Основы технического творчества

ОСНОВЫ ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ТВОРЧЕСТВА

Роль дисциплины «ОПиПТ» в формировании специалиста в области механизации сельскохозяйственного производства и сельскохозяйственного машиностроения.

История развития научно-технического творчества.

Принципы решения технических изобретательских задач.

Метод проб и ошибок

ЛЕКЦИЯ №2

Основные методы активизации творческого мышления

Метод фокальных объектов

Мозговой штурм

Синектика

Метод контрольных вопросов

Морфологический анализ

ЛЕКЦИЯ №3

НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ПРОГРЕСС СТАВИТ ПЕРЕД РАБОТНИКАМИ АПК БОЛЬШИЕ И СЛОЖНЫЕ ЗАДАЧИ, В ХОДЕ ВЫПОЛНЕНИЯ КОТОРЫХ РЕШАЮТСЯ РАЗЛИЧНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ И ОРГАНИЗАЦИОННЫЕ ВОПРОСЫ. РАЗВИТИЕ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА ТРЕБУЕТ ПОСТОЯННОГО СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ, УЛУЧШЕНИЯ ТЕХНИКИ И ТЕХНОЛОГИИ. В ЭТОМ БОЛЬШУЮ ПОМОЩЬ ОКАЗЫВАЮТ СЕЛЬСКИЕ НОВАТОРЫ. ОДНАКО МНОГИЕ ИЗ НИХ РАБОТАЮТ ИНТУИТИВНО, ОСНОВЫВАЯСЬ БОЛЬШЕ НА СОБСТВЕННОМ ОПЫТЕ И ЧУТЬЕ, НЕЖЕЛИ НА ЗАКОНОМЕРНОСТЯХ РЕШЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ ЗАДАЧ. ЗНАНИЕ СПОСОБОВ ИХ РЕШЕНИЯ ПОВЫШАЕТ ЭФФЕКТИВНОСТЬ РАБОТЫ РАЦИОНАЛИЗАТОРОВ И ИЗОБРЕТАТЕЛЕЙ, ВОВЛЕКАЕТ В ТЕХНИЧЕСКОЕ ТВОРЧЕСТВО НОВЫЕ СИЛЫ.

ЖУРНАЛ С ЭТОГО НОМЕРА НАЧИНАЕТ ПУБЛИКАЦИЮ СЕРИИ СТАТЕЙ, РАСКРЫВАЮЩИХ МЕТОДИКУ РАЦИОНАЛИЗАТОРСКОЙ И ИЗОБРЕТАТЕЛЬСКОЙ РАБОТЫ, КОТОРАЯ ПОМОЖЕТ СЕЛЬСКИМ НОВАТОРАМ В ЭТОМ БЛАГОРОДНОМ ДЕЛЕ.

УДК 331 876 6.001 5

Основы технического творчества

                                                          А. 3. ШВАРЦМАН, инженер

                                                          Проектно-изыскательский институт

                                                          «Винницагропроект»

Технические задачи могут решаться как напрямую, так и с помощью моделирования, когда они облекаются в за­ранее стандартизованные формы и термины. Это делается для того, чтобы преодолеть психологический барьер «трудности» или кажущейся «нерешимости» задач, уйти от привычных стереотипов мышления. Для задач различной сложности применяют соответствующие методы и приемы ре­шения.

Новаторами накоплено множество различных методик. В их числе приемы устранения технических противоречий, исполь­зование физических эффектов, применение алгоритмов ре­шения изобретательских задач, по стандартизации решения типовых задач, функционально-стоимостному анализу и син­тезу и др. Мы остановимся на наиболее распространенных приемах и методах.

Рассмотрим типовые приемы устранения технических про­тиворечий, с помощью которых можно решать различные творческие задачи.

Принцип самообслуживания (объект должен сам себя обслуживать, выполняя различные операции, в том числе вспомогательные, использовать «отходы» энергии, вещества). Например, на перевозке различных грузов и сельскохо­зяйственной продукции используют тракторные прицепы. Для разгрузки, допустим, у свекловичного бурта их требуется перемещать с опрокинутым кузовом и открытым бор­том вдоль него. Открытие борта затруднено из-за близо­сти массы свеклы. Если же его открыть заранее, то свекла начнет высыпаться еще до подъезда к бурту, что ведет к потерям. Для решения этой задачи рационализаторы предложили использовать пружину с натяжным устрой­ством (рисунок 1, а). Во время транспортировки борт под воздействием пружины закрыт. При опрокидывании кузо­ва борт под давлением свеклы открывается и она выгру­жается. После разгрузки под действием пружины борт закрывается. Такое приспособление к кузову прицепа можно выполнить в мастерской любого хозяйства.

