Рекомендации по исследованию оперативной зоны в изобретательских задачах

IV конференция «ТРИЗ. Практика применения методических инструментов»

Сибиряков В.Г., Мастер ТРИЗ, к.т.н.

 Рекомендации по исследованию оперативной зоны в изобретательских задачах

 «Хозяйский глаз сделает больше, чем обе руки». Бенджамин Франклин

 Любая «Система» и все её элементы характеризуются некоторым набором параметров - геометрических, физических, химических и других характеристик. Естественно, что при постановке изобретательской задачи нам необходимо оценить существующие параметры системы и её элементов (имеющиеся ресурсы) и их возможные изменения. Все системы занимают какое-то пространство, имеют свой объем, включены в разные пространственные надсистемы. Поэтому для решения изобретательских задач важнейшими характеристиками любой «Системы» являются ее пространственные и геометрические параметры.

 При анализе изобретательской задачи мы должны ответить себе на вопрос: ГДЕ возникает конфликт? Системный подход к пространству конфликта позволяет лучше разобраться в ситуации, увидеть и оценить все ресурсы, имеющиеся в системе. Обратите внимание: при анализе и постановке изобретательской задачи мы как бы препарируем ситуацию, делаем нечто похожее на подготовку и проведение хирургической операции. Сначала мы осматриваем "больного" (Систему). Что это за «Система»? Что в ней есть? Как она устроена? Как взаимосвязаны элементы системы?

 Далее выясняем "где болит"? Что беспокоит? Что уже предпринимали раньше, чтобы «вылечить болезнь»? Почему не получилось?  Затем ставим "диагноз" и формулируем цель дальнейших операций, подготавливаем "операционное поле", "вскрываем конфликт", убираем плохое (нежелательные эффекты) или усиливаем хорошее, нужное...  Для описания места возникновения конфликта и его окружения в ТРИЗ устоялся термин "оперативная зона" (ОЗ). Однако правила по выявлению ОЗ в тексте АРИЗ-85В (шаг 2.1. и примечание 18) даны очень лаконично и расплывчато:

«2.1. Определите оперативную зону.

 Примечание 18. В простейшем случае ОЗ – это пространство, в пределах которого возникает конфликт, указанный в модели задачи…» Это определение перекочевало и в более поздние модификации АРИЗа.

Маловато, не правда ли?

При анализе изобретательской задачи мы должны чётко и ясно ответить на вопрос: где возникает конфликт между элементами в системе? В принципе возможно не так уж много вариантов. При всём разнообразии изобретательских задач, от канализации до космонавтики, можно описать всего 4 типичных конфликтных ситуации: Конфликт между элементами в точке – по линии – по поверхности – в объёме. И это совпадает с известным в ТРИЗ трендом развития технических систем (рис.1):

Рис.1

  1. Конфликт возникает в определенной точке пространства. Например: молотком бьют по керну, размечают деталь, керн тупится. Где возникает конфликт? ОЗ всегда полезно детально нарисовать, это даст вам возможность полнее и нагляднее представить себе ситуацию, "влезть в конфликт" через собственные действия. Кроме того, зрительная (образная) информация лучше воспринимается и запоминается.

 

При этом удобно пользоваться таким приемом: давайте представим себе, что мы смотрим на место конфликта как на мишень через оптический прицел. Мы прицелились "в десятку" - в точку, где возникает конфликт между элементами системы. Решая творческую, изобретательскую задачу, мы никогда заранее не знаем, какой из элементов системы или его параметр помогут нам найти правильный ответ. Поэтому очень важно тщательно проанализировать ВСЕ элементы в оперативной зоне, их размеры, взаимное расположение, другие характеристики.

Рис.2

 

В «десятку» вокруг «точки конфликта» в нашем примере попадет кончик керна, небольшой участок поверхности детали и… воздух!

