил список важнейших элементов (признаков), определяющих конструкцию двигателя. Затем по каждому признаку были выписаны варианты исполнения. Таким образом. Цвикки получил тысячи (36864) комбинаций возможных и невозможных устройств ракетных двигателей, анализ которых позволил установить наиболее эффективные или оптимальные варианты.
Допустим, разрабатываем установку для добычи нефти в этом случае за основные функциональные узлы можно принять: А – источник энергии; Б - энергопровод; В – рабочий орган; Г – система автоматики [8]. Выбираем варианты исполнения, которые заносим в морфологические матрицу – табл. 1.1.
Таблица 1.1.
Морфологическая таблица установки для добычи нефти
| А | Электродвигатель | Двигатель внутреннего сгорания | Гидродвигатель | Ветродвигатель |
| Б | Электрический кабель | Штанга | Вал | Трубопровод |
| В | Центробежный | Поршневой | Винтовой | Струйный |
| Г | Механическая | Гидравлическая | Пневматическая | Электрическая |
Морфологические матрицы или таблицы могут быть одномерные (линейные), двумерные (плоские) и трехмерные (объемные). В данном случае получена двухмерная матрица. Полученная матрица наглядно показывает возможные варианты устройства систем.
Морфологический анализ облегчает получение множества новых сочетаний (решений), дает возможность окинуть их единым взором, систематически исследовать и выбрать оптимальный вариант. Морфологический анализ целесообразно применять при решении задач общего характера, при поиске компоновочных или схемных решений.
Д. И. Менделеев попытался расположить известные в то время химические элементы в порядке возрастания атомного веса, то есть построить одномерную (линейную) матрицу Классифицировав элементы, он расположил их в виде таблицы (двухмерная матрица), на основе анализа которой смог предсказать существование нескольких неизвестных элементов и их свойства
Метод контрольных вопросов
Метод контрольных вопросов (МКВ) - это своего рода краткая памятка изобретателю, "изобретательская шпаргалка". Умение задавать и правильно ставить вопросы ценится очень высоко. Например, философ Сократ (470-399 годы до н. э.), считал, что он умеет в жизни делать хорошо только одно - задавать вопросы. В самом деле, ответ можно искать и найти, только если поставить вопрос. Правильно сформулированные и поставленные вопросы (список вопросов) позволяют в какой-то мере управлять своим мышлением в процессе поиска решения.
Списков контрольных вопросов предложено довольно много [1-7]. Какой из них выбрать - это зависит от вида (типа) решаемой задачи. А. Осборн предложил список, состоящий из девяти групп вопросов:
1) как по-новому применить объект?
2) как упростить объект?
3) как модифицировать объект?
4) что можно увеличить в объекте?
5) что можно уменьшить?
6) что можно заменить?
7) что можно преобразовать?
8) что можно перевернуть наоборот?
9) каковы возможные комбинации элементов объекта?
Каждая из этих групп включает 5-10 вопросов. В итоге получается довольно значительное количество вопросов.
Списки (перечни) контрольных вопросов используются не по всякому поводу и при решении не каждой задачи. Потребность в них возникает, когда все традиционные методы испробованы и не дали результатов. Поэтому применение списков иногда относят к методам ликвидации тупиковых ситуаций.
Один из наиболее полных и удачных списков вопросов принадлежит английскому изобретателю Т. Эйлоарту. Вот некоторые из этих вопросов:
1) как будут выглядеть фантастические, биологические, экономические, молекулярные и другие аналогии?
2) как использовать различные виды материалов и энергии?
3) каково мнение некоторых совершенно неосведомленных людей?
4) каким будут "национальные" решения: хитрое шотландское, всеобъемлющее немецкое, расточительное американское, сложное китайское?
5) каким должно быть идеальное решение ?
Г. С. Альтшуллер считает, что МКВ внутренне противоречив. Действительно, в основе МКВ лежит метод проб и ошибок, и частично используются элементы мозгового штурма и синектики. Некоторое полезное воздействие МКВ основано на психологическом влиянии: есть список, есть вопросы - это подталкивает продолжить перебор вариантов, не дает возможности остановиться.
