скачать книгу бесплатно
Условия задачи
Днище ковша экскаватора подвержено сильному износу из-за трения о него грунта и камней при наполнении ковша и при выгрузке.
Как предотвратить износ днища ковша?
Разбор задачи
Использовать стандарт 1.2.2.
В качестве прослойки использовать транспортируемый материал (грунт, камни и т.п.).
Решение
К днищу со стороны грунта приварить невысокие редкие поперечные ребра, разделяющие дно на ячейки. При выгрузке в этих ячейках застревают мелкие кусочки грунта, образуя как бы предохранительный слой над днищем. Кроме того, ребра увеличивают жесткость днища, что позволяет сделать его из более тонкого листа.
Пример 3.15. Очистка газов
Отводящиеся печные газы тепловых электростанций необходимо очищать от кислых компонентов, в частности от сернистого ангидрида.
Аналогичная проблема возникает с очисткой щелочных сточных вод при помощи шлакозолоудаления.
Предлагается для повышения степени очистки проводить адсорбцию кислых компонентов газа щелочными сточными водами.
Объединение двух вредных веществ в одну систему позволяет избавиться от вредного действия этих веществ[18 - А. с. 738 645.].
Стандарт1.2.3. «Оттягивание» вредного действия
Если необходимо устранить вредное действие поля на вещество, задача может быть решена введением второго элемента, оттягивающего на себя вредное действие поля. Схема (3.18).
Пример 3.16. Предохранитель
При резком увеличении тока в сети провод может перегореть. Чтобы этого не произошло, используют предохранитель, который может быть одноразовый (плавкий предохранитель) или многократного использования – автомат.
Пример 3.17 Молниеотвод
Молниеотвод предохраняет здание от попадания в них молнии. Молния попадает в молниеотвод и отводит молнию в землю.
Стандарт 1.2.4. Противодействие вредным связям с помощью П
Если между двумя веществами в веполе возникают сопряженные – полезное и вредное – действия, причем непосредственное соприкосновение веществ – в отличие от стандартов 1.2.1 и 1.2.2 – должно быть сохранено, задачу решают переходом к двойному веполю, в котором полезное действие остается за полем П
, а нейтрализацию вредного действия (или превращение вредного действия во второе полезное действие) осуществляет П
. См. схему (3.19).
Пример 3.18. Защита от радиоволн
Нейл Баллок (Neil Bullock) изобрел накидку для будущих мам, защищающую плод от электромагнитного излучения большинства электрических приборов: радары, микроволновые печи, радио и телевизоры, мобильные телефоны и т. д. Накидка, которую автор назвал MummyWrap, сделана из хлопковой ткани с добавлением меди и выполнена в виде блузки без рукавов (рис. 36). Отражение электромагнитных волн от блузки схематично показано на рис. 3.6а, а на рис. 3.6б показан ее внешний вид.
Рис. 3.6. Накидка от радиоволн MummyWrap
Пример 3.19. Подавление шума
Подавление шума происходит за счет улавливания шума и подачи его в противофазе. Шум складывается с точно таким, но противоположным ему шумом и уничтожается[19 - Патент США 2004/0066940.].
Стандарт 1.2.5. «Отключение» магнитных связей
Если надо разрушить веполь с магнитным полем, задача может быть решена с применением физэффектов, «отключающих» ферромагнитные свойства веществ, например, размагничиванием при ударе или при нагреве выше точки Кюри.
Задача 3.9. Паяльник
Условия задачи
При пайке электронных компонентов часто необходимо поддерживать постоянную температуру. Это требует использования дорогостоящей аппаратуры. Как быть?
Разбор задачи
Задача решается по стандарту 1.2.5. Представим эту задачу в соответствии со схемой (3.20). см. (3.21).
Решение
Постоянную температуру паяльника можно поддерживать, если наконечник (жало) паяльника покрыть ферромагнитным материалом с точкой Кюри, равной температуре плавления припоя. При достижении температуры точки Кюри, ферромагнитное покрытие теряет свои магнитные свойства и нагрев сердечника прекращается. При снижении температуры ферромагнитные свойства восстанавливаются, и нагрев возобновляется. Таким образом, происходит автоматическое поддержание температуры жала паяльника в определенном интервале без использования термодатчика и управляющей электроники. Нагрев осуществляется индукционным способом с помощью катушки индуктора.
