Для выявления технического противоречия улучшения (развития) рассматриваемого технического объекта выполняют следующие процедуры.
1. Из списка недостатков прототипа, указанных в постановке задачи, выбирают те, которые связаны с улучшением количественных показателей и в первую очередь относящиеся к критериям развития технического объекта.
2. Выясняют, какие технические решения позволяют устранить или уменьшить выбранные недостатки (обычно используются известные инженерные решения).
3. Определяют, какой показатель технического объекта будет существенно ухудшаться при использовании принятого решения по улучшению рассматриваемого показателя.
Результаты выполнения этих процедур обобщают в виде формулировки технического противоречия. Наиболее часто техническое противоречие формулируют в виде: «Если улучшать параметр А (далее указывают, какими изменениями улучшают существующий объект), то недопустимо ухудшается параметр В».
Например, решается задача повышения производительности обработки детали при выполнении токарной операции. Одним из известных решений повышения производительности обработки резанием является увеличение подачи. Однако в дальнейшем выясняется, что увеличение подачи приводит к увеличению высоты неровностей обработанной поверхности, т.е. к ухудшению качества поверхности изготовленной детали. В этой ситуации техническое противоречие формулируется в виде: «Если повышать производительность токарной обработки детали путем увеличения величины подачи, то ухудшается качество поверхности обработанной детали».
Приведем еще пример технического противоречия, которое проявляется при использовании в качестве возможного решения “подшипников” на магнитной подвеске [2] в вышеприведенной задаче о конструкции шпиндельного узла сверлильного станка. Действительно, такое решение обеспечит долговременную работу станка при вращении шпинделя с частотой в пределах 10000…250000 об/мин. Вместе с тем, применение таких “подшипников” для шпинделя, предназначенного для сверления отверстий диаметрами 0,75 – 2,75мм, вряд ли будет целесообразным вследствие существенного усложнения конструкции шпиндельного узла. В данном случае обостряется противоречие, существующее между такими параметрами узла, как долговечность и сложность его конструкции. Формулировка этого противоречия может быть представлена в виде: ”Если для повышения долговечности шпиндельного узла использовать “подшипники” на магнитной подвеске, то существенно возрастает сложность конструкции узла“.
После установления технического противоречия, осуществляют поиск идей его разрешения. Для этого используют таблицы и списки типовых приемов преодоления противоречий [3], фонды эвристических приемов [4], различные методы поиска новых решений (мозговую атаку, метод контрольных вопросов и др.). Однако далеко не всегда удается сразу найти идею разрешения противоречия. Поэтому весьма полезным является проведение анализа технического противоречия.
Анализ противоречия позволяет выявить те элементы улучшаемого объекта, изменение свойств, состояния которых или изменение взаимодействия их с окружающими элементами (в т.ч. числе объектами внешней среды), вызывает обострение технического противоречия. Такие элементы называют узловым компонентом или узловым звеном противоречия[21]. Кроме того, анализ противоречия позволяет определить возможные направления его разрешения.
Напомним, что технические противоречия обусловлены свойствами элементов технического объекта, связями и отношениями между ними, функциональным взаимодействием отдельных элементов и технического объекта в целом с объектами окружающей среды. Поскольку эти связи и взаимодействия определяют те или иные количественные значения параметров разрабатываемого объекта, то анализ противоречия преследует решение двух взаимосвязанных задач:
· выявление тех изменений в свойствах элементов объекта, их связях, отношениях и взаимодействиях, которые будут иметь место при принятии предлагаемого технического решения для получения положительного эффекта (улучшения параметра А);
· выявление негативных последствий этих изменений в свойствах элементов объекта, их связях, отношениях и взаимодействиях, которые вызывают отрицательный эффект (ухудшение параметра В).
Решение первой задачи не вызывает каких-либо затруднений, т.к. в предлагаемом техническом решении по улучшению рассматриваемого параметра объекта конкретно указывается, что в объекте надо изменить или какой новый элемент в него ввести и т.п. Выявление последствий предлагаемого технического решения представляет собой более сложную задачу, т.к. здесь необходимо установить те признаки, эффекты, явления и т.д., которые при принятии предлагаемого технического решения возникнут на уровне свойств тех или иных элементов и их функционирования и вызовут нежелательный эффект. Для решения этой задачи используют известные знания об улучшаемом прототипе, физико-технических эффектах, применяемых в его элементах и др. При необходимости могут быть проведены теоретические или экспериментальные исследования.
