ТРИЗ. Теория решения изобретательских задач. Уровень 5. Учебник - Петров В.

Author: Петров В.

Tags: математика основы математики математическая логика физика задачи по физике

ISBN: 978-5-91359-312-2

Year: 2018

Similar

Огонёк №29 за 1988 год

День поэзии. 1957

Некоторые способы решения логических задач

День поэзии. 1962

Text

Библиотека создания инноваций
«солон»

Владимир Петров
ТРИЗ
Теория решения
изобретательских задач
УЧЕБНИК
ТРИЗ ОТ А ДО Я
Владимир Петров
ТРИЗ
Теория решения
изобретательских задач
ТРИЗ от Адо Я
Уровень 5
Учебник
СОЛОН-Пресс
Москва
2018
УДК 519.5
ББК 22.12
ПЗО5
Петров В.
ТРИЗ. Теория решения изобретательских задач. Уровень 5.
Учебник — М.: СОЛОН-Пресс, 2018 - 404 с.: ил. (ТРИЗ от А до Я).
ISBN 978-5-91359-312-2
Эта книга представляет собой пятый уровень изучения теории
решения изобретательских задач (ТРИЗ) из серии «ТРИЗ от А до Я».
Данная книга описывает некоторые тенденции развития систем,
закон увеличения степени вепольности и стандарты на решение
изобретательских задач.
Уровень 5 выпускется в виде двух книг: учебника и задачника с
разбором задач.
Материал легко и быстро усваивается.
В книге приводится 540 примеров и 130 задач, около 400 иллю-
страций, около 140 формул, более 100 физических эффектов и более
300 понятий.
Книга рассчитана на широкий круг читателей и будет особенно
полезна тем, кто хочет быстро получать новые идеи.
По вопросам приобретения обращаться:
ООО «СОЛОН-Пресс»
123001, г. Москва, а/я 82
Телефоны: (495) 617-39-64, (495) 617-39-65
E-mail: kniga@solon-press.ru,
www.solon-press.ru
ISBN 978-5-91359-312-2
©СОЛОН-Пресс, 2018
©Петров В. М., 2018
Список сокращений
АРИЗ - алгоритм решения изобретательских задач;
А. с. - авторское свидетельство (документ, утверждающий
авторское право на изобретение). Выдавался в СССР;
БСЭ - Большая Советская Энциклопедия. В 30 томах;
ИКР - идеальный конечный результат;
ТРИЗ - теория решения изобретательских задач;
ФП - физическое противоречие.
Благодарности
Я премного благодарен Генриху Альтшуллеру, автору теории
решения изобретательских задач - ТРИЗ, моему учителю, коллеге и
другу, за то, что он создал эту увлекательную теорию. Признателен
ему за незабываемое время, проведенное вместе с ним, и за то, что
он изменил мою жизнь, сделал ее разнообразнее и интереснее. Неко-
торые из материалов этой книги обсуждались с Генрихом Альтшул-
лером.
Благодарен коллегам за присланные примеры: Олегу Абрамову,
Владимиру Афоньшину, Дмитрию Бахтурину, Борису Голдовскому,
Вячеславу Ефремову, Игорю Кайкову, Вадиму Канеру, Сергею Ло-
гвинову, Игорю Мисюченко, Михаилу Рубину, Сергею Сысоеву,
Науму Фейгельсону (Россия), Елене Грединаровой (Украина), Свет-
лане Вишнепольской, Семену Литвину, Леву Певзнеру, Владимиру
Просяннику, (США), Павлу Ливотову (Германия), Ефиму Копыту
(Израиль).
Хочу выразить глубокую благодарность за ценные замечания и
предложения при работе над этой книгой моему коллеге и другу
Б. Голдовскому.
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
3
Введение
Введение
1. Законы развития
систем
2. Переход к более
управляемым
полям
3. Увеличение сте-
пени дробления
4. Переход к КПМ
5. Увеличение сте-
пени веполыю-
сти
6. Стандарты
Заключение
...стандарты - это правила
синтеза и преобразования техниче-
ских систем, непосредственно выте-
кающие из законов развития этих
систем.
Генрих Альтшуллер1
Содержание главы «Введение»:
1. Вступление.
2. Содержание учебников 1-4 уровней.
3. Описание данного учебника.
1. Вступление
Перед вами, дорогой читатель, учебник «Теория решения изоб-
ретательских задач (ТРИЗ). Уровень 5».
Данный учебник ставит задачу изложить систему стандартов на
решение изобретательских задач, разработанную Г. С. Альтшулле-
ром. Классификация стандартов основана на вепольном анализе и
законах развития систем. В связи с этим предварительно необходи-
мо ознакомиться с материалами, которые не рассматривались в
учебниках низших уровней. Будут изложены закономерности пере-
хода к более управляемым полям, увеличения степени дробления,
перехода к капиллярно-пористым материалам и закон увеличения
степени вепольности, которые входят в закон увеличения степени
1 Альтшуллер Г. С. Стандарты на решение изобретательских задач (76 стан-
дартов) URL: http://www.altshuller.ni/irizystandards.asn#221.
4
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
1. Вступление
управляемости и динамичности. Этот закон частично излагался в
учебнике ТРИЗ2 и учебнике первого уровня3. Вепольный анализ из-
лагался в учебнике третьего уровня4.
2. Содержание учебников 1-4 уровней
Вспомним, что мы уже рассмотрели в учебниках 1-4 уровней.
Учебник ТРИЗ 1-го уровня:
1. Традиционная технология решения задач
2. Обзор ТРИЗ
3. Системный подход
4. Идеальность
5. Ресурсы
6. Противоречия
7. Приемы разрешения противоречий
8. Законы развития систем
Учебник ТРИЗ 2-го уровня:5
1. Логика АРИЗ
2. Система приемов разрешения противоречий
2.1. Приемы разрешения технических противоречий (ТП)
2.2. Приемы разрешения физических противоречий
3. Ресурсы (классификация и углубление)
Учебник ТРИЗ 3-го уровня:
1. Эффекты
2. Вепольный анализ
3. Практический АРИЗ
Учебник ТРИЗ 4-го уровня:6
Развитие изобретательского мышления
2 Петров В. М. Теория решения изобретательских задач - ТРИЗ: учебник по
дисциплине «Алгоритмы решения нестандартных задач». М: Солон-Пресс, 2017. —
500 с.: ил. ISBN: 978-5-91359-207-1
3 Петров В. М. ТРИЗ. Теория решения изобретательских задач. Уровень 1. М:
Солон-Пресс, 2017. - 252 с.: ил. (ТРИЗ от А до Я). ISBN 978-5-91359-239-2
4 Петров В. М. ТРИЗ. Теория решения изобретательских задач. Уровень 3. М:
Солон-Пресс, 2018. - 220 с.: ил. (ТРИЗ от А до Я). ISBN 978-5-91359-268-2
5 Петров В. М. ТРИЗ. Теория решения изобретательских задач. Уровень 2. М:
Солон-Пресс, 2017. - 224 с.: ил. (ТРИЗ от А до Я). ISBN 978-5-91359-246-0
6 Петров В. М. ТРИЗ. Теория решения изобретательских задач. Уровень 4. М:
Солон-Пресс, 2018. - 220 с.: ил. (ТРИЗ от А до Я). ISBN 978-5-91359-239-2
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
5
Введение
1. Методы развития творческого воображения
2. Системное мышление
3. Эволюционное мышление
4. Мышление через противоречия
5. Ресурсное мышление
6. Моделирование
3. Описание данного учебника
Данный учебник содержит введение, 6 глав, заключение и при-
ложения.
Введение описывает предназначение и структуру книги, а также
рекомендации по эффективному ее использованию.
Глава 1 излагает более расширенную структуру законов разви-
тия систем и, в частности, закона увеличения степени управляемо-
сти и динамичности.
Глава 2 рассматривает закономерность перехода к более управ-
ляемым полям.
Глава 3 излагает закономерность увеличения степени дробле-
ния.
Глава 4 описывает закономерность перехода к капиллярно-
пористым материалам (КПМ).
Глава 5 посвящена закону увеличения степени вепольности.
Глава 6 представляет систему стандартов на решение изобрета-
тельских задач.
В заключении приведены рекомендации по отработке навыков
изобретательского мышления.
В приложениях представлен разбор задач, таблицы применения
стандартов и списки примеров, задач, иллюстраций, таблиц и фор-
мул.
Книга обобщает предыдущие материалы, используя полученные
раньше знания, и расширяет их системой стандартов на решения
изобретательских задач.
Учебник написан в той последовательности, в которой рекомен-
дуется осваивать его.
Для удобства пользования книгой и быстрого нахождения лю-
бого материала в ней имеется система поиска в виде алфавитного
6
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
3. Описание данного учебника
указателя, подробного оглавления и списков примеров, задач, ил-
люстраций, таблиц и формул.
Теоретическая часть иллюстрируется большим количеством
примеров, задач и графического материала (более 200 примеров и
задач и около 150 иллюстраций). Описывается более 100 понятий. В
конце каждой главы приводятся задания для самостоятельной рабо-
ты.
Книга предназначена для широкой публики. Она также может
быть полезна студентам, аспирантам, преподавателям университе-
тов, инженерам, изобретателям, ученым и людям, решающим твор-
ческие задачи.
Желаю успехов, ДОРОГОЙ ЧИТАТЕЛЬ!
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
7
Глава 1. Законы развития систем
Введение
1. Законы развития
систем
2. Переход к более
управляемым
полям
3. Увеличение сте-
пени дробления
4. Переход к КИМ
5. Увеличение сте-
пени веполыю-
сти
...эффективная технология реше-
ния изобретательских задач может
основываться только на сознательном
использовании законов развития тех-
нических систем.
Генрих Альтшуллер
Содержание главы 1:
1.1. Структура законов развития си-
стем.
1.2. Закон увеличения степени управ-
ляемости.
6. Стандарты
Заключение
1.1. Структура законов развития систем
Законы развития систем можно разделить на две группы
(рис. 1.1):
• законы организации систем (определяющие работоспо-
собность системы)',
• законы эволюции систем (определяющие их развитие).
Рис. 1.1. Схема законов развития систем
8
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
1.1. Структура законов развития систем
Законы организации систем предназначены для по-
строения новой работоспособной системы.
Группа законов организации систем включает (рис. 1.2):
• закон полноты системы;
• закон проводимости потоков;
• закон минимального согласования.
Рис. 1.2. Структура законов организации систем
Законы эволюции систем предназначены для улучше-
ния, совершенствования существующих систем. Они пока-
зывают общее направление развития систем и тенден-
ции их изменения.
Основные из законов эволюции систем следующие (рис. 1.3):
• закон увеличения степени идеальности;
• закон увеличения степени управляемости и динамич-
ности;
• закон перехода в надсистему;
• закон перехода на макроуровень;
• закон согласования;
• закон свертывания-развертывания;
• закон сбалансированного развития системы.
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
9
Глава 1. Законы развития систем
Рис. 1.3. Структура законов эволюции систем
Закон увеличения степени идеальности был изложен в учебнике
1-го уровня7.
Общая схема законов представлена на рис. 1.4.
7 Петров В. М. ТРИЗ. Теория решения изобретательских задач. Уровень 1. М:
Солон-Пресс, 2017. - 252 с.: ил. (ТРИЗ от А до Я). ISBN 978-5-91359-239-2.
10
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
1.1. Структура законов развития систем
В учебнике ТРИЗ первого уровня была представлена упрощен-
ная схема законов В. Петрова.
В учебнике второго уровня мы рассмотрели более полную схе-
му законов.
Практически каждый из законов эволюции систем проявляется
в определенных закономерностях (трендах) и включает конкретные
механизмы их осуществления.
Рассмотрим некоторые из них, необходимые для понимания
стандартов на решение изобретательских задач, которые будут из-
ложены в данном учебнике.
1.2. Закон увеличения степени управляемости и дина-
мичности
Закон увеличения степени управляемости и динамичности
включает два закона (рис. 1.5): закон увеличения степени управля-
емости и закон увеличения степени динамичности. Это два взаи-
мосвязанных закона. Для увеличения управляемости систему нужно
делать динамичной и в определенных случаях для того, чтобы си-
стема была динамичной, ее необходимо сделать управляемой.
Структурная схема закона показана на рис. 1.5.
Рис. 1.5. Структура закона увеличения степени управляемости и
динамичности
Закон увеличения степени управляемости имеет подзакон
увеличения степени вепольности и закономерность перехода к более
управляемым полям.
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov 11
Глава 1. Законы развития систем
Закон увеличения степени динамичности имеет закономерно-
сти увеличения степени дробления и переход к капиллярно-
пористым материалам (КПМ).
В следующих главах рассмотрим их детально.
1.3. Самостоятельная работа
1.3.1. Вопросы для самопроверки
1. Опишите структуру законов развития систем.
2. Опишите структуру законов организации систем.
3. Опишите структуру законов эволюции систем.
4. Опишите структуру закона увеличения степени управляемо-
сти и динамичности.
5. Какой подзакон включает закон увеличения степени управ-
ляемости.
6. Какие закономерности включает закон увеличения степени
управляемости.
7. Какие закономерности включает закон увеличения степени
динамичности.
1.3.2. Темы докладов и рефератов
1. История появления и развития закона увеличения степени
управляемости и динамичности.
2. История появления и развития закономерности перехода к
более управляемым полям.
3. История появления и развития закономерности увеличения
степени дробления.
4. История появления и развития закономерности перехода к
КПМ.
12
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
Глава 2. Переход к более управляемым
полям
Введение
1. Законы развития
систем
2. Переход к более
управляемым
полям
3. Увеличение сте-
пени дробления
4. Переход к КПМ
5. Увеличение сте-
пени вепольно-
сти
6. Стандарты
Заключение
«.. .эффективность системы
может быть повышена заменой не-
управляемого ... поля управляемым
... полем».
Генрих Альтшуллер8
Содержание главы 2:
2.1. Общие представления.
2.2. Гравитационное поле.
2.3. Механическое поле.
2.4. Тепловое поле.
2.5. Электромагнитное поле.
2.1. Общие представления
В данной книге закономерность перехода к более управляемым
полям будет дана в очень упрощенном виде9.
8 Альтшуллер Г. С. Стандарты на решение изобретательских задач (76 стан-
дартов). URL: http://wvvw.altshuller.ni/triz./standards.asp#221.
9 В полном объеме эта закономерность и полная система законов изложена в:
Vladimir Petrov. The Laws of System Evolution. Berlin: TriS Europe GmbH, 646 pages,
published in Russian. INNOVATOR (06) 01/2013, ISSN 1866-4180. Петров В. Законы
развития систем. Монография. Тель-Авив, 2013 - 646 с.
Петров Владимир. Законы развития систем: ТРИЗ / Владимир Петров, [б. м.]:
Издательские решения, 2018. - 894 с. - ISBN 978-5-4490-9985-3
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
13
Глава 2. Переход к более управляемым полям
Замена вида поля на более управляемое поле может осу-
ществляться в следующей последовательности: гравитационное, ме-
ханическое, тепловое, электромагнитное и любые комбинации этих
полей. Эта закономерность показана на рис. 2.1.
Рис. 2.1. Увеличения управляемости полей
В отдельных областях деятельности рассматривают и химиче-
ское поле.
Кроме того, каждое из полей имеет свою тенденцию увеличения
степени управляемости.
Рассмотрим каждую из этих тенденций и общую закономер-
ность в целом.
2.2. Гравитационное поле
Тенденция увеличения управляемости гравитационного поля -
условное название. Изменять гравитационное поле можно лишь пу-
тем удаления от источника тяготения или приближения к нему. Фак-
тически речь идет об изменении результирующей силы тяготения
(увеличения или уменьшения). При этом можно выделить следую-
щие виды влияния на результирующую силу:
- изменение массы, на которой создается сила гравитации;
- наложение на ускорение свободного падения дополнитель-
ных полей ускорения (в том числе центробежные ускорения для со-
здания перегрузки или невесомости);
- использование взаимодействия гравитационных сил объекта
и среды (закон Архимеда);
- наложение дополнительных сил иной природы.
В целом эта тенденция представляет собой следующую после-
довательность: движение с ускорением, придание дополнитель-
ных свойств объекту, импульсное и реактивное воздействие на
14
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
2.2. Гравитационное поле
объект, вакуум, крыло и набегающий поток, сила Архимеда, цен-
тробежная сила, магнитное и электрическое поле (рис. 2.2)10.
Рис. 2.2. Увеличения управляемости гравитационным полем
2.2.1. Движение с ускорением
Пример 2.1. Перегрузки
Старт космической ракеты или резкий набор высоты в самолете. При
этом космонавт или летчик испытывают большие перегрузки.
Пример 2.2. Невесомость
Наверное, каждый хоть ненадолго испытывал ощущение невесомости
при резком опускании вниз, например в скоростном лифте, в воздушных
ямах, падении, прыжках или затяжном прыжке с парашютом и т. п.
2.2.2. Дополнительная масса
Пример 2.3. Дорожный каток
Масса дорожного катка должна быть как можно больше, чтобы делать
дорожное покрытие как можно прочнее, но при транспортировке катка тра-
тится лишняя энергия.
Это противоречие разрешается во времени. Чтобы избежать лишних
затрат энергии, было предложено перевозить пустую бочку, а когда нужно
укатывать дорогу, ее заполняют водой.
10 Эта тенденция разработана автором: Петров В. Гравиполи. - Л., 1989. 35 с.
URL: lHtp://\vww.trizland.ni/trizba.php?id-' IIP.
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
15
Глава 2. Переход к более управляемым полям
Корпус катка выполнен из множества секций (рис. 2.3), расположен-
ных по окружности вокруг центральной оси. Секции закачивают воду, ко-
торая насосами перекачивается из секции в секцию11.
Рис. 2.3. Дорожный каток. Патент РФ 2 412 306
2.2.3. Импульс силы
Пример 2.4. Сапоги-«скороходы»
Были разработаны сапоги-«скороходы». Каждый шаг в таких сапогах
можно сделать до трех метров. Имеются разные принципы действия этих
сапог. В одном из них на подошве установлены пиропатроны (рис. 2.4а).
При касании почвы пиропатрон срабатывает, подбрасывая человека вверх
струей газа. Во втором варианте импульс силы создается пружинами, уста-
новленными на подошве. При касании земли пружина распрямляется и вы-
брасывает человека вверх (рис. 2.46).
11 Патент РФ 2 412 306.
16
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
2.2. Гравитационное поле
а) Использование пиропатрона
6) Использование пружины
Рис. 2.4. Сапоги-«скороходы»
2.2.4. Реактивная сила
Пример 2.5. Мягкая посадка
В системе сбрасывания тяжелых грузов с самолета, помимо парашюта,
используются реактивные тормозные двигатели, срабатывающие на по-
следних метрах. Таким образом, осуществляется мягкая посадка спускае-
мых аппаратов.
2.2.5. Вакуум
Пример 2.6. Косилка
После бури или сильного дождя трава ложится на землю и ее невоз-
можно убирать с помощью механических косилок. Предложена косилка с
вакуумным устройством (рис. 2.5) для скашивания и сбора травы на газо-
нах.
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
17
Глава 2. Переход к более управляемым полям
Создание вакуума над ножами приводит к тому, что растения удержи-
ваются в вертикальном положении. В этом примере показано, как с помо-
щью вакуума можно уменьшить силу тяжести12.
Рис. 2.5. Косилка. Патент США 3 430 421
Пример 2.7. Дорожный каток
Для создания дорожного покрытия используют тяжелые катки. Чем их
масса больше, тем лучше дорожное покрытие. Но чем тяжелее каток, тем
большей мощности двигатель нужен для его перемещения и больше затрат
энергии. Разработан каток с вакуумными присосками (рис. 2.6)13.
12 Патент США 3 430 421
13 А. с. 685 645 и патент США 4 018 541.
18
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
2.2. Гравитационное поле
Рис. 2.6. Каток. А. с. 685 645 и патент США 4 018 541
2.2.6. Крыло и набегающий поток
Пример 2.8. Подъемная сила
Подъемная сила крыла используется в самолетах, дельтапланах, воз-
душных змеях, судах на подводных крыльях и т. д.
Пример 2.9. Установка для дождевания
Установка для дождевания сама себя поддерживает в воздухе за счет
использования крыльев наподобие вертолета (рис. 2.7)14 и реактивной
струи воды.
Рис. 2.7. Установка для дождевания. А. с. 1 184 488
14 А. с. 1 184 488.
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
19
Глава 2. Переход к более управляемым полям
2.2.7. Сила Архимеда
Судостроение и воздухоплавание на воздушных шарах основано
на использовании силы Архимеда.
2.2.8. Центробежная сила
Пример 2.10. Вибратор
Один из способов создания вибрации - использование дебалансных
вибраторов. Дебаланс закрепляется на валу. Величина возмущений зависит
от массы дебалансов и расстояния от оси вращения.
Увеличить возмущающую силу без увеличения габаритов вибратора и
массы дебалансов можно, придав дебалансу в поперечном сечении профиль
крыла (рис. 2.8)15.
При вращении вала создается подъемная аэродинамическая сила, уве-
личивающая силу возмущения. Изменять величину аэродинамической
подъемной силы без изменения скорости вращения можно изменением по-
ложения крыла (развернув и/или передвинув его). Здесь использована цен-
тробежная сила и подъемная сила крыла.
Рис. 2.8. Вибратор. А. с. 526 399
1 - вал; 2 - дебаланс; 3 - устройство для крепления дебаланса к валу, вы-
полненное в виде двух дисков; 4 и 5, 6 - выдвижная пластина; 7 - винты.
15 А. с. 526 399.
20
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
2.2. Гравитационное поле
2.2.9. Магнитное поле
Пример 2.11. Магнитная подушка
Сверхскоростные поезда используют магнитную подушку - поезд «ви-
сит» в воздухе благодаря «отталкиванию» одноименных полюсов магни-
тов.
