, .

CAD / CAM / CAE - софтуерни решения и технологии.

.

АБОНИРАЙТЕ СЕ

Бюлетин

Абонамент за е-бюлетин




Анкета

Как да изглежда форума в частта, касаеща софтуера?
1. Да се раздели по категории - CAD, CAM, CAE
2. Да не се променя
3. Друго - отправете предложения

ИДЕАЛНАТА МАШИНА

Bookmark and Share

 

ИДЕАЛНАТА МАШИНА

 

Хенрих Алтшулер

Съществува наивно, но много разпространено мнение, че новите машини, механизми, уреди се създават направо в завършен вид. Отначало не съществува нищо, но идва великият изобретател и създава нещо напълно готово. Ако се вярва на мита, по подобна схема на времето се е появила богинята Атина Палада. Хефест замахнал с топора, с мощен удар разцепил черепа на Зевс (без да му нанесе повреда) и от главата на гръмовержеца излязла могъщата войнствуваща богиня Атина Палада. Пред изумените очи на боговете олимпийци тя се появила в пълно въоръжение, с блестящ шлем, с копие и щит. . .

Машините обаче не излизат от главите на изобретателите „в пълно въоръжение". Те се раждат слаби и постепенно закрепват, като поемат допълнително много изобретения. Например историята на гребния винт е двестагодншна. Изобретателската мисъл тук е вървяла по три различни пътища. Като прототипи са били използувани крилата на вятърната мелница, Архимедовият винт за напомпване на вода и водното мелнично колело. Всеки прототип се е развивал с усилията на много изобретатели от различни страни. Постепенно трите вериги от изобретения са се приближавали и накрая се появиха съвременните гребни винтове.

Зад която и да е от съвременните машини (това се отнася и за механизмите, и производствените процеси, с една дума, за всички технически обекти) стоят десетки, стотици и хиляди последователни изобретения. Даже за такава проста „машина", каквато е моливът, са издадени повече от 25 000 патента и авторски свидетелства.

Всяко изобретение дава тласък на развитието на машините. В периода между два „тласъка" машината остава непроменена. Преди години тези промеждутъци бяха дълги, машините се усъвършенствуваха бавно. От изработването на първия опитен образец до пускането в производството на практически годно изделие изминаваха десетки години. Например идеята за електрическа лампа с нагряващи се жички е възникнала още в началото на XIX век. Първият опит за осветяване с нагрят от електрически ток проводник е бил проведен през 1840 г. А първата лампа, годна за масово ползване, се появи чак тридесет и девет години по-късно.

Днес машините, механизмите и уредите възмъжават много по-бързо. Например идеята за оптическия квантов генератор (лазера) се появи през 1952 г. След две години се проведоха изпитвания на първия конструиран уред, а след още шест години бе организирано производството на разнообразни лазери (днес е още по-бързо).

Машините постоянно се усъвършенствуват и поради това винаги има излишък от изобретателски задачи. А повечето от изобретателите се занимават с решаването на нови технически задачи от случай на случай.

Както показаха анкетните допитвания, съществуват, така да се каже, два типа отношения между изобретателите и задачите. От десет изобретатели осем изчакват, докато решаването на задачата стане крайно необходимо, и чак тогава пристъпват към работа. В този случай задачата сама намира изобретателя.

Други изобретатели търсят активно нерешени проблеми. Те знаят, че сегашните изисквания към дадена машина ще нараснат утре и затова издирват перспективните задачи и ги решават с помощта на най-съвременни технически средства.

Разликата между двата случая, е много съществена. Представете си, че човек движи вагонетка. Това може да стане, като той засили вагонетката, остави я да се движи по инерция и когато тя спре, отново я тласне. А може да постъпи и по друг начин — да тика непрекъснато вагонетката. Ясно е, че във втория случай скоростта на движение ще бъде значително по-голяма. Така стоят нещата и в изобретателството. Масовото производство си върви, без да среща трудности, и изобретателят счита, че няма поводи за творчество. После изведнъж се появява някакво „тясно място", например възникват трудности в снабдяването с дефицитни материали. Чак тогава той се заема с решаването на проблемите, чието възникване е можело лесно да се предвиди значително по-рано.