Рисунок 1 - Схема приспособления для открывания борта прицепа

а — I вариант усовершенствования кузова, б — схема выгрузки груза, в — второй вариант усовершенство­вания кузова, / — прицеп, 2 — от­крывающийся борт, 3,5 — крюки, 4 — пружина, 6 — груз, 7,8 — сек­ции борта

Принцип дробления(деление объекта на части; выпол­нение объекта разборным и др.). Из описанного выше прице­па зачастую требуется сгружать не весь груз, а лишь его часть. Это легко осуществить, если откидной борт выпол­нить секционным (Рисунок 1, в) и каждую секцию снабдить индивидуальной пружиной и защелкой. Число секций может быть любым.

Принцип местного качества (каждая часть объекта должна находиться в соответствующих условиях работы; разные части объекта иметь различные функции; переход от однород­ной структуры объекта к неоднородной). Так, в процессе ремонта узлов и деталей сельскохозяйственной техники или при ее эксплуатации производят упрочение или наплавку поверхностей, подверженных интенсивному износу. Таким образом, прочной делают лишь местную часть детали. Этот прием позволяет экономить материалы и средства.

Принцип асимметрии (переход от симметричной формы объекта к асимметричной). Как известно, в слесарных тисках можно зажимать детали лишь определенной длины. Одна­ко если губки тисков сместить относительно друг друга в разные стороны (переход от симметрии к асимметрии их расположения), то это позволит зажимать более длин­ные детали,

Принцип объединения (соединение однородных и предназ­наченных для смежных операций объектов; объединение во времени однородных или смежных операций). Напри­мер, новаторами предложено производить мойку молочных шлангов доильных аппаратов не вручную с помощью ерша, а водой, прокачиваемой через них (Рисунок 2, а). Однако в этом предложении есть недостаток — такое решение не позволяет очищать внешнюю поверхность шлангов. Руководствуясь ука­занным принципом, можно погрузить шланги в резервуар с моющим раствором (Рисунок 2, б). Объекты и операции мойки будут объединены.

Принцип введения или усиления управляемости объекта. Используем для примера рисунок 2, где показана установ­ка для мойки молочных шлангов. Шланги могут быть неодинаково загрязнены, иметь различные диаметры и поэто­му при мойке они окажутся в неодинаковых условиях. Для устранения этого следует ввести управление давлением жидкости в шлангах, смонтировав на входах в них регу­лирующие вентили. Давление моющей жидкости устанавли­вают в зависимости от перечисленных факторов. Контроль ведут по манометрам, размещенным на выходе.

Рисунок 2 -. Схема устройства для промывки молочных шлангов:

а — исходная конструкция; б — усовершенствованная кон­струкция; в, г — усовершенствованные узлы; / — резервуар с моющим раствором; 2 — трубопроводы; 3 — шланги; 4,5 — гребенки; 6 — манометр; 7 — насос; 8 — контрольные мано­метры, 9 — регулирующие вентили

Принцип обратной связи (ввести обратную связь в объект или процесс; если она имеется, то изменить ее вели­чину, конструкцию, принцип действия). В предыдущем приме­ре регуляторы давления можно автоматизировать, используя в качестве сигнала давление воды на выходе. Однако такое усложнение конструкции обоснованно лишь при боль­шом количестве очищаемых шлангов, то есть когда будет соответствующая экономическая эффективность, снижение трудозатрат и др.

Принцип универсальности (объект выполняет несколько различных функций, благодаря чему отпадает необходи­мость в других). Так, если на выходах шлангов в выше­описанном примере установить манометры, это позволит контролировать давление воды в них, а по величине его можно определить целостность шлангов. При этом отпадает потребность в какой-либо специальной установке для этой проверки.

Принцип предварительного исполнения (заранее проводят требуемое изменение объекта; размещают объекты так, что­бы они могли вступить в действие с места оптималь­ного размещения и без затрат времени на их достав­ку). Пример. При разгрузке некоторых сыпучих грузов из самосвального кузова автомобиля часть его необходимо выгребать вручную. Этого можно избежать, если перед загрузкой смочить днище кузова водой, а когда влага не­допустима, применить «сухую смазку» (такой прием возмо­жен, лишь, когда допускается смешение «смазки» с пере­возимым грузом). Так, при перевозке глины в качестве такой «смазки» можно использовать тонкий слой песка. Когда смешивание недопустимо, используют обыкновенный брезент, настилаемый на дно кузова перед погрузкой. Если после опрокидывания кузова часть груза осталась в нем, достаточно лишь потянуть за край брезента и сдвинуть с места его остатки.