2.2.10. Электрическое поле
Задача 2.1. Натянутый провод
Натянутый горизонтально провод используется для обозначения пря-
мой линии, но он провисает под собственной тяжестью. Как быть?
Задача решается натягиванием двух параллельных проводов, по кото-
рым пропускают постоянный ток одноименных полярностей. Возникает
сила отталкивания, которая компенсирует силу тяжести провода. Силу тока
регулируют так, чтобы провод оказался совершенно прямым (нс провисал).
2.3. Механическое поле
Механическое поле по степени управляемости можно распо-
ложить в следующей последовательности (рис. 2.9): поля инерции,
трения, давления, перемещения (линейное перемещение, центро-
бежные силы), колебания (в частности акустическое поле).
Рис. 2.9. Тенденция увеличения управляемости механического
поля
2.3.1. Сила инерции
Силы инерции возникают при движении тел с ускорением, т. е. в
случаях, когда они изменяют свое количество движений.
Если на тело действует сила, приложенная к его поверхности,
возникающая при этом сила инерции состоит из сил инерции его
элементарных частиц как бы последовательно; более удаленные от
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
21
Глава 2. Переход к более управляемым полям
места приложения действующей на тело силы частицы «давят» на
более близкие. Во всем объеме тела возникают напряжения, приво-
дящие к смещениям частиц тела. Этот эффект используется в раз-
личных инерционных выключателях, переключателях и акселеро-
метрах.
Пример 2.12. Переключатель для электромеханической игрушки
Для реверсирования электродвигателя при столкновении игрушки с
препятствием используют маятник. За счет силы инерции он переключает
контакты электродвигателя, и игрушка движется в противоположную сто-
рону16.
Пример 2.13. Инерционная спиннинговая катушка
С целью исключения спутывания лески и образования «бороды» ис-
пользуют инерционные катушки17.
2.3.2. Трение
Трение - процесс взаимодействия между телами в местах их со-
прикосновения, препятствующий их относительному перемещению.
Сила сопротивления, лежащая в плоскости их соприкосновения
и действующая на тело в направлении, противоположном перемеще-
нию данного тела, называется силой трения.
Трение, как и все другие виды взаимодействия, подчиняется
третьему закону Ньютона: если на одно из тел действует сила
трения, то такая же по модулю, но направленная в противополож-
ную сторону сила действует и на второе тело.
Силы трения, как и упругие силы, имеют электромагнитную
природу. Они возникают вследствие взаимодействия между атомами
и молекулами соприкасающихся тел.
С трением мы сталкиваемся так часто, что просто не замечаем
его, например когда перемещаемся по поверхности земли.
Как говорил швейцарский физик Шарль Гильом: «Нам, за ред-
ким исключением, не приходится призвать его на помощь - оно при-
ходит к нам само».
Трение может быть полезным и вредным.
16 А. с. 483 120.
17 Патент РФ 2 128 434.
22 Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
2.3. Механическое поле
Трение используется для торможения, разгона, разогрева и т. д.
Это полезные свойства трения. В этом случае трение следует уве-
личивать.
Рассмотрим некоторые вредные свойства трения, которые сле-
дует уменьшать.
Со времени возникновения техники человечество постоянно бо-
рется с трением, пытаясь его уменьшить.
На трение расходуется 30-40% всей вырабатываемой в мире
энергии, а потери средств в промышленности развитых стран вслед-
ствие трения и сопутствующего износа машин и механизмов состав-
ляют 4-5% и более национального дохода. Большинство машин (85-
90%) выходят из строя по причине износа деталей. Затраты на ре-
монт и техническое обслуживание машины в несколько раз превы-
шают ее стоимость:
“ для автомобилей - в 6 раз;
” для самолетов - до 5 раз;
“ для металлорежущих станков - до 8 раз.
Рассмотрим способы уменьшения и увеличения трения
(рис. 2.10).
Рис. 2.10. Трение
Для каждой из тенденций изменения (замены) полей трения
(уменьшение и увеличение) имеются основная линия замены вида
поля трения для увеличения управляемости и дополнительная -
способы увеличения управляемости каждого из видов трения. Ос-
новная линия показывается на схеме (рис. 2.11) сверху, а дополни-
тельная - снизу.
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
23
Глава 2. Переход к более управляемым полям
Рис. 2.11. Тенденция увеличения управляемости трением
(для функции снижения трения)
24
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
2.3. Механическое поле
Уменьшение трения
Для функции уменьшения трения используется следующая
последовательность.
Основная линия (рис. 2.11): трение покоя, сухое трение,
трение качения, жидкостное трение, воздушная подушка, маг-
нитная подушка, электрическая левитация (электростатическое
поле).
Дополнительная линия включает:
Трение покоя, сухое трение и трение качения могут быть
уменьшены использованием антифрикционных покрытий и эф-
фектов: гидрирования, колебания, безызносности и аномально
низкого трения.
Жидкостное трение может быть уменьшено использованием:
поверхностно-активных веществ; эффекта Ребиндера; электро-
лиза с выделением газов; поверхностей с увеличенной пористо-
стью, заполняемых смазочными материалами; эффекта Томса.
Для создания воздушной подушки может быть использована
пористая поверхность.
Магнитная подушка может быть создана постоянными маг-
нитами и электромагнитом.
Электрическая левитация с помощью электростатического
поля, которое может быть создано использованием трибоэлектри-
ческого эффекта и электретов.
Кроме того, могут использоваться различные комбинации.
Трение покоя
Трение покоя - это сила, возникающая между двумя контакти-
рующими телами и препятствующая возникновению относительного
движения. Эта сила возникает при относительном покое тел. Ее
необходимо преодолеть для того, чтобы привести два контактирую-
щих тела в движение друг относительно друга.
Сила трения покоя всегда равна по величине внешней силе и
направлена в противоположную сторону от возможного движения.
Сухое трение
Силами сухого трения называют силы, возникающие при со-
прикосновении твердых тел при отсутствии между ними жидкой или
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
25
Глава 2. Переход к более управляемым полям
газообразной прослойки. Они всегда направлены по касательной к
соприкасающимся поверхностям.
Сила трения покоя не может превышать некоторого максималь-
ного значения (FTp) max. Если внешняя сила больше (FTp) max, возника-
ет относительное проскальзывание. Силу трения в этом случае
называют силой трения скольжения. Она всегда направлена в сто-
рону, противоположную направлению движения и зависит от отно-
сительной скорости тел. Однако во многих случаях приближенно
силу трения скольжения можно считать не зависящей от величины
относительной скорости тел и равной максимальной силе трения
покоя.
Продемонстрируем различные виды трения на примере развития
подшипников.
Пример 2.14. Первый подшипник
Первые каменные подшипники скольжения были найдены в раскоп-
ках, относящихся к эпохе неолита.
Сохранились некоторые подшипники древности. Например, подпятник
(карман для нижней оси) двери храма в Ассирии, приблизительно 2500 лет
до н.э. (рис. 2.12а). Каменная дверь (рис. 2.126) в деревне Хампи на севере
индийского штата Карнатака, где расположены руины Виджаянага - быв-
шей столицы Виджаянагарской империи.
6) Каменная дверь. Хампи.
Индия
а) Каменный карман для ниж-
ней оси двери храма (Ассирия,
-2500 лет до н. э.)
Рис. 2.12. Первый подшипник
Пример 2.15. Подшипник скольжения
Подшипник скольжения представляет собой корпус, имеющий ци-
линдрическое отверстие, в которое вставляется вкладыш или втулка из ан-
26
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
2.3. Механическое поле
тифрикционного материала (часто используются цветные металлы), и сма-
зывающее устройство (рис. 2.13). Между валом и отверстием втулки под-
шипника имеется зазор, который позволяет свободно вращаться валу. Для
успешной работы подшипника зазор предварительно рассчитывается18.
Рис. 2.13. Принципиальная схема опоры с подшипником
скольжения
Трение качения
Трение качения - особый вид сопротивления, возникающий,
когда одно из тел катится по поверхности другого тела без про-
скальзывания.
Сила трения качения - сила трения, возникающая при качении
одного тела по поверхности другого тела.
Пример 2.16. Шариковый подшипник
Подшипники качения работают преимущественно при трении каче-
ния и состоят из двух колец, тел качения, сепаратора, отделяющего тела
качения друг от друга, удерживающего на равном расстоянии и направля-
ющего их движение. По наружной поверхности внутреннего кольца и
внутренней поверхности наружного кольца (на торцевых поверхностях
колец упорных подшипников качения) выполняют желоба - дорожки каче-
ния, по которым при работе подшипника катятся тела качения (рис. 2.14)19.
18 Что такое подшипники и их основные разновидности. URL:
http:/;vvvv\v.snr.coni.ni/c/about bcaiings/about bcaring.htm
19 Что такое подшипники и их основные разновидности. URL:
http:/7www.snr.com.ru/e/about bcarings/about bcaring.htm
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
27
Глава 2. Переход к более управляемым полям
Рис. 2.14. Принципиальная схема опоры с подшипником
качения
Жидкостное трение
Пример 2.17. Гидростатические подшипники
Гидростатическим подшипником называется подшипник сколь-
жения, в котором между трущимися поверхностями создается тонкий мас-
леный слой путем подвода к ним масла под давлением от насоса (рис. 2.15)
через дросселирующие отверстия или пористый материал. Несущая спо-
собность такого подшипника определяется в основном давлением пода-
ваемой смазки и не зависит от окружной скорости вала.
Рис. 2.15. Гидростатический подшипник.
Смазка подается под давлением из внешнего источника.
1 - шейка вала; 2 - подшипник; 3 - подвод смазки.
Пример 2.18. Катание на коньках
Конек представляет собой гидростатический подшипник, в котором
лсд и конек разделены слоем воды, появившимся в результате энтропии.
Молекулы воды в поверхностных слоях льда способны вращаться с
частотами, в 100 тысяч раз большими, чем те же молекулы, но в глубине
кристалла. На поверхности молекулы воды не находятся в кристаллической
28
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
2.3. Механическое поле
решетке (рис. 2.16а). В результате на поверхности льда образуется пленка
жидкости, служащая хорошей смазкой при скольжении.
Толщина жидкой пленки растет с ростом температуры, так как больше
молекул вырывается из гексагональных решеток. По некоторым данным,
толщина водной пленки на поверхности льда, равная около 10 нм при ми-
нус 35 °C, увеличивается до 100 нм при минус 5 °C.
Наличие примесей (молекул, отличных от воды) тоже мешает поверх-
ностным слоям образовывать кристаллические решетки. Поэтому увели-
чить толщину жидкой пленки можно, растворив в ней какие-либо примеси,
например обычную соль20.
а) Схематическое изображение
кристалла льда в глубине (внизу)
б) Конек на льду
Рис. 2.16. Катание на коньках
и на поверхности
Воздушная подушка
Воздушная подушка - область повышенного давления воздуха
между подвижными и неподвижными элементами механизмов.
Воздушная подушка применяется:
- в транспортных устройствах;
- в различных приборах и механизмах для уменьшения
трения между соприкасающимися поверхностями.
Пример 2.19. Газодинамические опоры
На конце оси вращения, опирающейся на подпятник, помещают не-
большую турбину, которая нагнетает воздух, создавая воздушную подушку
между осью и подпятником. Такие опоры хорошо работают при больших
скоростях вращения (десятки и сотни тысяч оборотов в минуту).
20 Богданов К.Ю. Почему лед скользкий? URL:
http://fiz.lscntcmbcr.ru/articlc.nhn7ID~-2OO7O2313.
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
29
Глава 2. Переход к более управляемым полям
Газодинамические опоры используются для снижения трения, напри-
мер, в гироскопах, газовых турбинах и т. д.
Пример 2.20. Аэростатический летательный аппарат
Летательный аппарат представляет собой тороидальный баллон с мяг-
кой оболочкой, заполненный газом легче воздуха, например гелием. Внут-
ренняя часть баллона образует воздушный канал. Стенка воздушного кана-
ла выполнена в виде жесткого экрана, к поверхности которого прикреплена
мотогондола, внутри которой помещена аппаратура управления дирижаб-
лем. В качестве движителя используется винт с изменяемым углом атаки
(рис. 2.17).
Рис. 2.17. Аэростатический летательный аппарат.
Патент РФ 2 239 582
Пример 2.21. Аэрохоккей
Аэрохоккей - это настольная игра, которая функционирует при помо-
щи аэростатического подшипника, поддерживающего шайбу и клюшки
игроков. Вследствие низкого трения обеспечивается быстрое движение
шайбы. Для игры используется плоская поверхность подшипника с множе-
ственными отверстиями, через которые подается воздух под давлением
чуть выше окружающего, таким образом, шайба и «клюшки» игроков как
бы парят в воздухе.
30
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
2.3. Механическое поле
Пример 2.22. Пористый подшипник
Воздух в сопряженные поверхности воздушных подшипников попада-
ет через сопла или канавки. При этом повреждения канавок или сопл может
привести к большему расходу воздуха, чем может поступить через сопло, и
подшипник может сломаться при нормальном давлении в подводимом по-
токе воздуха.
Подшипники, в которых воздух подается через пористую поверхность,
напротив, выпускают сжатый воздух из всей сопряженной поверхности
через миллионы микронных пор, поэтому они не так чувствительны к ца-
рапинам. Более того, подшипники с соплами имеют градиенты давления в
воздушном зазоре, а давление в пористых подшипниках остается равно-
мерным на всех поверхности. Пористые подшипники отличаются большей
прочностью, потому что пористая среда сокращает попадание воздуха в
подшипник. В настоящее время чаще используется подача воздуха через
сопла, но пористая технология уже начинает ее вытеснять. Она даст макси-
мально равномерное распределение давления.
Фирма New Way выпускает стандартные пористые воздушные под-
шипники различных форм и размеров (рис. 2.18а). Технология изготовле-
ния пористых подшипников обеспечивает высокую прочность, простоту
использования и доступность.
Пористые воздушные подшипники выпускают воздух из миллионов
субмикронных пор (рис. 2.18а), обеспечивая более равномерное распреде-
ление давления по сравнению с подшипниками с отверстиями-соплами.
а) Пористые воздушные под-
шипники фирмы New Way
б) Выпускание воздуха из пористого
подшипника
Рис. 2.18. Пористые воздушные подшипники
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
31
Глава 2. Переход к более управляемым полям
Магнитная подушка
Магнитная подушка основана на силах отталкивания одноимен-
ных полюсов магнита. В результате воздействия этих сил объект
«парит» в воздухе.
Пример 2.23. Детская игрушка Левитрон
Детская игрушка Левитрон наглядно демонстрирует, на что способны
электромагнитные поля21 (рис. 2.19).
Рис. 2.19. Детская игрушка Левитрон
Пример 2.24. Магнитный подшипник на постоянных магнитах
Принцип работы магнитного подшипника основан на силах отталки-
вания одноименных полюсов магнита. Вращение вала осуществляется без
физического контакта, т.е. без трения. На рис. 2.20 представлена одна из
возможных конструкций магнитного подшипника с постоянными магнита-
ми22.
Рис. 2.20. Магнитный подшипник на постоянных магнитах
21 Что такое подшипники и их основные разновидности. URL:
111LPLxYYww.sni.coin.ruze/about bearings/abotii bearing.htm
22 Что такое подшипники и их основные разновидности. URL:
http://w ww.snr.com.iTi/c/about bcarings;'aboiit bearing.htm.
32
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
2.3. Механическое поле
Пример 2.25. Электромагнитные подшипники
Впервые электромагнитные подшипники быстроходных роторов по-
явились в 20-30-е годы XX столетия в Швеции и США для создания уль-
трацентрифуг с частотой вращения более 1000 тыс. об/мин. Позднее элек-
тромагнитный подвес использовался в сверхскоростных станках, гироско-
пах, вакуумных турбомолекулярных насосах, т. е. в устройствах, требую-
щих при высоких скоростях значения коэффициента трения на порядок
более низкого, чем в гидравлических подшипниках, при значительно боль-
ших нагрузках, чем в аэродинамических подшипниках. Принцип электро-
магнитной левитации стал использоваться для создания магнитных опор
крупных энергетических установок (насосов, компрессоров, электродвига-
телей и т. п.) и быстровращающихся роторов малой мощности (электро-
шпиндели, турбонагнетатели и т. п.), что связано с бурным развитием мик-
ропроцессорных систем управления.
Электромагнитные подшипники (рис. 2.21) обеспечивают:
• низкий коэффициент «трения» опоры;
• работу без смазывающей жидкости и системы масляного питания;
• возможность гашения широкого спектра вибраций ротора и повы-
шение его надежности;
• полное отсутствие износа и ресурс работы, ограниченный лишь
долговечностью электротехнических материалов и приборов;
• исключение проблемы осевого смещения ротора при пуске и пере-
ходных динамических режимах;
• применение цифровой системы управления, созданной на базе со-
временной микропроцессорной техники, ее высокую надежность, удобство
сервиса и диагностики и возможность производить настройку для различ-
ных типоразмеров роторов и уплотнений.
Рис. 2.21. Электромагнитный подшипник
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
33
Глава 2. Переход к более управляемым полям
Пример 2.26. Активный магнитный подшипник
Наибольшую популярность в настоящее время получили активные маг-
нитные подшипники. Активный магнитный подшипник (АМП) - это
управляемое мехатронное устройство, в котором стабилизация положения ро-
тора осуществляется силами магнитного притяжения, действующими на ротор
со стороны электромагнитов, ток в которых регулируется системой автомати-
ческого управления по сигналам датчиков перемещений ротора. Полный не-
контактный подвес ротора может быть осуществлен с помощью либо двух
радиальных и одного осевого АМП, либо двух конических АМП. Поэтому
система магнитного подвеса ротора включает в себя как сами подшипники,
встроенные в корпус машины, так и электронный блок управления, соединен-
ный проводами с обмотками электромагнитов и датчиками23.
Пример 2.27. Электрический генератор
Электрический генератор использует подшипник с магнитной жидко-
стью, благодаря чему трение между валом и подшипником значительно
снижается24. Это пример использования магнитного подшипника с магнит-
ной жидкостью.
Электростатическая левитация
Пример 2.28. Электростатический подшипник
Электростатический подшипник использует электростатическое поле,
создающее подвес.
Для создания электростатического поля можно использовать либо по-
средством трибоэлектрического эффекта, либо с помощью электретов.
Проще всего использовать электреты25. Они выпускаются в виде тон-
ких пленок.
Сила электрического отталкивания при тех же габаритах и массах но-
сителей зарядов в миллионы раз больше силы магнитного отталкивания.
Конструкция очень простая: достаточно надёжно оклеить его кольца
электретной пленкой. В результате при наличии таких электретных плёнок,
наклеенных на внутреннюю поверхность желоба внешнего кольца под-
шипника и на внешней поверхности внутреннего кольца при зазоре всего
1 мм такой подшипник может выдержать усилие до 2 -3 тонн.
23 Что такое подшипники и их основные разновидности. URL:
http:/7\v \v w.snr.com.ru/e/about bearings/aboul bearing.htm.
24 Патент США 6 812 583.
25 Электреты - диэлектрики, способные длительное время находиться в
наэлектризованном состоянии после снятия внеш, воздействия, вызвавшего поляри-
зацию, и образовывать вокруг себя электрическое поле; электрические аналоги по-
стоянных магнитов.
34
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
2.3. Механическое поле
Это становится возможным благодаря огромным электростатическим
силам отталкивания одноименных электрических зарядов, сосредоточен-
ных в этих наклеенных электретных пленках.
Себестоимость такого подшипника в два-три раза меньше себестоимо-
сти обычного механического подшипника. Не нужно шариков и их точной
шлифовки - так как центровку колец подшипника при его работе в услови-
ях динамических нагрузок автоматически осуществляет само электриче-
26
ское поле .
Антифрикционные покрытия
Антифрикционные материалы могут быть металлические, по-
лимерные композиционные, ситаллы (стеклокристаллические ма-
териалы) и керамические материалы.
Имеется много различных способов антифрикционного покры-
тия, например26 27:
1. Обработка деталей поверхностным пластическим деформи-
рованием.
2. Электрохимические покрытия.
3. Процесс микродугового оксидирования.
4. Напыление износостойких покрытий.
5. Нанесение антикоррозионного полимерного покрытия из по-
рошкового материала.
6. Наплавка износостойких слоев.
7. Плакирование.
8. Финишная антифрикционная безабразивная обработка (ФАБО).
9. Технология эпиламирования.
10. Графитирование поверхностей деталей.
11. Механотермическое формирование износостойких покрытий.
12. Химико-термическая обработка поверхностей трения деталей.
13. Электроискровое упрочнение.
14. Лазерное упрочнение.
15. Ионно-лучевое упрочнение.
16. Фуллереновые технологии.
26 URL: http:/7ww\v.incmbrana.ru/invcnt/? 1039437971,
Денисова Н. Е., Шорин В. А., Гонтарь И. Н., Волчихина Н. И., Шорина Н. С.
Триботехническое материаловедение и триботехнология: учеб. пособие/Под общей
редакцией Н. Е.Денисовой. - Пенза: Изд-во Пенз. гос. ун-та, 2006. - 248 с.
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
35
Глава 2. Переход к более управляемым полям
Колебание (вибрация)
Пример 2.29. Втулка подшипника
Задача решается выполнением втулки подшипника из пьезоэлектри-
ческого материала и покрытием ее электропроводящей фольгой. Пропус-
кая переменный ток, под действием которого пьезоэлектрик вибрирует,
28
ликвидируют трение покоя .
Безызносность
Д. Н. Гаркунова и И. В. Крагельский открыли ранее неизвестное
явление избирательного переноса при трении - эффект безызносно-
сти28 29.
