Снижение шума рисосушильной машины

Материалы III конференции "ТРИЗ. Практика использования методических инструментов"

Леонид Каплан - ТРИЗ  проекты

Леонид Каплан за 30 лет инновационной работы выполнил и участвовал в более чем 150 проектах.  Из них около 20 – прогнозы развития различных технических и нетехнических систем, примерно столько же – выявление неизвестных причин нежелательных эффектов; остальные – решение разнообразных проблем.  Диапазон индустрий, в которых выполнялись проекты – «от щеток до щеток» (от «выявления причин ускоренного износа щеток автомобильного электрогенератора» до «прогнозирования развития щеток для ухода за волосами») и «от клеток до клеток» (от «прогнозирования развития терапий на стволовых клетках (stem cells)» до «совершенствования дисплеев» (их тоже называют cells – «клетки»))  Ниже вкратце описаны примеры разнообразных проектов, выполненных в разные годы.

Следующее поколение терапий на стволовых клетках (2006)

Цель

Терапии на стволовых клетках сейчас находятся на «детской» стадии развития.  Клиенту потребовалось знать, какие терапии будут создаваться после того, как нынешние подходы к терапевтическому использованию стволовых клеток «исчерпают свой эволюционный потенциал».

Мои действия

Проанализировал базовый процесс терапевтических воздействий, выявил естественные ограничения разрабатываемых в настоящее время подходов, и выявил концепции будущих подходов в использовании стволовых клеток для различных терапий; предложил процесс «бесперебойной пошаговой эволюции» таких терапий.  Использовал закономерности развития систем для предсказания будущих инноваций.

Результаты

Многочисленные патентные заявки составлены и поданы клиентом.

Снижение себестоимости алюминиевых поршней (2005)

Цель

Клиент: американская компания с длительной историей успешного производства алюминиевых поршней для различных ДВС.  Однако, без существенного снижения себестоимости (около 50% в течение 5 лет) компания не может устойчиво конкурировать с китайскими производителями.  Множество мозговых штурмов выявили возможности для снижения себестоимости на 10%, но этого недостаточно.

Мои действия

Разработал множество ТРИЗ моделей производственного процесса изготовления алюминиевых поршней.  Фасилитировал команду специалистов из различных отделов компании клиента в нахождении инновационных идей и комбинировании их в концептуальные решения.  Проект длился одну неделю; команда сгенерировала более 200 «сырых» идей и выработала на их основе 16 концептуальных решений, принятых к внедрению.

Результаты

Внедрение 5 концептуальных решений обеспечило снижение себестоимости на 42% в первый же год.  Остальные концепции – на разных стадиях внедрения.

Выявление бизнес-рисков (2004)

Цель

Компании, изготавливающей оборудование и материалы для чистки ковров, потребовался ТРИЗ анализ бизнес-рисков, угрожающих устойчивости бизнеса.

Мои действия

Осуществил анализ условий, при которых чистка ковров может оказаться устаревшей или ненужной.  Затем, выявил, какие элементы нужны для создания таких условий, и осуществил поиск этих элементов на рынке.  Выявил три непредвиденные разработки, которые могут скоро лишить компанию ее бизнеса.  Предложил новые товары и подходы, с которыми компания может избежать опасности.

Результаты

Новые товары и подходы испытаны и внедрены.

Совершенствование Интранета (1989)

Цель

Минчермет СССР создал свою внутреннюю информационную сеть, соединявшую все заводы и организации с министерством.  Каждое утро заводы должны были отчитываться перед министром.  За 5 лет эксплуатации сети, объем отчетности возрос в несколько раз, и пропускная способность сети стала недостаточной.  В качестве решения рассматривался вариант полной замены сети.

Мои действия

Разрешил противоречие между «ростом потока информации» и «ограниченной пропускной способностью сети», предложил новые подходы к организации потока информации и обеспечивающему софтверу.

Результаты

Предложенные изменения в протоколе и софтвере сократили поток данных через сеть на 75%, и тем самым позволили дальнейший рост потока информации без изменений в сети.

 

 

 

 

Снижение шума рисосушильной машины

Применение различных инструментов для анализа и решения

Леонид Каплан, Южная Корея

Аннотация

Описание реального процесса решения сложной производственной проблемы, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности работы ТРИЗ-консультантов, для получения решения используются различные аналитические и решательные инструменты, со сравнением их эффективности.

Проблемная ситуация

Проблема была поставлена японской компанией, изготавливающей машины для сушки риса.  Хорошо просушенный рис может храниться длительное время.  Для этого рис должен быть сухим, но не потрескавшимся.

