, .

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

ТЕХНИЧЕСКИ ПРОТИВОРЕЧИЯ

Bookmark and Share

ТЕХНИЧЕСКИ ПРОТИВОРЕЧИЯ

Хенрих Алтшулер

 

Да се опитаме да решим задачата за дъждовалната машина с обичайните средства. Необходимо е да увеличим три пъти размаха на крилата. Какво пък, ще направим триста метрова прътова конструкция. Технически това е напълно осъществимо. Но какво ще загубим? Ще нарасне теглото. Ако размахът на крилата се увеличи три пъти, конструкцията ще стане 27 пъти по-тежка.

Машините и механизмите (както и всички технически обекти) имат няколко основни показателя, които характеризират степента на съвършенството. Това са теглото, габаритите, мощността, надеждността й др. Между тези показатели съществуват определени зависимости. На единица мощност например съответствува дадено тегло на конструкцията. За да се подобри един от показателите посредством известните за дадения отрасъл от техниката начини, трябва „да се заплати" с влошаване иа друг показател. Ето типичен пример от самолетостроителната практика: „Двукратното увеличение на площта на вертикалния стабилизатор на един самолет намалило амплитудата на колебанията на самолета с 50%. Това обаче повишило възприемчивостта на самолета по отношение влиянието на вятъра, увеличило челното съпротивление, утежнило конструкцията и наложило допълнителното решаване на сложни задачи”.

В зависимост от конкретните условия конструкторът избира най-благоприятното съчетание на характеристиките и нещо печели, нещо губи. „Когато обмисляте решението и техническите условия — казва известният конструктор на самолети О. Антонов — които може би никога няма да бъдат записани на хартия, вие извършвате най-важното. В краен случай, ако нещо не може да бъде изпълнено, прибягвате към допустимото. Допустимото означава известно неизпълнение на зададените технически условия, така да се каже, компромисно решение. Да предположим, че при конструирането на самолет вие изпълнявате изискванията за товароносимост и скорост, но за малко не може да се получи изискването за определена дължина на засилване. Тогава започвате да преценявате отново тези три важни изисквания и е възможно малко да отстъпите по отношение на дължината за засилване. Нека тя бъде не 500, а 550 м, затова пък останалите показатели ще бъдат достигнати. Ето, това е то, допустимото."

Академик А. Н. Крилов в спомените си разказва за следния случай. През 1924 г, ученият работел в състава на съветско-френската комисия, която проверявала руските военни кораби, закарани в пристанището Бизерта от Врангел. Тук до руския миноносец стоял френски с приблизително същата възраст и размери. Разликата във въоръжението на двата кораба обаче била толкова голяма, че председателят на комисията адмирал Бун не издържал и възкликнал: „Вашият е с мощни оръдия, а нашият — с пушкала! По какъв начин сте постигнали такъв напредък във въоръжението на миноносеца?" Крилов отговорил по следния начин „Погледнете, адмирале — върху палубата освен стрингера, който е всъщност крепостта, всичко останало представлява като че ли покрив. Почти навсякъде е ръждясало, тръбите, кожусите им, кабините — всичко е износено. А разгледайте вашия кораб — на него всичко е като ново. Вярно, нашият миноносец е стоял шест години без поддържане и боядисване, но това не е най-главното. Вашият миноносец е построен от обикновена стомана, за която е прието напрежение при изчисленията 7 килограма на квадратен милиметър, като че ли това е търговски кораб, пригоден за използуване не по-малко от 24 години. Нашият кораб изцяло е построен от стомана с голяма якост, при която допустимото напрежение е 12 и повече килограма, а на някои места достига до 23 килограма на квадратен милиметър. Миноносецът се строи за 10—12 години, тъй като през това време той дотолкова остарява, че вече не представлява реална военна сила. Цялата печалба от теглото на корпуса е изразходвана за усилване на въоръжението и вие ще видите, че в артилерийски бой нашият миноносец ще направи на парчета най-малко четири ваши, преди те да са се приближили на разстояние, равно на далекобойността на техните „пушкала” ”. „Колко е просто това!" — казал адмиралът.

Изкуството на конструктора до голяма степен зависи от умението му да определя какво трябва да се спечели и какво може за това да се „заплати". Изобретателското творчество се състои в намирането на такъв път, при който въобще не е необходимо да се „заплаща" или „заплащането" е непропорционално малко в сравнение с получените резултати.