Формула открытия: «Обнаружено, что при трении медных
сплавов о сталь в условиях граничной смазки, исключающей окисле-
ние меди, происходит явление избирательного переноса меди из
твердого раствора медного сплава на сталь и обратного ее перено-
са со стали на медный сплав, сопровождающееся уменьшением ко-
эффициента трения до жидкостного и приводящее к значительно-
му снижению износа пары трения».
Суть открытия состоит в следующем: в паре трения сталь-медь,
сталь-бронза или сталь-латунь из твердого раствора благодаря раз-
рушению межатомных связей выделяется медь. Выделившаяся чи-
стая медь переносится на поверхность стали в виде слоя толщиной
около микрона.
Образовавшийся тончайший слой не уносится из зоны контакта,
а переходит с одной поверхности трения на другую, что придает уз-
лам трения высокую износостойкость. Известно, что при определен-
ных условиях в узлах трения происходит отрыв мелких частиц с од-
ной поверхности и перенос их на другую. Если каждая оторвавшаяся
от поверхности частица не будет уноситься из зоны трения, а будет
удерживаться противоположной поверхностью, покрывая ее тон-
чайшим слоем и сообщая ей высокую гладкость, то когда противо-
положные поверхности окажутся покрытыми тонким слоем меди,
износ прекратится.
28 Патент США 3 239 283.
29 Открытие № 41 с приоритетом от 12 ноября 1956 г.
36
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
2.3. Механическое поле
Пример 2.30. Пара сталь-чугун
В случае если сталь трется о сталь или о чугун - а в них нет ни грамма
меди, - Д. Н. Гаркунов и И.В. Крагельский предложили в одной из деталей
высверливается углубление, в которое запрессовывается кусочек бронзы.
Из этого куска во время работы будет выделяться медь, обволакивая по-
верхности и тем предохраняя их от износа.
Пример 2.31. Металлоплакированные смазки
Металлоплакированные смазки содержат мелкодисперсный порошок
меди. Они очень удобны для смазки стальных поверхностей трения.
Современные исследователи показали возможность получения нано-
размерных порошков металлов и сплавов, которые могут использоваться в
виде добавок к смазкам в узлах трения. Введение мелкодисперсных порош-
ков в смазку позволяет расширить рабочий интервал нагрузок, поскольку
при срабатывании смазки на поверхности трения образуются тонкие метал-
лические пленки, препятствующие износу трущихся поверхностей30.
Аномально низкое трение
Явление аномального низкого трения. Установлено, что при до-
статочно сильном облучении потоком ускоренных частиц (напри-
мер, атомами гелия) поверхности полимерного тела, например поли-
этилена, трущегося в вакууме вместе с металлом, наблюдается пере-
ход от обычного трения к сверхнизкому - коэффициент трения зна-
чительно уменьшается и достигает порядка одной тысячной. Этот
эффект сохраняется в широком диапазоне скоростей и удельных
нагрузок31.
Формула открытия: «Экспериментально установлено неизвест-
ное ранее явление обратимого снижения на несколько порядков ко-
эффициента трения скольжения в вакууме в парах трения металл -
ряд органических и неорганических материалов (например, дисуль-
фид молибдена, полиэтилен, графит), наблюдаемое при облучении
этих материалов на глубину 10-103 А до интегральных доз порядка
30 Чуловская С. А. Электрохимическая кристаллизация и физико-химические
свойства ультрадисперсных медьсодержащих порошков, полученных из водно-
изопропанольных растворов электролитов. Автореферат диссертации на соискание
ученой степени кандидата химических наук. - Иваново: Институт химии растворов
РАН, 2006. URL: www.isc-ras.ni/disscil/avtorcferats'C 1nilovskaya.doc.
Открытие №121 с приоритетом от 16 сентября 1969 г.
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov 37
Глава 2. Переход к более управляемым полям
1011 - 10 13 эрг/г и одновременном их контактном взаимодействии с
металлом в процессе скольжения».
Пример 2.32. Подшипник скольжения
Для уменьшения коэффициента трения подшипника скольжения при
работе в вакууме он снабжен источником быстрых и нейтральных молекул
газа, например инертного, встроенного в корпус между сегментами и
направляющим поток молекул на рабочую поверхность вала, покрытую
полимером, например полиэтиленом32.
Пористая поверхность
Пример 2.33. Фосфатные покрытия
Одним из путей обеспечения насыщенного контакта в начале прира-
ботки и повышения прирабатываемости является создание положительного
градиента твердости поверхностей трения путем нанесения мягких покры-
тий. Доступным способом модифицирования поверхностей является фос-
фатирование. Такое покрытие имеет высокоразвитую пористую поверх-
ность, хорошо удерживает смазочный материал, прочно сцепляется с ос-
нованием, что обеспечивает улучшение смазывания, снижение трения и
исключает схватывание поверхностей.
Поверхностно-активные вещества
Поверхностно-активные вещества (ПАВ) - химические со-
единения, которые, концентрируясь на поверхности раздела фаз,
вызывают снижение поверхностного натяжения33.
Под действием ПАВ поверхности трения пластифицируются,
что способствует быстрому созданию оптимальных шероховатостей
трущихся поверхностей.
Пример 2.34. Смазка прокатных станов
Для снижения трения при прокатке раньше использовали жидкие мас-
ла. Так как прокатка происходит при высокой температуре, то масло сгора-
ло, ухудшая качество проката. Далее в качестве смазки стали использовать
эмульсию ПАВ, она хорошо снижает трение и выдерживает высокие тем-
пературы.
32 А. с. 290 131.
33 Поверхностно-активные вещества (ПАВ). - Материал из Википедии.
38
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
2.3. Механическое поле
Пример 2.35. Присадки для машинного масла
Присадки - это металлоплакирующие порошковые препараты, являю-
щиеся практической реализацией «эффекта безызносности». Они добавля-
ются в масла и смазки, которые предназначаются для предотвращения из-
носа трущихся поверхностей сопрягающихся пар деталей, а также безраз-
борного восстановления (ремонта) этих деталей, если их рабочие поверх-
ности уже изношены. Это происходит за счет образования металлокерами-
ческой поверхности в зоне трения.
В зоне трения происходит процесс избирательного переноса силикат-
ных соединений композиции на поверхность обрабатываемых деталей с
образованием структуры с общей кристаллической решеткой металла.
Эффект Томса
В 1948 г. Б. Томс установил, что при добавлении в воду поли-
мерной присадки трение между турбулентным потоком и трубопро-
водом значительно снижается.
Эффект Томса обуславливается образованием на границе твер-
дое тело - жидкость молекулярных растворов, которые ограничива-
ют и турбулентность потока.
Установлено, что добавка полимеров более эффективно дей-
ствует при высоких скоростях потока, где развивающаяся турбу-
лентность потока больше.
Пример 2.36. Снижения гидравлического сопротивления
Снижение гидравлического сопротивления в турбулентном осуществ-
ляется эффектом Томса путем введения противотурбулентной присадки34.
Увеличение трения
Увеличить трение можно с помощью создания поверхностей с
большим коэффициентом трения и с помощью создания сил,
прижимающих друг к другу трущиеся поверхности.
Для функции увеличения трения основная линия тенденции
представляет собой последовательность использования следующих
полей (рис. 2.22): гравитационное, механическое, температурное,
магнитное, электрическое.
34 Патент РФ 2 288 402.
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
39
Глава 2. Переход к более управляемым полям
Рис. 2.22. Тенденция увеличения управляемости трением
(для функции увеличения трения)
40
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
2.3. Механическое поле
Дополнительная линия включает:
Рельеф и микрорельеф поверхностей, фрикционные мате-
риалы, увеличение поверхности контакта, дополнительный вес,
винтовую пару и упор, пневмо- и гидродомкраты и упор, им-
пульсное и реактивное воздействие на объект, использование
вакуума, антикрыло и набегающий поток, центробежные силы,
эффект Джонсона-Рабека, тепловое расширение, биметалл, эф-
фект памяти формы, постоянный магнит, электромагнит, элек-
трет.
Для измерения могут быть использованы трибоэлектрический
эффект и триболюминисценция.
Кроме того, могут использоваться различные комбинации.
Рельеф и микрорельеф
Пример 2.37. Накатки
На рукоятках различных инструментов и механизмов делают накатки
для увеличения трения между пальцами и рукояткой. По этой же причине
пробки на бутылках делают рифлеными. В скользких местах полы делают
рифлеными.
Пример 2.38. Насечки
Напильники имеют насечки, благодаря чему имеют возможность об-
рабатывать материал.
Пример 2.39. Рельеф на покрышках
На автомобильных шинах для увеличения трения делают специальный
рельеф.
Фрикционные материалы
Пример 2.40. Муфта сцепления и тормозные узлы
В тормозных узлах и муфтах сцепления используются фрикционные
материалы.
Пример 2.41. Фрикционный материал
Материал фрикционного тормоза содержит волокна, графит и связую-
щее. Волокна увеличивают трение. Материал существенно уменьшает
скрипучий шум при применении тормоза35.
35 Патент США 4 67 818.
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
41
Глава 2. Переход к более управляемым полям
Увеличение поверхности контакта
Чем больше площадь контакта трущихся поверхностей, тем
больше суммарная сила сцепления, сопротивляющаяся движению.
Пример 2.42. Увеличение проходимости транспорта
Для увеличения проходимости транспортных средств по неплотному
грунту увеличивают площадь соприкосновения транспорта с грунтом. Ис-
пользуют гусеницы, широкие шины. Они создают меньшее давление на
грунт и не портят его, например, при работе на пашне.
Дополнительный вес
Пример 2.43. Дорожный каток
Дорожный каток делают как можно тяжелее, чтобы лучше утрамбо-
вать дорожное покрытие.
Винтовая пара (эксцентрик, рычаги) и упор
С помощью винтовой пары, эксцентрика или рычагов можно со-
здать силу давления, которая усиливает трение.
Пример 2.44. Струбцина
Чтобы предотвратить смещение одной детали по отношению к другой,
их зажимают струбциной, в которой имеется винтовая пара и упор
(рис. 2.23а) в виде зажима, два перекрещивающихся рычага с осью враще-
ния посередине (рис. 2.236) и эксцентрика, при развороте которого осу-
ществляется зажим (рис. 2.23в).
в) Эксцентрик
а) Винтовая пара
6) Рычаги
Рис. 2.23. Струбцина
42
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
2.3. Механическое поле
Пневмо- и гидродомкрат и упор
Пример 2.45. Домкрат
Пневматические и гидравлические домкраты (рис. 2.24) обеспечивают
значительно большие усилия зажима, поэтому создают большее трение.
а) Гидродомкрат
6) Пневмодомкрат -Air bag
Рис. 2.24. Домкраты
Поджим с вращением
Пример 2.46. Сварка трением
Соединение элемента из мягкой стали и чугунного элемента осу-
ществляют сваркой трением. В чугунной заготовке сделано глухое отвер-
стие под стальную деталь. В конце глухого отверстия делают цилиндриче-
ский паз. Стальную деталь вращают с большой скоростью и с большим
усилием прижимают к пазу. Стальная деталь расплавляется и заполняет паз
(рис. 2.25)36.
Рис. 2.25. Сварка трением. Пат. США 3 444 611
Пример 2.47. Сварка жаропрочного материала и алюминия
Для сварки деталей, выполненных из жаропрочного металла и алюми-
ния, используют сварку трением37.
36 Патент США 3 444 611.
37 Патент РФ 2 441 735.
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
43
Глава 2. Переход к более управляемым полям
Импульсные и реактивные силы
Пример 2.48. Трамбовки
Для уплотнения грунта или забивания свай используют пневматиче-
ские или реактивные трамбовки, которые создают импульс силы за счет
сжатого воздуха или реактивной струи реактивного снаряда. За счет им-
пульса силы трамбовка прижимается к грунту, создавая большое трение, и
импульс силы передается в грунт. На рис. 2.26а изображена вибротрамбов-
ка, а на рис. 2.266 - ручная трамбовка.
Такой же принцип используется и в механизмах для забивания свай
(рис. 2.27).
б) Ручная трамбовка
Рис. 2.26. Трамбовки
Рис. 2.27. Механизм для забивания свай
44
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
2.3. Механическое поле
Вакуум
Создавая вакуум между трущимися поверхностями, увеличива-
ем силу их сцепления, увеличивая силу трения.
Пример 2.49. Вакуумный захват
Во многих отраслях техники, где необходимо «нежное» соприкосно-
вение, используют вакуумный захват. Ручной вакуумный захват стекла
(рис. 2.28а), захват панелей (рис. 2.286), захват листового металла
(рис. 2.28в).
а) Ручной захват стек- б) Захват панелей в) Захват листового
металла
Рис. 2.28. Вакуумный захват
Антикрыло и набегающий поток
Антикрыло - это приспособление, предназначенное для увели-
чения прижимной силы автомобиля с дорожным покрытием38.
Пример 2.50. Лнтикрыло
В современных автомобилях антикрыло сделали динамичным. При
умеренных скоростях движения (до 140 км/ч) антикрыло создает лишнее
сопротивление движению, поэтому оно убрано, при высоких - исполняет
свою функцию, нагружая заднюю ось, а при высоком отрицательном уско-
рении (торможение или изменение траектории) антикрыло становится в
агрессивный угол атаки (примерно 45 градусов) и притормаживает автомо-
биль (рис. 2.29).
38
Антикрыло. - Материал из Википедии.
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
45
Глава 2. Переход к более управляемым полям
Рис. 2.29. Антикрыло39
Центробежные силы
Пример 2.51. Центробежная муфта
За счет центробежной силы колодки прижимаются к стенкам, и сила
40
трения значительно увеличивается .
Магнитное поле
Пример 2.52. Сцепление колеса с рельсом
Во время движения поезда по рельсам возникают случаи проскальзы-
вания колес. Особенно часто это происходит в зимнее время, когда на рель-
сах появляется снег или лед, или во время ливневых дождей. В зимнее вре-
мя рельсы посыпают песком.
Для увеличения сцепления колес с рельсами (увеличение трения) ин-
женеры еще в 1910 г. применили подмагничивание колес с помощью элек-
тромагнитов. Используя электромагниты, удалось увеличить коэффициент
трения. Магнитные потоки колеса и рельса показаны на рис. 2.30. * *
39 Рисунок из компьютерной программы IWB.
40 Патент РФ 2 016 283.
46
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
2.3. Механическое поле
Рис. 2.30. Магнитопотоки колеса и рельса
Пример 2.53. Магнитный тормоз
Разработаны магниторельсовые тормоза на постоянных магнитах.
Согласно изобретению41 (рис. 2.31), магнитное основное или несущее
тело содержит два материала с разными температурными характеристика-
ми. В данном случае для обоих колен 5.1, 5.2 применяют первый магнит-
ный материал, а для промежуточной зоны 13 между обоими коленами 5.1,
5.2 основного тела - второй магнитный материал. Второй магнитный мате-
риал в промежуточной зоне 13 основного тела отличается такой магнитной
характеристикой, что когда за счет износа полюсных башмаков магнитное
сопротивление из-за меньшего пути, т.е. уменьшающегося воздушного за-
зора 9, уменьшается, а индукция возрастает, второй материал промежуточ-
ной зоны 13 основного тела, отличающийся от материала колен 5.1, 5.2,
приобретает дальнейшее магнитное насыщение, что противодействует воз-
растанию удерживающей силы, т.е. возрастанию индукции в воздушном
зазоре 9.
Благодаря изобретению впервые создан магниторельсовый тормоз, от-
личающийся постоянной тормозной силой за пределами срока службы по-
люсных башмаков, что предотвращает связанную с возрастанием тормоз-
ных сил более высокую механическую нагрузку магниторельсового тормо-
за.
41 Патент РФ 2 275 309.
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
47
Глава 2. Переход к более управляемым полям
Рис. 2.31. Магниторельсовое тормозное устройство.
Патент РФ 2 275 309
1 - магниторельсовый тормоз; 3 - рельс; 5 - магнитный сердечник;
5.1 и 5.2 - колена; 7.1 и 7.2 - полюсные башмаки; 9 - воздушный зазор;
11 - промежуточная пленка; 13 - промежуточная зона.
Электрическое поле
Увеличить сцепление между объектами можно, используя ста-
тическое электричество, разноименные заряды и с помощью
вихревых токов.
Вихревые токи {токи Фуко) - это замкнутые в кольца элек-
трические токи в массивном проводнике, которые возникают при
изменении пронизывающего его магнитного потока. Они являются
индукционными токами и образуются в проводящем теле либо
вследствие изменения во времени магнитного поля, в котором нахо-
дится тело (рис. 2.32а), либо вследствие движения тела в магнитном
поле, приводящего к изменению магнитного потока через тело или
какую-либо его часть (рис. 2.326). Величина вихревых токов тем
больше, чем быстрее меняется магнитный поток.
В отличие от электрического тока в проводах, текущего по точ-
но определенным путям, вихревые токи замыкаются непосредствен-
но в проводящей массе, образуя вихреобразные контуры. Эти конту-
48
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
2.3. Механическое поле
ры тока взаимодействуют с породившим их магнитным потоком.
Согласно правилу Ленца, магнитное поле вихревых токов направле-
но так, чтобы противодействовать изменению магнитного потока,
индуцирующего эти вихревые токи.
При движении проводящего тела в магнитном поле индуциро-
ванные вихревые токи обусловливают заметное механическое взаи-
модействие тела с полем. На этом принципе основано, например,
торможение подвижной системы в счетчиках электрической энер-
гии, в которых алюминиевый диск вращается в поле постоянного
магнита (рис. 2.326)42.
а) Вихревые токи (показаны
пунктиром) в сердечнике ка-
тушки, включенной в цепь пе-
ременного тока I; указанное
направление вихревых токов
соответствует моменту уве-
личения магнитной индукции В,
создаваемой в сердечнике то-
ком
6) Вихревые токи (пунктирные за-
мкнутые линии) в диске электриче-
ского счетчика; сплошная стрелка
указывает направление вращения дис-
ка.
Рис. 2.32. Вихревые токи
Пример 2.54. Вихретоковый тормоз
Вихретоковый тормоз основан на использовании вихревых токов. Он
запатентован еще в 1892 г. в США. Для электроснабжения его магнитов
должен был использоваться генератор с ременным приводом от колесной
пары вагона. Во многом сходный патент зарегистрирован в Германии в
42 Вихревые токи. - БСЭ. URL:
http://www.cu ltinfo.ru/ful Itcxt/1 /001 /008/005/475.htm.
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
49
Глава 2. Переход к более управляемым полям
1897 г. Принцип действия вихретокового тормоза был разработан значи-
тельно раньше французским физиком Фуко (1819 - 1868 гг.).
В течение 70 лет со дня появления патентов эта тематика ни у кого не
вызывала интереса. Лишь в 1969 г. Национальное общество железных до-
рог Франции (SNCF) в рамках разработки поезда TGV начало исследования
в области вихретокового тормоза, в которых приняла участие компания
Knorr-Bremse (Мюнхен, Германия). В дальнейшем тормоз испытывался на
экспериментальном поезде ICE/V, но на предварительном этапе в 1985 г.
им был оснащен прицепной пассажирский вагон.
Вихретоковый тормоз хорошо регулируется и работает без использо-
вания сил трения. В связи с этим он лучше других подходит для высоко-
скоростных поездов. Любая иная система значительно проигрывает в тор-
мозной силе при торможении с высокой скорости. Это относительно новая
разработка, которая впервые нашла практическое применение на высоко-
скоростном поезде ICE2.2 железных дорог Германии (DBAG).
Эффект Джонсона-Рабека
Если нагревать пару соприкасающихся трущихся поверхностей
- полупроводник и металл, то сила трения между этими поверхно-
стями будет увеличиваться. Этот эффект используется в тормозах и
муфтах крутящего момента.
Пример 2.55. Тормоз
Тормоз представляет собой вал, покрытый полупроводниковым мате-
риалом, охваченный металлической лентой. Тормозной момент зависит от
температуры полупроводникового слоя и регулируется путем пропускания
43
электрического тока через вал и охватывающую его ленту .
Пример 2.56. Муфта крутящего момента
Устройство для передачи вращения между двумя валами (муфта кру-
тящего момента) состоит из двух соприкасающихся дисков, один из кото-
рых выполнен из полупроводникового материала, а второй - металличе-
ский. Регулирование передаваемого момента происходит при нагреве со-
прикасающихся упомянутых материалов путем пропускания электрическо-
44
го тока между ними . * *
43 Патент США 3 343 635.
44 Патент Англии 1 118 627.
50
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
2.3. Механическое поле
Другие применения трения
Трибоэлектрический эффект (triboelectric effect) - явление
возникновения заряда при трении проводника об изоляцию.
Пример 2.57. Самый первый ксерокс
Кратко опишем историю появления первого ксерокса, описанную
д.ф.-м.н. профессором Фридкин В. М45 46.
«В небольшой комнате отеля «Астория» в Нью-Йорке (Лонг-Айленд)
Честер Карлсон (1906—1968), физик, служивший в патентной конторе,
проделал такой опыт: наэлектризовал трением пластинку поликристалли-
ческой серы и через пленку, несущую изображение, осветил ее. Сера - фо-
топроводник. При освещении в фотопроводнике возникают носители тока,
электроны, или дырки. Они разряжают освещенные участки фотопровод-
ника, поэтому после световой экспозиции на поверхности серы возникает
скрытое изображение, образованное заряженными и разряженными участ-
ками. Если опылить такую поверхность заряженным порошком, несущим
противоположный заряд, частицы порошка проявят изображение. Для про-
явления Карлсон использовал трибоэлектрический эффект, давно извест-
ный в физике. Он смешал порошки сурика и серы (частицы которых, кон-
тактируя друг с другом, заряжаются противоположными зарядами) и опы-
лил пластинку серы. Частицы красного сурика проявили скрытое изобра-
жение. На поверхности пластинки проступили строки: «Астория», 22 ок-
тября 1938 года. Эту дату и следует считать днем рождения ксерографии.