Естественно, наиболее идеально с точки зрения ТРИЗ задача решается именно в «десятке» оперативной зоны. Но, к сожалению, это получается не всегда... Тогда воспользуемся "девяткой": ведь в нее попадут не только конфликтующая пара, но и другие элементы Системы, с помощью изменений характеристик и свойств которых можно попытаться разрешить конфликт. Не получается? Попробуем использовать ресурсы в "восьмерке". И так далее, пока не опишем нашу систему достаточно полно.

 И еще одна изобретательская хитрость: давайте совместим достоинства оптического прицела и «Системного оператора». Это легко сделать: в каждый следующий круг "прицела" мы будем включать по одному элементу из ближайшей надсистемы. Мы как бы "всплываем" по системному оператору из подсистемы в надсистему. В «десятку» нашего прицела должны попасть части двух конфликтующих элементов. Что ещё? Окружающая среда! В нашем примере:"десятка" - точка касания керна и детали, (немножко детали, немножко керна - иначе не будет конфликта!), воздух. "9" = " десятка " + весь керн; "8" = " десятка " + весь керн + вся деталь; "7"= "десятка" + вся деталь + весь керн + молоток; "6" = “7” + разметочная плита; и так далее...

 

Рис.3

 Как видно из рисунка, наша мишень стала несимметричной, как-то исказилась… Но зато теперь её вид лучше соответствует реальным условиям решаемой задачи!

 

2. Конфликт по линии. Все делается также, только рисовать ОЗ становится немного сложнее. Но зато и интереснее: надо чуть-чуть напрячь свое воображение, и представить себе специальный (дикий!, фантастический!) прицел для стрельбы по линиям, тогда "десятка" прицела будет линией, по которой возникает конфликт. Эта линия окружена как бы «эквипотенциалями» девяток, восьмерок, семерок... Причем линия - не обязательно прямая.

 Например: зубило, нож, топор – тупятся при работе. Фасонный токарный резец обрабатывает твердую деталь и тоже тупится. Да ещё и нагревается при этом.

Рис.4

3. Конфликт по поверхности. Если теперь мы попытаемся изобразить зону конфликта с помощью соответствующих трёх сечений или проекций, как при построении чертежей, то это ничем не отличается от предыдущего случая, рис.5.

       Например: окисление поверхности раскаленной детали на воздухе. В «десятку» ОЗ войдет поверхностный слой материала детали и тонкий слой окружающей среды.

Рис.5

 4. Конфликт по объему. Очень редкий в практике случай, но описывается также, как и в предыдущем случае, сечениями и проекциями.

 Например: необходимо обеспечить равномерную кристаллизацию металлической фигурной отливки. В «десятку» ОЗ войдет весь объём детали и тонкий слой окружающей среды – рис.6.

Рис.6

 Пример 1. В качестве известного примера применения данной методики рассмотрим задачу об усовершенствовании трубчатого электронагревателя. Для повышения его КПД необходимо убирать с его поверхности «шубу» из парогазовых пузырьков, образующихся при закипании воды (рис.7).

Рис.7

Где возникает конфликт? На поверхности трубки, там, где пузырёк «цепляется» за поверхность металла. «Десятка» нашего прицела захватит немножко металла, немножко пузырька и немножко воды (рис.8). «Девятка» охватит уже весь пузырек; «восьмерка» - весь пузырёк и всю толщину металла трубки; «семёрка» - «8» + периклаз до спирали; «шестёрка» захватит сечение спирали; «пятёрка» добавит весь периклаз; «четвёрка» всё сечение трубки; «тройка – всю трубку с близлежащей водой. Мы ничего не пропустили?

Рис.8

Сформулируем «Идеальный конечный результат» (ИКР) для нашей задачи. ИКР - требуемое или желаемое состояние объекта.

ИЗМЕНЁННАЯ ОПЕРАТИВНАЯ ЗОНА (Х-РЕСУРС, ИЗМЕНЁННЫЙ ЭЛЕМЕНТ)

В ОПЕРАТИВНОЕ ВРЕМЯ САМ ДОСТИГАЕТ ИКР: ЗАСТАВЛЯЕТ ПУЗЫРЬКИ. ДВИГАТЬСЯ.