Глава 4. Класс 2. Развитие вепольных систем
4.1. Подкласс 2.1. Переход к сложным веполям
Стандарт 2.1.1. Цепные веполи
Если нужно повысить эффективность вепольной системы, задачу решают превращением одной из частей веполя в независимо управляемый веполь и образованием цепного веполя. См. схему (4.1).
Пример 4.1. Автоматическая система голосования
Система включает в себя необходимое количество одинаковых элементов системы, соответствующее участкам голосования, связанных между собой[20 - Патент WO 2007/084026.].
Пример 4.2. Ультразвуковой скальпель
Ультразвуковые технологии достаточно широко применяются в медицине. Но существует проблема фокусировки луча в малой области. Оптоакустический преобразователь, разработанный в Мичиганском университете, содержит фокусировочный элемент из упругого полимера, покрытого слоем углеродных нанотрубок, которые поглощают лазерное излучение и преобразуют его в тепло. Под действием этого тепла полимерный элемент расширяется, генерирует и фокусирует в очень узкую область (75 мкм в поперечнике и 400 мкм по оси) ультразвуковой пучок частотой 15 МГц, создавая в ней зону кавитации с амплитудой давления более 50 МПа. Такой «ультразвуковой скальпель» позволит проводить более точные медицинские операции, чем традиционные инструменты[21 - Популярная механика, 2013, №3. С. 26.].
Стандарт 2.1.2. Двойные веполи
Если дан плохо управляемый веполь и нужно повысить его эффективность, причем замена элементов этого веполя недопустима, задача решается постройкой двойного веполя путем введения второго поля, хорошо поддающегося управлению. См. схему (4.2).
Пример 4.3. Самоподдерживающийся генератор электроэнергии
Электрические колебания в металлической «внутренней катушке» испускают индуктивные фотоны по направлению к одной или нескольким «усиливающим катушкам», состоящим из фотопроводника, металлического проводника с легированным полупроводниковым покрытием, или сверхпроводника.
Электроны, обладающие малой инерциальной массой в усиливающей катушке (-ах), получают из «промежуточной катушки» поперечную силу, не имеющую противодействующей силы, что исключает эту силу из закона сохранения энергии. Электроны с малой массой в «усиливающей катушке (-ах)» получают повышенное ускорение, пропорциональное отношению нормальной массы электрона к меньшей массе.
Вторично испускаемая энергия индуктивных фотонов увеличивается пропорционально повышенному ускорению электронов, возводится в квадрат. К примеру, коэффициент усиления индуктивной энергии фотоэлектронов селенида кадмия (CdSe), в котором нормальная масса электрона составляет 0,13x, равен 59x.
Усиленная энергия индуктивных фотонов из «усиливающей катушки» возбуждает колеблющуюся электрическую энергию в одной или нескольких металлических «выходных катушках». Выходная электроэнергия превышает входную, если большая часть усиленной энергии индуктивных фотонов направлена на выходные катушки, а не на промежуточную катушку в качестве противодействующей силы.
После того как внешний источник энергии начинает возбуждать колебания, возврат избыточной энергии делает устройство самоподдерживающимся генератором электроэнергии, который можно использовать для полезных целей[22 - Патент США 2007/0007844, 2012/0080888, 2014/0159845, EP 2505807. Self-Sustaining electric-power generator utilizing electrons of low inertial mass to magnify inductive energy.].
Рис. 4.1. Самоподдерживающийся генератор электроэнергии.
Патент США 2012/0080888
Задача 4.1. Дрон
Условия задачи
Дроны сегодня используются не только для выполнения полезных операций, но и таких, как контрабандная доставка наркотиков и других предметов в места лишения свободы, полеты над военными объектами и т. д.
Как не допустить это?
Разбор задачи
Использовать стандарт 2.1.2.
Решение
Компания Department 13 разработала устройство перехвата управления беспилотниками Mesmer. Оно получает доступ к протоколам связи дронов, как это было предложено Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA), используя при этом радиочастоты и технологию Bluetooth. Эта система подвергает дроны принудительной посадке.
Антидрон-технология может захватывать данные телеметрии и видео, передаваемые обратно оператору. Это также потенциальная возможность идентификации[23 - How Department 13’s Anti-Drone Weapon Takes Control URL:http://blogs.discovermagazine.com/lovesick-cyborg/2016/11/30/3146/].
4.2. Подкласс 2.2. Форсирование веполей
Стандарты подкласса 2.2 представляет собой механизмы исполнения законов увеличения степени управляемости и динамичности.