Пример 2.58. Система охраны периметра
Чувствительным элементом устройства является кабель, обеспечива-
ющий преобразование механических колебаний в электрические сиг-
налы за счет трибоэлектрического эффекта, возникающего при тре-
нии поясной изоляции об экран .
Пример 2.59. Трибоэлектростатическое разделение материалов
Трибоэлектростатическое разделение основано на использовании три-
боэлектрического эффекта, т. е. на способности компонентов смеси при-
обретать электрический заряд в процессе трения частиц, как между собой,
так и на поверхности контактирования. После электризации частицы смеси
направляются в электрическое поле, где в результате взаимодействия элек-
трических и механических сил частицы, получившие больший заряд, от-
45 Фридкин В. М. Самый первый ксерокс. Дальневосточный ученый, №3,
05.02.2003 URL: http:/7bestcopy.insk.ru/pcrvkscr.him.
46 Патент РФ 2 304 812.
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov 51
Глава 2. Переход к более управляемым полям
клоняются от траектории движения частиц с меньшим зарядом. Трибоэлек-
тростатическое разделение применяют в том случае, если смеси веществ
имеют низкую электрическую проводимость47.
Триболюминесценция - люминесценция, возникающая при
трении или разрушении кристаллов. Это свойство некоторых минера-
лов светиться при разбивании, ударах, нанесении царапин, или даже
при трении. Триболюминесценция вызывается электрическими раз-
рядами, происходящими между образовавшимися наэлектризованны-
ми частями - свет разряда вызывает фотолюминесценцию люмино-
фора. Минералы содержат химические соединения, излучающие свет,
даже когда к ним не приложена механическая энергия. Проверять
кристаллы на предмет триболюминесценции следует в условиях тем-
ноты. Обычно такие минералы содержат: амблигонит, кальцит, поле-
вой шпат, флюорит, лепидолит, слюда, пектолит, кварц, сфалерит.
Пример 2.60. Определение состава газовой смеси
Для определения состава газовой смеси используют триболюминес-
ценцию48 49.
2.3.3. Давление
Приведем классическое определение давления в физике.
Давление - физическая величина, характеризующая интенсив-
ность нормальных (перпендикулярных к поверхности) сил, с которы-
ми одно тело действует на поверхность другого (например, фунда-
мент здания на грунт, жидкость на стенки сосуда, газ в цилиндре дви-
гателя на поршень и т. п.). Если силы распределены вдоль поверхно-
сти равномерно, то давление р на любую часть поверхности равно
р = F/S (2.1)
где
р - давление,
S - площадь этой части,
т- - 49
г - сумма приложенных перпендикулярно к ней сил .
47 Рогов И. А., Бабакин Б. С., Выгодны В. А. Основные методы криоэлектросе-
парации. URL:
http://w'w/w.holodilshchik.ru/indcx holodilshchik bcst articlc issue ! 2 2005.htm.
48 Патент РФ 2 460 061.
49 Давление - БСЭ. URL: http://www.cultinfb.rU/fulltcxl/l/OO 1/008/018/131 .htin.
52
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
2.3. Механическое поле
Под давлением мы будем понимать более широкое понятие, чем
дается в физике. Давление в нашем понимании - воздействие сил на
объект. Объект может быть в твердом, жидком и газообразном состо-
янии. Давление должно рассматриваться во всем диапазоне от сверх-
высокого (повышенное) до сверхнизкого (пониженное). Кроме того,
можно рассматривать световое и звуковое (акустическое) давление.
По времени воздействия давление может быть статическим
(постоянно или длительно действующим), мгновенным (кратко-
временно действующим) и динамичным (меняющимся).
В общем виде виды давлений представлены на рис. 2.33.
Рис. 2.33. Виды поля давления
Повышенное давление.
Давление высокое - в широком смысле - давление, превыша-
ющее атмосферное; в конкретных технических и научных задачах -
давление, превышающее характерное для каждой задачи значение.
Столь же условно встречающееся в литературе подразделение высо-
кого давления на высокие и сверхвысокие50.
Повышенное давление, воздействующее на газ, представляет
собой пневматическое давление, а при воздействии звука на газ -
акустическое давление.
Повышенное давление, воздействующее на жидкость, представ-
ляет собой гидравлическое давление или гидростатическое давление.
50 Давление высокое. - БСЭ. URL:
http:,-'/\vww.cultinfo.iu/fulltc.xt/l/001 008/018/l40.htm.
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
53
Глава 2. Переход к более управляемым полям
Гидростатическое давление создают только нормальные напря-
жения, величина которых не зависит от ориентировки поверхности и
одинакова во всем объеме.
Повышенное давление, воздействующее на твердое вещество,
представляет собой сжатие (нормальное воздействие), сдвиг (воз-
действие по касательной - тангенциальное) или кручение (воздей-
ствие крутящего момента), которые являются видами деформации
упругого тела.
Деформация (от лат. eformation — искажение) - изменение от-
носительного положения частиц тела, связанное с их перемещением.
Деформация представляет собой результат изменения междуатом-
ных расстояний и перегруппировки блоков атомов. Обычно дефор-
мация сопровождается изменением величин междуатомных сил, ме-
рой которого является упругое напряжение51.
Сжатие упругого тела происходит под действием сил, равно-
действующая которых нормальна поперечному сечению тела и про-
ходит через его центр тяжести.
Пример 2.61. Ротационная ковка
При ковке металл сжимается и упрочняется, придавая заготовке опре-
деленную форму.
Ротационная ковка - одна из разновидностей ковки, предназначена для
точного деформирования труб, прутков и проволок, без или с минимальной
дополнительной обработкой резанием.
Она осуществляемая на ротационно-ковочных машинах (рис. 2.34а),
рабочий орган которых совершает вращательное движение вместе с ин-
струментом, воздействующим на заготовку с разных сторон (в поперечном
сечении).
При ротационной ковке инструменты деформирования расположены
концентрически вокруг изделия (рис. 2.346). Инструменты работают с высо-
кой частотой (1500-10 000 ударов в минуту) и малым ходом перемещения
(0,2-5 мм). Инструменты действуют, как правило, одновременно. Набор ин-
струментов состоит из 2-8 сегментов, а в большинстве случаев - из 4.
Деформация в ротационной ковке происходит многими маленькими
шагами. Этот метод позволяет осуществлять большую степень однородной
деформации материала, так изменение формы происходит по всему попе-
речному сечению.
51 Деформация. - БСЭ. URL:
http: // w w w .с u It i 11 lb. ш/ Гн 111 с ч I/1/001 /008/024/876. ht m.
54
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
2.3. Механическое поле
Опорное кольцо
Клетка ролей
Ролики
Рабочий вал
Шток-толкатсли
Инструменты
а) Ротационно-ковочная машина
б) Принцип работы
Рис. 2.34. Ротационная ковка
Сдвиг упругого тела характеризуется взаимным смещением па-
раллельных слоев (волокон) материала под действием приложенных
сил при неизменном расстоянии между слоями52.
Пример 2.62. Прочность материалов
Проверка прочности материала на сдвиг производится для болтовых и
заклепочных соединений, сварных швов, врубок и т. п.
Кручение возникает в том случае, если нагрузка прикладывает-
ся к телу в виде пары сил (момента) в его поперечной плоскости.
При этом в поперечных сечениях тела возникает только один внут-
ренний силовой фактор - крутящий момент53.
Пример 2.63. Испытание на кручение
Существуют различные стенды для йены ганий на кручение4.
Деформации могут быть упругие и неупругие.
Упругая деформация55 - это деформация, которая исчезает при
снятии нагрузки. Для этого деформация не должна превосходить
некоторого предела, называемого пределом упругости; в противном
случае в теле наблюдаются остаточные деформации - неупругая.
52 Сдвиг. - БСЭ. URL: http://\v\vwx4iltinf().ru/liill(cxt/l/(M)l '008/100,'447.him.
53 Кручение. - Материал из Википедии.
54 Патент РФ 2 570 333.
55 Упругая деформация. - БСЭ.
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov *
55
Глава 2. Переход к более управляемым полям
Тенденции изменения повышенного давления
Для повышения давления можно использовать следующую по-
следовательность (рис. 2.35): дополнительный вес, винтовая пара и
упор, пневмо- и гидропрессы, импульсное воздействие (удар), ре-
активное воздействие на объект, использование вакуума, анти-
крыло и набегающий поток, центробежные силы, магнитное поле.
Кроме того, могут использоваться различные комбинации.
Рис. 2.35. Тенденция увеличения управляемости давлением
(для функции увеличения давления)
Пример 2.64. Подъем воды
Подъем воды эрлифтом осуществляется избыточным давлением, со-
здаваемым весом эрлифта за счет балласта в виде воды, прорывающейся
56
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
2.3. Механическое поле
через гидравлические уплотнения между стенками обсадной трубы сква-
жины и стенками корпуса эрлифта56.
Другие примеры можно посмотреть в разделе увеличение трения
(примеры 2.39-2.61).
Пониженное давление.
Пониженное давление в газах - это разряжение, в жидкости -
это кавитация, а в твердых телах - это растяжение.
Пример 2.65. Опалубка
Крепление опалубки осуществляется за счет создания разряжения (ва-
куума)57.
Пример 2.66. Перекачка жидкостей
Для перекачки жидкости создается разряжение58 59.
Пример 2.67. Приготовление теста
Тесто приготавливают непосредственно из зерна. Его предварительно
замачивают и подвергают гидродинамическому кавитационному диспср-
59
гированию .
Пример 2.68. Испытание на растяжение
Предлагается устройство для испытания листовых материалов на рас-
тяжение60.
2.3.4. Перемещение (движение)
Тенденция увеличения управляемости перемещения показана на
рис. 2.36.
56 Патент РФ 2 451 216.
57 Патент РФ 2 480 566.
58 Патент РФ 2 138 697.
59 Патент РФ 2 555 141.
60 Патент РФ 2 527 671.
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
57
Глава 2. Переход к более управляемым полям
Рис. 2.36. Тенденция увеличения управляемости перемещения
Пример 2.69. Самозакрывающиеся двери
Ось двери наклоняют на 6-8 градусов (рис. 2.37а). Благодаря наклону
открытая дверь возвращается в первоначальное положение в силу соб-
ственной тяжести. Дверь работает по принципу маятника. Такие двери ис-
пользуются как входные в общественных заведениях. Изобретатели посто-
янно пытаются улучшить этот принцип. Разработаны петли для самозакры-
вающихся дверей (рис. 2.376)61.
а) Наклон двери б) Патент РФ 2 205 932
Рис. 2.37. Самозакрывающаяся дверь
Пример 2.70. Передвижной вольер
Содержание кроликов в передвижных вольерах.
61 Патент РФ 2 205 932.
58
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
2.3. Механическое поле
2l) А.с. 321 237 б) Патент Франции 2 087 253
Рис. 2.38. Передвижные вольеры
Предложены вольеры разных форм: 8-12-гранный (рис. 2.38а)62 и ци-
линдрический (рис. 2.3 8б)63, которые перемещаются по пастбищу движени-
ем самих кроликов. Животные стремятся дотянуться до травы, взбираются
на стенку, собственным весом перекатывают свой дом-крышу.
Придумали и другие оригинальные конструкции (рис. 2.39).
Рис. 2.39а Передвижные клетки для кроликов
62 А. с. 321 237.
63 Патент Франции 2 087 253.
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
59
Глава 2. Переход к более управляемым полям
Рис. 2.396 Передвижные клетки для кроликов
Пример 2.71. Упаковка телевизоров
Английская фирма упаковывает телевизоры в коробки с боковой
крышкой - это облегчает упаковывание и извлечение (не нужно подни-
мать).
Пример 2.72. Компьютерная томография
Компьютерную томографию обеспечивают спиральным сканировани-
64
ем .
2.3.5. Колебание
Тенденция увеличения управляемости колебаний показана на
рис. 2.40. *
Рис. 2.40. Тенденция увеличения управляемости колебаний
м Патент РФ 2 4l> I 020.
60
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
2.4. Тепловое поле
Пример 2.73. Яйцеобразная ванна
Яйцеобразная ванна, свободно стоящая на полу и перекатывающаяся с
боку на бок при малейшем движении купальщика. Такие колебания созда-
ют волны в ванне65.
Пример 2.74. Качели в ванне
Качели в ванне. Создаются волны в ванне66.
Пример 2.75. Тренировка оператора
При подготовке персонала, профессиональная или иная деятельность
которого сопряжена с нервно-психологическим напряжением, и там, где
повышены требования к эмоционально-волевым качествам, памяти, вос-
приятию, психической и психологической выносливости, на оператора воз-
действуют инфразвуковыми колебаниями различных частот и интенсивно-
сти, при которых возникают ощущения страха, эйфории, утомления, укачи-
вания и болевые ощущения67.
Пример 2.76. Коробка сигарет
При открывании и закрывании коробки производится щелчок (слыши-
мый звук). Это позволяет пользователю убедиться, что коробка открыта
или закрыта68.
Примеры на ультразвук приводились раньше.
2.4. Тепловое поле
Тенденция увеличения управляемости теплового поля показана
на рис. 2.41.
65 Патент Германии 122 788.
66 Патент Германии 101 412.
67 Патент РФ 2 369 909.
68 Патент РФ 2 589 473.
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
61
Глава 2. Переход к более управляемым полям
Фа юный
переход
2-1 о рода
Эффект
намиin
формы
Ферромаг-
нитные
эффекты
Точка
Кюри
Эффект
** Барк-
ray юна
Эффект
Гопкинса
Ашмфер-
ромш и.
вещества
(.) Неели

Рис. 2.41. Тенденция увеличения управляемости теплового поля
Пример 2.77. Снятие пружины с оправки
Продемонстрируем эту последовательность на операции снятия пру-
жины с оправки, на которой она навивалась. Пружина очень плотно приле-
гает к оправке.
Обычное тепловое расширение может облегчить снятие пружины с
оправки. Пружину нужно наматывать на горячую оправку, когда она осты-
нет, пружина снимается сама. Можно и, наоборот, нагревать уже намотан-
ную пружину, например, электричеством.
Биэффект позволяет описанную операцию выполнить легче и эффек-
тивнее. Оправку изготавливают из материала с коэффициентом темпера-
турного расширения меньшим, чем у материала пружины. При нагревании
пружина будет расширяться больше и се легко снять с оправки.
Еще легче снимать пружину с оправки, выполненной из легкоплавкого
материала. Здесь использовался фазовый переход первого рода.
Удобнее всего проводить навивку и снятие пружины на оправке, вы-
полненной из материала, обладающего эффектом обратимой памяти фор-
мы. В этом случае при намотке оправка должна иметь диаметр, равный
внутреннему диаметру пружины, а при снятии оправку доводят до темпе-
ратуры, при которой она вспоминает форму - цилиндр со значительно
меньшим диаметром.
У некоторых ферромагнетиков (эрбий, диоброзин, сплавов марганца и
меди) имеются две точки Нееля (верхняя и нижняя), причем антиферро-
магнитные свойства наблюдаются только при промежуточных температу-
62
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
2.5. Электромагнитное поле
pax. Выше верхней точки вещество ведет себя как парамагнетик, а при
температурах меньших нижней точки Нееля становится ферромагнетиком.
Пример 2.78. Измерение уровня криогенной жидкости
Измерение уровня криогенных жидкостей осуществляется с помощью
ультразвука. Волновод изготовлен из антиферромагнетика с низким коэф-
фициентом теплопроводности, высокой степенью зависимости величины
скорости звука от величины магнитного поля, с температурой точки Нееля,
превышающей температуру кипения контролируемой жидкости69.
Пример 2.79. Контроль ферромагнитных изделий
Толщину и свойства упрочненного70 слоя ферромагнитного изде-
лия определяют по скачкам Баркгаузена71.
2.5. Электромагнитное поле
Электромагнитное поле можно рассматривать во всем его
диапазоне от радио- до гамма-излучений. Рассмотрим только
наиболее употребительные из них (рис. 2.42). Степень управляемо-
сти увеличивается, если последовательно использовать следующие
электромагнитные поля: магнитное, электрическое, оптическое.
Рис. 2.42. Тенденция увеличения управляемости
электромагнитного поля
69 Патент РФ 2 249 796.
70 Патент РФ 2 044 311.
71 Эффект Баркгаузена - скачкообразное изменение намагниченности ферро-
магнитного вещества при монотонном, непрерывном изменении внешних условий,
приводящих к изменению доменной структуры материала. - Материал из Вики-
педии.
Подробнее: Рудяк В. М. Эффект Баркгаузена. Успехи физических наук.
Т. 101 , вып. 3, Июль 1970. URL: https: //w w w.si п t rol. ru/i mages/u sc fu I -
inlorniatioiV07 1970 Baikgauscn cffect.pdfи
http://fcmto.com.ua/articlcs/part l/0270.html.
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
63
Глава 2. Переход к более управляемым полям
Электромагнитные поля получили широкое распространение в
различных областях знаний.
Ниже будут представлены тенденции увеличения управляемо-
сти магнитного, электрического и оптического полей.
Рентгеновские излучения используются для исследования внут-
ренней структуры различных объектов. Радиодиапазон в основном
используется для связи.
2.5.1. Магнитное поле
Тенденция увеличения управляемости магнитного поля показа-
Рис. 2.43. Тенденция увеличения управляемости магнитного поля
Примеры были приведены выше.
2.5.2. Электрическое поле
Тенденция увеличения управляемости электрического поля по-
казана на рис. 2.44.
Рис. 2.44. Тенденция увеличения управляемости
электрического поля
64
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
2.6. Самостоятельная работа
Сегодня трудно найти область, где бы не использовались элек-
трические поля.
2.5.3. Оптическое поле
Тенденция увеличения управляемости электрического поля по-
казана на рис. 2.45.
Рис. 2.45. Тенденция увеличения управляемости
оптического поля
Пример 2.80. Идентификация личности
Для идентификации личности по папиллярному узору палец облучают
инфракрасным излучением72.
Пример 2.81. Стерилизация
Для стерилизации помещений используют излучатели ультрафиолето-
вого света.
2.6. Самостоятельная работа
2.6.1. Вопросы для самопроверки
1. Опишите общую тенденцию перехода к более управляемым
полям.
2. Опишите тенденцию увеличения управляемости гравитаци-
онным полем.
3. Опишите тенденцию увеличения управляемости механиче-
ским полем.
4. Опишите тенденцию увеличения управляемости трением
(для функции снижения трения).
72 Патент РФ 2 371 089.
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
65
Глава 2. Переход к более управляемым полям
5. Опишите тенденцию увеличения управляемости трением
(для функции увеличения трения).
6. Опишите тенденцию увеличения управляемости тепловым
полем.
7. Опишите тенденцию увеличения управляемости электромаг-
нитным полем.
8. Опишите тенденцию увеличения управляемости магнитным
полем.
2.6.2. Темы докладов и рефератов
1. История появления и развития тенденции перехода к более
управляемым полям.
2. Использование тенденций перехода к более управляемым
полям.
2.6.3. Выполните задания
1. Приведите примеры каждого из этапов закономерности перехода к
более управляемым полям.
1.1. В технике.
1.2. В природе.
1.3. В различных науках.
1.4. В искусстве.
1.5. В бизнесе.
1.6. В жизни, и т. д.
2. Решите задачи, используя тенденцию перехода к более управляе-
мым полям.
Задачи и их разбор изложены в задачнике73.
73 Петров В. М. ТРИЗ. Теория решения изобретательских задач. Уровень 5. За-
дачник. М: Солон-Пресс, 2018. - 212 с.: ил. (ТРИЗ от А до Я). ISBN 978-5-91359-313-9
66
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
Глава 3. Увеличения степени дробления
Введение
I. Законы развития
систем
2. Переход к более
управляемым
полям
3. Увеличение сте-
пени дробления
4. Переход к КИМ
5. Увеличение сте-
пени вепольно-
сгн
6. Стандарты
Заключение
Дробление - одна из ведущих
тенденции в развитии современ-
ной техники.
Г. С. Альтшуллер™
Общее направление линии -
ослабление связей между частя-
ми объекта, вплоть до превра-
щения каждой части в само-
стоятельную систему.
Г. С. Альтшуллер15
Содержание главы 3:
3.1. Общая тенденция увеличения степени дробления.
3.2. Твердый монолит.
3.3. Переход от твердого к гибкому состоянию.
3.4. Гибкое состояние.
3.5. Переход от гибкого к порошкообразному состоянию.
3.6. Порошкообразное состояние.
3.7. Гель.
3.8. Жидкое состояние.
3.9. Аэрозоли.
3.10. Газообразное состояние.
3.11. Поле. * *
74 Альтшуллер Г. С. Алгоритм изобретения. - М.: Моск, рабочий, 1973, С. 144.
Альтшуллер Г. С., Вертким И. М. Линия увеличения «пустотности». - Баку,
1987. URL: hltp://vv\v\v.altshullci\ni/triz/zrts5.asn.
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
67
Глава 3. Увеличение степени дробления
3.12. Пена.
3.13. Комбинация.
3.14. Эффекты.
3.15. Область научных теорий (физика).
3.16. Защита от взрывов.
3.17. Тенденции развития уплотнителей.
3.18. Тенденции развития щеток электродвигателей.
3.1. Общая тенденция увеличения степени дробления
Тенденция увеличения степени дробления (дисперс-
ности) - это постепенный переход от твердого состояния к
гибкому, жидкому, газообразному и полю76.
Понятие поля в ТРИЗ рассматривается более широко, чем в фи-
зике - это любое действие или взаимодействие (подробнее в главе
«Вепольный анализ»77).
Рабочий орган может быть монолитным и немонолитным (со-
стоящим из отдельных частей). Вещество рабочего органа может
меняться от твердого к нетвердому (мягкому, гибкому), жидкому,
газообразному и перейти в поле.