Дълго време се считаше, че масовото изобретателство е отстраняване на „тесните места" в производството. На изобретателите се гледаше като на някакъв резерв, който трябва да се пуска в действие само в „аварийни" случаи. През първите следвоенни години имаше достатъчно такива случаи, които дадоха възможност за изява на много новатори. Но постепенно производството навлизаше в нормалните си релси. Престоите и трудностите ставаха все по-редки, а броят на хората, които се стремяха не само да произвеждат, но и да усъвършенствуват производствения процес, бързо нарастваше. Необходимо е техниката да се усъвършенствува постоянно и планомерно.

Да се чака, докато се появи „тясно място", спиращо развитието на производството, е все едно да се чака състоянието на болен човек да се влоши и чак тогава да се мисли за лечението му. Ако производството поставя задача, това значи, че е необходимо тя да бъде решена още в момента. На практика обаче даже и в най-добрия случай се изразходва не малко време за търсене на решение, за конструктивна разработка и усъвършенствуване на изобретението и накрая — за изработването му. Защо през цялото това време неотложната задача трябва да чака?

„Най-често у нас изобретателската задача се появява при леглото на болен - пише в отговор на анкетното допитване изобретателят И. П. Хмелчонок от гр. Иркутск. - Случва се така, че със съществуващите инструменти ние не можем да спасим живота на човек, например да извадим чуждо тяло от бронха. Тогава започваш да мислиш за създаването на нов инструмент.

За съжаление така работят изобретателите от много отрасли на техниката. Ето какво пише изобретателят Л. от гр. Лисва:

„Веднъж в завода възникна остра необходимост да се намали

разходът на дефицитен материал, изразходван за облицоване

на изделията. Удаде ми се да разработя метод за едностранно

метализиране и аз получих авторско свидетелство за изобретение."

Л. е технолог по специалност, с производствен стаж 33 години. И ето че за една трета от столетие той е направил само едно изобретение, и то поради „възникване на остра необходимост!” Но нима и без „остра необходимост" не трябва да се търсят нови методи за икономия на метал? Без съмнение за 33 години този безспорно надарен човек е можел да направи десетки най-ценни изобретения. . .

И ето още едно забележително изказване:

„Започваме работа тогава, когато стигаме до препятствие" — така заяви при анкетата, проведена между изобретатели, главният инженер на завода в гр.Ставропол на Кавказ, Л. С. Иванов.

Преди няколко десетилетия почти във всички отрасли на техниката изобретателството можеше да бъде епизодично занимание. Човек, който за десет-петнадесет години бе получил едно-две авторски свидетелства, се считаше за изобретател. Днес темповете на развитие на техниката се ускориха рязко. Непрекъснато нараства и потребността от изобретения. Съществуващите машини все по-бързо и по-бързо се изместват от по-нови и по-съвършени. При тези условия вече е трудно да се счита за изобретател човек, който се занимава със създаването на нова техника от случай на случай и решава изобретателски задачи примерно веднъж на пет-десет години. Както не считаме за певец човека, който пее веднъж в годината. . .

Ако се решават изобретателски задачи с големи прекъсвания, опитът и навиците, придобити в процеса на творческата работа, се губят. За всеки отделен случай трябва отново да се възстановява изобретателската квалификация, докато постоянната творческа работа обогатява арсенала на методите, създава увереност в силите.

Характерно е, че почти всички изобретатели, които (по данни на анкетните допитвания) активно търсят творчески задачи, имат при сравнително малък трудов стаж (5—7 години) по петнадесет-двадесет авторски свидетелства.