Стандарт2.2.1. Переход к более управляемым полям
Если дана вепольная система, ее эффективность может быть повышена заменой неуправляемого (или плохо управляемого) рабочего поля управляемым (хорошо управляемым) полем, например, заменой гравитационного поля механическим, механического – электрическим и т. д. Эта закономерность показана на рис. 1.6.
Пример 4.4. Светильник
Хемилюминесценция использована фирмой «Ремингтон Армс (Remington Arms)» для создания лампы, в которой свечение возникает при воздействии кислорода воздуха на некоторые химические активные вещества[24 - Патент США 3 720 823, 3 558 502.].
Пример 4.5. Компьютерная мышка
В компьютерной мышке механическое движение шарика, который позволял отследить за движением руки, заменили считыванием информации с помощью лазера.
Стандарт 2.2.2. Дробление В
Если дана вепольная система, ее эффективность может быть повышена путем увеличения степени дисперсности (дробления) вещества, играющего роль инструмента. Эта закономерность показана на рис. 1.7.
Пример 4.6. Компьютерные вычисления
Обширные вычисления (например, в области астрономии) могут выполняться значительно быстрее, если их разбить и обработать на многих компьютерах, даже если используется только время простоя.
Пример 4.7. Режущий инструмент
Компания Iscar (Израиль) выпускает режущие инструменты с заменяемой режущей частью (рис. 4.2а), имеющей несколько режущих граней. Когда одна грань затупляется, то режущую часть поворачивают другой гранью. После того как затупляются все грани, заменяют режущую часть, а не весь инструмент. Iscar выпускает токарные резцы (рис. 4.4б), фрезы (рис. 4.2в), сверла (рис. 4.2г).
Рис. 4.2. Режущие инструменты фирмы Iscar
Стандарт2.2.3. Переход к капиллярно-пористым веществам (КПМ).
Эта тенденция изложена в п. 1.1.
Пример 4.8. Защита насаждений от заморозков
Растения и посевы покрывают полимерной «шубой» из пены, защищая их от заморозков. Она безвредна для растений, долго держится, хорошо защищает почву от мороза, а при необходимости без затруднений смывается водой[25 - А. с. 317 364.].
Пример 4.9. Металлическая микрорешетка
Команда ученых из университета Калифорнии в Ирвине, лаборатории HRL и Калифорнийского технологического института разработали синтетический пористый металлический материал. Это сверхлегкая форма пенометалла, который имеет малую плотность вплоть до 0,9 мг/см
– самую низкую для твёрдого вещества. До этого самой низкой плотностью обладали аэрогели – 1,0 мг/см?.
Материал практически полностью восстанавливает себя после сильного сжатия[26 - Металлическая микрорешетка – Материал из Википедии.].
Стандарт 2.2.4. Динамизация
Если дана вепольная система, ее эффективность может быть повышена путем увеличения степени динамизации, то есть перехода к более гибкой, быстро меняющейся структуре системы. Закон увеличения степени динамичности изложен в[27 - Петров В. М. Теория решения изобретательских задач – ТРИЗ: учебник по дисциплине «Алгоритмы решения нестандартных задач». М: Солон-Пресс, 2017. – 500 с.: ил. ISBN: 978-5-91359-207-1. Петров Владимир. Основы ТРИЗ: Теория решения изобретательских задач/ Владимир Петров. [б. м.]: Издательские решения, 2018. – 720 с. – ISBN 978-5-4493-3726-9Петров Владимир. Законы развития систем: ТРИЗ / Владимир Петров. [б. м.]: Издательские решения, 2018. – 894 с. – ISBN 978-5-4490-9985-3], а закономерность дробления – в главе 1.
Пояснения.
1. Треугольным символом с волнистой линией обозначена динамичная вепольная система, перестраивающаяся в процессе работы.
2. Динамизация В
чаще всего начинается с разделения В
на две шарнирно соединенные части. Далее динамизация идет по линии: один шарнир – много шарниров – гибкое В
.
3. Динамизация П в простейшем случае осуществляется переходом от постоянного действия поля (или П совместно с В
) к импульсному действию.
Пример 4.10. Тренировка спортсменов
Предлагается интерактивный способ тренировки спортсменов, например футболистов.
За команду противника «играют» изображения, создаваемые излучателями света, установленными на дронах, летающих над игровым полем по заданной тренером программе, создавая определенные ситуации[28 - Патент РФ 2 614 634].
