Принципы разрешения физических противоречий

К настоящему времени разработано 11 принципов разрешения физических противоречий. Как и приемы устранения технических противоречий, они указывают возможные пути поиска решения [1-4].

1.Разделение противоречивых свойств в пространстве.

Пример 4.13. Для пылеподавления при разработке горных пород конус мелких водных капель окружают оболочкой из крупных капель.

2. Разделение противоречивых свойств во времени.

Пример 4.14. Ширину ленточного электрода меняют в зависимости от ширины сварочного шва.

3.Системный переход 1а: объединение однородных и неоднородных систем в полисистему.

Пример 4.15. Горячие слябы транспортируют по рольгангу впритык друг к другу, чтобы не охлаждались торцы слитков.

4.Системный переход 16: от системы к антисистеме или сочетание системы и антисистемы.

Пример 4.16. Для остановки кровотечения к ране прикладывают салфетки, пропитанные иногруппной кровью.

5.Системный переход 1в: Часть данной системы наделяется свойствами антисистемы.

Пример 4.17. Рабочие части тисков для зажимов деталей сложной формы: каждая часть твердая, а в целом зажим податливый, способен менять форму.

6.Системный переход 2: переход на микроуровень.

Регулирующий вентиль из двух материалов с разными коэффициентами термического расширения изменяет проход при изменении температуры протекающей жидкости.

7. Фазовый переход 1: изменение фазового состояния или всей системы.

Пример 4.18. Потребителей газа в шахтах обеспечивают сжиженным (а не сжатым) газом.

8. Фазовый переход 2 двойственное фазовое состояние компонента системы.

Пример 4.19. Трубки теплообменника снабжены рёбрами из материала с памятью формы - при повышении температуры они разгибаются, увеличивая поверхность теплообмена.

9. Фазовый переход 3: использование явлений, сопутствующих фазовому превращению.

Пример 4.20. Мороженые грузы транспортируют на опорах из брусочков льда.

1. Фазовый переход 4: замена однофазного вещества двухфазным.

Пример 4.21. Полировальная рабочая среда состоит из ферромагнитных частиц, взвешенных в расплаве свинца.

11. Физико-химический переход: возникновение - исчезновение веществ путем разложения - соединения, ионизации - рекомбинации.

Пример 4.22. Для пластификации древесины аммиаком осуществляют пропитку солями аммония, разлагающимися при нагревании.

Наиболее часто используются принципы 1 и 2.

Пример 4.23 (4.1). Возвратимся к выявленному физическому противоречию в закалочном цехе: кислород в атмосфере цеха должен быть и не должен быть. Попробуем разделить противоречивые свойства в пространстве, то есть там, где находятся люди, кислород есть, а там, где раскаленная деталь соприкасается с маслом, - нет. С этой целью над поверхностью масла следует образовать газовую среду, в которой отсутствует кислород, например, создать слой из углекислого газа.

Вепольный анализ

Любое событие окружающего мира сопровождается изменением вещества и энергии (поля). Взаимодействие этих двух составляющих и определяет все многообразие мира. Для успешного решения изобретательской задачи необходимо провести точный анализ взаимодействия веществ и энергий (полей) в оперативной зоне (ОЗ) задачи. В простейшем случае ОЗ - это пространство, в пределах которого возникает конфликт.

Одним из эффективных методов познания мира является моделирование - замена реального объекта его моделью. Модель - идеализированная система, отражающая особенности реальной ТС. С моделью проще работать, а результаты можно переносить на исходную систему. В ТРИЗ для поиска новых технических решений используют структурные модели ТС, получившие название "веполь", а соответствующий раздел ТРИЗ, занимающийся исследованием и преобразованием веполей, - "вепольный анализ"[1-4].

