А.В. Ревенков - Учебник - Теория и практика решения технических задач (1249576), страница 29
Текст из файла (страница 29)
Это сдерживает фантазию. Применение оператора ИКР требует определенной психологической перестройки сознания. В формулировке ИКР всегда присутствует кажущаяся невозможность, парадоксальность, например, крыша сама очищается от снега, трубопровод сам регулирует свое сечение, затонувший корабль сам всплывает на поверхность. Методика применения оператора ИКР сводится к тому, что вначале формулируют желаемый конечный результат, отвлекаясь от факторов, препятствующих его осуществлению.
Затем дти сформулированного ИКР осуществляют поиск ресурсов, обеспечивающих выполнение тре- Раздел 2. Приемы н методы решения технических задач 130 буемых функций. Для этого нужно проанализировать, какими свойствами обладают объекты (вещества и поля), описанные в ТС, и какими свойствами обладает ТС в целом (системные эффекты), какие ресурсы имеются в НС. Проверяется возможность использования ресурсов формы, пространства и времени. Для поиска ресурсов нужно хорошо вникнуть в предметную область, к которой относится задача.
Пример 7.1. Лед в водосточных трубах. В начале зимы водосточные трубы, как правило, забиваются льдом. Весной лед начинает оттаивать, и возможны ситуации, когда ледяная пробка, подтаяв с внешней стороны и потеряв сцепление с трубой, летит вниз. Удар о выступающие части конструкции часто приводит к обрыву труб. Если же ледяная пробка падает на тротуар, то она может стать причиной травм находящихся вблизи людей. Выколачивание льла — дорогое и малоэффективное мероприятие.
В этой задаче можно рассматривать ТС, состоящую из двух компонентов: труба и лед. ИКР может быть применен к обоим компонентам. Здесь важно сформулировать требования к этим компонентам. Можно представить следующие образы ИКР;лед сам удерживается в трубе до момента полного таяния; труба сама удерживает лед до момента его полного таяния.
Труба и лед держатся друг за друга до момента полного таяния. Лед сам держится за трубу той частью, которая растает в последнюю очередь. Эти образы, идеализирующие абстракции дают направления поиска решения задачи. Например, в а. с. )чс 771291 описано такое решение: внутри трубы поместить отрезок произвольно изогнутой проволоки, закрепив ее верхним концом к скату крыши (рис. 7.2). В предложенном решении видно, что пропущенная внутри трубы проволока позволяет приблизиться к ИКР, определенного для льда; лед сам удерживается внутри трубы до момента полного таяния. Для решения задачи здесь использован прием: введение в систему еще одного компонента — вещества.
Рис. 7.2. Эскиз к примеру 7.! 7. Принципы строения и закономерности развития технических систеи 131 Таким образом, эвристичность оператора ИКР заключается в том, что он позволяет определить направление поиска такого ФПД, который мог бы максимально приблизиться к ИКР. Такой путь решения задачи способствует поиску наилучшего ТР, сочетающего в себе простоту и качество выполнения заданной функции. Пример 7.2. Диверсии на торговых судах. В 1941 г. перед началом войны начались диверсии на советских торговых судах, стоявших в портах Германии — при погрузке немцы на них устанавливали мины. На одном корабле возникло подозрение, что груз минирован.
Заявить немецким властям нельзя — объявят провокацией. Искать самим невозможно, поскольку груз состоял из большого числа ящиков. ИКР. Немцы сами должны разминировать корабль! Задача поставлена. Теперь нужно искать ресурсы для ее решения. Капитан корабля сообщил начальнику порта, что корабль не может выйти из порта из-за неполадок в двигателе, и корабль остался у причала. Через два дня немцы забеспокоились, а еще через день заявили, что часть груза оказалась бракованной, и заменили четыре ящика.
После этого судно покинуло порт. В приведенном примере ориентировка на ИКР позволила сформировать технологию разминирования с использованием ресурсов НС. ИКР— это образ желаемого результата, которого пока нет, но к которому нужно стремиться. Он формирует представление о стратегических целях достижения результата.
Идеальный образ обеспечивает формирование и поддержание мотивации, которая активизирует фантазию, творческое воображение, поиск аналогий. Когда образ ИКР сформирован, решающий задачу подключает предметные знания для поиска ресурсов. 7.7. о. Принципы и приемы поиска решении, основанные на законе повышения идеальноппи Увеличение эффективности ТО (см. выражение (7.1)) может осуществляться по двум принципиально разным направлениям: 1) ГПФ или количество выполняемых функций (Ф„) остается неизменным, а масса (М), габариты (Г), энергоемкость (Э) технической системы стремятся к нулю (МГЭ -+ О); 2) масса, габариты, энергоемкость ТС остаются неизменными, а качество выполнения ГПФ или количество выполняемых функций (Фп) увеличивается.