Рассмотрим более детально последовательность дробления. Она
представлена на рис. 3.1.
76 Основные направления и идеи этой работы были изложены В. Петровым в
письме к Г. С. Альтшуллеру в 1973 г. Эта работа была изложена в рукописях:
Петров В. М. Цепочка дробления в технических системах. - Л., 1973, 2 с. (ру-
копись).
Петров В. М. Тенденция дробления объектов. - Л., 1973, 8 с. (рукопись).
В дальнейшем работа была доложена В. Петровым на семинаре преподавате-
лей и разработчиков ТРИЗ (Петрозаводск-82) и издана в работах:
Петров В. М. Идеализация технических систем. - Областная научно-
практическая конференция «Проблемы развития научно-технического творчества
ИТР». Тезисы докладов. Горький, 1983, С. 60-62.
Петров В. М. Закономерности развития технических систем. - Методология и
методы технического творчества. - Тезисы докладов и сообщений к научно-
практической конференции 30 июня - 2 июля 1984 г. - Новосибирск, 1984, С. 52-54.
Vladimir Petrov. The Laws of System Evolution. Berlin: TriS Europe GmbH, 646
pages, published in Russian. INNOVATOR (06) 01/2013, ISSN 1866-4180. Петров В.
Законы развития систем. Монография. Тель-Авив, 2013 - 646 с.
77 Петров В. М. ТРИЗ. Учебник 3-го уровня.
68
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
3.1. Общая тенденция увеличения степени дробления
Эта последовательность характеризуется переходом от твердой
монолитной системы (1) к гибкому, эластичному объекту (2).
Дальнейшее дробление приводит к разделению объекта на отдель-
ные части, не связанные между собой или связанные с помощью ка-
кого-либо поля, например магнитного.
Дробление идет в сторону измельчения каждой части вплоть до
получения мелкодисперсного порошка или микросфер, т. е. объект
становится порошкообразным (3).
Следующий переход приводит к гелю (4) - пастообразному ве-
ществу.
Затем изменяется степень вязкости вещества до получения
жидкости (5). Далее изменяется степень связанности жидкости. Ис-
пользуются более легкие и летучие жидкости.
На следующем этапе в жидкость добавляют газ (газированные
жидкости). Количество газа в жидкости увеличивается, процентное
содержание газа в жидкости становится больше, давление газа уве-
личивается и переходят к аэрозолям (6).
Содержание газа в аэрозоле увеличивается, и таким образом
происходит переход к газу (7). Постепенно используется все более
легкий газ. Затем газ становится более разряженным, следующий
шаг приводит к крайнему состоянию - образованию вакуума.
Последнее состояние в этой цепочке - использование поля (8),
в частности это может быть и плазма.
На новом витке развития система вновь становится монолитной
(рис. 3.1). Это показано в виде петли обратной связи.
Промежуточное состояние в каждом из указанных переходов
может занимать «пена» (9) в твердом, жидком, газообразном и про-
чих видах (рис. 3.2). Под пеной понимается вкрапление (проникно-
вение) одного вещества в другое.
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
69
Глава 3. Увеличение степени дробления
Кроме того, возможна комбинация (10) из указанных состоя-
ний в любом сочетании.
С целью повышения эффективности могут быть использованы
технологические эффекты (11), характерные для данного состоя-
ния.
Рис. 3.2. Схема тенденции увеличения степени дробления
Под эффектами в ТРИЗ понимаются: физические, химические,
биологические и геометрические эффекты78.
Приведем примеры каждого из состояний.
Пример 3.1. Твердое монолитное вещество (этап 1)
Металл, камень, кристалл, пластмасса, дерево и т. п.
Пример 3.2. Гибкое вещество (этап 2)
Тонкие куски металла, фольга, резина, ткань, пленка, трос и т. д.
Пример 3.3. Порошок (этап 3)
Отдельные, несоединенные части, шарики, зерно, песок, микросфсры,
пыль и т. п.
Пример 3.4. Гель (этап 4)
Желе, студень, паста, крем, масло, коллоидный раствор и т. п.
Пример 3.5. Жидкость (этап 5)
Жидкости различной плотности, от жидких масел до спирта, эфира и
жидких газов.
78 Петров В. М. ТРИЗ. Учебник 3-го уровня.
70
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
3.1. Общая тенденция увеличения степени дробления
Пример 3.6. Аэрозоль (этап 6)
Аэрозоли с различным процентным содержанием жидкости и газа.
Пример 3.7. Газ (этап 7)
Газы различной плотности, от тяжелых до самых легких. Самый тяже-
лый газ - это радон (Rn). Самый легкий газ - это водород (Н).
Пример 3.8. Поле (этап 8)
Под полем, как уже отмечалось, понимаем любое действие и взаимо-
действие. Это может быть давление, вакуум, электрическое, магнитное и
оптическое поля, плазма и т. д.
Пример 3.9. Пена (этап 9)
Это сочетание в одном веществе нескольких фаз. Например, твердое и
газообразное, жидкое и твердое, жидкое и газообразное и т. д.
Пример 3.10. Комбинации (этап 10)
Это любое сочетание отдельных этапов, не постепенный переход от
одного этапа к другому, а скачкообразный. Например, переход от монолита
сразу к отдельным частям или к жидкому, газообразному состоянию или
полю.
Пример 3.11. Эффекты (этап 11)
Для получения более эффективных веществ, на каждом из эта-
пов могут использоваться различные виды эффектов: физические,
химические и геометрические.
Полная схема дробления приведена на рис. 3.3.
В нее дополнительно введены переходы от состояния (этап 1)
к состоянию (этап 2), от (этапа 2) к (этапу 3) и переходы от со-
стояний (этап 1) и (этап 2) к капиллярно-пористым материалам
(КПМ).
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
71
Глава 3. Увеличение степени дробления
Рис. 3.3. Полная схема тенденции увеличения степени
дробления
Детальное описание каждого из этапов и всех переходов будет
изложено ниже.
3.2. Твердый монолит (этап 1)
Твердость может быть разных степеней и зависит от:
1) Межатомных расстояний.
2) Координационного числа - чем выше число, тем выше
твердость.
3) Валентности.
4) Природы химической связи.
5) Направления (например, минерал дистен: вдоль его твер-
дость 4, а поперек - 7).
6) Хрупкости и ковкости.
7) Гибкости - минерал легко гнется, изгиб не выпрямляется
(например, «тальк»).
8) Упругости - минерал сгибается, но выпрямляется (напри-
мер, «слюда»).
9) Вязкости - минерал трудно сломать (например, «жаде-
ит» - разновидность пироксена).
10) Спаянности.
Пример 3.12. Лонсдейлит
Наиболее твердым из существующих на сегодняшний день материалов
является лонсдейлит79, на 58% превосходящий по твердости алмаз, однако
79 Лонсдейлит - Материал из Википедии.
12
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
3.1. Общая тенденция увеличения степени дробления
маловероятно практическое использование из-за сложности его получения.
Под давлением атомы в решетке лонсдейлита перестраиваются таким обра-
зом, что объем образца остается неизменным, а его жесткость увеличивается.
Самым твердым из распространенных веществ является алмаз.
3.3. Переход от твердого к гибкому состоянию
3.3.1. Общая последовательность
Переход от монолитной (твердой) системы (этап 1) к гибкой
(этап 2) происходит по определенной линии, показанной на рис. 3.4.
Рассмотрим ее.
Рис. 3.4. Линия перехода от твердого состояния к гибкому
Первоначально объект разбивается на части, вплотную присо-
единенные друг к другу (этап 1.1). Это соединение может быть не-
разъемным и разъемным.
Неразъемными называют соединения с жесткой механической
связью деталей, сохраняющейся в течение всего срока службы. Наибо-
лее распространенными в машиностроении видами неразъемных со-
единений являются: сварные, паяные, прессовые, клеевые, полученные
вальцеванием, комбинированные (клеесварные и др.). В электротехнике
и электронике наиболее часто встречаются неразъемные соединения в
виде сварки и пайки.
Разъемными называют соединения, разборка которых происходит
без нарушения целостности составных частей изделия. Разъемные со-
единения могут быть как подвижными, так и неподвижными. Наиболее
распространенными в машиностроении видами разъемных соединений
являются: резьбовые, шпоночные, шлицевые, клиновые, штифтовые и
профильные. В электротехнике и электронике наиболее часто встреча-
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
73
Глава 3. Увеличение степени дробления
ются разъемные соединения в виде разъемов и штырей. Кроме того, из-
вестны соединения скручиванием, намоткой, под зажим, соединение
обжиманием. Таким образом, соединение происходит за счет сдавлива-
ния контактирующих поверхностей. Часто такие соединения называют
напаянными80.
К разъемным соединениям могут относиться и соединения,
осуществляемые с помощью различных полей, например магнитно-
го или электрического; соединения, использующие эффект обра-
тимой памяти формы, и т. д. Такие соединения осуществляются с
помощью «включения» соответствующего поля и его «выключе-
ния». При этом могут использоваться соответствующие эффекты,
например эффект точки Кюри.
Существуют разъемные соединения с разрушением контактного
слоя между контактирующими поверхностями. Например, растворе-
ние клеевых соединений; нагрев легкоплавких веществ (парафин,
воск и т. п.; легкоплавкие металлы: олово, свинец и т. д.) и т. п.
Сначала монолит разбивается на две части (на рис. 3.4,
этап 1.1а). Дальнейшее разбиение приводит к увеличению количе-
ства частей в системе (этапы 1.1b, с, d).
Пример 3.13. Дирижабль
Первоначально оболочка дирижабля была единой, как и в воздушном
шаре, затем ее стали разделять на отсеки.
На следующем этапе отдельные части соединяются жесткой
связью (этап 1.2а). Количество частей и связей увеличивается (этап
1.2b). Далее жесткость связей уменьшается, и постепенно связи де-
лаются гибкими - шарнирными, пружинными, гибкими частями и
т. п. (этап 1.2с). И в конце концов происходит переход к полностью
гибкому объекту (2).
3.3.2. Присоединение вплотную частей друг к другу (этап 1.1)
Соединения могут быть разъемными и неразъемными.
80URL: http://wwvv.coinpitcch.rii/lnml.cgi/arhiv/01 01/stat-80.lnm.
74 Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
3.3. Переход от твердого к гибкому состоянию
Задача 3.1. Колеса подъемных кранов
Условие задачи
Портальные подъемные краны (рис. 3.5а) передвигаются по рельсам,
используя ходовые колеса (рис. 3.56), подобные железнодорожным. Для
предотвращения бокового смещения и схода колеса с рельсы на колесе
имеется выступающая часть - реборда. Она быстро изнашивается и прихо-
дится менять все колесо. Как быть?
Разбор задачи
Использовать тенденцию увеличение степени дробления. Перейти от
монолитного к раздробленному колесу.
Решение
Разработаны ходовые колеса со съемными ребордами (рис. 3.6). Во
время ремонта отвинтить быстроизнашиваемые боковины и поставить на
их место новые. Кроме того, появилась возможность делать эту деталь из
более прочного металла, чем обод81.
Это пример разъемного соединения. Этап 1.1а (рис. 3.4).
Рис. 3.5. Съемные реборды колес подъемного крана
А. с. 633 789.
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
75
Глава 3. Увеличение степени дробления
Рис. 3.6. Крановое колесо. А. с. 633 789
Пример 3.14. Многослойная печатная плата
Печатные платы (рис. 3.7а) заменили провода, соединяющие элек-
тронные и радиоэлементы. Роль проводников выполняют медная фольга,
которая сделана в виде определенного рисунка на диэлектрической плате.
Первоначально использовали однослойные печатные платы. Они за-
нимали большую площадь.
Уменьшение площади осуществили переходом к двухслойным, а затем
и многослойным печатным платам (рис. 3.76). Слои фольги разделяют слои
диэлектрика.
Это пример неразъемного соединения. Этапы 1.1а- l.ld (рис. 3.4).
а) Общий вид б) Поперечный разрез
Рис. 3.7. Многослойная печатная плата
76
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
3.3. Переход от твердого к гибкому состоянию
Пример 3.15. Многослойные керамические конденсаторы
Выпуск многослойных керамических конденсаторов (рис. 3.8) позво-
лил в том же объеме создать конденсаторы большой емкости. В настоящее
время выпускаются конденсаторы емкостью 100 мкФ.
Материал внутренних электродов - это сплав серебра с палладием. В
качестве межэлектродного диэлектрика используются специальные виды
диэлектрической керамики с очень низкой электрической проводимостью.
Это пример неразъемного соединения. Этап l.ld (рис. 3.4).
а) Общий вид и попереч-
ный разрез
б) Срез структуры конденсатора япон-
ской фирмы Murata (увеличено)
Рис. 3.8. Многослойные керамические конденсаторы
Пример 3.16. Паркет
Первоначально паркет делали из цельного деревянного бруска
(рис. 3.9а) с пазами и гребнями для соединения друг с другом. В настоящее
время выпускаются наборный паркет - паркетная доска (рис. 3.96), верхний
слой которой делается из благородных пород древесины, средний слой —
древесина хвойных пород, а нижний слой - фанера.
Это пример неразъемного соединения. Этап 1.1 d (рис. 3.4).
а) Штучный паркет
Рис. 3.9. Паркет
б) Паркетная доска
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
77
Глава 3. Увеличение степени дробления
3.3.3. Соединение частей с помощью посредника (этап 1.2)
Сначала посредник, осуществляющий соединение, делают
жестким - этап 1.2а, затем число связей-посредников увеличивает-
ся- этап 1.2b, связи становятся более гибкими (шарнирными, пру-
жинными и т. п.) - этап 1.2с.
Примером этапов 1.2а—1.2b могут служить конструкции типа
штанги, фермы и т. д. Они так же, как и в случае 1.1, могут быть
разборные и неразборные.
Пример 3.17. Эйфелева башня
В 1889 г. в Париже по проекту Эйфеля была сооружена ажурная трех-
сотмстровая металлическая башня (рис. 3.10).
Это пример этапа 1.2b (рис. 3.4). Использование ферм - геометриче-
ский эффект.
Рис. 3.10. Эйфелева башня
Этап 1.26 цепочки дробления (рис. 3.4) можно продемонстрировать на
некоторых конструкциях знаменитого русского инженера, изобретателя,
архитектора и ученого - академика Владимира Григорьевича Шухова
(1853-1939). Он впервые в мире в архитектуре и строительстве предложил
использовать металлические гиперболические, сетчатые и мембранные
конструкции.
Пример 3.18. Конструкции В. Г. Шухова
На гиперболоидную форму (рис. 3.11а) конструкций и сетчатых по-
крытий Шухов получил патенты (привилегии) Российской Империи: №
1894 «Сетчатые покрытия для зданий» - Кл. 37а, 7/14 (рис. 3.12), № 1895
78
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
3.3. Переход от твердого к гибкому состоянию
«Сетчатые сводообразные покрытия» - Кл. 37а, 7/08), № 1896 «Гиперболо-
идные конструкции» - ажурная башня - Кл. 37f, 15/28; от 12 марта 1899
года, заявленный В. Г. Шуховым 11.01.1896. Конструкции, несмотря на
свою кривизну, строятся из прямых балок (рис. 3.116), образующих харак-
терную решетку.
На Всероссийской промышленной и художественной выставке 1896
года в Нижнем Новгороде Шухов продемонстрировал гиперболоидную
башню (рис. 3.11 в), построил восемь павильонов с перекрытиями в виде
сетчатых оболочек (рис. 3.12), перекрытых в виде стальной мембраны, -
Ротонда Шухова (рис. 3.136, в).
а) Однополостный
гиперболоид вращения
б) Конструкция гиперболо-
идов из прямых блоков
в) Первая в мире
гиперболоидная
башня
Рис. 3.11. Башня В. Г. Шухова на Всероссийской выставке в
Нижнем Новгороде, 1896
Рис. 3.12. Чертеж В. Г. Шухова. Привилегия №1894 на висячие кон-
струкции
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
79
Глава 3. Увеличение степени дробления
Башня (рис. 3.11 в) представляла собой однополосный гиперболоид вра-
щения, образованный 80 прямыми стальными профилями, концы которых
крепятся к кольцевым основаниям. Сетчатая стальная оболочка из ромбо-
видно пересекающихся профилей упрочнена 8 параллельными стальными
кольцами, расположенными между основаниями. Высота гиперболоидной
оболочки башни — 25,2 метра (без учета высот фундамента, резервуара и
надстройки для обозрения). Диаметр нижнего кольцевого основания — 10,9
метра, верхнего — 4,2 метра. Максимальный диаметр бака — 6,5 метра, вы-
сота — 4,8 метра. От уровня земли из центра основания башни до уровня дна
резервуара поднимается красивая стальная винтовая лестница. В централь-
ной части бак имеет цилиндрический проход с прямой лестницей, ведущей
на смотровую площадку на верхней поверхности резервуара.
Ротонда (рис. 3.136, в) - это круглое здание. Поверху наружных стен
на высоте 6,4 м уложено металлическое кольцо диаметром 68 м. Внутри
здания 16 металлических колонн (высотой 15 м) держат второе кольцо
диаметром 25 м. Пространство между двумя кольцами перекрыто свободно
висящей сеткой, состоящей из взаимно перекрещивающихся стальных по-
лос, образующих ячейки в виде ромбов. По этому техническому принципу
первое такое покрытие было построено Шуховым в 1894 г. над цехом ко-
тельного завода фирмы Бари в Москве.
Внутренние опоры прямоугольных павильонов (рис. 3.13а, г) строи-
тельного и инженерного отделов выставки (размерами 68x30 м) состояли из
11 металлических колонн высотой 11 м, расположенных по продольной оси
и несущие ригель. От ригеля ко всему периметру наружных стен
(высотой 5 м) распростерто сетчатое шатровое покрытие82.
После Нижегородской выставки 1896 года В. Г. Шухов разработал
многочисленные конструкции разнообразных сетчатых стальных оболочек
и использовал их в сотнях сооружений: перекрытиях общественных зданий
и промышленных объектов, водонапорных башнях, морских маяках, мач-
тах военных кораблей и опорах линий электропередач.
Русский броненосец Император Павел I (рис. 3.14), заложенный
27.10.1905 г. и спущенный на воду 25.08.1907г. - это первый в мире ко-
рабль, оборудованный гиперболоидными многосекционными стальными
сетчатыми мачтами конструкции Шухова.
В 1910 году был построен 70-метровый сетчатый стальной Аджиголь-
ский маяк (рис. 3.15) в Днепровском лимане напротив сел Рыбачье и Ста-
нислав Голопристанского района под Херсоном.
82 В. Г. Шухов - выдающийся инженер и ученый: Труды Объединенной
научной сессии Академии наук СССР, посвященной научному и инженерному
творчеству почетного академика В. Г. Шухова. М.: Наука, 1984, 96 с. (С. 44-45).
80
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
3.3. Переход от твердого к гибкому состоянию
а) Ротонда и прямоугольный павиль-
он с висячими перекрытиями-
оболочками
б) Первая в мире стальная мем-
брана-перекрытие
в) Здание Ротонды Шухова (чертеж)
г) Строительство оваль-
ного павильона с сетча-
тым стальным висячим

покрытием
Рис. 3.13 в, г. Ротонда и овальный павильон Шухова
для Всероссийской выставки, Нижний Новгород, 1896
В 1919-1922 гг. построена радиобашня на Шаболовке (рис. 3.16) в
Москве высотой 160 м.
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
81
Глава 3. Увеличение степени дробления
i
*
Рис. 3.14. Броненосец Император Павел I с гиперблоидными
мачтами Шухова
Рис. 3.15. Аджиголь-
ский маяк Шухова
Рис. 3.16. Радиобашня на Шаболовке
б) Устройство
Это пример Этап 1.2 b (рис. 3.4) с использованием геометрического
эффекта - гиперболоида, и физического эффекта - натяжения.
Сегодня широко используются сетчатые конструкции.
Покажем несколько наиболее интересных современных сетча-
тых конструкций.
82
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
3.3. Переход от твердого к гибкому состоянию
Пример 3.19. Работы британского архитектора Н. Фостера
По проекту Нормана Фостера (Norman Foster) в 2000 г. соорудили
ажурную крышу в виде сетчатой оболочки для внутреннего двора Британ-
ского музея (рис. 3.17а).
В 2004 г. было воздвигнуто 40-этажное здание-башня Сент-Мэри Экс
30 (30 St Магу Ахе). Здание высотой в 180 метров использует солнечное
освещение и естественную вентиляцию, поэтому потребляет вдвое меньше
электроэнергии, чем другие постройки такого типа (рис. 3.176).
а) Внутренний двор Британского
музея
Рис. 3.17. Работы Нормана Фостера
б) Башня Сент-Мэри Экс 30
Пример 3.20. Национальный центр исполнительских искусств в
Пекине
Центр (рис. 3.18) создан французским архитектором Полем Андрё
(Paul Andreu) в виде эллипсоидного купола из стекла и титана. Он распо-
ложен посреди искусственного озера. Три главных зала театра способны
вместить не менее 6500 зрителей. Его площадь 200000 м2. Строительство
завершено в декабре 2007 г.
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
83
Глава 3. Увеличение степени дробления
а) Общий вид 6) Один из залов
Рис. 3.18. Национальный центр исполнительских искусств в Пекине
Пример 3.21. Здание Гражданского суда ансамбля «Кампус право-
судия» в Мадриде
Автор нового здания Мадридского суда (Madrid Civil Court) - знаме-
нитая архитектор Заха Хадид (Zaha Hadid). Помимо огромного количества
офисных помещений проект включает в себя большой двор, который будет
не только центром общественной жизни здания, но и поможет создать
цельное, завершенное впечатление от всей постройки.