Fig. 1.Проблемная ситуация

В рисосушильной машине рис сушится во встречном потоке горячего воздуха.  Рис поднимается шнековым подъемником в верхнюю часть машины и падает вниз, а восходящий поток горячего воздуха отбирает влагу и пыль из риса.

Затем поток отработавшего воздуха, через длинный гофрированный шланг, выбрасывается в атмосферу.  При этом турбулентный поток воздуха создает сильный шум.  Так как в Японии и некоторых других странах фермы расположены близко друг от друга, этот шум слышен соседям, и они жалуются на неудобства.

Использовать дополнительный глушитель для шумоподавления нельзя, так как в помещении, где устанавливается рисосушительная машина, обычно нет места для размещения дополнительного устройства, да и цена машины становится недопустимо высокой.

Как быть?

Анализ проблемной ситуации

Анализ ситуации проводился с помощью трех различных аналитических инструментов:

  1. Функциональное моделирование (софтвер GoldFire™ компании Invention Machine Corp.)
  2. Problem Formulator (софтвер Innovation WorkBench™ компании Ideation International Inc.)
  3. Инструмент для анализа противоречий, предложенный автором в диссертации на соискание звания Мастера ТРИЗ (2011).

На самом деле, решение этой проблемы проводилось в форме эксперимента: автор должен был фасилитировать группу, решающую проблему,  поочередно с помощью двух софтверов.  Так как структурно процессы решения схожи, получалось поочередное использование разных инструментов, имеющих одно и то же назначение.  При этом группа сравнивала удобство применения этих инструментов, их эффективность в анализе и разрешении проблемы.  Сравнительный процесс с использованием предложенного автором метода был проведен позже.

Рассмотрим все три модели и результаты их анализа.

Функциональное моделирование

Модель

Функциональная модель проблемной ситуации выглядит таким образом:

Fig. 2.Функциональная модель проблемной ситуации

Главной сложностью, с которой пришлось столкнуться при функциональном моделировании ситуации, оказалось отнесение понятия «шум» к одной из категорий, используемых в данной модели.  «Шум» - не объект и не действие (так как нет «получателя»).  Специалисты Invention Machine Corp., к которым автор обращался за советом, после длительного раздумья приходили к выводу: «А это – надсистема».  То есть в эдакий «мусоросборник», куда относят всякие неудобные элементы ситуации.

Вопрос о том, куда отнести «жалобы соседей», автор никому не задавал.  Просто «замял для ясности»…

Сформулированные подзадачи

По результатам построения функциональной модели, были сформулированы следующая подзадача:

How to eliminate the function производит Шум?

Problem Formulator

Модель

Так как правила формулирования «функций» (точнее говоря, «событий») в Problem Formulator’е менее жесткие, чем в Функциональной модели GoldFire, сложностей с введением в модель значимых событий проблемной ситуации не было.  Получилась следующая модель:

Fig. 3.Модель ситуации в Problem Formulator’е.

В этой модели использованы следующие условные обозначения:

Fig. 4.Условные обозначения в моделях в Problem Formulator’е

Сформулированные подзадачи

По результатам моделирования в Problem Formulator’е было сформулировано множество подзадач.  Для дальнейшей работы были отобраны следующие подзадачи:

Анализ противоречий

Модель

Из описания проблемной ситуации можно получить следующее противоречие:

Если поток воздуха сильный, то он хорошо сушит рис, но создает сильный шум.

Если поток воздуха слабый, то он не сушит рис, но и не создает шума.

Следующая модель представляет это противоречие:

Fig. 5.Модель противоречия

Анализ этой модели включает в себя следующие шаги:

  1. Задать к каждому элементу противоречия вопросы «Почему Вы считаете так?»
  2. В ответы на вопросы «Почему?» подставить типовые ограничения
  3. Отбросить обоснованные ограничения и инвертировать необоснованные ограничения, подставив перед каждым из них частицу «не» (приведен пример инверсии ограничений только в одном из пяти ответов):

Сформулированные подзадачи

По результатам инверсии необоснованных ограничений были сформулированы подзадачи, приведенные на Fig. 9.  Подзадачи были сформулированы в виде наводящих вопросов, задаваемых специалистам компании-заказчика.

Fig. 6.Вопросы «Почему?»

Fig. 7.Типовые ограничения

Fig. 8.Инверсия необоснованных ограничений

Fig. 9.Подзадачи в форме наводящих вопросов

Генерирование идей

При генерировании идей были использованы следующие подходы:

  1. При работе с подзадачами, сформулированными Функциональной моделью GoldFire: использование 40 Приемов и Системы Стандартов.
  2. При работе с подзадачами, сформулированными Problem Formulator’ом: использование системы операторов софтвера Innovation WorkBench.
  3. При работе с подзадачами, сформулированными на базе модели противоречия: получение ответов специалистов на наводящие вопросы.