Да предположим, че за ускоряване на товарно-разтоварните работи на необзаведените с модерна техника летателни писти е необходимо да се създаде портативно подемно устройство, което да се монтира в тежките транспортни самолети. Тази задача може да се реши със средствата на съвременната техника. Въз основа на общите принципи за конструиране на подемни устройства и на опита, придобит от създаването на леки автомобилни кранове, квалифициран конструктор може да проектира исканото устройство. Ясно е, че подобно устройство ще облекчи товаренето и разтоварването, но заедно с това ще увеличи „мъртвото" тегло на самолета. Печелейки от едно, конструкторът ще загуби от друго. Най-често това положение се приема и задачата на конструктора е повече да спече, а по-малко да загуби.

Необходимостта от изобретение възниква в тези случаи, когато задачата съдържа допълнителното изискване да се спечели, но без да се губи. Например подемното устройство, за което става дума по-горе, трябва да бъде достатъчно мощно и в същото време да не утежнява самолета. Тази задача не може да се реши с известните средства, тъй като и най-добрите подвижни кранове имат значително тегло. Тук е необходим нов подход, необходимо е изобретение.

По такъв начин обикновената задача преминава в категорията на изобретателските задачи, когат необходимо условие за решаването й е отстраняването на техническо противоречие

Лесно е да се създаде нова машина, като се пренебрегнат техническите противоречия. Тогава обаче машината ще се окаже неработоспособна и безжизнена.

Винаги ли изобретението се състои само в отстраняване на техническо противоречие?

Трябва да се каже, че съществуват две понятия за „изобретение" — юридическо (патентно) и техническо. Юридическото понятие е различно за отделните държави и при това често се изменя. То се стреми да отрази колкото се може по-точно границите на съвременните представи за изобретението.

За техническото понятие са важни не толкова тези граници, колкото ядрото на изобретението, неговата исторически устойчива същност. И в този смисъл изобретението винаги се състои в преодоляване (напълно или частично) на техническото противоречие.

Това е ярък пример за техническо противоречие. Опитът да се подобри едно от свойствата на машината влиза в конфликт с другите и свойства.

Ето няколко задачи от различните отрасли на техниката, които съдържат технически противоречия. Задачите не са измислени от автора, а са взети от книги, списания и вестници.

Минно дело

От много отдавна миньорите правят изолация срещу подземни пожари, като строят специални стени от тухли, бетон или дялани камъни. Построяването на тези стени се усложнява много, ако в мината се отделят и газове. Тогава стената трябва да се прави херметична; грижливо да се запушва всеки процеп и всичко това — под постоянната заплаха от взрив. За да се предпазят, миньорите започнаха да строят по две стени. Първата е временна, направена как да е. Тя пропуска въздух и служи само за барикада, под чието прикритие може да се строи, без да се бърза втората, постоянна стена. По този начин миньорите спечелиха по отношение на безопасността, но загубиха от допълнително вложения труд.

Двигателостроене

Газоразпределителннят механизъм на двигателя се състои предимно от детайли, които извършват възвратно - постъпателно движение. Като се повишат оборотите на двигателя, се увеличават инерционните натоварвания. За да се избегне това, трябва да се намали масата на движещите се възвратно детайли. Поради тази причина разпределителният механизъм се поставя в цилиндровия блок. В резултат на това обаче горивната камера става сплескана, продълговата, с голяма-топлоотдаваща повърхнина. В това се състои едно от противоречията. Повишаването на оборотите при долно разполагане на клапаните предизвиква увеличаване на мощността и икономичността. Продълговатата форма на горивната камера пък премахва тази печалба.

Автомобилостроене

За да се увеличи мощността на двигателя, без да се приложат нови конструктивни решения, трябва да се увеличи теглото му и разходът на гориво. Следователно и носещата част на автомобила (рама, каросерия) трябва да бъде по-тежка и мощна, поради което остава по-малко място за пътниците.

Меките гуми с ниско налягане на въздуха осигуряват по-плавен ход на автомобила, който се носи по неравния път като лодка. Но колкото налягането в гумите е по-ниско, толкова по-голямо е съпротивлението на пътя и по-малка е скоростта.

Автомобилът може да се направи нисък и устойчив, но няма да може да минава по лош път. За да намери златната среда, конструкторът претегля кои от качествата на автомобила могат да се пренебрегнат и кое да се постави на първо място.

Химична технология

При повишаване на налягането скоростта на синтеза се увеличава и следователно нараства производителността на колоната. Едновременно с това обаче се увеличава разходът на енергия за сгъстяваме на определено количество газ, а по конструктивни съображения се ограничават размерите на апаратите и оттам — мощността им. Увеличава се и разтворимостта на азотоводородната смес в течния амоняк, и загубите от този газ.

