Х.х. Уточненная постановка задачи

Операция 6. Анализ функций прототипа и построение улучшенной конструктивной функциональной структуры.Кратко обоб

В основу анализа функций прототипа и построения его конструктивной функциональной структуры положен принцип разделения прототипа на несколько элементов.

В результате анализа функций прототипа необходимо получить ответы на следующие вопросы:

- какие функции выполняет каждый элемент и как элементы функционально связаны между собой;

- какие физические операции (преобразования) выполняет каждый элемент и как они взаимосвязаны между собой;

- на основе каких физико-технических эффектов работает каждый элемент и как они взаимосвязаны между собой.

В общем виде построение конструктивной функциональной структуры прототипа основывается на законе соответствия между его функцией и структурой.

После этого производят корректировку (улучшение) ФС, для чего необходимо ответить на вопросы:

1. Какие можно ввести новые функциональные элементы, обеспечивающие устранение недостатков прототипа или существенное повышение эффективности и качества ТО? Дают названия таким элементам и описывают их функции.

2. Какие можно исключить элементы для устранения недостатков прототипа или повышения эффективности и качества ТО?

3. Какие элементы целесообразно исключить путем передачи их функций другим элементам?

4. Для каких элементов, имеющих несколько функций, целесообразно разделение функций и введение вместо одного двух или более элементов? Дают названия таким элементам и описывают их функции.

После ответов на перечисленные вопросы строят улучшенную конструктивную ФС. При этом возможны ситуации, когда не удается изменить ФС прототипа или появляется несколько альтернативных улучшенных ФС.

Операция 7. Анализ функций вышестоящей по иерархии системы.Почти всегда рассматриваемый ТО можно представить как элемент в другой, более сложной технической системе (например, деталь в узле, узел в машине, машина в технологической линии цеха и т.д.).

Для анализа необходимо:

1. Выделить вышестоящую по иерархии систему, в которой в качестве отдельных элементов (подсистем) выступают рассматриваемый ТО и другие смежные с ним объекты (другие ТО, окружающая среда, человек и т.д.)

2. Описать функции всех элементов, входящих в выделенную систем, и построить конструктивную ФС.

3. Выяснить возможность удовлетворения потребности, т.е.

- можно ли выполнить функцию рассматриваемого объекта путем внесения изменений в смежные объекты;

- нельзя ли какому-либо смежному объекту частично или полностью передать выполнение функции рассматриваемого ТО;

- что мешает внесению необходимых изменений и нельзя ли устранить мешающие факторы.

4. Сформулировать по аналогии с операцией 5 задачу внесения изменений в смежные объекты. Провести технико-экономическое сравнение первоначальной постановки задачи по операции 5 с задачей внесения изменений в смежные объекты. Если последняя более эффективна, то следует проработать ее по операциям 1-6.

Пример.В задаче с пневмотранспортом вышестоящая по иерархии система включает: пневмотранспорт, склад материалов, рабочие места. Построение функциональной структуры ФС между этими элементами не вызывает затруднений. Проработка по пунктам 3,4 (операции 7) не приводит к интересным идеям внесения изменений в смежные объекты (если не считать идею приближения склада к рабочим местам или наоборот, которая в данном случае не приемлема). Это говорит о том, что в эвристических методах некоторые операции или приемы при решении конкретных задач «не срабатывают».

Операция 8. Выявление причин возникновения недостатков.Проводится более углубленный анализ задачи в направлении выявления причин возникновения недостатков в прототипе, сформулированных при выполнении операции 4. При этом необходимо получить ответ на вопрос: можно ли частично или полностью избавиться от недостатка, исключив причину его возникновения?

Пример выявления причин недостатков пневмотранспорта в цехе дан в таблице.

Сами недостатки рассмотрены в операции 4

1. Если использовать пневмотранспорт, то возникают затраты, связанные с демонтажем трубопроводов и установкой новых трубопроводов с большим диаметром, например 600 мм.

2. После установки трубопровода с диаметром 600 мм могут появиться заготовки с габаритными размерами, превышающими этот диаметр, что потребует новую замену трубопровода.

3. Заготовки при движении в трубопроводе ударяются, трутся и в результате теряют товарный вид.

4. При транспортировании по трубам более крупных заготовок повышается шум в цехе.

Таблица 4

Причины недостатков (дефектов) пневмотранспорта в цехе

Операция 9. Выявление и анализ противоречий развития.Улучшение многих ТО связано с преодолением, так называемых противоречий развития. Так, например, улучшение какого-либо желаемого показателя ТО приводит к существенному ухудшению одного или нескольких других важных показателей (например, увеличение грузоподъемности моста приводит к увеличению расхода материалов). Возможно и другое противоречие развития, когда улучшение желаемого показателя ограничено некоторым фактором (например, увеличение диаметра и частоты вращения бегуна и постава водяной мельницы в средние века ограничивалось прочностью и конструкцией деревянных водяных колес).

При выявлении и анализе противоречий развития выполняют следующие процедуры:

1. Из списка недостатков прототипа, выявленных в операции 4, выбирают недостатки, устранение которых приводит к улучшению количественных показателей и в первую очередь относящиеся к критериям развития ТО.

2. При рассмотрении каждого такого показателя необходимо получить ответы на вопросы:

- какой показатель ТО существенно ухудшается при улучшении рассматриваемого показателя?

- какие факторы (константы, стандарты и т.д.) ограничивают улучшение желаемого показателя.

3. Строят качественный и количественный графики зависимости ухудшаемого показателя от улучшаемого.