МКВ имеет и другой принципиальный недостаток: вопросы относятся к одиночным изменениям объекта. Между тем для решения сложных задач нужна комбинация изменений. Списки, включающие такие комбинации, практически невозможно составить, они получились бы чрезвычайно громоздкими. Если же попытаться их как-то сжать, свернуть, мы придем к морфологическому ящику. С другой стороны, МКВ помогает в какой-то мере уменьшить инерцию мышления.
Метод фокальных объектов
Метод фокальных объектов (МФО) предложен в 1926 г. немецким ученым Э. Кунце и усовершенствован в 1953 г. американским специалистом Ч. Вайтингом [1-3]. Суть метода состоит в том, что совершенствуемый объект держат как бы в фокусе внимания и переносят на него свойства других объектов, не имеющих к нему отношения. При этом возникают необычные сочетания, которые стараются развивать дальше путем свободных ассоциаций. Порядок применения метода следующий:
1) выбирается объект для совершенствования;
2) формулируется цель его совершенствования;
3) выбирается из книги, каталога, журнала несколько случайных у объектов и выписываются их признаки;
4) эти признаки переносятся на совершенствуемый объект. В результате получаются интересные сочетания, из которых рождаются новые идеи.
МФО можно эффективно применять при поиске объектов для выпуска товаров народного потребления, для решения задач рекламы. Он может применяться для тренировки и развития творческого воображения студентов.
Пример 1. Фокальный объект - отопительный прибор.
Цель поиска: расширить ассортимент продукции завода, повысить спрос на продукцию.
Случайные объекты: дерево, лампа, кошка, сигарета При перенесении признаков случайных объектов на фокальный объект получаем сочетания, заслуживающие внимания: электрический отопительный прибор, сигнализирующий отопительный прибор, меняющий цвет в зависимости от температуры, и т. д.
Для освоения МФО можно рассмотреть в качестве фокальных объектов: насос, компрессор.
1.8. Метод "Патенты природы"
Метод "Патенты природы" - это метод построения технических систем по природной (биологической) аналогии. Природа - гениальный конструктор, инженер, художник и великий строитель. Любое творение природы является высокосовершенным произведением, отличается поразительной целесообразностью, надежностью, прочностью, экономичностью расхода строительных материалов при разнообразии форм и конструкций.
На Земле около 1,5 миллиона видов животных и более 500 тысяч видов растений. Окружающая среда ставит перед ними проблемы, удивительно схожие с проблемами людей. Решения, найденные природой, эффективны, экологически безупречны и предельно просты. Умелое заимствование их человеком означало бы большую экономию средств и времени.
Вот несколько примеров из мира растений [1-3].
Строительство.
Изобретатель железобетона французский ученый Ж. Монье, пытаясь изготовить для своих цветов кадки из цементного раствора, впервые применил каркас из металлической сетки. Первый патент на железобетон был им получен в 1867 году, а растениям принцип армирования известен более 250 миллионов лет.
По аналогии с устройством ствола растений создана Останкинская телебашня. Байтовые мосты напоминают провисшую паутину.
Пневматика. Сфагновые мхи (болотные растения) для разбрасывания спор создают в плодовой коробочке давление воздуха около 4 атмосфер, что вдвое больше, нежели давление в шинах легковых автомобилей. Споры в безветрие летят на расстояние до 2 м. Это превосходный результат, если учесть, что размеры плодовой коробочки не превышают 1 мм.
Гидравлика. Широко распространенный в средиземноморских странах "бешеный огурец" выбрасывает смесь из сока и семян более чем на 12 м, развивая давление внутри плода до 6 атм. В теплый солнечный день взрослое дерево березы поднимает 200 л воды на высоту 15м. Корни деревьев взламывают асфальт.
Еще более широкий спектр аналогов дает мир насекомых, животных и птиц. Приведем их краткий перечень, который будет представлять интерес для студентов специальности ТГВ:
1. Крыло самолета - крыло птицы, насекомого. Благодаря особому профилю крыла создается подъемная сила.
2. Полет самолетов, вертолетов - полет птиц, насекомых с зависанием в воздухе и движением вбок, назад, вверх, вниз.
4. Живые землеройные снаряды - дождевые черви, кроты и другие.
5. Сотовые конструкции в строительстве - пчелиные соты.
6. Легкие оболочки - скорлупа яйца, ореха, панцири и раковины животных.
7.Тепловая защита - мех животных (олень, верблюд, овца).