Принцип эквипотенциальности (изменение условий работы объекта так, чтобы не приходилось поднимать или опускать его). Например, предложено проводить наружную мойку трактора в моечной камере, где его для удаления грязи с гусениц и низа подвешивают. Однако мойка гусениц и низа едва ли представляет собой столь важную и необходимую задачу, ради которой целесообразны значительные затра­ты труда и технические средства. Проще мыть трактор непосредственно на полу, а для мойки низа и гусениц оборудовать мелкую ванну с трубами, снабженными насад­ками для подачи воды струями.

Принцип обращения вреда в пользу (использование вред­ных факторов для получения положительного эффекта; устранение за счет сложения с другими вредными фак­торами; усиление вредного фактора так, чтобы он пе­рестал оказывать отрицательное действие). Этот принцип можно проиллюстрировать примером усовершенствования конструкции мембранного датчика уровня зерна, комби­кормов и др. в силосах и бункерах. Для отделения внутренней полости датчика от вредного влияния окружаю­щей среды его корпус выполнен герметичным, но это при­водит к снижению точности показаний. В силосах и бун­керах при загрузке-выгрузке содержимого образуется воз­душные пробки, вызывающие толчки воздуха, вихревые по­токи. Они воздействуют на мембрану датчика и приводят к его ложным срабатываниям. Герметичность корпуса и заключенный в нем воздух повышают жесткость мембра­ны и, следовательно, снижают чувствительность датчика. Эти недостатки можно устранить, е£ли разгерметизировать корпус (Рисунок 3). В его стенке в специально прорезанное отверстие устанавливают гайку СГН-15, закрепляемую с по­мощью контргайки. Под гайкой размещают металличе­скую сетку с фильтром из специальной ткани и уплотняю­щими резиновыми прокладками. Воздух будет воздейство­вать не только снаружи на мембрану, но и изнутри. Это уравновесит вредное действие толчков, и мембрана будет реагировать только на давление содержимого силоса или бункера (здесь вред обращен в пользу).

Рисунок 3 - Схема усовершенствован­ного датчика уровня:

1 — сетка; 2 — фильтр; 3 — про­кладка; 4 — гайка; 5 — уплотне­ние; 6 — шайба; 7 — контргай­ка; 8—корпус датчика; 9— мембрана

Принцип динамичности (характеристики объекта или внеш­ней среды меняют так, чтобы они были оптимальны­ми на каждом этапе работы; делят объект на части, способные перемещаться относительно друг друга, при этомобъект должен быть работоспособен в любое время и любой последовательности). Примеров этого принципа множество. Это различные машины и устройства с изменяемыми формой и жесткостью в зависимости от условий работы и др. Можно привести пример монтажа технологического тру­бопровода или водопровода. При изгибании трубы во внут­ренней ее части стенка собирается складками. Чтобы устра­нить это, труба должна иметь переменную жесткость, для чего ее заполняют песком.

Принцип «наоборот» (вместо действия, диктуемого усло­виями задачи, осуществлять обратное, например не нагре­вать, а охлаждать, движущуюся часть сделать неподвиж­ной и, наоборот, перевернуть объект «вверх ногами» и др.

Известно, что для прозванивания и маркировки жил ка­беля применяют различные устройства, в которых используют нулевую жилу. Однако на практике нередко особо выделенную жилу определить невозможно. Необходимо перебирать жилы в определенной последовательности. Однако всего этого можно избежать, если использовать схему, изображенную на рисунке 4, а. На маркируемом конце жилы соединяют вместе (принцип «наоборот»). На другом конце кабеля одну из жил условно принимают за нулевую и к ней подключают диод, к остальным — резисторы. Шкалу вольтметра с помощью этих резисто­ров предварительно маркируют. От соединенных вместе жил выбирают любую, между ней и пучком жил включают вольтметр с источником питания (Рисунок 4,-6) и по его пока­зателям определяют номер.

Рисунок 4 - Схема поиска жил в ка­беле:

а — подготовка к поиску; 6 — поиск; /, 3, 4, 5 — резисторы; 2 — диод;

6 — жилы; 7 — ка­бель; 8 — временное соединение жил; 9 — контактные наконеч­ники; 10 — вольтметр; // — ис­точник питания

Принцип «по аналогии» (перенос принципиального решения одного объекта на другой). Так, при монтаже технологического оборудования был проложен длинный с поворотами в труднодоступных местах пучок труб. Необходимо эти тру­бы промаркировать с обоих концов. Новаторы предло­жили по аналогии с рисунка 4 схему, показанную на рисунке 5. На одной стороне пучка на трубы навинчивают спе­циальные накидные гайки с различным диаметром отвер­стий. С другой стороны трубы по очереди продувают сжатым воздухом с контролем его давления манометром, шкалу которого предварительно промаркировали в соответ­ствии с пневмосопротивлением гаек.