Сдвинутая вертикальная ось ее основного объема придает общему об-
лику сооружения динамичность (рис. 3.19). Ощущение упругости, исходя-
щее от здания, притягивает посетителя и создает впечатление, что оно па-
рит над землей.
Его фасад составляет двойная самовентилирующаяся оболочка. Ее
внешний слой сделан из подвижных металлических панелей, которые мо-
гут открываться и закрываться в зависимости от погодных условий. По-
крытие крыши включает в себя солнечные батареи.
Центр внутреннего пространства составляет полукруглый застеклен-
ный атриум, связанный с внутренним двором постройки. Через него есте-
ственное освещение попадает в залы судебных заседаний на первом этаже
здания.
84
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
3.3. Переход от твердого к гибкому состоянию
Рис. 3.19. Здание Гражданского суда ансамбля «Кампус правосудия» в
Мадриде
Пример 3.22. Культурный центр и оперный театр в Дубае
Автор проекта архитектор Заха Хадид (Zaha Hadid).
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
85
Глава 3. Увеличение степени дробления
Рис. 3.20. Культурный центр и оперный театр в Дубае
Мембранные конструкции являются переходом от шага 1.2 b к
1.2 с.
Мембраны, в частности, используют при перекрытии больших
площадей.
Пример 3.23. Крыши спортивных сооружений
В Санкт-Петербурге построен спортивно-концертный комплекс
«Юбилейный» с покрытием в виде мембраны диаметром 160 м, толщиной
6 мм и универсальными вантовыми конструкциями. За натяжением мем-
браны ведутся постоянные наблюдения.
Крыша-мембрана спортивного зала Олимпийского стадиона в Москве
толщиной 5 мм перекрывает без единой промежуточной опоры площадь
свыше 30 тыс. кв. м. (рис. 3.21).
86
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
3.3. Переход от твердого к гибкому состоянию
Рис. 3.21. Крыша-мембрана спортивного зала Олимпийского стадиона
в Москве
Этап 1.2 с - уменьшение жесткости связей между отдельными
жесткими элементами, постепенно связи делаются гибкими - шар-
нирными, пружинными, гибкими частями и т. п.
Задача 3.2. Складной стул парикмахера
Условие задачи
Парикмахерам, выезжающим к клиентам на дом, неудобно работать на
обычном стуле. Как быть?
Разбор задачи
Использовать тенденцию увеличения степени дробления. Перейти от
неразъемного кресла к дробленому - раздробленному (разъемному и
складному).
Решение
Имеется патент США на складной компактный легкий стул для па-
рикмахеров (рис. 3.22). Его ножка (четырехножник) легко снимается и
складывается. Такой стул удобно и легко переносить и перевозить в багаж-
нике автомобиля. Стул и ножка складывается за счет специальных шарни-
ров83.
83 Патент США 5 505 524. Portable hair styling and barber chair. April 9, 1996.
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
87
Глава 3. Увеличение степени дробления
Рис. 3.22. Складной стул для парикмахеров. Патент США 5 505 524
Пример 3.24. Компьютер Flybook VM
Компания Dialogue в 2006 году представила новый дизайн ноутбука.
Один вариант дизайна имеет специальный шарнир (рис. 3.23а), позво-
ляющий не только поворачивать экран в двух плоскостях, превращая ком-
пьютер в планшет, но и приближать экран.
Другой вариант имеет телескопический кронштейн (рис. 3.236), позво-
ляющий устанавливать экран в любом положении.
88
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
3.3. Переход от твердого к гибкому состоянию
Рис. 3.23. Компьютер Flybook VM
Пример 3.25. Шарнирное судно
При сильном волнении моря бывают случаи, что корму судна подни-
мает над водой и винт начинает работать вхолостую. При этом не только
судно не движется, но и портится двигатель.
Предложено кормовую часть судна шарнирно прикреплять к основ-
ной84 (рис. 3.24а).
Судно сделано из нескольких корпусов, которые соединены между со-
бой с возможностью поворота вокруг вертикальных осей. Это улучшает
маневренность судна85 (рис. 3.246).
а) Судно по а. с. 113 431
б) Судно по а. с. 486 938
Рис. 3.24. Шарнирное судно
84 А. с. 113 431.
85 А. с. 486 938.
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
89
Глава 3. Увеличение степени дробления
Пример 3.26. Складной автобус
Существует проект автобуса, складывающегося или растягивающегося
с помощью гармошки (рис. 3.25) в зависимости от потребности (количество
пассажиров). В часы пик автобус растягивается полностью, а при малом
количестве пассажиров полностью складывается.
ISU2U6>
Рис. 3.25. Складной автобус
Пример 3.27. Гибко-жесткие печатные платы
Разновидность печатных плат, когда жесткие печатные платы соеди-
нены гибкими, или из жестких печатных плат выходят ответвления гибких,
например, заканчивающихся разъемами (рис. 3.26).
Рис. 3.26. Жестко-гибкие печатные платы
90
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
3.4. Гибкое состояние
3.4. Гибкое состояние (этап 2)
Приведем примеры гибкого состояния.
Пример 3.28. Гибкое судно
Картина «Гибкое судно» приведена на рис. 3.27.
Рис. 3.27. Картина «Гибкое судно»
Пример 3.29. Гибкая подводная лодка
Создали опытный образец беспилотной гибкой 3-футовой (более
90 см) подводной лодки для флота США. Подводная лодка (рис. 3.28) дви-
жется по принципу рыбы, изгибаясь всем корпусом.
Металлические мускулы сделаны из металла с памятью формы, кото-
рые поочередно нагреваются и охлаждаются, удлиняя и сокращая «позво-
ночник» на 8%, заставляя отдельные гибкие секции корпуса изгибаться.
Судно не создаст вихри, двигаясь в ламинарном потоке, уменьшая сопро-
тивление движению.
Подводную лодку собираются сделать около 4 м (13 футов) и исполь-
зовать для подводной разведки (обнаружение взрывчатых веществ) или
исследований (картография океана).
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
91
Глава 3. Увеличение степени дробления
Покачивание из стороны в При охлаждении возвращается в
сторону не создает вихрей исходное положение
Рис. 3.28. Гибкая подводная лодка
Пример 3.30. Гибкие транзисторы
Учеными из массачусетского университета и компании Brewer Science
использовали углеродные нанотрубки, как основу для высокоскоростных
тонкопленочных транзисторов, сформированных методом печати на листах
гибкого пластика.
Этот метод может стать основой технологии серийного производства
электронных схем большой площади, которые можно будет, в буквальном
смысле, напечатать практически на любой гибкой основе с минимальными
затратами.
Новый техпроцесс не требует высокой температуры. Вместо «выращи-
вания» нанотрубок на подложке при помощи высокой температуры (поряд-
ка 900 °C) исследователи использовали нанесение своеобразного «раство-
ра» - жидкого материала, содержащего нанотрубки.
Пример 3.31. Гибкие светодиоды
Светодиод или светоизлучающий диод (Light-emitting diode - LED) -
полупроводниковый прибор, излучающий некогерентный свет при пропус-
кании через него электрического тока. Излучаемый свет лежит в узком
диапазоне спектра, его цветовые характеристики зависят от химического
92
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
3.4. Гибкое состояние
состава использованного в нем полупроводника (рис. 3.29). Это твердый
прибор.
Позже был разработан органический светоизлучающий диод {Organic
Light-Emitting Diode - OLED) - полупроводниковый прибор, изготовлен-
ный из органических соединений, которые эффективно излучают свет при
пропускании через них электрического тока. Он состоит из слоев светоиз-
лучающих полимеров, помещенных между двумя электродами (рис. 3.30).
OLED, в отличии от LED, - гибкий прибор.
Один из наиболее часто используемых материалов для катодов свето-
излучающих диодов - смешанный оксид олова индия (Indium Tin Oxide -
ITO) весьма ломок и часто ломается при перегибании светоизлучающих
диодов. Обычно пленки ITO получают испарением при высоких темпера-
турах, но при нанесении на полимерные субстраты низкая температура,
применяемая во избежание плавления пластика, приводит к образованию
пленки ITO весьма низкого качества.
Исследователи из Лондонского Имперского Колледжа заменили катод
ITO проводящим полимерным слоем из поли (3,4-этилендиокси) тиофена и
полистиролсульфоната. Они разместили свой светоизлучающий диод на
обычной прозрачной пленке для кодоскопа, получив прибор, испускающий
ярко-желтый свет, работающий даже при сворачивании в трубочку
(рис. 3.31).
Рис. 3.29. LED
Рис. З.ЗО.Схематическое изображение
двухслойного OLED
1 - катод (часто это алюминий или кальций);
2 - светоизлучающий слой (первый слой орга-
нического соединения); 3 - рекомбинация элек-
тронов (-) и дырок (+); 4 - проводящий слой
(второй слой органического соединения);
5 - анод (чаще всего оксид олова индия).
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
93
Глава 3. Увеличение степени дробления
Рис. 3.31. Гибкие светодиоды
Пример 3.32. Гибкий душ
В ручном душе изменение струи воды осуществляется с помощью
сложного устройства.
Как упростить конструкцию душа?
Французский дизайнер Амбруа Магьяр (Ambroise Maggiar) посдложил
простое устройство, которое назвал «Капля (Drop Shower concept»86.
Душевой смеситель имеет форму гибкой мембраны (рис. 3.32).
Направление и качество потока меняется нажатием на головную часть
душевого смесителя.
Рис. 3.32. Проект гибкого душа
86URL: httn:/7\Y\vw.coroflot.conVainbroise-maggiar/My-projects.
94
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
3.5. Переход от гибкого к порошкообразному состоянию
3.5. Переход от гибкого к порошкообразному
состоянию
3.5.1. Общая последовательность
Последовательность, подобная рис. 3.4, характерна и для пере-
хода от эластичного вещества (этап 2) к порошкообразному (этап 3).
Она изображена на рис. 3.33.
Первоначально гибкий объект разбивается на части, вплотную
присоединенные друг к другу (этап 2.а). Это соединение может быть
разъемным и неразъемным. Дальнейшее разбиение приводит к уве-
личению количества частей в системе (этап 2.1b, с, d). Для повыше-
ния эффективности конструкций используются физические эффек-
ты, например предварительно напряженные, вантовые, надувные и
гидравлические конструкции.
На следующем этапе гибкие конструкции соединяются гибкими
связями (этап 2.2а, Ь, с). Необходимо учесть, что постепенно число
частей увеличивается, а связи между ними становятся все более гиб-
кими.
Далее объект разбивается ни отдельные, не связанные между
собой части (этап 3.1). Части измельчаются вплоть до микрочастиц,
микросфер, порошка (этап 3.2).
2 3
Рис. 3.33. Линия перехода от гибкого состояния
к порошкообразному
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
95
Глава 3. Увеличение степени дробления
3.5.2. Гибкие части вплотную присоединяются друг к другу
(этап 2.1)
Приведем примеры на этот этап.
Пример 3.33. Одноразовый шприц
Предлагается шприц-ампула, выполненный из эластичного материала,
содержащий несколько сообщающихся камер (рис. 3.34)87. Такой шприц
дает возможность производить дозированные инъекции, например, ребенку
достаточно одной порции, а взрослому - две и более. Для этого выдавли-
вают одну или более полостей.
а) Две проекции шприца
б) Введение одной порции
Рис. 3.34. Шприц-ампула. А. с. 294 627
1 - перемычка; 2 - сквозное отверстие; 3, 4 - сообщающиеся полости;
5 - инъекционная игла.
87 А. с. 294 627/
96
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
3.5. Переход от гибкого к порошкообразному состоянию
Это пример перехода от твердого состояния к гибкому состоянию.
Этапы 2.1а - 2.1b (рис. 3.33).
Пример 3.34. Соединение электрических проводов
Разъемное соединение одиночных проводов чаще всего осуществляют
с помощью штекера (рис. 3.35а), а соединение нескольких проводов - с
помощью разъема (рис. 3.356).
Это пример разъемного соединения. Этапы 2.1а - 2.Id (рис. 3.33).
Неразъемное соединение проводов осуществляется пайкой или свар-
кой.
Кабельный разъел
Разъемное
соединение
Разъемы и коннекторы
а) Моно штекер б) Разъем
Рис. 3.35. Соединение электрических проводов
Пример 3.35. Соединения оптических волокон
Волоконно-оптические технологии широко используются в телеком-
муникационной отрасли, так как позволяют увеличить скорости передачи
информации, уменьшить массогабаритные характеристики кабелей, эконо-
мить цветные металлы и др. В связи с этим проблемы их соединения при-
обрели особую актуальность. Выбор способа сращивания зависит от усло-
вий применения волоконной оптики.
Неразъемное соединение оптических волокон осуществляется с помо-
щью сварки и склеиванием, а также с помощью механических соедините-
лей. Для создания разъемных соединений оптических волокон используют-
ся оптические коннекторы.
Соединение оптических волокон с помощью сварки является сегодня
наиболее распространенным методом получения неразъемных соединений,
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
97
Глава 3. Увеличение степени дробления
так как позволяет получать качественные соединения с низкими показате-
лями вносимых изменений.
Склеивание волокон не требует такого сложного оборудования, как
при сварке, но качество таких соединений ухудшается при воздействии
температуры и влажности и изменяет свои характеристики со временем.
Механические соединения используются как аварийные или времен-
ные.
Разъемные соединения в первую очередь используются на узлах связи,
а также в соединительных шнурах контрольно-измерительного оборудова-
ния. Они обеспечивающих многократное соединение и разъединение опти-
ческих волокон.
К разъемным соединителям оптических волокон предъявляются весь-
ма противоречивые требования. С одной стороны, они должны обеспечи-
вать минимальные потери в точках соединения, для чего соосное соедине-
ние отполированных торцов оптических волокон производится с высокой
точностью (например, для одномодовых волокон - до десятых долей мик-
рона). С другой стороны, соединения должны быть механически прочны-
ми, многократно и быстро собираться и разбираться, сохраняя при этом
заданную величину вносимого затухания. Таким образом, оптическая соос-
ность должна быть максимально точной, а механическое соединение не
позволяет этого.
Такое противоречие было решено введением посредника - соедини-
тель сделали из двух разъемов (коннекторов). Их основным элементом яв-
ляются световоды. Прецизионные наконечники световодов представляют
собой цилиндры из диоксида циркония, которые симметрично устанавли-
ваются в плавающие центраторы, которые, в свою очередь, устанавливают-
ся в корпус коннектора. Центраторы представляют собой разрезные втулки,
которые для большинства типов соединителей одномодовых волокон вы-
полняются из высокопрочной керамики, а для соединителей многомодовых
волокон - из бронзы. Коннекторы могут быть однотипными или вообще
находиться в одном корпусе (рис. 2.366), но чаще всего состоят из прибор-
ной и ответной части, подобно электрическим разъемам. Соединители фик-
сируются при помощи байонетных, резьбовых или замковых соединений.
Корпусы могут быть как металлическими, так и пластмассовыми.
Это пример неразъемного и разъемного соединений. Этапы 2.1а - 2.1d
(рис. 3.33).
98
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
3.5. Переход от гибкого к порошкообразному состоянию
Ка*мм?<ф
а) Коннектор б) Устройство соединителя
Рис. 3.36. Соединения оптических волокон
Пример 3.36. Гибкая печатная плата
Гибкие печатные платы имеют следующие преимущества перед жест-
кими:
- возможность создания трехмерной конфигурации;
печатная схема может быть развернута на произвольный угол, об-
легчая монтаж и обслуживание;
- экономия веса и объема (50-70% при замене проводного монтажа,
до 90% при замене жестких плат);
- снижения стоимости за счет использования дешевых диэлетриков,
например полиэстера;
- уменьшение стоимости сборки (уменьшение числа операций);
- увеличение выхода годных изделий при сборке;
- улучшение надежности (уменьшение числа уровней соединений);
улучшение рассеивания тепла (плоские проводники, рассеивание
тепла на обе стороны...);
- высокая электрическая прочность;
- широкий температурный диапазон (для полиимида от минус 169 до
плюс 200 °C;
- химическая стойкость;
- высокая радиационная устойчивость.
Одна из разновидностей гибких печатных плат - плоские (ленточные)
кабели, которые часто называют шлейфами. Гибкие шлейфы представляют
собой полимерную ленту, на которую нанесены проводящие дорожки, за-
крытые сверху защитным покрытием.
На рис. 3.37 показаны некоторые виды гибких печатных плат.
Это пример неразъемного соединения. Этап 2.1 d (рис. 3.33).
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
99
Глава 3. Увеличение степени дробления
б) Гибкие шлейфы
клавиатуры
Рис. 3.37. Гибкие печатные платы
а) Гибкие платы и мембранные
Пример 3.37. Гибкая печатная плата по технологии струйной пе-
чати
Компания Seiko Epson продемонстрировала гибкую печатную плату
размером 20 х 20 мм (рис.3.38), состоящую из 20 слоев и имеющую толщи-
ну без основы всего 200 микрон. Она изготовлена по технологии струйной
печати электронных плат.
В дальнейшем для этого стали использовать ЗО-принтеры.
Это пример неразъемного соединения. Этап 2.1 d (рис. 3.33).
вваавввааав
I Я ’!' I II
I |щлЯ II | I 11
11 |1|| ’Ы II» I 11
EPSON СШТрг
Рис. 3.38. Печатная плата Seiko Epson, созданная по технологии
струйной печати
100
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
3.5. Переход от гибкого к порошкообразному состоянию
3.5.3. Соединение гибких частей с помощью гибких связей
(этап 2.2)
Гибкие конструкции соединяются гибкими связями (2.2 а, Ь, с).
Постепенно число частей увеличивается, а связи между ними стано-
вятся все более гибкими.
Пример 3.38. Цанга
Чтобы цанга надежно зажимала деталь, кольцевые прорези губок цан-
ги заполняют эластичным материалом, например резиной. Для усиления
упругости цангового патрона в месте перехода лепестков в корпусе делают
кольцевые пазы (рис. 3.39)88.
Это пример разъемного соединения. Этап 2.2а (рис. 3.33).
Рис. 3.39. Цанга. А. с. 1 266 672
Пример 3.39. Разъем для печатных плат
Разъем для печатных плат, содержащий корпус из диэлектрика и упру-
гие контактные элементы, выполненные в виде изогнутых S-образных
пружин, будет более надежным при контактировании, если изогнутые пру-
жины изготовить в виде ряда последовательно расположенных проволочек
(рис.3.40)89.
Это пример неразъемного соединения. Этап 2.2 Ь, с (рис. 3.33).
88 А. с. 1 266 672.
89 А. с. 411 673.
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
101
Глава 3. Увеличение степени дробления
Рис. 3.40. Разъем для печатных плат. А. с. 411 673
1 - корпус; 2 - упругие контактные элементы; 3 - металлическая обойма;
4 - печатная плата с контактами.
Пример 3.40. Накладка на аорту
Швейцарские ученые разработали устройство, помогающее сердцу пе-
рекачивать кровь. Оно представляет собой три полимерных кольца, в каж-
дом из которых находится два электрода. При пропускании тока электроды
притягиваются, сжимая полимер. Поскольку объем материала остается по-
стоянным, его площадь поверхности увеличивается, и он растягивается.
При выключении тока полимер сжимается обратно.
Кольца накладываются на аорту непосредственно у ее выхода из лево-
го желудочка сердца (рис. 3.41). На устройство путем магнитной индукции
подаются импульсы тока. Кольца сокращаются последовательно, совершая
перистальтическое движение. Это помогает выводить кровь в аорту, раз-
90
гружая миокард . *
90 Sarah Penin. A tiny pump comes to the aid of weakened hearts. URL:
http:/7actu.epn.ch/news/a-tiny-pump-comes-to-the-aid-of-weakened-hcarts.
102
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
3.6. Порошкообразное состояние (этап 3)
Рис. 3.41. Работа колец на аорте91
Это пример использования гибких элементов и физических эффектов.
Пример 3.41. Роборукав
Сотрудники Гарвардского университета разработали устройство, об-
легчающее работу левого желудочка сердца. Это рукав из силикона, по-
крытый биосовместимым гидрогелем. В рукаве имеются два слоя пневма-
тических мышц. Они моделируют работу мышц сердца. Рукав накладыва-
ют снаружи сердца. Он не контактирует с кровью. Рукав подключен шлан-
гами к внешнему насосу, а управление осуществляется с помощью роботи-
зированной системы91 92.
Это пример использования гибких элементов и физических эффектов.
3.6. Порошкообразное состояние (этап 3)
Рабочий орган выполняют из отдельных частей, практически не
связанных между собой, количество частей увеличивается, а их раз-
меры уменьшаются, переходя к порошку или микросферам (этап 3).
91 An innovative cardiac support system for weakened hearts. URL:
h Ups: 7 www. you lube.com/wa tc h? v=u V Rq fOu P R W M.
92 Ellen T. Roche and other. Soft robotic sleeve supports heart function. Science
Translational Medicine. 18 Jan 2017. Vol. 9, Issue 373. URL:
http://stm.scicnccmag.Org/contcnt/9/373/caaI3925,
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
103
Глава 3. Увеличение степени дробления
Пример 3.42. Контактное гнездо
Предлагается повысить надежность электрического соединения в кон-
тактном гнезде, содержащим диэлектрический корпус из упругого эластич-
ного материала с размещенным внутри токопроводящим элементом, отвер-
стием для контактирующего штыря и контактом для подключения. Цель
достигается за счет выполнения токопроводящего элемента в виде метал-
лических шариков, диаметр которых больше диаметра отверстия для кон-
тактирующего штыря (рис. 3.42)93.
Это пример использования этапа 3.1 (рис. 3.33).
Рис. 3.42. Контактное гнездо. А. с. 813 838
1 - корпус; 2 - втулка; 3 - входное конусное отверстие; 4 - контактный
штырь; 5 - клемма; 6 - токопроводящий элемент, в виде металлических
шариков.