Изобретателството става втора постоянна професия на творчески мислещия работник, техник, инженер.

Изобретателски задачи винаги и навсякъде има в излишък. Изобретателят трябва да умее правилно да отличава задачите, чието решаване е действително необходимо, от тези, които могат да се решават, но може да се мине и без тяхното решаване.

Обикновено изобретателската задача се формулира по следния начин: „Да се създаде еди-какъв си обект за еди-какви си цели". Понякога става дума не за създаване, а за усъвършенствуване на съществуващ обект: „Да се усъвършенствува еди-какъв си обект, за да се получат еди-какви си резултати". Случва се и така, че задачата е дадена с половинчата формулировка: „Да се подобри еди-какво". В този случай се счита, че целта на подобряването е очевидна. Например ако става дума за намаляване масата на транспортни машини, целта е достатъчно ясна. По-рядко задачата е формулирана с втората „половина"„Да се постигне еди-какъв си резултат". При това обикновено не се посочва какъв е техническият обект и каква машина (машинна част, процес) трябва да се създаде или усъвършенствува.

В повечето от случаите обаче изобретателят получава вече формулирана задача. За творческия процес е извънредно важно да се избягнат грешки в постановката на задачата. Поради това никога не трябва да се приемат на доверие задачи, формулирани от други лица. Ако тези задачи са били правилно формулирани, щеше да ги реши най-напред този, който първи се е запознал с тях. Представете си, че някой е стигнал до безизходно положение. И ето че ви предлага да продължавате от това безизходно положение. Каквото и да се говори, това е неперспективно занимание. Трябва да се постъпи по друг начин. Отначало да се дойде до изходната точка, а след това да се тръгне в правилна посока. За съжаление задачите най-често се формулират така, че настоятелно (макар и незабелязано) тласкат към безизходица.

За да се разбере защо се получава това, ще разгледаме как се появява формулировката на изобретателската задача. Всеки час и всяка минута производството поставя най-различни задачи. В който и да е завод ежедневно главният инженер, технолозите, майсторите, работниците решават много технически задачи. Най-често тези задачи се решават в кръга на служебните задължения, като се използуват общоизвестни начини и методи. Нерядко обаче се срещат задачи, за чието решение са необходими елементи на техническо творчество. Това решение е рационализацията. Тук творчеството се състои в това, че се намира решение, известно в друг отрасъл на техниката, и се приспособява към дадените условия. С други думи, трябва да се намери един от най-подходящите съществуващи ключове и да се нагоди към конкретните условия. Задачата е изобретателска тогава, когато няма готов ключ.

Много е по-лесно да се направи наново ключ, отколкото човек да се занимава с дообработването на лоша, понякога негодна заготовка. Най-често обаче на изобретателя се налага да започва с такава лоша заготовка.

Как се получава от това?

В хода на производството възниква задача. Отначало решението се търси по служебен ред, като се прилагат широко известните средства, но те се оказват непригодни. Опитите да се реши задачата по пътя на рационализацията също не довеждат до успех.Тогава започва да се търси решение на изобретателско равнище, т. е. да се измисли нещо ново. Ако това се удаде, задачата няма да попадне в тематичния план за техническо творчество.

Да допуснем сега, че не е намерено ново решение. Тези, които първи са се занимавали със задачата и са се опитвали да я решат на изобретателско равнище, са стигнали до безизходно положение. Те се обръщат за помощ към други изобретатели и им формулират условията на задачата. Тук съществуват две възможности: задачата може да се изложи така, както е стояла при първото запознаване с нея, а може да бъде формулирана и в състоянието, в което са прекратени работите по решаването й. В повечето от случаите се предпочита второто. При това с най-добри намерения: „Нали вече е минат половината път, защо да започват пак отначало?" Действително изминат е немалко път, само че не в нужната посока!

