Крылья для Икара. Как решать изобретательские задачи

Пример (авт. св. 486 078). Способ контроля процесса электролитического полирования прецизионных лент путем замера электрического параметра и косвенного определения геометрических размеров, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, ленту размещают в магнитном поле, подключают к генератору и измеряют частоту собственных колебаний.

2.4. Переход к фепольным системам.

Стандарт 23. Если нужно повысить эффективность обнаружения или измерения вепольной системы, необходимо перейти от веполя к феполю, заменив одно из веществ ферромагнитными частицами (или добавив ферромагнитные частицы) и обнаруживая или измеряя магнитное поле.

Пример (авт. св. № 239633). Способ определения степени затвердевания (размягчения) полимерных составов, отличающийся тем, что, с целью неразрушающего контроля, в состав вводят магнитный порошок и измеряют изменение магнитной проницаемости состава в процессе его затвердевания (размягчения).

3. Стандарты на применение стандартов 3.1. Добавка вещества при постройке, перестройке и разрушении вепо-

лей.

Стандарт 24. Если нужно ввести вещество, а это запрещено условиями задачи или недопустимо по условиям работы системы, следует использовать обходные пути:

1 — вместо вещества вводят поле;

2 — вместо внутренней добавки используют добавку наружную;

3 — добавку вводят в очень малых дозах;

4 — добавку вводят на время;

5 — в качестве добавки используют часть имеющегося вещества, переведенную в особое состояние или уже находящуюся в таком состоянии;

6 — вместо объекта используют его копию (модель), в которую допустимо введение добавок;

7 — добавку вводят в виде химического соединения, из которого она потом выделяется;

8 — добавку, после того как она сработает, переводят в вещество, одинаковое с данным веществом.

Стандарт 25. Если нужно ввести большое количество вещества, а это запрещено условиями задачи или недопустимо по условия работы системы, в качестве вещества используют «пустоту» в виде надувных конструкций или пены.

Стандарт 26. Если нужно совместить в пространстве два вещества, а это невозможно по условиям задачи, вместо веществ используют их оптические копии.

Пример (авт. св. № 350219). Контроль пластинки с просверленными отверстиями ведут, совмещая желтое изображение пластинки с синим изображением эталона; если на экране появляется желтый цвет, значит, в контролируемой пластинке отсутствует отверстие; появление синего цвета означает, что на пластинке есть лишнее отверстие.

В частности, если нужно сравнить объект с эталоном G целью выявления отличий, то задача решается оптическим совмещением изображения объекта с эталоном или с изображением эталона, причем изображение объекта должно быть противоположно по окраске эталону или его изображению. Аналогично решаются задачи на измерение, если есть эталон или его изображение.

3.2. Объединение объектов в систему и объединение систем в над-систему.

Стандарт 27. При объединении объектов в систему и объединении систем в надсистему должны быть согласованы их собственные частоты.

Пример (авт, св. № 317 707). Способ предварительного ослабления угольного пласта путем воздействия на породы массива искусственно создаваемых импульсов, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности ослабления, на массив, предварительно приведенный в возбужденное состояние, воздействуют направленными импульсами с частотой, равной частоте собственных колебаний массива.

В частности, если надо совместить два взаимоисключающих действия (или два взаимоисключающих состояния объекта), то каждое из этих действий надо сделать прерывистым и совместить их таким образом, чтобы одно действие совершалось в паузах другого.

Пример (авт. св. № 510337). Способ электродуговой сварки с магнитотепловой обработкой для удержания расплавленного металла сварочной ванны, при котором через свариваемую деталь, помещаемую в пульсирующее магнитное поле, пропускают постоянный ток, отличающийся тем, что, с целью устранения влияния магнитного поля на сварочную дугу и удержания расплавленного металла сварочной ванны магнитным полем при сварке пульсирующей дугой, магнитное поле включают в паузах между импульсами сварочного тока.

Стандарт 28. Если объект должен периодически находиться в разных физических состояниях, то переход должен осуществляться самим объектом за счет использования обратимых физических превращений, например фазовых переходов, ионизации — рекомбинации, диссоциации — ассоциации и т. д.