Инструменты классической ТРИЗ

Инструменты классической ТРИЗ (используемые в софтвере GoldFire) предложили следующие идеи:

  1. Подавить шум излучением такого же шума, но в противофазе
  2. Перенаправить шум с помощью отражателей, например, вверх
  3. Повысить частоту шума до ультразвука
  4. Рассеять шум, например, насадив лесополосу или высокие кусты между фермами
  5. Использовать шумопоглощающие устройства, например, наушники
  6. Уменьшить турбулентность потока воздуха

Ни одна из этих идей не годится для внедрения по причинам, указанным в Таблице 1.

Таблица 1.  Причины, по которым идеи непригодны для внедрения

Идея

Причина непригодности для внедрения

Подавить шум излучением такого же шума, но в противофазе

Волновая природа шума приводит к тому, что в одних местах шум от двух источников взаимно подавляется, а в других – взаимно усиливается

Перенаправить шум с помощью отражателей, например, вверх

Нет места между фермами, где можно было бы установить отражающие звук щиты

Повысить частоту шума до ультразвука

Люди ультразвук не слышат, но зато его хорошо слышат собаки и другие животные

Рассеять шум, например, насадив лесополосу или высокие кусты между фермами

Нет места между фермами, где можно было бы насадить достаточно плотную и широкую лесополосу или полосу кустов

Использовать шумопоглощающие устройства, например, наушники

Фермерам во время работы и отдыха неудобно все время находиться в наушниках

Уменьшить турбулентность потока воздуха

Не найдено подходящих по эффективности и стоимости устройств для снижения турбулентности потока воздуха

Операторы

При работе с софтвером Innovation WorkBench (IWB), использовались подзадачи, сформулированные Problem Formulator'ом:

  1. Find an alternative way to obtain “airflow dries rice” that offers the following: provides or enhances “exhausted airflow goes to atmosphere” does not require hot “airflow goes through machine.”
  2. Find an alternative way to obtain “exhausted airflow goes to atmosphere” that offers the following: provides or enhances “fresh air goes into machine” does not cause “airflow produces noise” does not require “airflow dries rice.”
  3. Resolve the contradiction: “exhausted airflow goes to atmosphere” should be provided to produce “fresh air goes into machine” and shouldn't be provided to avoid “airflow produces noise.”
  4. Find a way to eliminate, reduce, or prevent “airflow produces noise” in order to avoid “neighbors hear noise” under the conditions of “exhausted airflow goes to atmosphere.”
  5. Find a way to eliminate, reduce, or prevent “neighbors hear noise” in order to avoid “neighbors complain” under the conditions of “airflow produces noise.”
  6. Find a way to eliminate, reduce, or prevent “neighbors complain” under the conditions of “neighbors hear noise.”

При использовании подзадач 2-5, получены те же решения, что и с помощью софтвера GoldFire.

Подзадача 6 рекомендует обратить внимание на отношения с соседями-фермерами: как сделать, чтобы они не жаловались на шум.  Обсуждение этой идеи привело к пониманию, что ситуация с шумом совершенно разная в рабочее время и во время отдыха.  Оказалось, что цикл работы рисосушильной машины составляет 15 часов.  В результате, либо утреннее, либо вечернее время соседей оказывается «затронуто шумом».  Отсюда возникла мысль, «А не ускорить ли сушку риса?».  Оказалось, что ускорять сушку риса нельзя – он начинает трескаться, и после этого может храниться только очень короткое время.  Но идея активизировать как-то сушку риса осталась.

Эта идея в полной мере реализовалась при работе с подзадачей 1.  Как можно улучшить сушку риса?  Путем повышения ее идеальности, путем более активного использования ресурсов.  А какие ресурсы у нас остались неиспользованными?  Те, которые мы «выбрасываем в атмосферу» - т.е. остаточное тепло потока воздуха.  Для чего его можно использовать?  Во-первых, для начального подогрева входящего потока воздуха.  Во-вторых, для подогрева топлива (керосина) – как выяснилось, в этом случае повышается энергия его горения.  Следовательно, предварительный подогрев воздуха и топлива приведет к снижению потребления топлива.  По оценке специалистов компании-заказчика – на 10-15%.

Значит, если мы введем в систему теплообменник для подогрева воздуха и топлива, этот теплообменник быстро окупится за счет экономии топлива.  А так как для него в помещении нет места, его можно установить наверху машины – тем самым использовать конвекционные тепловые потоки, также выбрасываемые в атмосферу.