Както видяхме, условията на задачите съдържат две указания каква е целта (какво трябва да се постигне) и с какви средства (какво трябва да се създаде, подобри, измени). Почти винаги целта се избира правилно. Средствата обаче почти винаги се посочват погрешно. Същата цел може да бъде постиганата и с други средства.

Това е може би най-разпространената грешка при формулирането на задачата. За да се постигне определен резултат, на изобретателя се възлага да създаде нова машина (процес, механизъм, уред и т. н.). Погледнато отвън, това изглежда логично. Съществува машина, да я наречем М1, която дава резултат Р1. Необходимо е да получим резултат Р2, следователно нужна е машина М2. Обикновено Р2 е по-голямо от Р1, затова изглежда очевидно, че М3 трябва да е по-голямо от М1.

От гледна точка на формалната логика тук всичко е вярно. Но логиката на развитието на техниката е друга. За да се получи например двойно по-голям резултат, съвсем не е задължително да се ползват удвоени средства.

Преди известно време беше обявен конкурс за най-добро предложение за механизиране на товаренето на опаковани товари (чували) в железопътни вагони. При ръчното товарене работникът взема чувала от стелажа в склада и го отнася до вагона, където отново го поставя на стелаж. Пренасянето на товара от склада до вагона може лесно да се механизира, като се използува например транспортьор. Няма обаче подвижни машини, които да подреждат товарите във вагона. Мотокарите, които пренасят по 6-10 чувала, поставени върху палети, трудно маневрират във вагона и не могат да осигурят необходимата скорост на товарене. В условията на конкурса задачата бе формулирана по следния начин: да се усъвършенствуват транспортьорите или мотокарите, за да се премахне напълно ръчният труд.

Правилно ли е поставена задачата?

Разбира се, не.

Опитите да се реши тя, като се използуват известните средства (транспортьори, мотокари), не дадоха положителен резултат. Но задачата бе поставена пак в тази „безизходна" формулировка: да се усъвършенствуват транспортьорите или мотокарите. . .

Условията на задачата неоправдано са стеснени. Проблемът се състои в това да се осигури високопроизводително товарене на пълните чували във вагона. Недопустимо е предварително да се заменя тази обща задача с друга, по-тясна - да се усъвършенствуват транспортьорите или мотокарите, тъй като не е изключено задачата да се реши и без прилагането на тези машини.

За да се формулира правилно задачата, необходимо е да се имат предвид тенденциите в развитието на дадения технически обект. За случая основната тенденция в развитието на товарно-разтоварните работи се състои в това, че се оперира с все по-големи „блокове" от товари. Товари се не по един чувал (както е с транспортьора) и не по 6-10 чувала (както е с мотокара), а на „блокове" по 50-70 чувала. Ето това е правилната постановка на задачата.

Съществува прост начин за проверка дали е поставена правилно задачата. Трябва да се прегледа как са формулирани подобни задачи в другите отрасли на техниката, особено там, където задачите се поставят по-прецизно или са от по-голям мащаб. Така например, за да се уточни задачата за транспортирането на опаковани товари, трябва да се приеме за образец строителната техника, тъй като там често се налага да се пренасят масово подобни товари.

По-рано строителните материали (тухли, камъни и др.) се товареха на ръка върху автомобили, а на строежа пак ръчно се разтоварваха. След това се премина към използуване на големи блокове и панели, което създаде условия за ефективна механизация на товарно-разтоварннте работи.

Складовата фигура от чували е нещо подобно на голям блок. Целесъобразно ли е той да се раздробява, след това отделните отломки да се пренасят с машини във вагона и там блокът отново да се възстановява? Очевидно такава задача не се диктува от тенденциите на развитието на техниката.

Така ние още един път идваме до извода, че първоначалната формулировка на задачата е безперспективна. Едновременно с това се очертава отчетливо правилната задача големият блок на складовата фигура (размерите на блока са ограничени само от размерите на входния отвор на вагона) трябва цял да се поставя във вагона и да заема там своето място.