Веполь (от слов вещество и поле) - это минимальная структурная модель ТС, включающая изделие и инструмент (два вещественных объекта) и энергию их взаимодействия (поле). В 03 задачи, т. е. там, где выявлено физическое противоречие, обязательно должны быть два вещества В1 и В2, полезно или вредно взаимодействующие между собой, и поле П, которое связывает эти вещества. Вместе они образуют веполь. Графически веполь изображается следующим образом:

П В1 В2

В1 В2 П

Условные обозначения, используемые при изображение —полей:

В1 и В2 - вещества (объекты);

П - поле (любое взаимодействие) по линии МАТХЭМ:

П_М - механическое; п_А - акустическое; П_Х - химическое и т. п.;

	взаимосвязь (нормальная)
	направленное действие
	взаимодействие
	вредное действие
	бездействие (молчание)
	переход к преобразованию веполя
	разрушение связи

Если поле является входящим, то его обозначение принято располагать над веществами. Если поле выходящее, то его обозначение располагают под веществами.

Веполь условен - это своеобразная графическая модель ТС. С помощью веполя лучше понять состояние всей ТС. Как в капле воды отражается химический состав океана, так и в этой "молекуле" техники отражается суть изобретательской задачи.

Многолетнее использование вепольного анализа для решения производственных задач, а также исследование патентного фонда с использованием вепольного анализа привели к выявлению стандартных решений изобретательских задач.

Стандарты - это правила синтеза и преобразования технических систем. В ТРИЗ создана система стандартных решений изобретательских задач. Система включает 76 стандартов, которые подразделены на 5 классов.

Стандарты-истребители технических и физических противоречий. Их цель - преодоление противоречий, в крайнем случае - их обход. Победить противоречие, совместить несовместимое, осуществить невозможное - в этом смысл стандартов.

Ниже рассмотрены стандартные решения некоторых типовых задач с применением вепольного анализа.

1. Достройка веполя (веполь созидающий)

В этом случае веполь неполный, т. е. в нем не хватает какого-либо вещества или поля. Решение задачи заключается в том, что надо достроить, синтезировать веполь.

Пример 4.24. Как найти золотую соломинку в стоге соломы? Обозначим В 1 -золотая, а В2-обычная соломинка. Не хватает поля -П. Изобразим решение задачи графически:

П

В1, В2

В1 В2

Поля перебираем по линии МАТХЭМ. В результате получаем серию (гамму) решений. Особо следует обратить внимание на совместное использование различных полей, так как это дает наиболее сильные изобретательские решения.

Пример 4.25. На предприятии кондитерских изделий требуются ядра орехов. Как расколоть тысячи орехов за рабочую смену, не повредив ядра?

Обозначим В1 - скорлупа ореха. Отсутствуют: В2 и П. Необходимо достроить веполь:

П

В1

В1 В2

В качестве второго вещества рекомендуется принимать: воздух, воду, песок, пустоту и т. п. Идеальный результат - скорлупа ореха "сама" раскалывается или взрывается. Для этого в орех надо поместить взрывчатое вещество. Твердое, жидкое или газообразное? Лучше всего через неплотности в скорлупе внутрь ореха просочится газообразное взрывчатое вещество. Может ли воздух выполнить функции взрывчатого вещества? Да, если его сжать. Аппаратурное оформление решения: орехи помещаются в автоклав, и создаётся давление воздуха. После некоторой выдержки открывается клапан мгновенного сброса давления воздуха. Скорлупа орехов под действием внутреннего давления воздуха разрушается. Остаётся отделить ядра от обломков скорлупы.

Пример 4.26. При сборке прибора требуется уложить в его узкий паз пружинку, при этом она должна находиться там в сжатом состоянии, пока не будут уложены другие детали. Как это сделать?

Итак, надо создать ТС для временного удержания пружины в сжатом состоянии. Идеал - пружина сама удерживает себя некоторое время в сжатом состоянии, а затем распускается.

Физическое противоречие: пружинка должна быть сжатой и не должна быть сжатой.

Обозначаем В1 - пружина, В2 и П - неизвестны. Графическое изображение вепольных преобразований;

П

В1

В1 В2

Нужны какие-то В2 и П, чтобы удерживать пружину сжатой. Скоба? Бечевка? Идеальное решение: пружина "сама" удерживается и распускается. Какое должно быть В2 - слабое, сильное, твердое, жидкое, летучее? Дешевые вещества: воздух, вода, пустота и т. п. Если взять воду, а пружину сжимаем и замораживаем! После сборки прибора лед тает и пружина распускается. Однако оказалось, что капельки воды вызывают коррозию. Поэтому воду заменили "сухим льдом".