3.7. Гель (этап 4)
Гели (от лат. Gelo — застываю) - дисперсные системы с жид-
кой или газообразной дисперсионной средой, обладающие некото-
рыми свойствами твердых тел: способностью сохранять форму,
прочностью, упругостью, пластичностью. Эти свойства гелей обу-
словлены существованием у них структурной сетки (каркаса), обра-
93 А. с. 813 838.
104
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
3.7. Гель (этап 4)
зованной частицами дисперсной фазы, которые связаны между со-
бой молекулярными силами различной природы94.
Под гелями мы будем понимать и студенистые структуры, и
различные клеи и обмазки.
Пример 3.43. Стойкость крупных штампов
Стойкость крупных штампов (2x1 м) повышается в 1,5-3 раза (даже
при использовании низкоуглеродистой стали), если этот инструмент насы-
тить бором и алюминием из дешевых обмазок, наносимых на поверхность
слоем толщиной 6 мм. Обмазка легко удаляется после закалки и отпуска.
Защищают они инструмент и от окалины95 96.
Это пример использования этапа 4 (рис. 3.1).
Пример 3.44. Ремонт цилиндра
Треснувший корпус цилиндра или разбитый картер двигателя обычно
долго ремонтируют. Его можно быстро склеить полимерным клеем К-153.
Даже глубокие трещины в металле клей хорошо заделывает. Состоит он из
.96
эпоксидной смолы, отвердителя, металлических наполнителей .
Это пример использования этапа 4 (рис. 3.1).
Пример 3.45. Наблюдение за муравьями
Специалисты НАСА решили исследовать жизнь муравьев в невесомо-
сти, но возникла проблема. Колоссальные перегрузки и вибрации, возни-
кающие при старте и приземлении Шаттла, разрушили бы все туннели,
созданные муравьями в традиционной почве обитания муравьев, а также
повредили бы и самих муравьев.
Была создана специальная среда обитания для муравья. В среде ис-
пользуется специальный прозрачный гель, который не разрушается от пе-
регрузок и служит продовольствием и водным источником для муравьев-
астронавтов. Гель наполнен различными питательными веществами, чтобы
увеличить здоровый рост в новой колонии муравьев.
Компания ThinkGeek, используя технологию НАСА, создала игрушку
«муравьиное жилище» Antworks (рис. 3.43), представляющее аквариум с
описанным гелем. Теперь в домашних условиях можно наблюдать за жиз-
нью муравьев.
Это пример использования этапа 4 (рис. 3.1).
94 Гели - Большая Советская Энциклопедия. T. 6. - М.: Советская энциклопе-
дия, 1971, С. 192. URL: http:/7ww\v.cultinfo.ru/fu 1 Itcxt/1 /001 /008/009/122.htm.
95 Изобретатель и Рационализатор, № 11, 1988, МИ 1002, С 2.
96 Изобретатель и Рационализатор, № 7, 1988, МИ 0726, С.1.
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov 105
Глава 3. Увеличение степени дробления
Рис. 3.43. «Муравьиное жилище» Antworks
Пример 3.46. Гелевый коврик для компьютерной мыши
При длительной работе с компьютерной мышью возникают проблемы
с суставами кисти из-за того, что кисть находится в неудобном положении.
Разработали специальный коврик для мыши, у которого имеется по-
душечка, заполненная гелем, например силиконом (рис. 3.44).
Это пример использования этапа 4 (рис. 3.1).
Рис. 3.44. Гелевый коврик для компьютерной мыши
Пример 3.47. Мягкий робот
При создании мягких роботов возникает проблема жестких элементов,
от которых невозможно отказаться. Это электроника и элементы питания,
поэтому не удается сделать полностью мягкого робота.
Ученые из Гарвардского университета разработали полностью мягкий
робот. Вместо электроники они использовали микрофлюидику (микрогид-
родинамику). В качестве источника питания использовали раствор переки-
си водорода, который с помощью катализатора разлагается на водяной пар
и газообразный кислород. Газ поступает в пневматический контур через
106
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
3.7. Гель (этап 4)
систему капилляров, приводя в движение нужное исполнительное устрой-
ство (рис. 3.45).
Рис. 3.45. Мягкий робот97
Задача 3.3. Прозрачный робот
Условие задачи
В примере 3.47 описан мягкий робот. Он прекрасно выполняет свои
функции, но в воде он заметен для морских животных и рыб. Исследовате-
ли из Массачусетского технологического института (М1Т) решили создать
мягкий робот, который был бы незаметен в воде, т. е. оптически и акусти-
чески прозрачен.
Как быть?
97 Michael Wehner and other. An integrated design and fabrication strategy for entirely soft,
autonomous robots. Nature. 536. 451-455 (25 August 2016). URL:
http://www.naturc.com/naturc.ooumal/v536/n7617/full/nature 19100.html,
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
107
Глава 3. Увеличение степени дробления
Разбор задачи
Использовать тенденцию увеличение степени дробления. Перейти к
гелю с оптическими и акустическими свойствами воды.
Решение
С этой целью исследователи из MIT решили сделать робот из материа-
ла, практически однородного среде, в которой он будет находиться, т. е.
воде. Таким образом, материал должен быть водой.
В связи с этим ученые выбрали прозрачный гидрогель. В воде он прак-
98
тически не отличается от нее ни оптически, ни акустически .
Далее возникла задача: как осуществлять управление роботом, чтобы
он оставался прозрачным. Раньше для этих целей использовали осмотиче-
ские приводы. Они удовлетворяли этим требованием, однако работали
очень медленно и создавали малую силу.
Возникла новая задача: как обеспечить оптическую и акустическую
прозрачность, но сделать привод, срабатывающий за доли секунды и с
большой силой. Исследователи из MIT применили гидравлический привод.
Он работает от гидравлического насоса, закачивающего воду в полости
мягкого робота, который быстро принимает заданную форму.
Таким образом, были выбраны принципы работы оптически и акусти-
чески прозрачных роботов, незаметных в воде.
Были изготовлены три разных варианта роботов:
• прозрачная пластина;
• робопалец;
• прозрачный манипулятор.
Прозрачная пластина имитировала лептоцефала" (рис. 3.46а). Она вы-
полнена с ребристой поверхностью и способна незаметно плавать под во-
дой.
Робопалец (рис. 3.46b) может совершать быстрые действия, например
ударить по резиновому мячу.
Прозрачный манипулятор (рис. 3.46с) может захватывать различные
объекты, например живую рыбу под водой, не причиняя ей вреда. Вслед-
ствие оптической и акустической прозрачности рыба не замечает этот ма-
нипулятор.
98 Hyunwoo Yuk and other. Hydraulic hydrogel actuators and robots optically and
sonically camouflaged in water. Nature Communication, 8. 01.02.2017. URL:
http:/7www.naturc.com/articles/ncomms 14230.
99 Лептоцефал - Материал из Википедии
Leptocephalus Bali Seraya.mp4. URL:
https:/Avww.youtubc.com/watch?v^Ee7lhNOCGhY.
108
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
3.8. Жидкое состояние (этап 5)
Рис. 3.46. Роботы из гидрогеля!00
(а) Движение лептоцефала, выполненного из гипергеля. (Ь) Действие робо-
пальца. (с) Действие манипулятора.
3.8. Жидкое состояние (этап 5)
Использование вещества в жидком состоянии этап 5 в техни-
ческих системах.
Пример 3.48. Скользящая опалубка
Скользящая обойная опалубка повышает качество бетонирования мо-
нолитной бетонной крепи вертикальных шахтных стволов. Прессующая
секция опалубки сделана из двухслойных резиновых листов, которые, раз-
двигаясь под давлением жидкости, герметизируют стык между опалубкой и
верхней части крепи. И пока подается бетон, резиновая рубашка разравни-
100 URL: http://www.nalurc.com/articlcs/nconims 14230/ngurcs/6.
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
109
Глава 3. Увеличение степени дробления
вает и уплотняет бетонную смесь. После застывания и получения необхо-
димой прочности давление жидкости снимается, резиновые листы отжи-
маются, и опалубку можно переместить на следующую позицию101.
Это пример использования этапа 5 (рис. 3.1).
3.9. Аэрозоли (этап 6)
Аэрозоли (от аэро, aero - воздух, и золи, solucio - раствор},
дисперсные системы, состоящие из мелких твердых или жидких ча-
стиц, взвешенных в газообразной среде (обычно в воздухе)102.
Аэрозоли достаточно широко используются в различных обла-
стях.
Практически аэрозоль представляет собой одно из состояний,
которое мы назвали «пена» - этап 9 (рис. 3.2).
Пример 3.49. Газированная вода
Аэрозоли существуют в природе в виде подземных источников гази-
рованной воды. Их издревле использовали для оздоровительных целей. На
этих местах делали курортные здравницы, где люди пили эти воды и при-
нимали ванны.
В 1767 г. английский химик Джозеф Пристли проводил эксперименты
с выделявшимся газом в процессе брожения пива. Над чаном с варящимся
пивом он разместил сосуд с водой, которая насытилась углекислым газом.
Позже он изготовил бутылку с газированной водой.
Шведский химик и минералог Торберн Улаф Бергман в 1770 году со-
здавал давление с помощью насоса, насыщая воду углекислым газом. Этот
аппарат был назван сатуратором (от латинского слова saturo - насыщать).
Французские кондитеры в 1790 г. стали использовать аэрозоли для со-
здания газированных напитков.
Часовщик из Швейцарии Якоб Швепп в 1793 году использовал кон-
струкцию сатуратора и создал установку для промышленного производства
газировки. Он стал первым производителем газированной воды и в Лон-
доне открыл компанию «J.Schweppe&Co». Газированную воду производи-
ли, используя соду, которая вступала в реакцию с лимонной кислотой, вы-
деляя газ, растворяющийся в воде, поэтому газировку называли «содовая».
101 А. с. 1 285 154.
102 Аэрозоли - Большая Советская Энциклопедия. Т. 2. - М.: Советская эн-
циклопедия, 1970, С. 485-486 URL:
lntp://\vw w.cultin Го.ги/ful Itcxt/1 /001 /008/085/635 .htm; Википедия.
110 Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
3.9. Аэрозоли (этап 6)
В 1837 г. изобрели сифон для хранения газированных напитков.
В 1862 г. провели эксперименты по распылению жидкости с помощью
сжатого воздуха.
Пример 3.50. Баллончик для аэрозоля
В 1920 - 30-х гг. норвежский инженер-химик Эрик Андреас Ротхейм
(Erik Rothcim) в поисках лучшего метода равномерного нанесения воска на
свои лыжи создал прототип современного аэрозольного баллона и клапана.
В 1927 г. он получил патент на «Способы и устройства для распыления
жидкостей и полужидкой массы» (рис. 3.47),()?. Это был первый патент на
аэрозольный баллон, тем самым была создана техническая основа для
дальнейшего развития этой отрасли.
Рис. 3.47. Аэрозольный баллон. Патент США 1 800 156
Ротхейм вел переговоры с ведущими лакокрасочными заводами Нор-
вегии, но не убедил их использовать новые технологии. Выпуск аэрозоль-
ной упаковки Ротхейма был ограничен.
Так продолжалось вплоть до 1940 г., пока не поступил заказ прави-
тельства США. В 1943 г. два американских ученых из Департамента сель-
ского хозяйства, Лайл Гудхью (L. D. Goodhue) и Уильям Салливан
(W. N. Sullivan), разработали дозатор (рис. 3.48)103 104.
103 Патент США 1 800 156. Method and means for the atomizing or distribution of
liquid or semiliquid materials. 30.09.1927.
104 Патент США 2 331 117 (5.10.1943).
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
111
Глава 3. Увеличение степени дробления
Рис. 3.48. Дозатор. Патент США 2 331 117
Позже они разработали первый практичный аэрозольный баллон-
чик105. Это был небольшой аэрозольный баллон, наполненный химически-
ми веществами и находящийся под давлением со сжиженным газом для
уничтожения насекомых, его назвали «бомба для насекомых» (рис. 3.49),
которая использовалась американскими войсками во время Второй миро-
вой войны для борьбы с вредными насекомыми и вредителями в грибных
теплицах.
Средство было очень популярным и среди широкой публики, так как
после войны были распроданы через магазины армии США все излишки
этого препарата.
Во время Второй мировой войны в общей сложности было произведе-
но около 50 миллионов единиц аэрозольных баллонов - этот период можно
назвать началом массового производства аэрозолей.
В 1947 г. инсектициды в аэрозольной упаковке вышли на массовый
рынок.
105 Патент США 2 345 891. Synergists to aerosol insecticides. 04.04.1944.
112
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
3.9. Аэрозоли (этап 6)
Рис. 3.49. Бомба для насекомых
В 1949 г. произошло сразу два знаменательных события: Роберт Аб-
планалп (Robert Abplanalp) изобретает распылительный клапан современ-
ного типа (рис. 3.5O)106, а Эдвард Сэймур, прислушавшись к советам своей
жены Бонни, налаживает производство аэрозольной краски.
106 Патент США 2631814. Valve mechanism for dispensing gases and liquids under
pressure (29.09.1949).
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
113
Глава 3. Увеличение степени дробления
Рис. 3.50. Клапан для аэрозольного баллона.
Патент США 2 631 814
Устройство для распыления аэрозолей показано на рис. 3.51.
114
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
3.9. Аэрозоли (этап 6)
Сначала жесткий баллон наполняют веществом, подлежащим разбрыз-
гиванию, и распыляющим агентом (А), затем он запечатывается (В). Спе-
циальный клапан (С) в закрытой позиции удерживает содержимое внутри.
Когда нажимается (D) кнопка (1), клапан открывается (2) и продукт выбра-
сывается через погруженную в него трубку (3) через сопло (4) в виде мел-
кодисперсного облачка (5).
Это пример использования этапа 6 (рис. 3.1 и 3.2).
Рис. 3.51. Устройство баллончика для аэрозолей
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
115
Глава 3. Увеличение степени дробления
Пример 3.51. Лечебные аэрозоли
В медицине широко применяются аэрозоли, которые распыляют ле-
карство непосредственно в рот. Аэрозольтерапия - один из древнейших
методов лечения: народная медицина широко использовала аэрозоли в виде
паров разнообразных бальзамических веществ и ароматических растений, а
также дыма при сжигании твердых веществ (так называемого окуривания)
для лечения органов дыхания. Основы научно-практического использова-
ния аэрозолей были заложены Л. Дотрсбандом в 1951 году. В природе су-
ществуют естественные аэрозоли - воздух приморских курортов, фитонци-
ды и терпены, выделяемые растениями.
Аэрозоли являются наиболее оптимальным способом введения лекар-
ственных средств в дыхательные пути, что обусловлено быстрым поступ-
лением вещества непосредственно в бронхиальное дерево, его местной ак-
тивностью, снижением частоты и выраженности системных побочных эф-
фектов. Ингаляционные методы признаны лучшими для лечения больных
бронхиальной астмой и используются для доставки бронхолитиков, муко-
литических препаратов, ингаляционных кортикостероидов, кромогликата и
недокромила натрия в бронхи (рис. 3.52).
Это пример использования этапа 6 (рис. 3.1 и 3.2).
Рис. 3.52. Ингалятор для лечения больных бронхиальной астмой
Пример 3.52. Замораживающий аэрозоль
Японская компания Fumakilla в 2013 году разработала оригинальное
средство для борьбы с тараканами107. Тараканов замораживают (рис. 3.53),
обдавая струей холодного (-75 °C) газа, тстрохлопропсна (HFO-1234ze).
Конструкция баллончика спрея показана на рис. 3.54.
107 Патент США 8 393 554. Pest control aerosol sprayer. (12.03.2013).
116
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
3.9. Аэрозоли (этап 6)
Рис. 3.53. Аэрозоль компании Fumakilla
Устройство баллона для этого средства показана на рис. 3.51.
Рис. 3.54. Контейнер спрея аэрозоля. Патент США 8 393 554
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
117
Глава 3. Увеличение степени дробления
3.10. Газообразное состояние (этап 7)
Газообразное состояние вещества (этап 7) достаточно распро-
странено в технике.
Пример 3.53. Надувные дороги
Ученые из СССР предложили проект прокладки в болотистой местно-
сти транспортных магистралей, основным элементом которых являются
эластичные надувные камеры. Дорога по болоту выполняется из сборных
щитов. На нижней части каждого щита размещается эластичная надувная
камера из резинотканевого материала. Щиты выполнены металлическими и
соединяются замками так, чтобы получилось сплошное покрытие, давление
воздуха в надувных камерах невелико и поэтому для их наполнения ис-
пользуются выхлопные газы автотранспорта. В нерабочем виде из камер
108
выпускается воздух, и дорога складывается в гармошку .
Это пример использования этапа 7 (рис. 3.1 и 3.2).
3.11. Поле (этап 8)
Применение поля (этап 8), например, ионизированного газа,
плазмы или лазерного луча.
Пример 3.54. Переработка токсичных отходов
Специалисты компании «Вестингауз» (США) решили крупнейшую
проблему переработки токсичных отходов, в частности так называемых
многохлористых дифенилов. Для этого они использовали высокотемпера-
турную плазму, образующуюся при пропускании воздуха через электриче-
скую дугу (5000 °C). Сжигание этих веществ в низкотемпературных печах
затруднено, так как при этом образуются сложные вторичные токсичные
вещества. При использовании же плазмы образуются более простые соеди-
нения - в основном хлористый водород и окись углерода. Хлористый водо-
род нейтрализуется, а окись углерода сжигается; ее можно использовать
как топливо. Способ обеспечивает уничтожение свыше 99,99% опасных
веществ и дешевле других способов108 109.
Это пример использования этапа 8 (рис. 3.1 и 3.2).
Пример 3.55. Лазерная обработка
Механическая обработка металлов (резка, сверление и т. п.) заменена
лазерной резкой или сверлением. Существует и плазменная обработка.
Это пример использования этапа 8 (рис. 3.1).
108 Богданов В. В. Удивительный мир резины. - М.: Знание, 1989, С. 24.
109 Изобретатель и Рационализатор, № 11, 1988, МИ 1102, с. 2
118
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
3.11. Поле
Пример 3.56. Скальпель-ультразвук
Ученые из МГУ и Университета Сиэтла разработали ультразвуковой
скальпель.
Они использовали нелинейные ультразвуковые волны для хирургиче-
ского воздействия на ткани. Это инвазивное воздействие на ткани. Нели-
нейные ультразвуковые волны фокусируются и образуют ударный фронт.
Область фокусировки диаметром около 0,1 мм и длиной 1 мм. Под дей-
ствием этих ударных фронтов ткань нагревается и взрывным образом вски-
пает, вырастая в пузырь миллиметрового размера. В результате ткань раз-
рывается на частицы микронного размера, которые выбрасываются внутрь
пузыря, образуя в его центре гомогенизированную массу. Пузырь одина-
ково дает о себе знать ответным ультразвуковым эхом, которое проявляет-
ся при использовании простого УЗИ.
Таким образом можно инвазивно уничтожать опухоли, вызывать их
тепловой некроз, например в предстательной железе, почках, печени, мо-
лочной железе, в мозге и т. д.
Таким образом, монолит (скальпель) заменили полем (нелинейные
ультразвуковые волны)110.
Пример 3.57. Ультразвук вместо ниток
Эта швейная машина шьет одежду только из материалов, содержащих
синтетическое волокно — нейлон или полиэфир. Отсутствие иголки, ниток
и каких-либо движущихся частей резко увеличило ее производительность.
Максимальная скорость достигает 15 м/мин. В машине предусмотрены
приспособления для одновременной строчки параллельных швов, а при
использовании ленточек цветной фольги можно получить и цветные швы
(США).1"
Монолит (иглу) и гибкий объект (нить) заменили полем - ультразву-
ком.
Пример 3.58. Тушение пожара взрывом
Доктор Грэм Дойг (Dr. Graham Doig) из Университета Нового Южного
Уэльса в Австралии предложил для борьбы с лесными пожарами использо-
вать направленный взрыв112. Его ударная волна и возникающий мощный
порыв воздуха сбивал бы пламя с крон деревьев, позволяя пожарным ко-
мандам быстрее справиться с природной стихией.
Ученые «наточили» ультразвуковой скальпель. URL:
http://www.km.rii/scicncc-tcch/2016/11 /29/789581 -uchcnye-natochili-iiltrazvukovoi-
skalpel 29.11.2016.
111 Юный техник 1974, №6, С. 37. URL: http://www.meta 11 typc.rti/vcsti/1974/()6b.
112URL: http://www.thinktlip.nct/iire-intcraction.
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov 119
Глава 3. Увеличение степени дробления
Вода или пена заменены полем - направленным взрывом.
Пример 3.59. Тушение огня звуком
Студенты Университета Джорджа Мейсона Вьет Трен (Viet Tran) и
Сет Робертсон (Seth Robertson) предложили тушить огонь путем отделения
кислорода от горючего материала за счет использования низкочастотного
звука. Студенты экспериментировали с разными частотами и остановили
свой выбор на диапазоне 30-60 Гц. Они соорудили прибор общей массой
около 9 кг представляет собой сумку с аккумуляторной батареей и корпус
от огнетушителя со встроенным в него низкочастотным динамиком113.
Вода или пена заменены полем - направленным взрывом.
3.12. Пена (этап 9)
Пена (условное название) - это проникновение вещества в од-
ном состоянии в другое.
Рассмотрим некоторые виды пены, как комбинации твердого,
жидкого и газообразного состояний:
• твердое вещество, включающее газообразные полости;
• твердое вещество, включающее жидкие полости;
• твердое вещество, включающее газообразные и жидкие
полости;
• жидкое вещество, включающее твердые включения;
• жидкое вещество, включающее газообразные пузыри;
• жидкое вещество, включающее твердые и газообразные
включения;
• газообразное вещество, включающее твердые включения;
• газообразное вещество, включающее жидкие включения;
• газообразное вещество, включающее твердые и жидкие
включения.
