Марк Меерович - Технология творческого мышления
А когда бывает «сильным» воздух? Когда он сжат или движется. Если подать сжатый воздух в поплавок, а снизу поплавка сделать отверстие, через которое этот воздух будет выходить, то появится «воздушная подушка» — реактивная сила, которая будет поддерживать поплавок на определенной высоте над уровнем поверхности краски...
Подведем итоги. При внедрении каждого из этих трех решений («твердая краска», водяная прослойка и сжатый воздух) все основные элементы нашей системы остаются без изменений. Не меняется и принцип действия системы для реализации ее основной функции — ОПРЕДЕЛЕНИЯ максимального и минимального уровней краски в ванне путем ОПРЕДЕЛЕНИЯ соответствующего положения поплавка. Но нежелательный эффект — налипание краски на поплавок — при этом устраняется. Поэтому все эти варианты можно рассматривать как решение мини-задачи.
Вариант Б
Прежде чем разбираться, как на шаге 1 «возникает» (именно возникает!) макси-задача, т.е. задача, при решении которой изменится принцип действия существующей системы, еще раз вспомним состав компонентов, необходимых для формулировки этого шага. В него входят:
основная функция (ОФ) анализируемой (существующей!) системы;
принцип действия (ПД) ДАННОЙ системы;
элементы, которые образуют систему;
нежелательный эффект (НЭ1), создающий проблемную ситуацию;
средство устранения (СУ) этого нежелательного эффекта и
новый нежелательный эффект (НЭ2).
Как видно из перечня, ПД в такую систему уже заложен, но при его реализации возникает НЭ1. Поэтому, как было разобрано выше, мини-задача — это задача усовершенствования, модификации системы, и поиск решения сводится к устранению НЭ1 таким образом, чтобы не возникало НЭ2.
Если же мы хотим создать — СИНТЕЗИРОВАТЬ! — новую систему, то должны записать только ОФ системы, т.е. ЧТО такая система должна выполнять, и принцип ее действия — КАК. Конкретный же СПОСОБ реализации такого ПД неизвестен и будет выполнять роль НЭ132. А старый ПД будет выступать в качестве СУ и создавать тот НЭ2, который нас как раз и не устраивает.
Тогда шаг 1 можно сформулировать так:
Шаг 1б. Техническая система для ПОДДЕРЖАНИЯ в заданных пределах необходимого уровня краски в ванне путем ее периодической ПОДКАЧКИ НАСОСОМ состоит из ванны, бочки с краской, контактов реле, насоса и труб. При минимальном уровне краски контакты реле должны замыкаться и включать насос, который будет подкачивать краску в ванну, а при максимальном уровне контакты должны размыкаться и этот насос выключать.
Чтобы обеспечить такое включение и выключение насоса, поставили поплавок, связанный с рычагом, который и должен переключать контакты реле. Однако на поплавок налипает краска, он становится тяжелее, тонет и не отключает вовремя насос, в результате краска переливается из ванны и заливает цех.
Схема задачи:
ОФ — поддержание в заданных пределах необходимого уровня краски в ванне.
ПД — подкачка краски насосом.
Состав системы — ванна, краска, насос, контакты.
НЭ1 — нет переключалки для контактов.
СУ — установить поплавок с рычагом.
НЭ2 — ложное включение насоса.
Теперь сформулируем техническое противоречие в его противоположных состояниях:
Если ввести поплавок с рычагом, то контакты будут переключаться, но будет и ложное включение насоса.
Если поплавок не вводить, то ложного включения насоса не будет, но не будет и переключения контактов.
Шаг 2б. Даны отсутствующий поплавок с рычагом и невозможность переключения контактов. Отсутствующий поплавок не создает ложного включения насоса, но и не обеспечивает переключения контактов.
Изобретательская задача:
Не вводя поплавок с рычагом и тем самым сохраняя способность отсутствующего поплавка не создавать ложное включение насоса, обеспечить переключение контактов.
(Фактически анализ ситуации по шагу 1 АРПС не дал ничего нового, только лишний раз подчеркнул задачу. В этом и заключается особенность задач на синтез систем. Но отказываться от его проведения, особенно в начале обучения, не следует: формулирование изобретательской задачи резко сужает зону поиска решения и не позволяет выходить за ее пределы.)
Шаг 3б. Оперативная зона (ОЗ).