Електроника

Съвременната електроника се сблъска със сериозна дилема. От една страна, непрекъснато се повишават изискванията към работните характеристики, което усложнява електронните системи. От друга страна, все по-твърдо се ограничават габаритите, теглото и консумираната мощност... Същото, а може би и по-голямо значение имат проблемите на надеждността, свързани с увеличаващата се сложност на апаратурата.

Радиотехника

Антената на радиотелескопа има две основни характеристики — чувствителност и разграничаваща способност. Колкото е по-голямата площ на антената, толкова по-голяма е чувствителността на телескопа и толкова по-далече в глъбините на Вселената той може да надникне. Разграничаващата способност показва доколко уредът различава два източника на излъчване, които се намират на малко ъглово разстояние един от друг. Това е „острота на зрението" на телескопа. Освен това голямото „радио око" трябва да обхваща с погледа си възможно по-голяма част от небето, поради това антената трябва да е подвижна. Естествено, да се премества огромната антена, така че да се запази формата и с точност до милиметър е много трудно. Докато не се разреши това противоречие, конструирането на телескопа ще се движи по две посоки. Ще се строят много големи, но неподвижни антени или пък подвижни и сравнително малки.

Корабостроене

При проектиране на корпуса на яхта е необходимо да се съблюдават три основни предпоставки: минимално съпротивление на формата, минимално съпротивление от триене и максимална устойчивост.

Тези изисквания са взаимно противоречиви. Тясната и дълга яхта има малко съпротивление на формата, обаче е слабо устойчива и не може да носи големи платна. Ако устойчивостта се повиши чрез поставяне на повече баласт, това ще предизвика увеличение на потопяването и по-голямо съпротивление на триене. Повишаването на устойчивостта посредством увеличаване ширината на корпуса ще увеличи съпротивлението на формата. Следователно задачата на конструктора е да намери „златната среда”, в съчетаването на противоречивите условия на конструирането.

По дефиниция изобретението трябва да съдържа „съществена новост”. Какво означава обаче прилагателното „съществена"? В „Указания по методиката за провеждането на експертиза на заявките за изобретения" е записано следното: „Съществената новост в решението на техническа задача се характеризира с това, че то съдържа нови, неизвестни по-рано признаци, които придават на обекта на изобретението (устройството, метода, веществото) нови свойства, създаващи положителен ефект". С незначителни вариации това определение се използува вече десетки години и предизвиква безброй спорове по заявките. В определението се казва, че новост е наличието на нови свойства. Но кое трябва да се смята за ново свойство? По тази въпрос няма точни указания. Получава се, че новостта изобщо съществува, когато е налице нещо ново...

На практика „съществената новост" неизбежно се свежда до понятието „съществено изменение" (в сравнение с прототипа) и по-нататък — до понятието „значително изменение". Ако си изменил много — изобретение е, ако си изменил малко — не е изобретение. При това „много" или „малко" се определя по лична преценка на експерта.

А при това съществува обективен критерий. Изобретение е отстраняването на техническо противоречие. Като се използува този критерий, експертизата на заявките до голяма степен може да стане обективна.

Да разгледаме конкретен пример. В списание „Изобретател и рационализатор" бе публикувана статия на експерта Е. Немировски „Какво е изобретение"? В нея авторът посочва пример от личната си практика.

Двама инженери разработили конструкция на автоматичен подавач за подаване в машина на картонени капачки. „Като разглеждах тази заявка — пише експертът, — аз си спомних за подобно устройство, описано в един немски патент. Единствената разлика се състоеше в това, че нашите изобретатели бяха поставили стените на шаблонната кутия на разстояние, по-малко от дължината на капачката. Аз прецених, че това различие не е съществено, и подготвих проект на решение, съгласно, което се отказва издаването на авторско свидетелство."

Тук всичко е характерно. Това е класически пример за прилагане на сравняване. Експертът не се интересува поради каква причина са направени изменения и какви са получените резултати. Не, тук действува принципът на формалното сравняване. Експертът намира прототип. Изменението му изглежда несъществено — изменили са някаква си дължина на стената! А несъщественото изменение означава по мнението на експерта, че няма съществена новост. И той спокойно пише проект за отказ. Методът на сравняването обаче този път направил засечка. Е. Немировски разказва: „Нашите изобретатели обаче ми разясниха, че страничните опори, описани в немския патент, трябва да бъдат съвсем корави, за да се избегне сгъването на пачката от картони. От друга страна, ако опорите са прекалено корави, смукачите няма да могат да извадят капачката от кутията. Това противоречие прави автоматичния подавач функционално негоден. Необходимо бе само да се измени, разстоянието между стените и капачките започваха да се отделят. Новото съотношение на размерите, прието от нашите изобретатели, направи годно за работа несъвършеното устройство. Аз признах, че съм сгрешил.