Пример (авт. св. № 117 497). Молниеотвод в виде газоразрядной трубки. Сам включается при возникновении молнии: газ ионизируется, становится проводником. После исчезновения молнии ионы сами рекомбинируют, газ становится электронейтральным, а молниеотвод непроводящим и поэтому не дающим радиотени.

В частности, если измерение производят с целью управления системой, до следует перейти от измерения к саморегулируемому изменению системы путем использования обратимых физических превращений.

Пример (авт. св. № 471 395). Индукционная печь нагрева токами промышленной частоты, включающая тигель и индуктор, отличающаяся тем, что, с целью поддержания заданного режима нагрева, тигель выполнен из ферромагнитного материала, точка Кюри которого равна заданной температуре нагрева.

ЗАДАЧИ И УПРАЖНЕНИЯ

«— Дело в том, Флетчер, что мы пытаемся раздвигать границы наших возможностей постепенно, терпеливо. Мы еще не подошли к полетам сквозь скалы, по программе нам предстоит заняться этим немного позже».

Р. Бах. «Чайка по имени Джонатан Ливингстон».

Смысл работы с учебными изобретательскими задачами, даже, на первый взгляд, очень простыми,— не в угадывании ответа. Важен ход решения. К ответу нужно идти по «шагам» АРИЗ, по таблицам, на основе законов развития технических систем. В этом случае полезны даже неудачи — они дают опыт, который пригодится при решении новых задач.

Решать учебные задачи надо спокойно, без суеты, имея под рукой книгу и обязательно записывая движение по «шагам», вепольные преобразования и т. д. Следите за тем, чтобы не свернуть на метод проб и ошибок! В некоторых задачах мы специально не упомянули ни о каких методах решения. Будьте внимательны, не попадитесь в эту ловушку! Все задачи относятся к системам, а системы развиваются закономерно. Поэтому решение задач должно основываться на этих закономерностях и обязательно быть систематическим.

По некоторым задачам мы привели ответы — номера авторских свидетельств. Зная эти номера, нетрудно найти формулы изобретений в патентной литературе. Там, где ответов нет, надо проверять полученные решения по контрольным вопросам: хорошее решение близко к ИКР, устраняет физическое противоречие, опирается на закономерности развития технических систем.

Для решения не нужны специальные знания. Все необходимые сведения содержатся в условиях задачи.

Две последние задачи несколько труднее, зато решать их интересно...

Задача 51. Каток картофелеуборочной машины имеет цилиндрическую форму. Каток движется по грядке. Форма и размеры грядок меняются. Желательно, чтобы каток хорошо прилегал к грядке. Ваше предложение? На чем оно основано?

Это — задача для самоконтроля: если вы внимательно прочитали книгу, вам будет очень легко дать обоснованный ответ. Если же возникнут затруднения, наверное, надо перечитать книгу и уже потом вернуться к задачнику...

(Авт. св. № 426 618)

Задача 52. Из описания к авторскому свидетельству: «Известны способы восстановления деталей контактной дуговой приваркой металлических порошков, при которых на поверхности детали наносят привариваемый порошок. Однако при контактной приварке ферромагнитных металли-

ческнх порошков в момент прохождения сварочного тока сложно подавать привариваемый порошок, так как порошок намагничивается и во многих случаях выталкивается магнитным полем из зоны сварки...»

Как устранить это вредное явление?

Эта задача, как и предыдущая, предназначена для самоконтроля. Если задача вызывает хотя бы малейшие затруднения, нужно перечитать главу «Физика и... психика».

(Авт. св. № 397 289)

Задача 53. Представьте себе, что пружину (длина 10 см, диаметр 1 см) надо в сжатом виде установить (плашмя) между страницами книги. Сжали пружину пальцами и положили внутрь книги. Но тут-то и возникает затруднение: если отпустить пальцы, пружина сразу разожмется. А если пальцы не отпускать, их прижмет закрываемая книга... Такого рода затруднения нередко возникают при сборке приборов. Как быть? Связывать пружину нельзя: в собранном приборе пружине придется работать.