По условиям задачи необходимо, чтобы уровень краски в ванне не падал ниже минимального и не поднимался выше максимального. Эти уровни и будут определять нам ДВЕ границы оперативной зоны — ее минимальный (ОЗ-1) и максимальный (ОЗ-2) уровни. В этом случае задачи на ИЗМЕРЕНИЕ уровня можно, в соответствии с рекомендациями ТРИЗ, перевести в две задачи — на ОБНАРУЖЕНИЕ каждого предельного уровня.
Шаг 4б. Оперативное время (ОВ).
Конфликт возникнет, если в любое время уровень краски упадет ниже минимального или поднимется выше максимального уровней. Таким образом, цель синтезируемой системы — до начала работы (время Т2) и во время Т3 выполнения основной функции не допустить возникновения Т1:
Т = Т2 + T3.
Физические противоречия и ИКР сформулируем для каждой границы оперативной зоны. При этом необходимо принять во внимание, что в задачах на синтез систем исходная система отсутствует. Поэтому привычное для задач на модификацию системы требование к объекту — находиться в противоположных физических состояниях — здесь не возникает и обычно сводится к условному противоречию — между необходимостью выполнять основную функцию и отсутствием конкретного механизма, способного реализовать такое выполнение. При этом происходит детализация условий и выявление тех параметров, различие в которых должно обеспечить наилучшее выполнение основной функции.
Для данной задачи различие в формулировках связано только с уровнями краски и командами на переключение контактов, поэтому запишем их совместно:
Шаг 5б. Нижний (верхний) уровень краски должен воздействовать на контакты, чтобы обеспечить включение (выключение) насоса, и не может на них воздействовать, так как не соприкасается с ними (или — так как между ними нет непосредственной связи).
Шаг 6б. В момент появления краски на нижнем (верхнем) уровне в нем должны находиться частицы вещества, воздействующие на контакты, и эти частицы должны исчезать при уходе краски с этого уровня.
Шаг 7б. Краска должна сама обеспечивать появление частиц на верхнем и нижнем уровнях и их исчезновение на всех промежуточных уровнях.
Какими же наиболее характерными элементами, которые можно использовать для воздействия на контакты, обладает краска? Их как минимум три:
физико-химические свойства краски (и их отличие от физико-химических свойств воздуха, который вытесняется слоем краски при ее перемещении вверх и заменяет этот слой краски при его перемещении вниз);
поверхность краски;
объем слоя краски между верхним и нижним уровнями и свойства этого объема.
На различии физико-химических свойств двух веществ основаны принципы действия многих датчиков: емкостных, индуктивных, оптических и т.д. Емкостной датчик в самом общем виде представляет собой две пластины конденсатора, между которыми перемещаются эти вещества. Различие в свойствах этих веществ, выполняющих роль изолятора (диэлектрика), вызывает изменение емкости конденсатора в определенных пределах. Настроив датчик на минимальный и максимальный уровни этого изменения — так называемый пороговый режим, можно получить команды для управления исполнительными механизмами, в данном случае — на включение и выключение насоса.
Индуктивный датчик представляет собой катушку индуктивности, внутри которой перемещается сердечник. Изменение положения сердечника, который плавает на поверхности краски, относительно катушки вызовет изменение магнитного поля и соответственно сопротивления катушки. Различие в величинах сопротивления катушки также может быть использовано как управляющие команды.
Оптические датчики чаще всего используют различие в прозрачности — способности веществ пропускать световой луч.
Теоретически каждый из этих принципов может быть использован для создания датчика уровня краски. Практически же надежность таких датчиков будет невысокой все из-за того же свойства жидкой краски — налипать на поверхность приборов и постепенно искажать их показания. Поэтому опять-таки лучше, чтобы связь прибора с краской была «бесконтактной».
Для этого связь должна быть не вещественной, а полевой. Вариантов много, один из них — использовать поверхность краски в качестве отражающего «зеркала». Отражать можно, например, световой луч: при максимальном и минимальном уровнях краски «зайчик» попадает на соответствующие фотоприемники.
При изменении уровней происходит также изменение объема краски, а это — прежде всего изменение ее веса. Значит, можно использовать тензометрические датчики, установив их, например, на борт ванны, на ее дно (варианты Г.И. Иванова) или под ножки.