2. Разрушение веполей

При наличии в веполе вредного действия между веществами задачу решают введением между веществами третьего (экранирующего) вещества, дарового или достаточно дешевого. Если использование посторонних веществ запрещено или нецелесообразно, задачу решают введением третьего вещества, являющегося видоизменением (модификацией) В1 или В2. Для нейтрализации (компенсации) вредного действия возможно введение нового поля П2.

Пм Пм

В1 В2 В1 В2

3. Повышение управляемости и эффективности веполей

В тех случаях, когда в технической системе имеется требуемое действие, но оно недостаточно эффективно, применяется форсирование веполей - введение дополнительных полей и хорошо взаимодействующих с полями веществ. Возможно "развертывание" одного из полей в веполе в самостоятельный веполь, образование системы, называемой "цепным" веполем. Типичный случай форсирования веполя - введение в него ферромагнитного вещества и магнитного поля. Развитию веполей посвящены 2-й и 3-й классы системы стандартов ТРИЗ.

Пример 4.27. Необходимо с помощью обычного уровня проверять горизонтальность поверхности площадки, расположенной в труднодоступном месте.

Физическое противоречие: жидкость (вода) в трубке уровня должна быть подвижной, чтобы показывать величину уклона, и должна быть неподвижной,

чтобы при выемке прибора сохранять показания (положение пузырька воздуха).

Обозначим В1 - жидкость в трубке уровня, В2 - пузырек воздуха в трубке, Пг - гравитационное поле. В исходном веполе гравитационное поле "вредно" воздействует на В1, а В1 на В2. Необходимо перестроить веполь,

ввести какое-то поле П2, которое нейтрализует "вредное" действие гравитационного поля:

Пм Пм

В1 В2 В1 В2

Поля выбираем по линии МАТХЭМ. Возможно использование в качестве П2-теплового поля, то есть в момент проверки горизонтальности площадки жидкость в трубке уровня заморозить, а после снятия показаний оттаивать и т. д. Однако действие теплового поля недостаточно эффективно. Веполь необходимо форсировать. Это возможно, если перейти к использованию в качестве П2 электрического или магнитного полей. При этом трубка уровня заполняется электрореологической жидкостью, которая "твердеет" при прохождении электрического тока, или ферромагнитной жидкостью, которая "твердеет" под действием магнитного поля.

Пм Пм Пм

В1 В2 В1 В2 В3

Вещество В2 - снаряд - развертываем в веполь, вводим вещество ВЗ и механическое поле - кинетическая энергия удара. Получаем, что снаряд должен состоять из двух веществ: мягкого и твердого Их необходимо разделить в пространстве. Из твердого материала изготовляется бронебойный сердечник, а из мягкого - его оболочка. В момент удара оболочка сминается в комок и "прилипает" к броне. В результате бронебойный сердечник уже не может соскользнуть с брони.

4.Построение "измерительного" веполя

Всегда приходится что-либо измерять. Однако измерять сложно, т. к. нужны приборы. Поэтому изобретатели стремятся превратить задачу на измерение в задачу на изменение или обнаружение. Если необходимо получить информацию о состоянии ТС, то строят "измерительный" веполь путем введения с систему вещества, связанного с легко обнаруживаемым и легко измеряемым полем, либо вещества, преобразующего плохо обнаруживаемое поле в легко обнаруживаемое. Поля следует подбирать по линии МАТХЭМ. В первую очередь надо рассматривать поля, которые легко обнаруживает человек: световое, звуковое, осязательное, запаховое, тепловое.

Типовые веполи на обнаружение:

Отличительная особенность: два поля, одно - входящее, другое - выходящее.

Пример 4.28. Подшипник скольжения при работе нагревается. Как установить, когда подшипник опасно перегрелся? Измерять температуру подшипника постоянно нет необходимости. Надо только знать, перегрелся он или нет.

Рассматриваем возможность использования полей. Световое поле. Если корпус подшипника покрыть термочувствительной краской, которая меняет цвет при определенной температуре, то по ее цвету можно судить о температуре подшипника. Звуковое поле. Возможно, есть вещества, издающие звук при определенной температуре в результате какого-либо процесса. Запаховое поле. Подшипник оснастить ампулой с резко пахнущим веществом. Ампула разрушается при превышении допустимого температурного предела.