Метод эвристических приемов
Когда изобретатель встречается с новой творческой инженерной задачей (ТИЗ), то пытается ее решить с помощью изобретенного способа. Если это не удается, то изобретатель ищет новое решение. 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 [5-7]. 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.
Многие ЭП могут быть успешно использованы в самых различных областях техники. 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 основывается на межотраслевом фонде ЭП, приведенных в табл. 1.2. [1-3].
Таблица 1.2
Межотраслевой фонд ЭП
| № группы | Наименование группы | Число ЭП |
| Преобразование формы | ||
| Преобразование структуры | ||
| Преобразование во времени | ||
| Преобразование пространстве | ||
| Преобразование движения и силы | ||
| Преобразование материала и вещества | ||
| Приемы дифференциации | ||
| Количественные изменения | ||
| Использование профилактических мер | ||
| Использование резервов | ||
| Преобразование по аналогии | ||
| Повышение технологичности |
Итого: 180
Этот фонд содержит описания 180 отдельных ЭП, которые разделены на 12 групп. Межотраслевой фонд ЭП имеет универсальный характер. Поэтому ЭП имеют обобщенное описание. В них под «объектами» подразумеваются ручные орудия и инструменты. В некоторых ЭП наряду с объектом имеет смысл выделять части объекта, которые называют «элементами».
Этапы в постановке и решении ТИЗ методом эвристических приемов,
1. При использовании метода ЭП можно ограничиться предварительной формулировкой задачи либо выполнить уточненную постановку задачи.
2. Решение задачи начинается с выбора подходящих ЭП. Исходной информацией для этого являются: конкретный прототип, который требуется улучшить; главный недостаток прототипа, который необходимо устранить; гласное противоречие развития прототипа, которое требуется устранить. Исходя из этой информации просматривают в табл. 1.2 наименования групп ЭП и отбирают наиболее подходящие группы. В каждой из этих групп просматривают все ЭП и выбирают те ЭП, которые представляют интерес для рассматриваемой задачи. Если выбор групп ЭП вызывает затруднения, то наиболее подходящие ЭП отбирают путем просмотра всего фонда.
3. Преобразование прототипа начинают с помощью выбранных приемов, при этом фиксируют идеи улучшенных технических решений в виде короткого описания или упрощенной схемы. У межотраслевого фонда ЭП есть сильное свойство, которое называем эвристический избыточностью. Во-первых, многие задачи могут быть решены независимо разными ЭП. Вторая разновидность свойства - одновременное использование двух и более ЭП приводит к их взаимному усилению в смысле облегчения нахождения улучшенного технического решений.
4. Следует напомнить, что множество улучшенных допустимых технических решений получено только с учетом главного недостатка или главного противоречия развития. Дальше эти решения используются как прототипы для поиска новых улучшенных технических решений, учитывающих другие недостатки и противоречия развития. В результате получают новое множество улучшенных допустимых технических решений.
5. Для найденных в п. 4 технических решений проводят анализ их совместимости со смежными и вышестоящими по иерархии ТО.
6. Работа по п. 2—5 выполняется для всех прототипов, рекомендуемых в постановке задачи. В результате формируется достаточно полное множество улучшенных технических решений, из которого предстоит выбрать перспективные варианты для дальнейшей проработки.
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ТЕОРИИ РЕШЕНИЯ ИЗОБРЕТАТЕЛЬСКИХ ЗАДАЧ
Изобретательская задача
Развитие разнообразных сфер деятельности человека и особенно применение, и развитие техники сопровождается возникновением и решением технических задач. Для решения технических задач используются накопленные знания и разнообразные технические средства. Однако в некоторых случаях они оказываются непригодными, так как задача содержит противоречие: к объекту техники предъявляются взаимоисключающие требования. Устранение или преодоление подобного конфликта и составляет суть решения изобретательской задачи.
Изобретательская задача - это такая техническая задача, которая содержит техническое противоречие, неразрешимое известными техническими средствами и знаниями, причем условие задачи исключают компромиссное решение. Если техническое противоречие преодолено - изобретательская задача решена, получено изобретение [1-4].
Изобретательские задачи весьма разнообразны и отличаются от физических, математических и других подобных задач следующим:
1) Изобретательским задачам присуща неопределенность условий, формулировок. В процессе решения происходит уточнение формулировки задачи и углубление условий, однако некоторая неопределенность остается. Иногда оказывается, что для достижения поставленной цели по отношению к заданному объекту техники следует улучшить, изменить, а возможно, устранить сложный объект техники.