Изобретателите получиха авторско свидетелство. В самия край на статията Немировски произнася думата, с която би трябвало да започне—„противоречие". Оказва се, че работата не е в значителността или незначителността на внесеното изменение, а в това, че е имало техническо противоречие и изобретението го е отстранило. Ето още един пример.

Ленинградските инженери Л. Гинсбург и Я.Перский пуснали заявка за лампов блок с тороидален трансформатор. „Вие сте създали много добра конструкция — отговорил експертът, — но тя не съдържа елемент на съществена новост.” Заявката била разгледана в Ленинградския областен съвет на ВОИР и там намерили, че съдържа значителна новост. Ето в какво се състояла тя:

При конструирането на ламповия блок, в който са обединени лампата за високо напрежение (вентилът) и захранващият я трансформатор, е необходимо да се изолират ламповите гнезда и другите части на вентила, които се намират под високо напрежение, от околните предмети с различен потенциал, в това число и от трансформатора. Навсякъде досега това се осигуряваше при конструиране, като се оставяше достатъчно разстояние между ламповите гнезда и тялото на трансформатора. За целта между вентила и трансформатора се поставяше, дълъг изолатор, монтиран съгласно изискванията за високо напрежение. А при конструирането на подобни апарати е важно габаритите да се намаляват, а не да се увеличават.

И ето, че инженерите Л. Гинсбург и Я. Перский предложиха да се увеличи малко отворът на тороидалния трансформатор, в този отвор да се поставят ламповите гнезда и другите части с високо напрежение (съпротивлението „мрежа-катод" и високо-волтовият извод) и всичко това да се залее с изолационно вещество. Това остроумно решение даде възможност блокът да се осъществи без изолатор и високоволтов монтаж. Най-важното обаче е, че габаритите на блока се намалиха и при този нринцип на конструиране не е необходимо да се увеличават с повишаване напрежението на вентила".

Спорът по експертизата завършил по следния начин „Беше доказано, че авторите са успели да преодолеят отбелязаното по-горе противоречие и да решат задачата именно за това, защото в тяхната конструкция трансформаторът изпълнява ролята и на изолатор на високоволтовите части на вентила. Използуването на трансформатора като изолатор е новото в конструкцията." Изобретателите получили авторско свидетелство.

Ако изобретателите се научат да виждат в изобретенията премахване на технически противоречия, а експертите да намират в предложенията начини за отстраняване на тези противоречия, количеството на отклонените предложения значително ще се съкрати.

Понякога съдържащото се в задачата техническо противоречие се вижда ясно. Такива са например задачите, чието решение по обичайните методи води до недопустимо увеличаване на теглото. Друг път обаче противоречието е незабележимо, то като че ли е замаскирано в условието на задачата. Затова пък изобретателят винаги трябва да има предвид техническото противоречие, с което му предстои да се пребори.

Да се получи определен резултат" е само половината от решението на задачата. Изобретателят трябва да вижда и втората половина — „да се спечели, без да се влошат някои от другите съществени показатели."

Анкетните допитвания показаха, че опитните изобретатели добре виждат техническите противоречия, съдържащи се в различните задачи. Така например П. Фрудман от Ленинград, автор на повечето от двадесет изобретения, пише: „Изучавам трудностите и противоречията на съществуващите машини, апарати и системи". Каунаският изобретател Ю.Чапеле характеризира много точно тази най-важна особеност на изобретателското майсторство: „Трябва да се намери в задачата техническото противоречие, а след това — да се използуват подсказваните от опита и знанията методи за отстраняване на това противоречие".

Действително не са редки случаите в изобретателската практика, когато главното е да се открие техническото противоречие. След като се открие то, преодоляването му не е трудно.

Случва се и така, че решаващо значение има ясното формулиране на противоречието. Изобретателят трябва точно да определи „несъчетаемото" и да го „съчетае". Тук е особено важно да се преодолее психологическата инерция. Някой някога дошъл до извода, че е невъзможно да се „съчетае" нещо, и действително, за това време е било невъзможно. Оттогава обаче много неща са се изменили. Отдавна са възникнали условия за отстраняване на противоречието, но по силата на инерцията то продължава да се смята за „неотстранимо".