Таким образом, в ходе анализа технического противоречия осуществляется его конкретизация на уровне внутреннего функционирования технического объекта. Результаты анализа целесообразно представить в виде причинно-следственной цепочки, звеньями которой являются краткие описания конкретных изменений состояния, свойств, условий функционирования и т.п. отдельных элементов или технического объекта в целом, логически связывающие положительный эффект с отрицательным. В общем виде такая цепочка структуры противоречия имеет вид, приведенный на рис. 4.
В качестве примера представления структуры технического противоречия в виде причинно-следственной цепочки, связывающей положительный эффект с отрицательным, рассмотрим задачу о гоночном автомобиле.
Одной из проблем для гоночного автомобиля является проблема повышения его маневренности, особенно при разгоне и торможении. Возможным решением этой проблемы является уменьшение массы автомобиля. Действительно, уменьшение массы гоночного автомобиля обеспечивает хорошие его маневренные характеристики при торможении и разгоне. Однако у автомобиля, имеющего небольшую массу, будет малая сила прижатия его колес к дороге, следовательно, он будет иметь малую устойчивость при изменении направления (при поворотах) на большой скорости движения.
 |
Таким образом, обостряется существующее противоречие между такими параметрами гоночного автомобиля, как маневренность и устойчивость. Формулировка этого технического противоречия имеет следующий вид: “Если повышать маневренность гоночного автомобиля путем уменьшения его массы, то снижается его устойчивость при поворотах на большой скорости движения”. Результаты анализа этого противоречия могут быть представлены в виде левой цепочки, приведенной на рис. 5.
Причинно-следственная цепочка структуры технического противоречия позволяет сформулировать в краткой форме частные задачи поиска возможных технических решений его разрешения. Формулировка каждой частной задачи содержит в себе цель в форме значения одного из параметров рассматриваемого технического объекта и условия в виде значения другого параметра этого объекта, при котором должна быть достигнута указанная цель.
Определение частных задач поиска разрешения технического противоречия основывается на законе диалектики – законе отрицание отрицания, согласно которому превращение одного предмета в качественно другой происходит через “уничтожение” первого с сохранением всего положительного его содержания, которое открывает простор для дальнейшего развития заменяющего его предмета[22]. Применительно к техническому противоречию отрицанию (инверсии) должен подвергнуться отрицательный эффект, а вместе с ним все звенья причинно-следственной цепочки (кроме звена положительного эффекта). Практическая реализация такого отрицания состоит в составлении цепочки, противоположной по смысловому содержанию звеньям цепочки структуры технического противоречия. В частности, выполнив отрицание звеньев цепочки технического противоречия между параметрами гоночного автомобиля - маневренностью и устойчивостью, получим противоположную ей цепочку, приведенную справа на рис. 5.
 |
Намечая возможные варианты перехода от звеньев исходной цепочки на звенья, противоположной ей цепочки, определяют цели и условия частных задач поставленной исходной задачи, решение любой из которых позволяют достичь положительного результата без ухудшения параметра, указанного в противоречии.
В нашем примере, согласно обозначенными на рис. 5 стрелками направлений перехода, получим следующие частные задачи:
1) задача обеспечения хорошей маневренности автомобиля при большой его массе;
2) задача создания большой силы прижатия колес автомобиля к поверхности дороги при малой его массе;
3) задача обеспечения большой силы сцепления колес с поверхностью дороги при малой силе прижатия колес автомобиля к поверхности дороги;
4) задача создания большой силы сопротивления автомобиля центробежной силе при малой силе сцепления колес с поверхностью дороги;
5) задача обеспечения высокой устойчивости автомобиля при малой силе его сопротивления центробежной силе.
Выполненная конкретизация требований, которым должно удовлетворять техническое решение поставленной задачи, и установленные различные варианты условий их проявления при взаимодействии элементов технического объекта между собой или с объектами внешней среды, а также самого объекта в значительной степени облегчают поиск решения исходной задачи. Приведем несколько известных технических решений перечисленных частных задач, являющимися также решениями общей задачи повышения маневренности гоночного автомобиля:
· использование ускоряющих и тормозных двигателей (задача 1);
· применение “антикрыла”, создающего дополнительную к силе тяжести силу прижатия колес к дороге (задача 2);
· применение покрышек колес со специальным профилем, обеспечивающим большую силу сцепления колес с поверхностью дороги (задача 3);
· применение аэродинамических стабилизирующих (и управляющих) плоскостей (задачи 4 и 5).