2) Чаще всего изобретательские задачи возникают вследствие появления потребности в улучшении какой-либо характеристики технической системы. Между тем во многих случаях менять надо надсистему или подсистему.
3) Изобретательские задачи имеют несколько вариантов и возникает необходимость выбора оптимального решения для конкретных условий.
Изобретательская задача – разновидность творческой задачи. Если создано что-то новое, то значит это сделано в результате творческой работы. В то же время любое, в том числе и научно-техническое творчество – понятие относительное, меняющееся с течением времени, его содержание постоянно обновляется.
В Средние века даже умение производить 4 арифметических действия (с римскими цифрами) считались научным творчеством и удостаивалось степени доктора натурфилософии. Величайшими догадками были идеи соединить паровой двигатель с кораблем и получить пароход или паровой двигатель с рельсовой тележкой и получить паровоз. Имена их авторов Роберта Фултона (1765-1815) и Джорджа Стефенсона (1781-1848) вошли в историю и всем известны.
Техническая система
Понятие система является фундаментальным для многих отраслей науки. Системы подразделяют на природные (биологические) и искусственные (инженерные), созданные человеком. С точки зрения ТРИЗ для системы характерны следующие признаки [1-4]:
1. Система имеет структуру, то есть состоит из элементов, связанных между собой определенным образом.
2. Система обладает эмерджентностью (системным качеством), то есть ее определяющие свойства не совпадают с суммой свойств отдельных элементов.
3. Система эволюционирует, т. е. имеет историю развития и обладает вероятностью прогрессивных изменений в будущем.
Техническая система (ТС) - это комплекс (множество) организованных в пространстве и времени взаимосвязанных между собой элементов, необходимых и достаточных для выполнения требуемой функции (потребности человека).
В качестве примера ТС можно привести буровую установку, скважинную штанговую насосную установку, установку электроприводных центробежных насосов и т. п. Поскольку ТС может выполнять несколько функций, выделяют главную полезную функцию (ГПФ) - это та, ради которой и создается ТС. Например, буровая установка. Для нее ГПФ – бурение скважин. Однако буровую установку можно использовать для ремонта скважин.
В природе и технике не существует каких-либо обособленных систем. Поэтому любая ТС является частью другой системы, которая называется надсистемой, а та, в свою очередь, и сама является частью другой, более крупной надсистемы. В то же время любая ТС состоит из ряда других, более мелких систем, называемых подсистемами.
Например, такая ТС, как буровая установка имеет следующие надсистемы и подсистемы:
надсистема
Противоречия в технике
Противоречие - категория диалектики, выражающая внутренний источник движения (самодвижения), принцип развития природы (естественных систем), техники (искусственных технических систем) и общества (социальных систем). Различают противоречия основные и неосновные, существенные и несущественные, внутренние и внешние и другие. Мир техники полон противоречий явных и неявных, конструктивных и технологических и т. п.
Противоречия в технике появляются, когда мы повышаем требования к ТС или к ее какому-либо узлу. В ТРИЗ выделяется три вида противоречий -административное, техническое и физическое [1-4].
Административное противоречие включает в себя несколько (клубок) задач - отсюда и трудности его разрешения, т. к. необходимо понять ситуацию и из клубка задач выделить одну конкретную техническую задачу (противоречие). Признаки административного противоречия - неясность ситуации, конфликт между человеком и техникой, появление новой потребности при отсутствии средств ее реализации или неспособность техники удовлетворить старые потребности, но в большем объеме.
Примеры административного противоречия [1]:
1. На машиностроительном заводе необходимо обеспечить требования экологии по термическим печам.
2. В закалочном цехе необходимо улучшить воздушную среду
3. В сборочном цехе снизить уровень шума и вибрации.
Техническое противоречие возникает между параметрами системы, ее узлами или группами деталей. Если улучшить одно - то непременно ухудшится другое. Техническое противоречие - это конфликт внутри ТС.
Пример 4.1. Рассмотрим административное противоречие: в закалочном цехе необходимо улучшить воздушную среду [1]. Отсюда не ясно, что же делать: очищать воздушную среду? Повышать эффективность вентиляции? Или не допускать загрязнения воздуха? Оказалось, что в закалочном цехе при опускании раскал