При решении практических задач часто реализуются оба направления идеализации. Причем при совершенствовании ТО по обоим направлениям может использоваться конструктивный и функциональный подходы. 232 Раздел 2. Приемы и методы решения технических задач Конструктивный подход связан с повышением эффективности ТО в пределах используемого ФПД при сохранении его функциональной структуры.
В этом случае повышение идеальности ТС часто проявляется в росте относительных параметров, т. е. отношения полезных характеристик (мощности, усилия, производительности, точности, надежности и др.) к факторам расплаты (вес, размеры, затраты, количество брака, трудоемкость изготовления и т. д.). Например, стремление к повышению эффективности танкеров выражается в росте отношения веса полезного груза к полному весу транспортного средства.
С увеличением водоизмещения танкера доля служебных устройств будет составлять все меньшую часть от массы танкера. Танкер водоизмещением 3 тыс. т полезно использует 57 % своего объема, а водоизмещением 200 тыс. т — 86 % Грузовой автомобиль, перевозящий 3 т груза, весит 1,5 т. Треть энергии затрачивается на то, чтобы возить саму конструкцию. Грузовик, рассчитанный на 15 т груза, весит всего 5 т.
Доля «мертвого» груза значительно снижается, а именно это и приближает машину к идеальной. Кроме того, 140-тонный самосвал разгружается за 15 с, а это намного меньше времени, необходимого для разгрузки пятитонных машин 131. Турбогенератор мощностью 100 000 кВт, построенный в начале 50-х годов ХХ в., весит около 200 т, а его младший брат постройки середины 70-х годов при мощности 500 000 кВт — около 400 т, т. е. мощность, приходящаяся на 1 т его веса, возросла в 2,4 раза.
Конструктивный подход при совершенствовании, например, железнодорожных перевозок выражается в увеличении мощности локомотивов и длины составов; в автомобильных грузовых перевозках — увеличении грузоподъемности, совершенствовании двигателя внутреннего сгорания и др. Повышение идеальности ТС может происходить как в рамках существующей конструктивной концепции, так и в результате радикального изменения конструкции, перехода на другой принцип действия системы. Например, переход от паровозов к тепловозам затем к электровозам. Переход от радиоламп к полупроводниковым приборам позволил не только повысить КПД устройств, но и их надежность.
Функциональный подход предусматривает повышение эффективности ТО путем функционально-структурных изменений в ТС: качественного или количественного изменения в выполнении функций, что приводит либо к увеличению функционального эффекта (2.Ф„), либо уменьшению факторов расплаты (СФр). Увеличение функционального эффекта СГФ„) может осуществляться за счет совершенствования выполнения ГПФ и за счет расширения области применения ТО, т. е.
создания универсальных технических средств, которые могут выполнять несколько близких (по качеству или количеству) функций. 7. Принципы строения и закономерности развития технинеских систем 133 Уменьшения факторов расплаты (~Фр) можно достичь за счет специализации, т. е. путем уменьшения количества выполняемых функций. Функциональная ниша разделяется. Создаются специальные технические устройства„узко ориентированные на выполняемую функцию.
Специализация позволяет резко повысить качество выполнения более важных полезных функций, отказавшись от менее значимых и, тем самым, улучшить потребительные свойства продукции. Факторы расплаты уменьшаются, они связаны только с реализацией узко специальных свойств ТО. Например, в локальных сетях для питания и коммутации электронных устройств используют провода, а для передачи без потерь сигнала между ними на значительные расстояния — оптическое волокно. Специальный ТО, как правило, имеет меньше компонентов, он проще, и, следовательно, дешевле.
Специализация позволяет либо сократить затраты, либо при тех же затратах достичь максимально возможного качества выполняемой ГПФ, поскольку все ресурсы направляются на достижение требуемой функции. Например, создан ряд специализированных автомобилей: машины для уборки мусора, поливки улиц, снегоуборочные, пожарные и т. д.; это же характерно для военных самолетов: разведчики, бомбардировщики, истребители; специализация режущего инструмента, например, резцы: токарные: обдирные, черновые, чистовые, обрезные, резьбонарезные и др.; ножи: столовые, перочинные, хлебные, разделочные и др. Универсализация ТО, как правило, требует дополнительных затрат (3„Фр). Это связано с тем, гго функции ряда компонентов должны быть в наличии, но не обязательно должны быть постоянно задействованными, что и создает некоторую функциональную избыточность. Например, токарно-винторезный станок — универсальное оборудование, на котором можно выполнять самые разнообразные работы: получение наружных и внутренних цилиндрических, конических, фасонных поверхностей, нарезание внутренних и наружных резьбовых поверхностей.
В принципе на нем можно выполнять шлифовальные, фрезерные и строгальные работы, но это не эффективно, поскольку есть специальные станки, которые лучше приспособлены для этих работ. Однако каждый из перечисленных видов обработки, например, нарезание резьбы, используется только некоторое время из общего времени работы токарного станка. Следовательно, в остальное время часть функций простаивают. Таким образом затраты на создание функции произведены, а функция используется редко. Если найти способ разрешить это противоречие, то удастся создать ТО близкий к идеальному.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