Пример.В задаче улучшения пневмотранспорта противоречия развития имеют место при устранении недостатков 1,4 (1 - демонтаж и установка новых труб, 4 – повышение шума), выявленных в операции 4. Графическое отображение этих противоречий развития представлено на рисунке.

связано с демонтажом

Рис. Противоречия развития пневмотранспорта в цехе:

а)- зависимость затрат на реконструкцию от диаметра труб; б) - зависимость уровня шума пневмотранспорта от размеров транспортируемых заготовок.

Операция 10. Уточнение списка прототипов и формирование идеального технического решения.Выявление и анализ недостатков прототипа (операции 4,8,9), анализ функций прототипа и вышестоящей системы (операции 6,7) значительно расширяют представление о задаче и требованиях к прототипу. В связи с эти целесообразно вернуться к выбору наиболее подходящего прототипа для разработки улучшенного ТО и использовать рекомендации, данные в операциях 3,6,7.Кроме того, желательно сформулировать и представить идеальное техническое решение ИТР.

Любой класс ТО имеет вполне определенное направление (или главную магистраль) развития (на рис хх. главная магистраль ограничена штриховыми линиями).

Рис. Главная магистраль развития ТО:

Т1, Т2, Т3- предшествующие массово выпускаемые ТО, Т4 – рассматриваемый прототип; a-угол поиска без знания ИТР; b-сужение угла поиска с ориентацией на ИТР.

В связи с этим, все изобретения можно разделить на две группы: прогрессивные (Т1,…,Т4), которые лежат на главной магистрали и тупиковые (Т3а, Т4а), уходящие в сторону от главной магистрали. При создании нового ТО задача заключается не в поиске вообще новых улучшенных технических решений, а в поиске решений, лежащих на главной магистрали. Выбору нового технического решения на главной магистрали помогает формулировка идеального технического решения ИТР, которое конструкторы и изобретатели называют по-разному: идеальный конечный результат, идеальная машина, предельно совершенное устройство и т.д. ИТР является ориентиром для выбора прототипа и конструирования улучшенного ТО.

Определение ИТР. Будем считать техническое решение идеальным, если оно имеет одно или несколько из следующих свойств:

1. В ИТР размеры ТО приближаются или совпадают с размерами обрабатываемого или транспортируемого объекта, а чистая масса ТО намного меньше массы обрабатываемого объекта (см пример ниже).

2. В ИТР масса и размеры ТО или его главных функциональных элементов приближаются к нулю, а в предельном случае равны нулю (когда устройства вообще нет, а необходимая функция выполняется).

3. В ИТР время обработки объекта приближается к нулю или равно нулю.

4. В ИТР КПД приближается к единице или равен единице, а расход энергии приближается к нулю или равен нулю.

5. В ИТР все части ТО все время выполняют полезную работу в полную меру своих расчетных возможностей.

6. ТО, имеющий ИТР, функционирует бесконечно длительное время без ремонта и остановок.

7. ТО, имеющий ИТР, функционирует без человека или при его минимальном участии.

8. ТО, имеющий ИТР, не оказывает никакого отрицательного влияния на человека и окружающую природную среду

Примеры приближения к ИТР

При формировании ИТР особое внимание необходимо обращать на физический принцип действия, внешний вид и основные показатели эффективности ТО. При этом целесообразно использовать прямую мозговую атаку.

Для формулировки ИТР рекомендуется также использовать следующие правила: не следует заранее думать - возможно ли в принципе осуществить ИТР; каким образом оно будет реализовано.

Пример.Применительно к задаче с пневмотранспортом можно дать следующую формулировку ИТР. Крупные заготовки без особых дополнительных средств и затрат (или вообще без всяких средств и затрат) сами собой движутся или передаются от склада к рабочим местам.

При формулировании ИТР целесообразно использовать прием изображения двух картинок (рис. хх)

Рис. Пример изображения двух картинок.

На первой – обрабатываемые детали А прижимаются к патрону В гидроцилиндром С. На второй - обрабатываемые детали А сами держатся на патроне В (идеализация, нет ограничений для творческой фантазии).

Важность формулировки ИТР заключается в том, что оно позволяет во всем многомерном пространстве поиска выделить (определить) достаточно малый угол поиска b , который обеспечивает более целенаправленную изобретательскую работу и концентрирует интуицию в наиболее перспективном направлении. Суженный угол поиска предотвращает выбор тупиковых технических решений (аналогичных Т3а, Т4а) и, как правило, в пространстве этого угла между ИТР и прототипом Т4 лежит искомое решение Т5.

Операция 11. Улучшение других показателей ТО.При разработке новой модели или нового поколения ТО стремятся сделать изделия, которые не только бы устраняли видимые недостатки (определенные в операции 4), но и имели значительные преимущества перед существующими изделиями по комплексу всех существующих показателей. Поэтому по отношению к выбранным в операции 10 прототипам необходимо провести анализ и ответить на вопросы:

- какие еще можно устранить недостатки в прототипе?

- какие показатели могут быть дополнительно улучшены и на сколько?

Операция 12. Уточненная постановка задачи. По форме она излагается, как и предварительная постановка задачи (операция 5). При этом к исходным данным относятся:

- качественное и количественное описание функции ТО;

- перечень и краткое описание прототипов, к которым могут быть отнесены улучшенные функциональные структуры и ИТР, и списки основных требований к прототипам;

- списки главных недостатков прототипов с указанием неочевидных причин возникновения недостатков;

- списки дополнительных недостатков и показателей, которые желательно улучшить;

- формулировка противоречий развития прототипов.