Контрольная работа: Технология теории решения изобретательных задач (ТРИЗ)

- (Интересно, - а как Р.Бартини расправлялся с этим "проклятием"? -

- Скоро уже узнаем, почитайте еще немного, еще чуть-чуть!) -

Модель изобретательской ситуации в АРИЗе очень ограничена: инструмент и изделие, отношение между ними в виде полезного действия, устраняющего нежелательный эффект, и вредного действия, противоположного полезному, а также икс-элемент (нечто неизвестное), разрешающий противоречие, и все! Для всех задач и всех изобретателей, решающих задачу по АРИЗу! Фактически Б.А.Лабковский эту структуру одобряет, поскольку одобряет физ.противоречие ("свойство-антисвойство", см. выше), которое получается из технического противоречия.

А если не одобряет, тогда он не прав, потому что вот оно, налицо! - живое и работающее, - снятие "проклятия размерности". Естественно, в этой структуре мы не учитываем, что конкретно является инструментом, а что - изделием, не говоря уж об икс-элементе; то же самое - и для характера связей: действует какая-то связь - и все, а какая - неважно (просто триада какая-то, или, просто-напросто - веполь !).

- Можно ли сработать на такой структуре? Попробуем! Тут, главное, затравку дать, запал, а дальше само пойдет - голова "доварит"!

- Впрочем, судить Вам, уважаемые читатели!-

Так как в "Науке изобретать" нет теории катастроф и гомеостатики (во всяком случае, применительно к техническому творчеству), придется обратиться к своим работам [10,11,12].

- "Сейчас нас будут формулами "душить" - скажет читатель, - придется теорию катастроф и гомеостатику изучать!"-

- "Не будем! Мы (автор этой статьи, и, надеюсь, Б.А.Лабковский тоже) хотя и ворчим иногда (см.выше) на нашего тризовского читателя, но стараемся вникать в его проблемы с математикой".-

- "Но, в ответ, Вам придется поверить на слово, что в математической теории катастроф имеется несложная формула для математической катастрофы типа "сборка",

E(x) = 0,25 x4 + 0,5 a x2 + b x, (1)

где x - координата состояния катастрофы, a и b - некоторые коэффициенты, E(x) - потенциальная функция катастрофы".

Формулу (1) можно использовать как простейшую математическую модель описания некоторого явления, процесса, системы, в которых имеется минимум потенциальной функции E(x). Если удачно назначить потенциальную функцию и выбрать из множества факторов, описывающих сложное явление (процесс или систему), всего только три - x,a,b, то получим модель, описывающую основу, "скелет", суть явления (процесса или системы). Тем самым снимается "проклятие" размерности.

В изобретательской задаче никаких проблем с удачным выбором нет. Все уже выбрано до нас. Поэтому потенциальной функцией E(x) назначим нежелательный эффект, остальная тройка - x,a,b- характеризует изделие, инструмент и икс-элемент соответственно.

Пусть x - свойство изделия, которое может быть измерено какой-нибудь подходящей физической величиной, y=a/d - свойство инструмента, которое тоже может быть измерено какой-нибудь подходящей физической величиной, z=c/e - свойство икс-элемента, которое тоже может быть измерено какой-нибудь подходящей физической величиной, d и e - коэффициенты, выравнивающие физические размерности величин x,a,b. Тогда формулу (1) можно записать в виде

E(x) = (0,25 x4 + 0,5 d y x2 + e z x)f . (2)

где f - коэффициент, выравнивающий физическую размерность величины E(x). Приведение формулы (1) к виду (2) называется масштабированием катастрофы.

Чтобы было более понятно, как использовать формулу (2), получим физико-математическую модель для известной задачи о запайке ампул с лекарством из книги "Крылья для Икара" [13].

Стеклянная ампула с налитым жидким лекарством устанавливается вертикально и капилляром вверх. Сверху подводится газовая горелка с горящим пламенем. Нежелательным эффектом является плохая запайка. Изделием является ампула с лекарством, а инструментом - пламя. Техническое противоречие формулируется следующим образом. Если язычок пламени окажется слабым, то ампула плохо запаивается, но лекарство не перегревается. Если пламя горит сильно, то капилляр ампулы оплавляется хорошо, но перегревается лекарство. Решение задачи следующее. Пламя усиливается максимально, чтобы его язычок охватывал всю ампулу. Тогда даже при возможных колебаниях пламени капилляр все-таки надежно запаивается. Для устранения перегрева лекарства ампула помещается в сосуд с водой, над поверхностью которой остается лишь капилляр. Таким образом, вода является икс-элементом и дешевым вещественно-полевым ресурсом.

Выберем за свойство изделия x высоту ампулы, начиная от кончика капилляра до основания ампулы. Тогда первое слагаемое 0,25 x4 в (2) будет иметь размерность длины в четвертой степени L4(L - длина, измеряемая в метрах, [м]). За свойство инструмента y выберем поверхность пламени, контактирующую с поверхностью изделия, т.е. ампулы. Тогда свойство y должно иметь физическую размерность поверхности или квадрата длины S=L2, а коэффициент d должен быть безразмерным. В противном случае невозможно было бы складывать первое и второе слагаемые в (2).

Можно было бы выбрать и другие свойства инструмента и изделия. Например, за свойство инструмента выбрать температуру пламени, измеряемую в градусах Кельвина, [K]. Тогда коэффициент d должен иметь физическую размерность [м2/K]. В этой задаче выбор длины L мы обоснуем тем, что качество запайки или обработки изделия оценивается именно длиной оплавленного капилляра, а для инструмента выбор поверхности S обоснуем тем, что оперативной зоной конфликта является поверхность ампулы.

- Вы можете спросить, почему именно так?

- Так в голову "пришло" (помните, голова "доварит"!). Во всяком случае, это не противоречит логике и физике задачи.

- А что из этого вышло, и для чего так надо - сейчас увидите! -

Далее выберем коэффициент e также безразмерным, тогда свойство z икс- элемента должно иметь физическую размерность куба длины или объема V=L·S·=L3. А если выберем безразмерным и коэффициент f в (2), то и нежелательный эффект или потенциальная функция E(x) будут иметь в размерности длину в четвертой степени, а именно E=L4.

Обратим внимание, что в формуле (2) знаки перед слагаемыми не учитываются, как и не учитываются численные значения коэффициентов c, d и т.д. Это связано с тем, что модель работает на уровне физических размерностей переменных x,y,z и коэффициентов, т.е. описания их физических свойств. Поэтому и в левой части, у нежелательного эффекта можно выбрать другой знак. Тогда нежелательный эффект (с точки зрения физической размерности) превращается в желательный (положительный) эффект или просто решение.

Теперь можно выстроить цепочку объектов модели с их физическими размерностями: изделие (L1) –> инструмент (L2) –> икс-элемент(L3) –> решение (L4). Наконец-то стало ясно, почему за свойство изделия выбрана высота ампулы, а за свойство инструмента - поверхность контакта и т.д., так как получена полная аналогия с широко известным в ТРИЗ трендом "точка-линия-поверхность-объем".

- " Ну, и что далее? - спросите Вы" . -

- А далее появляется на свет та самая, знаменитая "таблица [7] всех существующих и будущих физических законов", в которой представлена