Итак, объект — пружина. Какое правило вепольного анализа следует применить? Как конкретно выглядит решение? Помните, что прибор портить нельзя.

(Авт. св. № 456 706)

Задача 54. Для бурения искривленной скважины применяют так называемый отклонитель — изогнутую трубку. Отклонитель ставят в самый низ колонны труб, а к нему крепят турбобур (колонна труб при использовании турбобура не вращается). Принципиальный недостаток такого отклонителя — им нельзя управлять (менять кривизну). Нужно предложить отклонитель, лишенный этого недостатка. Используйте для решения задачи правила вепольного анализа.

(Авт. св. № 247 159)

Задача 55. Были изобретены так называемые печатные платы. На эти платы токопроводящей краской печатают электросхемы. На небольшой пластине стало возможным уместить сотни метров «провода». А если сложить вместе несколько десятков пластинок, то в спичечную коробку по местится прибор, который раньше имел объем солидного письменного стола. Правда, для этого требуются достаточно тонкие пластинки. Поэтому пластинку, прежде чем печатать схему, необходимо тщательно отшлифс вать. Делают это на зачистных станках абразивными кругами, в которых алмазные крупинки впрессованы в мягкую ткань. Но даже эта мягкая ткань оказывается слишком твердой для тонких пластинок — сминает их в гармошку и портит. Как быть?

Задача 56. При сборке колес автомобилей последняя операция — накачка шин. Рабочий подключает шины к ниппелю, и в шину поступает сжатый воздух от компрессора. При этом приходится периодически отсоединять шланг от ниппеля и измерять давление манометром. Если установить манометр на шланг, это ничего не даст: манометр покажет давление сжатого воздуха в компрессоре.

Решите эту задачу, используя правила вепольного анализа. Сделайте вепольную запись, а затем перейдите к конкретному техническому ответу.

(Авт. св. № 351 066)

Задача 57. Для очистки неэлектропроводных суспензий используют фильтр из керамики. Выяснилось,-что вибрация улучшает работу фильтра.

Следующее изобретение должно состоять в переходе на микроуровень. Как конкретно может выглядеть такое техническое решение?

(Авт. св. № 497 031)

Задача 58. Стальные тросы, на которых опускается в море трал, называются ваерами. Они должны сходить с лебедок синхронно, или, как говорят моряки, стравливаться одинаково. Опережение любого из ваеров вызывает перекос трала, а это чревато серьезными последствиями.

Поиск надежных способов для замера длины вытравленных ваеров до недавнего времени особого успеха не имел, поэтому до сих пор в траловом флоте господствует «метод бульбы»: во время спуска у лебедок стоят специальные дежурные и, ориентируясь на пеньковые утолщения в стальном тросе — «бульбы», выкрикивают, сколько метров ваера ушло в воду. Хорошо, если погода спокойная, нет качки, а «бульбы» новые. Но даже при этих благоприятных условиях ошибка не исключена: стальные ваера, работая в режиме больших нагрузок, вытягиваются...

Решите эту задачу, используя только таблицу физэффектов.

Как надо видоизменить найденное решение, чтобы применить его к задаче 46?

(Авт. св. № 500 464)

Задача 59. Имеется ковш для жидкого металла. На дне ковша сделано разливочное отверстие, закрытое пробкой. При разливке пробка отводится специальным механизмом и металл вытекает под действием силы тяжести. Скорость вытекания металла зависит от гидростатического напора, т. е. от высоты налитого в ковш жидкого металла. Во многих случаях желательно иметь возможность регулировать эту скорость, например, поддерживать ее постоянной. Но как этого добиться? Регулировать величину отверстия в дне ковша по ряду причин нецелесообразно — это решение отпадает. Поддерживать постоянный уровень металла в ковше (при разливке) — тоже плохое решение. Как быть?

Решите эту задачу, используя таблицу применения физических эффектов. Если задача вызывает затруднения, перечитайте приложение 3.

