ТРИЗ для «чайников» – 4. Микростандарты

© Лев Певзнер, 2018

ISBN 978-5-4493-8107-1 (т. 4)

ISBN 978-5-4493-8108-8

Создано в интеллектуальной издательской системе Ridero

От автора

Генрих Саулович Альтшуллер говорил, что все тризовцы проходят один и тот же путь. Сначала они изучают то, что уже сделано, потом начинают преподавать ТРИЗ, а затем обязательно начинают самостоятельные исследования в ТРИЗ. Зачем? Да все очень просто. ТРИЗ наука молодая, и в ней очень много «белых пятен». Как только ты начинаешь преподавать, ты сталкиваешься с тем, что то одно, то другое не изучено и не описано. И тогда сразу возникает потребность проводить собственные исследования. Так начал исследования и я. Собственно говоря, исследования начались с нового приема, который появился у меня на кухне в Екатеринбурге. В гостях у меня сидел мастер ТРИЗ Леня Каплан, который прилетел в командировку, а моя семья куда-то уехала. Мы сидели на кухне и травили интересные истории. И тут Леня рассказал интересную историю о сборке плунжерной пары танкового двигателя, которую придумали советские конструктора для танка Т-34. Я тут же привел несколько примеров задач-аналогов. Так появился новый прием, который не вписывался в общую систему 40 приемов. Но самое интересное – стало понятно, что появилась возможность давать на узко определенное противоречие конкретные и инструментальные рекомендации ответов. Но как назвать новый инструмент? Название придумал Борис Злотин. Когда я рассказал ему идею нового инструмента, он сказал: «На стандарт не тянет – наверное, МИКРОСТАНДАРТ». Так и появилось название нового инструмента. И первый микростандартом стал «Селективный выбор».

Говорят, что все актеры играют штампами, и хороший актёр отличается от плохого тем, что у плохого актера 4 штампа, а у хорошего – 400.

Штамп в профессии – это аналогия, которую использует человек, чтобы не решать проблему с нуля, а воспользоваться своим старым опытом, и использовать его в новой ситуации. Так и в изобретательстве – чем больше различных стандартных ситуаций знает человек, тем быстрее он может найти решение по аналогии одной из ситуаций из своего опыта. И помочь здесь могут задачи-аналоги. Они упоминаются в ранних версиях АРИЗ, но широкого распространения этот инструмент не получил. Проблема в том, что задача-аналог охватывает очень узкий круг задач. И до появления компьютеров было невозможно работать с огромными списками задач-аналогов. Поэтому каждый тризовец имел небольшой фонд задач-аналогов, которым по почте обменивался с друзьями.

Новый инструмент, который я предложил – микростандарты – модели задач-аналогов, которые позволяют сразу рекомендовать возможное решение, минуя длительный анализ. С появлением компьютеров появилась возможность работать с большими базами данных (изобретениями и моделями задач-аналогов). Это дает возможность, используя структурирование, а в дальнейшем искусственный интеллект выстраивать программы, помогающие инженерам быстро находить задачи-аналоги, и эффективно решать проблемы. Так в начале 1990-х годов была разработана концепция использования микростандартов для создания компьютерных программ на базе микростандартов¹. К сожалению, до сих пор эта работа не проводится. Однако даже в «ручном» варианта знание эффективных микростандартов может применяться в практике ТРИЗ-специалистов.

Большим преимуществом этого инструмента является то, что каждый микростандарт работает автономно. В этой книге Вам предлагается возможность познакомиться с несколькими группами наиболее интересных микростандартов, работающими в разных областях.

Благодарности

Я признателен своему гуру – Г. С. Альтшуллеру за многолетнее сотрудничество, дружбу, переписку и поддержку в трудное время. Его живой пример преданности своему Делу не раз поддерживал меня, и не давал отступать.

Я благодарен моему другу и учителю Борису Злотину, помогавшему мне последние 30 лет в моей работе и его верному спутнику Алле Зусман.

Немалый вклад в мое становление как тризовца внесли В. Петров, В. Герасимов, В. Митрофанов, С. Литвин, Ю. Ступникер, И. Викентьев, В. Просяник, В. Ладошкин, Л. Кожевникова и многие другие тризовцы.

Отдельная благодарность Л. Каплану, благодаря помощи которого был создан такой инструмент как микростандарты.

Особо хочется отметить, что большой вклад в издании серии «ТРИЗ для чайников» внес Анатолий Гин и его дочь Елена Гин, которые помогали мне в подготовке и издании книг. Неоценима помощь А. Кавтрева в редактировании книг.