Принцип перехода в другое измерение (перемещение в двух измерениях, многоярусная компоновка объектов; наклон объекта или укладка его набок; использование обратной стороны данной площади). При хранении лесо­материалов занимаемую ими площадь можно уменьшить, если поставить и скрепить их в вертикальном положении.

Рисунок 5 - Схема поиска труб:

1 — шланг подачи сжатого воздуха; 2 — манометр; 3 — наконечник;

4 — пучок труб; 5, 6, 7, 8, 9, 10 — на­кидные гайки

Другой пример. В теплице для круглогодичного выращи­вания овощных культур можно улучшить световой режим за счет использования солнечных лучей, отражаемых поворотным вогнутым экраном, установленным с северной стороны.

Принцип «посредника» (использование промежуточного объекта). При восстановлении автомобильных и трактор­ных рессор проверяют упругость. Для этого их нагружают с определенным усилием, которое контролируют динамо­метром. Рационализаторы предложили создавать такое уси­лие обыкновенным гидравлическим домкратом (Рисунок 6), за­крепленным вместе с рессорой на простейшем стенде. Давление в домкрате служит прямой величиной загруз­ки испытуемой рессоры. Отпала необходимость в динамо­метре с соответствующей механической системой. Здесь «посредник» — рабочая жидкость.

Рисунок 6 - Схема стенда для провер­ки рессор:

1 — кронштейны; 2 — рессора, 3 — манометр; 4 — соединитель­ный патрубок, 5 — рама; б — домкрат

Принцип замены многостадийной операции. Для термо­механического восстановления листовых автомобильных рес­сор можно применить установку, совмещающую все опе­рации (Рисунок 7). В ней использованы гидропривод и электри­ческая энергия. Рессору устанавливают на приводные ро­лики. Посредине ее сжимают роликами, к которым под­ведено напряжение от понижающего трансформатора. Рессора прокатывается и одновременно нагревается. Ее па­раметры восстанавливаются за счет наклепа поверхност- ного слоя металла. Повышается усталостная прочность и релаксационная стойкость рессор. После проводят низкотемпературный отпуск.

Рисунок 7 - Схема приспособления для восстановления рессор:

I — понижающий трансформатор; 2,3 — приводные и токо-подающие ролики; 4 — гидроцилиндры

Принцип однородности (объекты, взаимодействующие с данным, должны быть сделаны из такого же или близ­кого ему по свойствам материала). Например, фланце­вые соединения полостей высокого давления осуществляют обычно с помощью резиновых прокладок или уплот-нительных колец, которые не всегда долговечны. Рацио­нализаторы предложили для герметизации зазора между корпусом масляного насоса НШ и присоединительным флан­цем (Рисунок 8) на привалочной плоскости последнего вытачивать кольцевой выступ с углом в вершине 35...40°. После подтяжки фланца болтами в отверстии корпуса насоса образуется развальцованная кольцевая фаска, кото­рая и является уплотнением. Для гарантии герметично­сти производится периодическая подтяжка фланца.

Рисунок 8 - Схема безуплотнительного фланцевого соединения:

 1 — корпус насоса; 2 — фла­нец; 3 — пружинная шайба; 4 — болт

Принцип механических колебаний (перевод объекта в коле­бательное движение; если колебание уже совершается, то увеличить его частоту).

Принцип непрерывного действия, переход от непрерыв­ного действия к периодическому (импульсному); если уже осуществляется такое действие, то изменить его периодич­ность; использование паузы между импульсами для осу­ществления другого действия.

Принцип непрерывности полезного действия (вести работу непрерывно, все части объекта должны работать с полной нагрузкой, устранение холостых и промежуточных ходов).

Последние три принципа очень важны для повышения эффективности машин и целых производств. Примеры весь­ма разнообразны.

Принцип механической системы (замена механической системы оптической, гидравлической и др., использование электрических, магнитных и электромагнитных полей для взаимодействия с объектом и др.).

Принцип копирования (вместо сложного дорогостоящего, неудобного или ненадежного объекта используют его упрощенную дешевую копию).

При конструировании механизмов и узлов, воплощении в металле творческого замысла всегда надо думать об их минимальной материалоемкости и простоте эксплуатации. В легкой конструкции не следует передавать большие усилия через длинную цепь передач и конструктивных элементов. Необходимо представлять себе конструкцию не только в статике, но и в динамике, анализировать ее слабые места. Чем больше их будет определено умозрительно, а затем на модели или образце, тем мень­ше неожиданностей появится в процессе эксплуатации. Всегда следует учитывать деформации отдельных деталей, которые могут привести к перераспределению сил в кон­струкции и нежелательному результату. В местах расхож­дения или схождения силовых потоков, а также их разде­ления или прерывания возможны усиленный износ, деформа­ция или разрушение. Распределение усилий и масс в кон­струкции должно быть гармоничным.