(Авт. св. № 275 331)

Задача 60. При изготовлении балок, колонн и других подобных железобетонных изделий с предварительно напряженной (т. е. растянутой) стальной арматурой иногда возникает необходимость измерить напряжение в готовом изделии. Или определить длину арматуры и по величине удлинения вычислить напряжение. Трудность заключается в том, что арматура (для простоты будем считать, что это один стержень) находится внутри бетона. Чтобы добраться до нее, пришлось бы делать отверстия в бетоне, а это недопустимо.

Руководствуясь правилами вепольного анализа, определите, какой физический эффект следует использовать.

(Авт. св. № 255 820)

Задача 61. Если по металлическому стержню пропустить переменный электрический ток, а потом подать сильный электрический импульс, то взаимодействие двух токов заставит стержень вздрогнуть. На этом основан ряд изобретений: способ удаления льда с крыла самолета, способ удаления льда с водозаборных сооружений и т. д. Предложите еще одно изобретение в том же духе. Разумеется, если вы предложите удалять лед еще с какого-то объекта, это будет слишком тривиально.

Задача 62. Известен физический эффект Джонсона — Рабека, состоящий в том, что сила трения между полупроводниковым материалом и металлом изменяется в зависимости от температуры. Предложите техническое применение этого эффекта.

Задача 63. Нужен способ измерения дальности прыжка воднолыжника. Устанавливали вдоль линии прыжка буйки, но измерение «на глаз» не дает хороших результатов.

Вспомните решение задачи 7 об измерении глубины реки с самолета. Решая задачу 7, мы использовали «правило треугольника с разными сторонами». Это правило пригодится и при решении задачи 63. В одной вершине треугольника, естественно, должен находиться приводнившийся лыжник. А в двух других?

Разумеется, к лыжнику нельзя привязывать веревок, шнурков и т. д.

(Авт. св. № 256 570)

Задача 64. Пластмассу можно сделать электропроводной, если в ее состав ввести частицы токопроводящего вещества (никеля, графита и т. д.). Но для получения удовлетворительной электропроводности приходится вводить так много добавок, что меняются основные свойства полимера. А если наполнителя взять мало, то полимер не будет проводить ток. Как преодолеть это противоречие?

Задача 65. При исследовании процесса дуговой сварки нужно одновременно следить за состоянием дуги и переносом металла. Но увидеть металл внутри яркой дуги нельзя. Чтобы обойти это затруднение, дугу освещают еще более ярким светом от дополнительного источника. Но при этом хорошо виден металл и не видна дуга...

По какому стандарту решается задача? Как конкретно выглядит решение, позволяющее одновременно видеть дугу и металл?

(Авт. св. № 267 772)

Задача 66. В кинофильме «Заводной апельсин» режиссера Стенли Кубрика героя фильма Алекса по ходу действия выбрасывают из окна многоэтажного здания. Глазами Алекса показано падение, видна стремительно приближающаяся земля. Во время съемок Кубрик шесть раз бросал из окна кинокамеры. Пять камер разбилось зря: Кубрик хотел, чтобы в последний момент — после одного-двух оборотов — камера упала на землю объективом. Повезло с шестой камерой, она упала как надо...

Возникает учебная задача — нельзя ли сэкономить кинокамеры? Нужно, чтобы камера, падая, сделала один или два оборота, а потом объективом ударилась о землю. Парашютики прицеплять нельзя — они попадут в кадр. Стабилизаторы к камере тоже нельзя приделывать, камера должна кувыркаться. Подушки класть на землю нельзя: они попадут в кадр. Привязывать камеру тонкой леской, не дающей удариться о землю, нельзя: от перегрузки камера сломается.

Задача 67. В авторском свидетельстве № 539 009 описано такое изобретение: «Способ армирования строительных изделий путем введения в строительную смесь волокнистого наполнителя, отличающийся тем, что, с целью повышения несущей способности изделий, отрезки волокон закрепляют ориентированно на водорастворимой пленке, которую вводят в строительную смесь одновременно с формированием из нее изделий». Такой способ более или менее пригоден, если волокна надо расположить в один слой. Если же волокна должны находиться во всем объеме изделия, способ становится громоздким, малопроизводительным.