Както и трябваше да се очаква, на конкурса най-добро се оказа предложението, което именно по този начин решаваше задачата. То осигуряваше най-голяма скорост на товарене при най-малки разходи за механизиране. Носещите по 50 чувала палети сами се плъзгат върху сферични опори (или на въздушна възглавница) в откритите врати на вагона.

Машините се усъвършенствуват не „както дойде", а в определена логична последователност.

Как се е усъвършенствувал например парният котел? Изискванията към конструкцията на котела са противоречиви. За да се осигури достатъчна якост при високо налягане, котелът трябва да има сферична или цилиндрична форма. Тази форма обаче е с минимална нагревна повърхнина и следователно паропроизводството е ниско. За да се удовлетворят противоречивите изисквания, трябва да се запази цилиндричната форма и да се увеличи дължината на цилиндъра. Котелът с формата на съд постепенно се превръщаше в система от тръби с голяма сумарна нагревна повърхнина.

Една от главните насоки в развитието на машините е изменението на размерите им. Машините се раждат, ако може така да се каже, със средна големина, а след това започват да се развиват в две противоположни посоки. Създават се образци с увеличени размери и едновременно с тях други, по-миниатюрни. Тези две тенденции се виждат ясно например в развитието на екскаватора. За транспортните и обработващите машини е типично увеличаването на размерите на единичния агрегат. А ето при контрол на измервателните уреди например има тенденция към намаляване на размерите.

Всяка машина се стреми към определен идеал и се развива, така да се каже, по свой път. В крайна сметка обаче тези пътища се събират, в една точка, както меридианите се събират в полюса. „Полюс" за пътищата, по които се развиват машините, е „идеалната машина".

„Идеалната машина" е условен еталон със следните особености. Теглото, обемът и площта на еталона са равни или почти равни на теглото, обема и площта на обекта, с който машината работи (обработва, транспортира и т. н.).

Машината не е самоцел. Тя е средство, с което се изпълнява дадена работа. Вертолетът например е предназначен да превозва пътници и товари. При това ние сме принудени — именно принудени — да „превозваме" и самия вертолет. Ясно е, че вертолетът ще бъде толкова „по-идеален", колкото е по-малко собственото му тегло, при условие, че другите качества не са влошени. Идеалният вертолет ще се състои само от пътническа кабина, движеща се със скоростта, с която я пренася вертолетът.

Друга особеност на идеалната машина е това, че всичките й части през цялото време изпълняват полезна работа с максимално натоварване, според проектните си възможности.

Машината съществува, за да работи. Много машини обаче работят само през отделните периоди от време. Нещо повече, ние сме свикнали да смятаме, че машината работи даже и в тези случаи, когато работи само една нейна част, а останалите бездействуват. Така например специалният товарен автомобил, който пренася панели за жилищни блокове, престоява при всеки рейс по четиридесет-петдесет минути. При товарене (или разтоварване) работи само каросерията на автомобила, а двигателят и ходовата част бездействуват. Същият автомобил, снабден с няколко подвижни каросерии, почти не губи време за товарене и разтоварване. Едната каросерия се товари, през това време втората пътува с автомобила, а третата се разтоварва на строежа и очаква идването на автомобила.

Прогресивни и валидни за дълго време се оказват тези тенденции, които приближават реалната машина до идеалната. Да разгледаме например тенденцията за увеличаване на размерите на машините. На пръв поглед не е ясно защо увеличението на размерите приближава дадена машина към идеалната. Всичко обаче е много просто. Обикновено колкото е по-голяма машината, толкова е по-малко отношението на собственото й тегло (обем, площ) към теглото (обема, площта) на материала, с който тя работи. Товарен автомобил, който пренася три тона товар, тежи тон и половина. Една трета от мощността на двигателя се изразходва, за да се „превозва" конструкцията на автомобила. Автомобил, проектиран за петнадесет тона полезен товар, тежи само пет тона. Частта на „мъртвия" товар се понижава значително, а това приближава тази машина към идеалната. Сто и четиридесеттонен самосвал се разтоварва за петнадесет секунди. Това е значително по-малко от времето, необходимо за разтоварване на петтонните товарни автомобили.

