ТРИЗ для «чайников». Приемы устранения технических противоречий

Предложено накануне ледостава нужно установить в воде плавучие кольца в виде усеченных конусов с сужающимися кверху стенками. Когда мороз скует воду, кольца-формы будущих лунок закупорят ледяные пробки. Остается выбить их и загнать под лед. Вот и готова лунка.

Пример

При легировании металла в плавильной печи значительная часть дорогих легирующих металлов (например, ванадий) очень быстро переходит в шлак. Потери этих дорогостоящих материалов могут быть весьма значительны.

Предложено решение – легирующие добавки помещают прямо в литейную форму, и во время заливки расплавленного металла в форму они сами переходят в заготовку практически без потерь. То есть легирование происходит не во время процесса выплавки стали (как это делается обычно), а после него.

Пример-шутка

Художник спросил у хозяина галереи, интересовался ли кто его полотнами. – О да! Один господин интересовался, поднимутся ли картины в цене после вашей смерти. Я сказал, что обязательно, и тогда он купил сразу 15 картин.

– Великолепно! Кто этот господин? – спросил художник. – Ваш лечащий врач, – ответил хозяин.

3.1.2. Если выполнение некоторых операций в процессе работы системы вызывает трудности или они оказывают вредное действие на элементы системы, то попробуйте выполнить эти действия до начала рабочего процесса, или перенести их выполнение после рабочего процесса.

Пример

Клапаны человеческого сердца открываются и закрываются при каждом его ударе, и за время жизни человека – около двух миллиардов раз. Тончайшие лепестки мышечной ткани выдерживают нагрузки, которые не под силу ни одному из известных материалов. Поэтому все попытки создать долговечный искусственный клапан оказались неудачными – рано или поздно они рвались в месте крепления лепестков. Причина – открывание и закрытие клапана происходит под действием силы тока крови. Так работают все клапаны в технике, и никому не пришло в голову, что в природе он устроен «хитрее».

Было обнаружено, что клапаны в природе открываются не силой тока крови, а с помощью специальных жгутиков, прикрепленных к лепесткам клапана и открывающим под действием наливающейся кровью мышцы его чуть-чуть раньше, чем поднимается давление крови при ударе сердца (систоле). Представим себе, что лепесток клапана – это дверь. Раньше она открывалась резким ударом толпы людей, бегущих то в одну, то в другую сторону. А теперь появились швейцары, которые заранее осторожно распахивают двери перед толпой. Нет резких ударов, толчков, дверь прослужит долго. Использование эффекта «швейцара» позволило создать искусственный клапан, соперничающий по долговечности с естественным клапаном.

Пример

После введения в России антисанкций в 2016 году, компания «Danone» не смогла поставлять йогурты из Дании, но часть производства осталась в России и она не подпадала под санкции. Рост цен на молоко в 2017 году поставил компанию перед необходимостью закрыть производство в России, поскольку продукция становилась нерентабельной. Но в компании нашли решение – компания перевезет 5000 коров из Дании в Россию, что обеспечит ей дешевую сырьевую базу для заводов по производству йогурта.

То есть в этом случае компания не попадает под санкции, поскольку производство молока будет выполняться до процесса перевозки готового продукта из Дании в Россию.

Рис. 15. Завод_Danone в_поселке_Любучаны Чеховского_района_Московской_области

3.1.3. Если некоторая операция в процессе сложна или плохо управляема, или не обеспечивается точность изготовления изделия, проверьте возможность использовать заранее (до процесса) приготовленные заготовки с заданными характеристиками; тем самым разгружается, упрощается и удешевляется основной процесс.

Замечание: (еще эффективнее в качестве заготовок использовать серийно производимые в другом месте детали).

Пример

Для химического производства изготавливают металлические трубы, облицованные изнутри стеклом. Трубы круглого сечения облицовывают центробежным способом: в нагретую вращающуюся трубу подают расплав стекла, центробежные силы равномерно «размазывают» стекло по внутренней поверхности трубы. Поступил новый заказ: нужно срочно перейти на массовое изготовление облицованных труб квадратного сечения.

Предложено помещать внутрь подлежащей облицовке трубы стеклянную трубу с заданной толщиной стенок, запаянную с двух сторон. Затем составная труба помещается в нагревательную печь. По мере нагрева стекло размягчается, и расширение воздуха внутри прижимает мягкую массу к стенкам стальной трубы. После остывания облицованная стеклом изнутри квадратная труба готова.

Пример

Пластиковые бутылки различной формы выдуваются из стандартных заготовок – преформ, которые универсальны для всех форм бутылок одного размера. Преформы изготавливаются сотнями миллионов на специальных заводах и поставляются производителям соков, вод и других жидких продуктов, фасуемых в пластиковую тару. На заводе из преформы в специальном аппарате под давлением 40 атм и при высокой температуре в специальной форме выдувается бутылка в соответствии с желанием производителя.