Глава 1. МИКРОСТАНДАРТЫ В ТЕХНИКЕ

Сразу хочется отметить, что микростандарты по своей структуре могут быть разными. В некоторых случаях удается выделить и сформулировать противоречие, которое разрешает микростандарт. В некоторых случаях целесообразно не выделять противоречие, а сразу формулировать переход от изобретательской ситуации к ее разрешению. Для некоторых случаев целесообразно не формулировать изобретательскую ситуацию, а просто следовать законам развития технических систем и проверять возможности развития технической системы. Можно предположить, что при создании компьютерных программ это будут разные, но совместимые структуры микростандартов. К ним и будет обращаться программа по мере анализа системы или при решении задачи.

Вероятно, в будущем в компьютерных программах будут использоваться тысячи и десятки тысяч моделей задач-аналогов. Это будут открытые системы с постоянным пополнением фонда, поиск в которых будет выполняться по определенным правилам и алгоритмам. Но все это будут потом, после накопления большого количества материалов, позволяющих проводить анализ и выстраивать алгоритмы для поиска нужного микростандарта внутри базы данных. А пока, в этой главе мы познакомимся с новым инструментом и рассмотрим около 30 микростандартов, которые могут быть полезны Вам для решения задач уже сейчас.

1.1. Селективный выбор

Во время Второй Мировой войны советским конструкторам удалось сделать то, что не смогли сделать немецкие конструктора. Они сделали компактный дизельный двигатель для танков. Основной проблемой при создании такого двигателя была необходимость изготавливать плунжерную пару для двигателя с высокой точностью. Такого оборудования в 1940-х годах не было ни у немцем, ни у русских. Так как же решили проблему советские конструктора?

Это был один из самых больших технических секретов, который охранялся, как военная тайна. Советские инженеры, как и немецкие не могли добиться требуемой точности изготовления деталей плунжерной пары на оборудовании того времени. Просто они из большого числа деталей подбирали пару так, чтобы зазор в паре был достаточно маленьким, и обеспечивал эффективную работу двигателя.

Рис. 1. Плунжерная пара

МКС: Если есть противоречие между требованиями высокой точности изготовления деталей (что важно для сборки или при использовании изделия) и невозможностью обеспечить эту точность на имеющемся оборудовании, то при массовом производстве, это противоречие может быть разрешено в надсистеме. Изготовленные, хоть и с недостаточной точностью, детали сортируются по группам отклонения от номинального размера, а в дальнейшем, при сборке или использовании это требуемая точность достигается подбором элементов из нужных групп.

Пример 1

В 1970-1980-х годах, при сборке радиоприборов, в частности каскадов выходных усилителей мощности, высокое качество прибора обеспечивали подбором транзисторов, которые рассортировывались по группам, в соответствии со своими параметрами.

Пример 2

Во время войны изготавливать артиллерийские снаряды точно по весу не удавалось, а вес существенно влиял на точность стрельбы. Поэтому снаряды маркировались по группам черточками, а при ведении точных стрельб выбирались снаряды из одной группы.

Пример 3

При изготовлении роликоподшипников на ГПЗ-6 (Екатеринбург, Россия) требовалось обеспечить точность зазора 2 микрона между кольцами и роликами. Но оборудование не обеспечивало такую точность изготовления, как колец, так и роликов. В практике ее и не достигали. Просто кольца и ролики рассортировывали по группам отклонения от номинала, что и обеспечивало требование к точности при сборке сопряженной пары².

.

.

Примеры 4

Чтобы обеспечить высокую точность балансировки турбины, лопатки, устанавливаемые на противоположных сторонах ротора, подбирают парами.

Обувь в магазинах расставлена по размерам, но каждый подбирает в рамках размера ту пару, которая лучше подходит к его ноге.

Жесткость пружин для амортизаторов на автомобилях при изготовлении получается существенно различающейся. Чтобы избежать перекоса, пружины рассортировывают на группы и маркируют, а при сборке берут пружины из одной группы и устанавливают на противоположных сторонах.

Рис.2. Газовая турбина

 

Пример 5

При рафинировании, заготовку меди – анод – отливают из черной меди с точностью ± 4 мм. Из-за этого в ванну, куда устанавливают сразу по 24 анода, попадают аноды разной толщины. В конце процесса электролиза оказывается, что часть пластин уже полностью растворена, а другая остается достаточно массивной. Все остатки анодов одновременно отправляются в переплав, что вызывает дополнительные затраты на переплавку. Задача повышения точности разливки крайне сложна, но есть простой выход – рассортировать аноды по толщинам и помещать в ванну аноды одной толщины³.

Рис. 3. Разливка анодов. Медные аноды на складе

1.2. Работать цугом

Если при сварке толстых листов металла, дать мощный электрический ток (что источник питания позволяет), то в зоне контакта с дугой свариваемый металл будет кипеть и испаряться. Разумеется, это не устраивает. Вот и приходится сваривать шов за несколько проходов, накладывая последовательно несколько слоев металла ряд за рядом. В результате резко снижается производительность. Где же выход?