Построенная причинно-следственная цепочка технического противоречия помимо выявления частных задач поиска идей его разрешения позволяет также сформулировать физическое противоречие, которое обуславливает техническое противоречие на уровне внутреннего функционирования улучшаемого объекта.
Заметим, что в цепочке исходной структуры технического противоречия (рис. 5), если двигаться по ней снизу, от отрицательного эффекта вверх к положительному, каждое из звеньев выше позиции “отрицательный эффект” представляет собой как бы ответ на вопрос: “Почему?”. Но, начиная с некоторого звена вопрос: “Почему?” сменяется на вопрос: “Для чего?”.
В частности, имеем:
· вопрос: “Почему низкая устойчивость автомобиля?”;
· ответ: “Так как малая сила сопротивления автомобиля центробежной силе, возникающей при повороте ”;
· вопрос: “Почему малая сила сопротивления автомобиля центробежной силе, возникающей при повороте?”;
· ответ: “Так как малая сила сцепления колес с поверхностью дороги”;
и т. д.
Однако к звену цепочки: “Малая масса автомобиля?”, в соответствии с содержанием вышестоящего звена: “Хорошая маневренность автомобиля?”, вопрос: “Почему?” изменяется на вопрос: “Для чего?” … “Чтобы обеспечивалась хорошая маневренность автомобиля”.
Такое “пограничное” звено причинно-следственной цепочки является узлом противоречия и описывает состояние конкретного элемента технического объекта или объекта в целом, которое обеспечивает положительный эффект и одновременно является причиной отрицательного эффекта. Этот элемент технического объекта называют узловым компонентом (узловым элементом) противоречия. Состояние узлового компонента может характеризоваться количественным или качественным значением некоторого параметра этого компонента (размера, геометрической формы, массы и т.п.), видом его агрегатного состояния, особенностями взаимодействия с другими элементами технического объекта и другими признаками, в том числе наличием или отсутствием этого узлового компонента, как части технического объекта.
В рассматриваемой цепочке звено: “Малая масса автомобиля” является узлом противоречия, а узловым компонентом является непосредственно сам технический объект в целом – автомобиль. Значение его параметра – массы определяет два противоположные друг другу состояния автомобиля (рис. 5):
1) при малой массе автомобиль обладает хорошей маневренностью, но имеет низкую устойчивость при изменении направления движения;
2) при большой массе автомобиль обладает хорошей устойчивостью, но имеет плохую маневренность при торможении и разгоне.
Является очевидным, что в соответствии условием решения изобретательской задачи: ”выиграть и … ничего не проиграть“, т.е. получить положительный эффект и не иметь или иметь минимальным отрицательный эффект, надо совместить два вышеприведенные противоположные состояния узлового компонента. Отсюда следует, что автомобиль должен иметь малую массу и должен иметь большую массу. Предъявление таких противоположных требований к одному и тому же объекту - это ситуация физического противоречия. Полная его формулировка имеет вид: “Автомобиль должен иметь малую массу, чтобы обладать хорошей маневренностью, но автомобиль должен иметь большую массу, чтобы иметь высокую устойчивость”.
Сформулированное физическое противоречие обостряет ситуацию технического противоречия, но вместе с этим делает поиск идей его разрешения целенаправленным – найденная идея должна удовлетворять два противоположных требования. Техническое решение на основе такой идеи, как показывает практика, является на уровне изобретения.
В частности, применение “антикрыла”, создающего силу прижима колес к дороге (задача 2) представляет собой одну из возможных идей разрешения сформулированного выше физического противоречия, а вместе с ним и технического противоречия. Действительно, при установлении антикрыла на гоночный автомобиль, имеющий небольшую массу, сохраняется высокая маневренность этого автомобиля. С другой стороны, при высокой скорости движения автомобиля набегающий поток воздуха создает на антикрыле аэродинамическую силу, прижимающую автомобиль к поверхности дороги. Тем самым возникает эффект наличия у автомобиля большой массы, обеспечивающей его высокую устойчивость при изменении направления движения.
Контрольные вопросы по теме 10
1. Какие объекты могут быть объектами изобретений?
2. Что приводится в описании устройства, способа и вещества, как объектов технического решения задачи?
3. В каком случае техническое решение задачи может быть признано изобретением?
4. В чем отличие понятий: «техническое решение является новым» и «техническое решение имеет изобретательский уровень»?
5. Как доказывается наличие у изобретения признака его промышленной применимости?
6. В каком случае техническое решение, обладающее новизной, изобретательским уровнем и промышленной применимостью, не признается изобретением?