Рис. 16. Пластиковые преформы и процесс изготовления бутылок

Пример

Газоны в США производятся на промышленной основе. Они выращиваются на специальных фермах в виде посадок травы в специально подготовленную почву, а после того как она прорастет и сформируется мощная корневая система, слой дерна с травой срезается и перевозится в то место, где нужен газон.

На подготовленной разровненной площадке укладываются трубы системы орошения. Поверх системы орошения укладывается привезенный дерн с травой, который покрывает систему орошения. Дерн фиксируется к основе площадки деревянными колышками. Через несколько месяцев дерн прочно прирастает к основе, колышки сгнивают и… газон готов.

Рис.17. Укладка газона, выращенного промышленным способом

3.1.4. Если в рабочем процессе необходимо осуществлять регулируемую подачу небольшого количества какого-либо вещества, что вызывает трудности при его дозировании и внесении, то рекомендуется нанести дозируемый материал на мерный носитель (стержень, ленту, лист и другие материалы, или растворить в нейтральном растворе, или размешать с нейтральным наполнителем), а в процессе использовать эти заготовки.

Замечание: если размеры позволяют, то можно заранее разделить его на стандартные дозы (таблетки, гранулы, капли и др.)

Пример

Перед учеными поставили задачу повысить качество кристаллов карбида кремния. Технология получения кристаллов включала особую химическую реакцию газов соединения кремния и углерода, которая и обеспечивала рост кристаллов. А качество кристаллов существенно зависело от точности соотношения этих газов. Но была проблема – использование высокоточных дозаторов усложняет систему.

Ученые нашли решение – подавать в реактор исходные вещества для синтеза в виде газа, в котором углерод и кремний находятся в заданном стереохимическом соотношении. Например, подавать метилтрихлорсилан с атомным соотношением 1:1. А в реакторе этот газ разлагается с выделением компонент в нужном для синтеза соотношении.

3.1.5. Если в процессе работы возникает вредное действие на изделие, то проверьте возможность устранить его простыми действиями после рабочего процесса.

Пример

Технология изготовления стальных втулок предусматривала их точение из прутка, сверление внутреннего отверстия и поверхностную закалку внешней поверхности втулки. При этом из-за закалочных напряжений, сжимающих втулку, на внутренней поверхности нередко возникали микротрещины.

Было предложено изменить порядок операций – сначала точить наружную поверхность, потом проводить поверхностную закалку, а потом высверлить внутреннее отверстие. Теперь напряжения, возникающие в теле втулки при закалке в центральной части, исчезают вместе с высверленным материалом. Образование трещин прекратилось.

3.1.6. Если вредное действие на изделие, возникает в процессе работы, то проверьте возможность предотвратить его простыми предварительными действиями (часто функционально теми же, но просто выполненными заранее). Например, направить разрушение (вредное действие) по заданному направлению.

Пример

Основная функция сцепки вагонов в поездах – соединять вагоны, чтобы передавать тянущее усилие. При этом, гибкая сцепка позволяет им двигаться друг относительно друга, чтобы преодолевать кривые участки пути, а тянущее усилие передается от локомотива, через весь поезд. Но тут возникало противоречие. В случае схода поезда с рельсов, прочная сцепка тянула за собой все вагоны, увеличивая масштаб катастрофы. Налицо противоречие – сцепка должна быть прочной, чтобы тянуть вагоны, но не должна быть прочной, чтобы не увеличивать вредные последствия при аварии. Разрешение противоречия обеспечивают особые прочностные свойства сцепки. Конструкция сцепки такова, что позволяет ей тянуть вагоны, но сцепка разрушается при катастрофе или сходе поезда с рельсов.

Рис. 18. Сцепка вагонов

Пример

Компрессорный цех – помещение с повышенной взрывоопасностью. При взрыве возникает опасность резкого повышения давления внутри цеха, что приводит к гибели людей. Чтобы избежать этого, значительная часть стеновых панелей должна сбрасываться при взрыве и повышении давления. Это гарантирует безопасность людей в здании. Но как это сделать?

Чтобы обеспечить это, для крепления этих панелей используются специальные ослабленные болты (надрезанные или просверленные). Прочности этих болтов вполне достаточно, чтобы удерживать панели в обычном состоянии, но при повышении давления при взрыве они разрываются и панели сбрасываются.

Рис. 19. Ослабленный болт для крепления панелей.

3.1.7. Точность процесса можно повысить или упростить его выполнение, если заранее создать избыточные напряжения (или ослабленные зоны) в тех частях объекта, где необходимо будет разделить объект на части:

– сделать надрез (перфорацию) в месте будущего разрушения

– изменить структуру вещества в месте будущего разрушения (силикатный песок для разрушения заклепок)

– осуществить нагрев (охлаждение) в месте будущего разрушения: такая процедура позволяет снизить энергозатраты, так как уменьшается усилие разреза.

Предложенная процедура предварительных действий позволяет также существенно повысить быстродействие и качество основного процесса.

Пример