Често за идеална се смята „по-красивата" и „по-мощната" машина. Това е сериозна грешка. Тя създава психологическа бариера, която и изобретателят трудно преодолява. Мисълта му предварително се настройва за търсене на решения в тези посоки, които водят до създаването на „изящни" и „силни" машини. А принципно новите пътища често се оказват встрани.

Да разгледаме например въпроса за красотата на машината. Безспорно добрата машина трябва да бъде красива. Това се отнася обаче за „възрастните" машини, а „новородените" имат право да бъдат „уродливи". Важното е принципът им да бъде по-съвършен от този на известните машини. Ако това условие е спазено, може да не се съмняваме, че машината скоро ще се „разхубави" и ще затъмни старите красавици.

Като решава задачата, изобретателят не трябва да мисли за красотата на бъдещите машини. Той не трябва да се плаши, ако се наложи да предложи външно още неугледна, на вътрешно красива конструкция.

Ако задачата се решава по метода „опити и грешки", творческите търсения се водят по „вектора на инерцията" или, в най-добрия случай - „по всички посоки". Изобретателят обаче може, когато пристъпва към-решаването на задачата, рязко да стесни „ъгъла на търсенията". Решението трябва да приближава изходния обект към идеалната машина. Като определи каква трябва да бъде за даден случай идеалната машина, изобретателят веднага ще намери най-перспективната посока за търсенията.

Разбира се, необходимо е за всеки конкретен случай да се умее да се определи идеалната машина. Колкото по-точно изобретателят си представя идеалната машина, толкова е по-малък делът на случайността, толкова по-насочено се провеждат търсенията.

Идеалната машина играе ролята на маяк показващ посоката, в която трябва да се върви. Когато изобретателят търси решение, без да се насочва от такъв маяк, мислите му се разпиляват под влиянието на различни причини. „Всеки от нас - пише американският психолог Едуард Торндайк - при решаване на интелектуална задача е подложен буквално от всички страни на влиянието на различни тенденции. Всеки отделен елемент като че ли се стреми да завладее сфера на влияние върху нашата нервна система, да предизвика свои асоциации, без да се съобразява с другите елементи и с общото им настроение."

Схемите, с които е навикнал изобретателят, го обграждат и блокират пътищата, които водят до принципно нови решения. При тези условия, както отбелязва И.П.Павлов, особено" силно се проявяват обичайните слабости на мисленето - стереотипност и преднамереност.

От друга страна, планомерното творческо търсене въвежда порядък в мисленето и повишава продуктивността му. Мислите като че ли се концентрират в една главна за дадената задача посока. При това страничните идеи се изместват и отстраняват, а тези, които са непосредствено свързани със задачата, се привличат. В резултат рязко се повишава вероятността да се съчетаят такива мисли, от съединението на които да се роди изобретение.

Насочването на творческите търсения, както ще видим по-нататък, съвсем не изключва интуицията. Напротив, въвеждането на определен порядък в мисленето създава условия, благоприятни за проявяване на интуицията.

Понятието „идеална машина" е едно от фундаменталните понятия на теорията на изобретателството. Голям брой трудни задачи са трудни само за това, защото съдържат изисквания, противоречиви на главната тенденция в развитието на машините - стремежът да бъдат олекотени. Почти всички тематични планове са изпъстрени с фразите „Да се създаде устройство, което..." Често обаче не е нужно да се създава никакво устройство. Разковничето на задачата се състои в това, да се осигури исканият резултат „без нищо" или „почти без нищо". Всъщност идеалното решение е постигнато, когато машина въобще няма, а се получава търсеният резултат.