7. Какие задачи относятся к изобретательским? Что составляет их отличительную особенность от обычных технических задач?
8. Какие виды противоречий имеют место в технических объектах? В чем их отличия?
9. Поясните понятия “идеальная машина”, “идеальное вещество”, “идеальный процесс”. Приведите примеры технических объектов, приближающихся по своим критериям развития (показателям качества) к идеальным.
10. Какие процедуры выполняют для выявления технического противоречия? Как формулируется техническое противоречие, что в его формулировке должно быть указано? Приведите примеры технических противоречий.
11. Чем обусловлены и когда обостряются технические противоречия?
12. Какие цели стремятся достичь путем проведения анализа технического противоречия? Как представляют результаты анализа технического противоречия?
13. Как устанавливают узловой компонент технического противоречия?
14. Когда возникает ситуация физического противоречия? Сформулируйте физические противоречия (разрешенные в настоящее время или пока нет) в технических объектах, с которыми Вы непосредственно сталкиваетесь или используете их в бытовых или производственных условиях.
15. Что используют при поиске идей разрешения технических противоречий?
[1] Ноу-хау – английское know how (знать, как делать, уметь).
[2] Новоселов С.А., Вульфсон С.И. Обучение изобретательству в учреждениях начального профессионального образования: Учебное пособие для студентов специальности 03.05.00 «Профессиональное обучение». - Екатеринбург, 1995.
[3] Макагонова Н.В. Авторское право. М., 1999
[4] Здесь приводится краткая характеристика признаков изобретения. Далее эти признаки будут рассмотрены более подробно.
[5] Изобретение и полезная модель: критерии выбора//Патенты и лицензии. 2007. №10. С. 22-25.
[6] Патентный закон Российской Федерации. Москва, Дом Советов России, 23.09.1992.
[7]Abstracts-краткие изложения.
[8]Indexes-индекс, алфавитный указатель.
[9] Сервер – компьютер, подключенный к сети и обеспечивающий ее пользователей определенными услугами.
[10] Герасимов В.Г., Орлов И.Н., Филиппов Л.И. От знаний – к творчеству: Становление личности. – М., 1995.
[11] Физические эффекты в машиностроении: Справочник / В.А. Лукьянец и др._ М.: Машиностроение. 1993. – 224 с.
[12] Ранее (начиная с 1 января 1970 г.) действовала система международной классификации изобретений (МКИ). Подробные сведения с системах классификации изобретений в мире можно найти в учебнике «Патентоведение. Под ред. В.А. Рясенцева. М.: Машиностроение, 1984. с. 282-292».
[13]В настоящее время государственный патентный фонд насчитывает более 25 млн. наименований описаний к патентам и опубликованным заявкам на изобретения отечественных авторов и ведущих зарубежных стран[2].
[14] Подробности см. Патентоведение: Под ред В.Я. Рясенцева. 1984.с.293
[15] 'В формуле изобретения конструкция ролика описана в виде: «Обкатной ролик, рабочая поверхность которого снабжена двумя уступами, расположенными по винтовой линии правого и левого направлений, отличающийся тем, что, с целью обработки прямоугольных канавок различных размеров, он выполнен из двух сопрягаемых по наклонной плоскости частей, на правой из которых расположен винтовой выступ левого направления, а на левой - правого .направления, и установленных с возможностью свободного осевого смещения».
[16] А. с. № 749915, М. Кл.3 C 21 D 1/78, опубл. 23.07.80, бюл. №27.
[17] Подготовка и оформление заявок на изобретение. Метод пособие./ Розенсон Г.С. и др. М.: ВНИИПИ НПО «Поиск – 1987. 116с.
[18] Бураков В.А, Барышевская Е.А. Локальная цементация стали в условиях лазерного нагрева скоростной закалки. – В сб.: Химико-термическая обработка металлов и сплавов. Минск: 1981, с. 51-53.
[19] А.с. № 358136, М. Кл. B 24 b 39/04, опубл. 03.11. 1972. Бюл. №34. Смелянский В.М. Способ комбинированной упрочняюще-чистовой обработки.
[20] Болотин Х.Л., Костромин Ф.П. Станочные приспособления. М.: «Машиностроение», 1973. - 344с.
[21] Голдовский Б.И., Вайнерман М.И. Рациональное творчество. (Методы анализа проблем и поиска решений в технике). М.: Речной транспорт, 1990. – 120 с.
[22] Философский словарь. Под ред. М.М. Розенталя. М.: Политиздат, 1975. – 496 с.
Дата: 2019-02-19, просмотров: 322.