Какой стандарт надо применить? В чем заключается конкретное решение, основанное на этом стандарте?

Задача 68. Существуют стереоскопические печатные изображения (карты, рисунки, чертежи). Они представляют собой два наложенных (со смещением) друг на друга изображения — красное и зеленое. Красное соответствует тому, что должен видеть правый глаз, зеленое — левый. Рассматривают такие изображения через очки со светофильтрами (красным и зеленым). Благодаря этому каждый глаз видит только предназначенное ему изображение, чем и достигается стереоэффект.

Недостаток таких изображений в том, что их нельзя рассматривать без очков с фильтрами. Изображение двоится, ничего нельзя разобрать.

Как сделать, чтобы изображение можно было рассматривать в полевых условиях без очков (и без стереоэффекта) и в условиях «кабинетных» — с очками (со стереоэффектом)?

Использовать изображения на двух листах, накладываемых друг на друга, нельзя.

(Авт. св. № 269 170)

Задача 69. В крыле самолета расположен бак с горючим. Нужен способ, позволяющий определять количество горючего при любых положениях -самолета.

Какой стандарт следует применить? Как конкретно выглядит решение?

(Авт. св. № 271 051)

Задача 70. Для изготовления блоков памяти ЭВМ используют пластины из диэлектрического материала (выбор достаточно широк). В пластинах делают отверстия для ферритовых колечек.

Диаметр колечек — десятые доли миллиметра, толщина стенок — сотые доли миллиметра.

В процессе работы ЭВМ повышается температура п наступает момент (точка Кюри), когда феррит теряет ферромагнитные свойства. Установлено, что точку Кюри можно повысить, если подвергнуть феррит сжатию. Будь колечки достаточно крупными, их нетрудно было бы сжать и в таком состоянии вставить в отверстия пластины; но колечки столь малы, что об этом не может быть и речи.

Нужно найти предельно простой и высокопроизводительный способ изготовления пластин со сжатыми (в радиальном направлении) колечками.

Задача тренировочная: сделайте запись решения по АРИЗ.

(Авт. св. № 266 853)

Задача 71. Для правильной вентиляции коровников, конюшен, свинарников и тому подобных помещений нужно знать, как движутся потоки воздуха внутри этих помещений. Продувка моделей не решает проблемы, нужны натурные исследования. Но помещения, о которых идет речь, — большие. Способ должен быть удобным, точным, производительным. Рассмотрите решение этой задачи по АРИЗ.

(Ответ см. «Изобретатель и рационализатор», 1970, № 5, с. 16)

Задача 72. При отключении (и включении) электрической цепи образуется электрическая дуга. Существующие способы гашения дуги связаны с ее разрывом: дугу разрывают шунтирующими сопротивлениями, магнитным полем, дутьем воздуха или элегаза (шестифтористой серы) и т. д. Например, в масляных выключателях дуга разлагает масло, образуется газ, разрывающий дугу.

С увеличением силы тока применение этих способов становится все более сложным. Намного заманчивее использовать способы, при которых дуга вообще не возникает. Напряжение переменного тока (при частоте 50 Гц) сто раз в секунду проходит через нуль. Если в этот момент быстро развести контакты, цепь будет отключена без дуги. Так работают синхронизированные аппараты отключения. Постоянный ток можно перед отключением превратить в переменный, поэтому синхронизированные аппараты годятся и для постоянного тока.

К сожалению, синхронизированные аппараты сложны и дороги. Вызвано это условиями их работы. Уже через У200 секунды после прохождения через нуль напряжение на контактах достигает максимума. Поэтому разводить контакты нужно чрезвычайно быстро — в десятитысячные доли секунды. Только тогда восстанавливающееся напряжение не успеет вызвать пробой промежутка между контактами. Отсюда сложность аппаратуры: контакты должны двигаться (разгоняться, а затем тормозить) с гигантским ускорением.