Далее специалистам заказчика был задан простой вопрос: «А можно ли теплообменник спроектировать как глушитель?»  На этот вопрос последовал ответ: «Да, конечно».  «А почему раньше так не делали?» «Да никто не спрашивал…»

Ответы на наводящие вопросы

В отличие от вышеописанных методов, данный метод не применялся при реальном решении проблемы.  Приведенный здесь разбор – нечто типа «применения задним числом».  Здесь это описание приведено с целью сравнения возможностей различных подходов к анализу и решению проблемы.

На наводящие вопросы, сформулированные в ходе анализа, были даны следующие ответы:

  1. Поток воздуха хорошо НЕ только сушит рис, но также может отдавать свое тепло.
  2. Поток воздуха хорошо сушит рис НЕ только потому что он сильный, но еще и потому, что он обтекает каждую крупинку риса.
  3. Поток воздуха НЕ всегда сильно шумит, а только когда воздух турбулизован.
  4. Поток воздуха шумит НЕ только потому, что он сильный, но еще и потому, что его турбулентность имеет определенные частотные характеристики.

Из этих ответов можно построить следующую концепцию решения:

Изменить частотные характеристики потока воздуха и тем самым подавить шум можно, осуществляя взаимодействие потока воздуха с твердой поверхностью определенной геометрии.  Однако такое взаимодействие характерно и для теплообменников.  Поэтому остаточное тепло потока воздуха можно передавать, например, входящему воздуху и топливу, тем самым обеспечив экономию топлива.

Fig. 10.Решение

Работая с другими ответами на вопросы «Почему?», можно получить также следующие концепции:

Fig. 11.Другие решения

Итак, предлагаемый метод позволяет найти больше хороших решений, чем использование инструментария классической ТРИЗ, а также софтвера Innovation WorkBench.  При этом применение метода требует существенно меньших трудозатрат ТРИЗ консультанта (фасилитатора).

Выводы

В результате «сравнительного разбора» одной и той же проблемы, удалось выявить основные черты каждого из используемых подходов.  Что из этого является достоинством и что – недостатком, каждый пользователь ТРИЗ решает сам, в соответствии с ситуациями, в которых приходится работать.

  1. «Классический» подход, используемый в софтвере GoldFire:
    1. Предлагает поочередно использовать все инструменты классической ТРИЗ
    2. Предлагает решать только одну проблему: устранение вредного взаимодействия
    3. При этом упускает другие возможности: разрешение противоречий и улучшение полезных взаимодействий
    4. Функциональное моделирование, вследствие жесткости правил («использовать только реальные объекты и физические взаимодействия между ними»), осложняет моделирование «мягких» ситуаций (типа «соседи жалуются») и введение в модель других элементов (например, «шум» - какая же это «надсистема»?)
  2. Подход, используемый в софтвере Innovation WorkBench:
    1. Предлагает решать три типа подзадач: устранение вредного события, улучшение полезного события и разрешение противоречия
    2. К каждой из подзадач предлагает ограниченный, «специализированный» набор решательных инструментов
    3. «Мягкость» правил моделирования (в «узлы» модели записываются описания функций или событий на языке пользователя) позволяет моделировать более широкий спектр проблемных ситуаций, и не создает проблем с описанием различных элементов ситуаций
  3. Подход, предлагаемый автором:
    1. На первый взгляд, предлагает работать с упрощенной моделью, но при этом расширяет ее охват за счет ответов на вопросы «Почему?»
    2. Модель строится и расширяется в терминах пользователя, на «естественном» языке.
    3. Вместо «явно сформулированных» рекомендаций ТРИЗ, используются наводящие вопросы, сформулированные к инвертированным типовым ограничениям.  Пока непонятно, насколько эта замена адекватна.

Естественно, применение нового метода к уже решенной проблеме не может полностью выявить его истинные возможности.  Для реального сравнения методов потребуется эксперимент «параллельного использования» двух разных методов при решении новой проблемы.

 

 

Алфавитный указатель: 

Рубрики: 

Комментарии

Re: Снижение шума рисосушильной машины

Изображение пользователя blandux.

Я не спец в шумоподавлении, но попробую кое-что предложить ( я не поэт, но скажу стихами:))
Если шумит сама машина и все её механизмы, то нужно её просто изолировать, завесив вокруг толстой мякгой тканью. Снижение шума должно произойти.
Если шумит турбулентная струя воздуха на выходе из трубы, то необходимо лишить её турбулентности, а именно поляризовать, как это делают со световой волной, пропуская её через турмалин. В нашем случае это будет отверстие щелевидного типа (или несколько отверстий).
Предвижу насмешку специалистов, но это был взгляд неспециалиста со стороны :)

Subscribe to Comments for "Снижение шума рисосушильной машины"