Предлагается осуществить сварку несколькими электродами, идущими один за другим, и расположенными на одной раме. Каждый электрод подводит строго дозированное (допустимое) количество энергии, но теперь за один проход инструмента накладывается сразу несколько швов. Противоречие разрешено – металл не испаряется и производительность высокая.

МКС: Если мощность системы позволяет за один раз обеспечить выполнение всего процесса, однако по условиям технологии (чтобы не разрушить изделие) рабочий орган может обеспечить лишь частичное ограниченное действие, используя лишь небольшую часть мощности, то решение состоит в том, что рабочие органы, выполняющие технологический процесс, устанавливаются на единой раме с небольшим интервалом, и работают «цугом», то есть одновременно все, но каждый в своей оперативной зоне. При этом оперативные зоны находятся близко друг от друга, и работа в них идет одновременно.

Пояснение: вместо одной большой оперативной зоны, создается несколько небольших оперативных зон, в каждой из которых работает свой инструмент.

Пример 1

Крестьянская лошадка могла тащить только один небольшой плуг с одним лемехом, который переворачивал пласт земли нужного размера. То есть происходила вспашка на нужную глубину. Современный трактор может перевернуть огромный пласт, да так, что не только плодородный слой перевернет, но и глину выворотит. В результате – не вспашка, а порча земли. Если же установить старенький лошадиный плуг, то тогда вспашка будет правильной, но трактор будет использовать малую часть своей мощности, и мы потеряем производительность. Решение, как известно простое – трактор тащит раму, на которой установлено много рабочих элементов, каждый из которых обеспечивает заданное дозированное действие в оперативной зоне. Установлены они не параллельно, а с небольшим сдвигом друг относительно друга – «цугом». Этим обеспечивается то, что каждый плуг не влияет на работу соседних.

Рис. 4. Лошадь тянет один плуг, на тракторе установлено на раме несколько плугов со сдвигом

Пример 2

При нарезке зубьев шестерен мощности станка бывает достаточно, чтобы прорезать весь металл, в месте формирования зуба, но при этом образуются трещины, заусенцы, металл будет смят. Избежать этого легко – заставить резец несколько раз ходить в месте зуба, срезая металл все глубже и глубже. Но тогда мы теряем много времени (ход резца + реверс). Как быть?

Берется фреза, на которой устанавливается много режущих кромок (по существу – маленьких резцов). Первая делает неглубокий надрез, вторая – углубляет его и т. д. Наконец, последняя завершает работу. При этом в каждый момент времени несколько режущих кромок работает одновременно. В результате, несколько кромок, работающих «цугом», полностью вырезают зуб.

Пример 3

На Нижнетагильском металлургическом комбинате нам встретилась следующая задача: При восстановлении рабочей поверхности прокатного валка, ее наплавляют, а затем обрабатывают на токарном станке резцом. При обработке необходимо срезать слой металла толщиной около 5 мм, чтобы получить ровную поверхность. Мощность станка достаточно велика, чтобы срезать такой слой за один проход. Однако после наплавки поверхностный слой металла становится настолько твердым, что если попытаться срезать сразу все 5 мм за один раз, то резец будет быстро нагреваться и выходить из строя. Вот и приходится осуществлять обработку за несколько проходов, срезая каждый раз по 1—2 мм. Естественно, производительность падает. Как быть?

Как легко убедиться, налицо стандартное противоречие, поэтому и решение было предложено стандартное – на суппорт установить несколько резцов, работающих «цугом». Такое решение было принято задачедателем.

1.3. Совместная обработка

Для лучшей стыковки двух полос линолеума одну полосу накладывают на другую и производят рез через обе полосы. Получается идеальная стыковка полос, поскольку срез одной полосы повторяет по форме срез другой.

МКС: Если технология такова, что точность обработки изделия недостаточна, то более высокую точность сопряженной пары деталей можно обеспечить за счет совместной (одновременной) обработки этой пары деталей.

Пример 1

Во всех автомашинах главная пара шестерен заднего моста нарезается одним резцом сразу на обеих деталях, чтобы избежать в них большого люфта.

Рис.5. Главная пара шестерен заднего моста.

Пример 2

Для обеспечения максимальной симметричности при проведении ортопедических операций на двух конечностях, их проводят на обеих конечностях руками одного хирурга в течение одного операционного дня.

Пример 3

Если в двух деталях должны быть отверстия для их соединения, в которые затем нужно будет вставлять винт или другой стыковочный элемент, то сверление этих деталей надо делать одновременно за одну операцию. В этом случае отверстия идеально совпадут.