Как это сделать? Должна быть какая-то сила! Как её создать? Возможное решение – создать градиент температуры вдоль поверхности трубки.

Рис.9

 Появляется множество вариантов решений, связанных с каждым ресурсом!

  • Трубка: можно менять её форму, делать ее переменной толщины, гофрировать поверхность и т.д.
  • Спираль: можно наматывать её неравномерно, делать витки разного диаметра.
  • Периклаз: можно засыпать периклаз неравномерно или использовать частички разного размера.

 Задача решена!

 Не торопитесь… Всё ли мы учли? Не совсем! В данном случае конфликт возникает по поверхности трубки, а мы не рассмотрели другую проекцию, поперечное сечение трубки (рис.10).

Рис.10

Повторим наши рассуждения. Обратите внимание: Рисунок 8 приводит нас к идее создания градиента температуры ВДОЛЬ трубки. Рисунок 10 дает подсказку на пути к другому решению: создать градиент температуры в ПОПЕРЕЧНОМ направлении. Например, трубка может иметь эллиптическое сечение, а она такая и есть изначально! Или спираль может располагаться не точно на оси трубки, а операция центровки спирали внутри трубки очень трудоемка!

ТО, ЧТО РАНЬШЕ СЧИТАЛОСЬ БРАКОМ, ТЕПЕРЬ ДАЕТ СВЕРХЭФФЕКТ!

 

Пример 2. Ремонт крышки промковша. Задача поставлена начальником электросталеплавильного цеха и решалась бригадиром ремонтников.

Промковш – передвижная мини-электросталеплавильная печь. Имеет футерованную ванну и водоохлаждаемую крышку сложной формы с тремя отверстиями для графитовых электродов (рис.11). Промковш служит буфером или промежуточной емкостью для жидкого металла во время смены стальковша, что позволяет разливать металл сериями. В промковше происходит дальнейшая очистка жидкого металла путем отделения неметаллических включений в шлак в процессе прохождения металла через промковш, обеспечивается постоянство статического давления металла в кристаллизаторе в течение всего времени разливки. Сделано в Германии.

Рис.11

 Плановые ремонты крышки проводятся раз в неделю, при этом удаляют раковины, заваривают прогары, заменяют изоляцию. Периодически случаются аварийные прогары водоохлаждаемых элементов, что приводит к простою оборудования 2 часа минимум, в том числе остановка и переподготовка на разливке, в связи с незапланированными съездами на установке непрерывной разливеи стали (УНРС). Простой 2 часа – это две плавки по 300 тонн каждая, плюс полная остановка технологических процессов… На один прогар крышки убыток составляет 1 764 000 руб.

 При решении задачи слушателем использовались (цитата):

  1. Определение оперативной зоны (Рис.12):
  2. Определение причин износа
  3. Изучение прошлого опыта и решений.

Рис.12

ИКР: Изменённая форма крышки САМА предотвращает прогар. Ваши предложения?

Предложено слушателем: Упростить изготовление и ремонт водоохлаждаемой крышки свода УПК, объединив три отверстия в одно, простой формы (Рис.13).

Рис. 13

Результат:

  • Снижение простоев на ремонт в 2-3 раза;
  • Снижение случает прогаров крышки за    счет уменьшения поверхности соприкосновения с электродами на 75%;
  • Уменьшение замусоренности газохода;
  • Удобство чистки газохода;
  • Улучшение охлаждения за счет лучшей   циркуляции воды в крышке;
  • Упрощение изготовления, обслуживания и ремонта.

Нежелательный эффект от решения:

  • Снижение давления восстановительной атмосферы. Легко решается регулировкой клапана дымососа.
  • Нагрев консолей электродов отходящими газами на 20%. Устранение : установка простых отсекателей.

 

 Пример 3. Задача о приваривании полосы. Задача поставлена начальником цеха холодной прокатки и решалась мастером-наладчиком этого цеха.

 Для получения «автомобильной стали», толщиной 2,3 мм необходимо прокатать заготовку толщиной 3.0 мм на 5-клетевом прокатном стане. Полоса 3миллиметровой стали из рулона весом 30 тонн подаётся на этот стан. Прокатка идёт на большой скорости, до 25 м/сек. Разгон стана и его остановка (выбег) занимают не менее 30 минут. В час стан прокатывает продукции на 2 миллиона рублей. Ясно, что необходимо обеспечить непрерывную прокатку. Для этого кромки рулонов рихтуют на металлическом сварочном столе и стыкуют точно под сварочным электродом, который за несколько секунд проваривает весь шов. Проблема в том, что полоса иногда «прихватывается» к сварочному столу (рис.14).

Рис. 14

 Поэтому четверо рабочих с зубилами и молотками всегда рядом наготове. В случае прихватывания они быстро обрубают «прихват». И всё равно аварии случаются регулярно. Стан дергает прихваченную полосу с большой силой, полоса рвется. Последствия непредсказуемы, вплоть до полного выхода стана из строя и остановки цеха на несколько дней. Попытки не допустить приваривания полосы к столу, применяя различные прокладки не дали результата. Что делать?

 Рассмотрим оперативную зону, поперечное сечение шва (рис.15, другие проекции не показаны ):

Рис. 15

 «Голову» и «хвост» полос менять нельзя – это наше изделие.

 Сформулируем ИКР для нашей оперативной зоны: Изменённая ФОРМА поверхности стола САМА не допускает приваривания полосы к своей поверхности.

 Ответ очевиден: надо сделать в сварочном столе паз под электродом на всю длину сварочного шва. Что и было сделано болгаркой примерно за полчаса. Теперь полоса НИКОГДА не приварится к сварочному столу! Экономический эффект составил не менее 96 миллионов руб/год.

Рис.16

 Пример 4. Подогреватель печатных плат гироскопа. Задача поставлена главным технологом цеха и решалась инженером-технологом.

 Для стабилизации температуры работы печатных плат гироскопа используются специальные нагреватели. Нагреватель представляет из себя стеклотекстолитовую положку, на которую зигзагообразно напылена дорожка из вольфрама. Для подключения тока используются контактные площадки. Т.к. вольфрам плохо паяется, на контактные площадки напыляют никель (рис.17). Для настройки аппаратуры и испытаний необходимо несколько раз припаять и отпаять нагреватель. Однако после 2-3 припаиваний и отпаиваний никель окисляется, припой собирается в капли не обеспечивается нужный контакт. Все попытки модифицировать поверхность контактных площадок не дали результата. Задача стоит несколько лет.

Рис.17

Исследуем оперативную зону. «Десятка» оперативной зоны – контактная площадка. «Девятка» захватит весь нагреватель, «восьмёрка» - весь нагреватель и часть подводящих проводов, «семёрка» - весь нагреватель и место контакта проводов с источником тока (рис.18).

Рис.18

 Сформулируем ИКР для нашей оперативной зоны: Изменённое место контакта САМО обеспечивает возможность многократного припаивания и отпаивания проводов. Ваши предложения?

 Ответ очевиден: надо один раз и навсегда припаять провода к контактным площадкам, а отпаивать и снова припаивать подводящие провода надо в другом месте, на плате источника тока, где контактные площадки сделаны из меди. А можно там и разъём поставить….

 

Двадцатилетняя практика применения описанной методики показывает, что при тщательном следовании алгоритму исследования оперативной зоны, описанию вещественно-полевых ресурсов в ней и формулировании ИКР в ОЗ, до 95% реальных производственных задач решаются очень быстро.

 

Алфавитный указатель: 

Рубрики: 

Комментарии

Subscribe to Comments for "Рекомендации по исследованию оперативной зоны в изобретательских задачах"