Мы рассматриваем пену как промежуточное состояние между
этапами, указанными на рис. 3.2.
В примере 3.45 (наблюдение за муравьями) в гель введены спе-
циальные питательные вещества и жидкость, поэтому этот гель
можно рассматривать как «пену».
113 URL: http://physics\vorki.com/cws/articlc/ncws/2()l 5/apr/()2/dousing-Hames-
with-low-frequency-spun.
120 Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
3.12. Пена (этап 9)
Пример 3.60. Угольный адсорбент
При изготовлении эффективных угольных адсорбентов уголь измель-
чают до размеров частиц менее 100 мкм, гранулируют, сушат, карбонизи-
руют, в ходе чего уголь становится пластичным, и активизируют его паром
и газом при температуре 800-900 °C. Летучими продуктами гранулы вспу-
чивают и образуют разветвленную систему пор. Такой адсорбент стопро-
центно очищает газы от альдегидов, спиртов кетонов, органических осно-
ваний, жирных кислот и других углеродов114.
Это пример использования этапа 9 (рис. 3.2 и 3.3).
Пример 3.61. Сварка металла
Для защиты наплавляемого в процессе сварки металла используют
легкоплавкий флюс или инертный газ. И все-таки металл выгорает, его рас-
ход большой. Предлагается производить сварку под слоем пены. Пену по-
лучают путем вспенивания газом (аргон, азот) водного раствора мыла и
глицерина. Для легированных сталей лучше применять аргон. Пенная за-
щита сократила расход дорогостоящего аргона в 6-8 раз. При пенной защи-
те места сварки электрическая дуга становится более устойчивой, умень-
шается пористость наплавленного металла115.
Это пример использования этапа 9 (рис. 3.2 и 3.3).
Пример 3.62. Кресло-коляска
В ФРГ разработано кресло-коляска из пенополиуретана. В этом кресле
решены совокупно проблемы надежности, смены сидений, размерности.
Воздушные емкости в подушках на сидении позволяют человеку «отфор-
матировать» кресло по своему удобству. Материал отлично стерилизуется,
выдерживает большой груз и прекрасно поглощает удар. Такое кресло ве-
сит около 10 кг.116
Это пример использования этапа 9 (рис. 3.2 и 3.3).
Пример 3.63. Аэрогель
Аэрогели117 (от лат. Лег - воздух, и gelatus - замороженный) - класс
материалов, представляющих собой гель, в котором жидкая фаза полно-
стью замещена газообразной. Такие материалы обладают рекордно низкой
плотностью и демонстрируют ряд уникальных свойств: твердость (рис.
3.55а), жаропрочность (рис. 3.556), прозрачность (рис. 3.55в) и т. д.
114 Изобретатель и Рационализатор, № 11, 1988, МИ 1106, С. 2.
115 Меркин А. П., Таубе П. Р. Непрочное чудо. - М.: Химия, 1983, С. 173.
116 Изобретатель и Рационализатор, № 7, 1989, С. 42.
117 Аэрогели. - Википедия.
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
121
Глава 3. Увеличение степени дробления
В аэрогелях полости занимают 90-99,8% объема, а плотность состав-
ляет от 1 до 150 кг/м3. По структуре аэрогели представляют собой древо-
видную сеть из объединенных в кластеры наночастиц размером 2-5 нм и
пор размерами до 100 нм.
Аэрогели хорошие теплоизоляторы (рис. 3.556), в 39 раз лучше стек-
ловолокна.
В 2011 году НАСА создала гибкий аэрогель (рис. 3.56). Он не хрупкий,
как предыдущее поколение из диоксида кремния. Новый аэрогель в 500 раз
прочнее, чем их коллеги из кремнезема. Толстый кусок может выдержать
вес автомобиля.118
а) 2,5-килограмовый
кирпич, удерживае-
мый на блоке аэрогеля
весом 2,38 г
б) Теплоизоляция.
Аэрогель не про-
пускает тепло от
горелки
в) Аэрогель - полупрозрачный лег-
кий материал
Рис. 3.55. Аэрогели
Гибкие аэрогели имеют недостаток по сравнению с предыдущим по-
колением: они чувствительны к высоким температурам (свыше 300 граду-
сов по Цельсию).
118 Aerogels: Thinner, Lighter, Stronger URL:
https://wwvv.nasa.gov/topics/tcchnologv/fcaturcs/acrogcls.htnil July 28, 2011.
URL: https://tcchnology.grc.nasa.gov/featurestory/polyimide-aerogels.
URL: http://ccraniics.org/cerainic-tcch-today/nasas-ncw-flcxiblc-and-strongcr-
aerogel-expected-to-open-ncw-applications-for-super-insulator.
U RL: http://w ww.aerogel.org/?p^ 1058.
122
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
3.13. Комбинация (этап 10)
Рис. 3.56. Гибкий аэрогель
Пример 3.64. Осушение скважин
Существует много способов осушения скважин, например откачивание
жидкости с помощью насоса. Этот способ требует много времени и боль-
ших затрат энергии.
Разработаны способы осушения скважин с использованием пенообра-
зующего вещества119. В скважину опускается шланг, по которому подается
пснообразующее вещество, соединяясь с водой, оно образует пену, вытал-
кивающую жидкость.
3.13. Комбинация (этап 10)
Комбинацию мы рассматриваем не только как сочетание любых
отдельных этапов, но и как непоследовательный переход, например,
от монолита к отдельным частям.
Пример 3.65. Салат
Салат - это типичный переход от монолита, например овоща, к от-
дельным частям - овощи нарезают на отдельные кусочки.
Пример 3.66. Цвет
Весь спектор цветов (солнечный свет) разделили на 7 цветов (красный,
оранжевый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый).
Импрессионисты120 делали картины отдельными мазками, которые они
накладывали в соответствии с теориями цвета (расщепление на 7 цветов), но
поскольку синий - разновидность голубого, то их число сводится к шести.
Две положенные рядом краски усиливают друг друга и, наоборот, при
смешении они утрачивают интенсивность. К тому же все цвета разделены на
119 А. с. 1 032 111.
120 Импрессионизм - Википедия.
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
123
Глава 3. Увеличение степени дробления
первичные, или основные, и сдвоенные, или производные, при этом каждая
сдвоенная краска является дополнительной по отношению к первой:
• Голубой - Оранжевый
• Красный - Зеленый
• Желтый - Фиолетовый
Нидерландский художник, предтеча французского импрессионизма,
И. Б. Йонгкинд, накладывал краску на свои работы вибрирующими мазка-
ми. Это пример использования поля - вибрации (колебания).
Пример 3.67. Звук
Звук разделили на 7 нот (до, ре, ми, фа, соль, ля, си).
Пример 3.68. Пушечное ядро
Артиллерийская картечь - это дробление ядра на составные части.
Аналогично, ружейная картечь или дробь - это дробление пули на со-
ставные части.
Пример 3.69. Нахождение площади под кривой
Для нахождения площади под кривой используют метод Монте-Карло.
В прямоугольнике, содержащем кривую, ставят случайным образом
большое количество точек. По отношению количества точек, попавших
под кривую (серых точек) к общему числу точек, оценивается отношение
площади под кривой к общей площади прямоугольника (рис. 5.37).
Монолит (площадь прямоугольника и площадь под кривой) заменили
точками (раздробили).
Рис. 3.57. Метод Монте-Карло
Пример 3.70. Мультиагентные системы
В настоящее время популярен подход к решению сложных задач с по-
мощью очень простых роботов (или программ). Вместо одной сложной
124
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
3.13. Комбинация (этап 10)
системы мы проектируем огромное количество этаких простейших «мура-
вьев», которые вместе решают общую задачу. Программа каждого «мура-
вья» очень проста, алгоритм решения задачи выходит на надсистемный
уровень - на уровень самоорганизации «муравейника».
Пример 3.71. Рассылка спама
Ботнеты для рассылки спама и DdoS атак. Вместо одного компьютера
злоумышленники используют огромную (миллионы машин) сеть заражен-
ных компьютеров.
Пример 3.72. Грид-вычисления
Грид-вычисления (англ. Grid — решетка, сеть) - это форма распреде-
ленных вычислений, в которой «виртуальный суперкомпьютер» представ-
лен в виде отдельных географически распределенных компьютеров, соеди-
ненных с помощью сети.
Эти технологии позволяют решать сложные задачи, требующие значи-
тельных вычислительных ресурсов. Такая сеть может создаваться и из
устаревших персональных компьютеров, учитывая и то, что много компь-
ютеров, подключенных к глобальной сети, большую часть времени проста-
ивает.
Пример 3.73. Дробление энергии
Ультразвук намного эффективнее работает, чем удар. Частота ударов в
десятки тысяч раз повышается121. Это как бы дробление энергии.
Пример 3.74. Литературное произведение
Литературное произведение состоит из томов, книг, глав, страниц, аб-
зацев, предложений, слов, букв и знаков препинания.
Пример 3.75. Бумажные украшения
Для елки часто делают украшения из бумаги. Лист бумаги нарезают
полосками и скрепляют в виде гирлянд или фонариков (рис. 3.58).
Рис. 3.58. Бумажные украшения122
121 Под ультразвуком понимают частоты выше 20 000 герц.
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
125
Глава 3. Увеличение степени дробления
Пример 3.76. Иллюстрации
Любая целая картина (монолит) состоит из отдельных пикселей. Чем
больше пикселей на той же площади, тем лучше разрешающая способ-
ность - качество изображения.
Переход от гибкого к отдельным частям.
Пример 3.77. Жалюзи
Занавески на окнах (гибкое состояние) разбили на отдельные части и
получили жалюзи.
Переход от монолита к жидкому состоянию.
Пример 3.78. Мыло
Первоначально мыло делали в виде монолитного куска, а потом стали
делать жидкое мыло.
Пример 3.70. Пища
Для больных людей пищу делают жидкой.
Пример 3.80. Соки
Соки выжимают из целых фруктов.
Интересно проследить цепочку дробления на примере развития
живописи.
Пример 3.81. Живопись
Первоначально существовало контурная живопись122 123 (единое целое -
монолит). Затем импрессионисты ее заменили мазками, а пуантилисты124
писали точками. Пуантилизм был создан Жоржем Сёра.
3.14. Эффекты (этап 11)
В строительстве часто используются геометрические эффекты, в
технике - физические, при создании новых материалов - химиче-
ские, в генетике - биологические и т. д.
122 URL: http://world-nians.ru/igriishki-na-clku-svoimi-rukami.htnil.
http :'/ww\v. svoiini-rukamy.com/novogodnic-girlvandi-iz-bumagi.htnil.
123 Контурная живопись вид фш урною или орнамсн 1алыюго изображения
па поверкност (например, сзспок сосуда), при котором наносился копчурнын ри-
сунок, а нус го гы оставались свободными. Очерченная кис1ыо (нс процарапывани-
ем) час и» отображения иногда штриховалась пли покрывалась пунктиром, а шкпда,
особенно на вазах 7— 6 вв. до н. э.. окрашивалась в другой цвет. URL:
http://ancientrome.ru/dictio/art iclc.htm?a=243973056.
124 Пуантилизм - Википедия.
126
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
3.14. Эффекты (этап 11)
На этапе 1 широко применяются геометрические и некоторые
физические эффекты. Сочетание этих эффектов часто встречается в
строительстве при использовании предварительно напряженных
конструкций. На дальнейших этапах меньше применяются геомет-
рические эффекты и больше используются физические, химические
и биологические эффекты.
Применение геометрических эффектов
Пример 3.82. Мост
Архитектор Паоло Солерии (Paolo Soleri) из США спроектировал мост
(рис. 3.596), по форме напоминающий полусвернутый лист злака
(рис. 3.59а).
Пример использования монолита с геометрическим эффектом - скру-
ченные или свернутые конструкции, которые значительно прочнее прямого
а) Лист злакового растения б) Мост Паоло Солерии
Рис. 3.59. Монолитные конструкции
Пример 3.83. Крыша
Архитектурная фирма в США «Гаррисон и Абрамович» построила зал
собраний (рис. 3.606), складчатая форма покрытий которого напоминает
складки поверхности гриба (рис. 3.60а). Это пример использования геомет-
рического эффекта - гофра.
125 URL: httns://acqualta.wordnrcss.coni/201 ЗЮ 1 /17/paolo-solcri.
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
127
Глава 3. Увеличение степени дробления
а) Гриб б) Зал собраний
Рис. 3.60. Монолитные конструкции
Пример 3.84. Ресторан
Ресторан гостиницы «Сан-Хуан» в Пуэрто-Рико (рис. 3.616) напоми-
нает морскую раковину (рис. 3.61а). Это пример использования геометри-
ческого эффекта - гофра.
Рис. 3.61. Монолитные конструкции
Применение физических эффектов
Пример 3.85. Останкинская башня
Телевизионная башня телецентра в Останкине в Москве по конструк-
ции напоминает стебель злака (рис. 3.62а), имеющий утолщение (геомет-
рический эффект). Особо прочный стебель у самого большого злакового -
бамбука (рис. 3.626).
Кроме того, устойчивость Останкинской башни (рис. 3.62в) придаст
вантовая конструкция. Внутри по окружности ствола башни сверху донизу,
как струны, натянуты стальные тросы (рис. 3.62г). Каждый из 150 тросов
растянут с силой в 70 тонн. В целом тело Останкинской башни сжато с си-
лой в десять с половиной тысяч тонн (принцип напряженных конструкций).
128
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
3.14. Эффекты (этап 11)
Внешние нагрузки не могут разрушительно воздействовать на сжатый ме-
таллическими тросами ствол телебашни. В этом была новизна инженерной
мысли того времени.
Это пример использования физического эффекта - натяжения.
б) Бамбук в) Башня
а) Стебель
злака
г) Система тросов в башне.
После аварии часть тросов
лопнула.
Рис. 3.62. Останкинская телевизионная башня в Москве
Пример 3.86. Самосмазывающийся подшипник
Пористые подшипники изготавливают прессованием и спеканием же-
лезного или медного порошка. Пористость в таких подшипниках 20-30%.
После прессования и спекания они пропитываются маслом. Хитрость в
том, коэффициент теплового расширения масла заметно больше аналогич-
ного коэффициента для спеченного материала. Поэтому при нагревании
подшипника масло выделяется из пор, а при охлаждении возвращается об-
Сору right ©2018 by Vladimir Petrov
129
Глава 3. Увеличение степени дробления
ратно. Чем выше скорость вращения, тем обильнее смазка, что обеспечива-
ет режим гидродинамического скольжения126.
Использован теплокапиллярный эффект.
3.15. Область научных теорий (физика)127
Задача 3.4. Инерция фундаментальных частиц
Условие задачи
Как объяснить инерцию самых фундаментальных элементарных ча-
стиц (электрона, протона и их античастиц) без привлечения каких-либо
предположений об их внутренней структуре, без введения каких-либо до-
полнительных сущностей, кроме собственного заряда q частиц? Кроме ча-
стицы в модели не должно быть ничего, за исключением неустранимого
никакими способами физического вакуума.
Разбор задачи
Использовать тенденцию увеличения степени дробления.
Решение 1
Частица - твердое тело. Если частица твердая, то с точки зрения
электростатики это - поверхностно заряженная сфера некоторого радиуса
г. Рассматриваем взаимодействие ускоренно движущейся (с ускорением а)
заряженной сферы с окружающим ее идеальным диэлектриком (т. е. ваку-
умом, его магнитная проницаемость диэлектрическая проницаемость £о)
и приходим к выводу, что возникающая при ускоренном движении элек-
тродинамическая сила F прямо пропорциональна ускорению, квадрату за-
ряда и обратно пропорциональна радиусу сферы г. Т. е. получаем Второй
закон Ньютона
2
F = -a-^-=-a-m (3.1)
8лг
где
F - электродинамическая сила;
а - ускорение;
ро - магнитная проницаемость;
q - заряд частицы;
г - радиус сферы;
т - масса частицы.
126 Аврасин Я. Д. Справочник машиносч рои геля. Том 5. Изд. 2. М.: Машгиз,
1955
127 Этот раздел мне любезно предоставил специалист ТРИЗ Игорь Мисюченко,
Ст. Петербург, Россия.
130 Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
3.15. Область научных теорий (физика)
Решение 2
Частица - заряженный песок
В таком случае с точки зрения электродинамики частица может быть
заменена на объемно заряженную сферу. Приходим к результату а), но от-
личающемуся на постоянный множитель 2
F = -а- = -2а т (3.2)
4т-
где
F - электродинамическая сила;
а - ускорение;
ро - магнитная проницаемость;
q - заряд частицы;
г-радиус сферы;
т - масса частицы.
Решение 3
Частица - заряженный газ
В таком случае заряд частицы не сосредоточен на поверхности, как в
а), и внутри, как в б), но неограниченно, хотя и неравномерно, распределён
в пространстве. Получаем тот же результат, что в а) и б), но отличающийся
на постоянный множитель К, зависящей от закона распределения заряжен-
ного газа в пространстве
2
F = -a-K-^_ = -Ka-m (3.3)
8т
где
F - электродинамическая сила;
а - ускорение;
К - постоянный множитель;
ро - магнитная проницаемость;
q - заряд частицы;
г - радиус сферы;
т - масса частицы.
Решение 4
Частица - поле
В таком случае рассматривается релятивистское искажение поля ча-
стицы (потенциал поля <р(г)) при ускоренном движении. Можно использо-
вать релятивистские преобразования поля напрямую, но проще воспользо-
ваться аппаратом векторных потенциалов. Это поле оказывается асиммет-
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
131
Глава 3. Увеличение степени дробления
ричным и получаем всё тот же результат, что и в а), без дополнительных
согласующих коэффициентов
F = -a-ц02лг(р2 - -а• =-а-т (3.4)
8лг
где
F - электродинамическая сила;
а - ускорение;
р() - магнитная проницаемость;
q - заряд частицы;
г - радиус сферы;
(р - потенциал поля;
т - масса частицы.
Задача 3.5. Гравитационное притяжение
Условие задачи
Как объяснить гравитационное притяжение самых фундаментальных
элементарных частиц (электрона, протона и их античастиц) без привлече-
ния каких-либо предположений об их внутренней структуре и введения
каких-либо новых полей, кроме электрического поля самих частиц?
Разбор задачи
Использовать тенденцию увеличения степени дробления.
Решение 1
Частица-твердое тело. Если частица твердая, то с точки зрения элек-
тростатики это - поверхностно заряженная сфера некоторого радиуса.
Рассматриваем взаимодействие неподвижной заряженной сферы с окружа-
ющим ее идеальным диэлектриком, имеющим слабый градиент диэлектри-
ческой проницаемости
г) = grad( £ д( г )) * О (3.5)
где
q - градиент диэлектрической проницаемости;
^-диэлектрическая проницаемость;
г - радиус сферы.
Т. е. вакуумом, его магнитная проницаемость р0, диэлектрическая про-
ницаемость £о, скорость света с в нем
1
с = ~7— (3.6)
где
с - скорость света;
132
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
3.15. Область научных теорий (физика)
^-диэлектрическая проницаемость;
цо - магнитная проницаемость.
Приходим к выводу, что возникающая в градиентной среде электро-
статическая пондеромоторная сила F прямо пропорциональна градиенту
диэлектрической проницаемости, квадрату заряда и обратно пропорцио-
нальна радиусу сферы г. Т. е. получаем закон тяготения Ньютона (случай
малого пробного тела вблизи Земли или иного источника тяготения, g -
ускорение свободного падения пробного тела)
2
F--Г/-С2 -gm (3.7)
8лг
где
F - электродинамическая пондеромоторная сила;
// - градиент диэлектрической проницаемости;
с - скорость света;
цо - магнитная проницаемость;
q - заряд частицы;
г - радиус сферы;
g - ускорение свободного падения;
т - масса частицы.
Решение 2
Частица - заряженный песок.
В таком случае с точки зрения электродинамики частица может быть
заменена на объемно заряженную сферу и приходим к результату а), но
отличающемуся на постоянный множитель 2
F--2г)-с2-^— = g-2m (3.8)
8лг
где
F - электродинамическая пондеромоторная сила;
q - градиент диэлектрической проницаемости;
с - скорость света;
ц0 - магнитная проницаемость;
q - заряд частицы;
г - радиус сферы;
g - ускорение свободного падения;
т - масса частицы.
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
133
Глава 3. Увеличение степени дробления
Решение 3
Частица - заряженный газ.
В таком случае заряд частицы не сосредоточен на поверхности, как в
а), и внутри, как в б), но неограниченно, хотя и неравномерно, распределен
в пространстве. Получаем тот же результат, что в а) и б), но отличающимся
на постоянный множитель К, зависящей от закона распределения заряжен-
ного газа в пространстве
F = -K-7J-c2-^- = g-K-m (3.9)
8лг
где
F - электродинамическая пондеромоторная сила;
К - постоянный множитель;
// - градиент диэлектрической проницаемости;
с - скорость света;
ц0 - магнитная проницаемость;
q - заряд частицы;
г - радиус сферы;
g - ускорение свободного падения;
т - масса частицы.
Решение 4
Частица - поле.
В таком случае рассматривается искажение поля частицы (потенциал
поля <р(г)) в градиентной диэлектрической среде. Это поле в такой среде
оказывается асимметричным, и получаем всё тот же результат, что и в а),
без дополнительных согласующих коэффициентов.
F = -г/-с1 -//02лг^2 -g• т (3.10)
где
F - электродинамическая пондеромоторная сила;
q - градиент диэлектрической проницаемости;
с - скорость света;
цо - магнитная проницаемость;
г - радиус сферы;
<р - потенциал поля;
g - ускорение свободного падения;
т - масса частицы.
134
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
3.16. Защита от взрывов
Задача 3.6. Наличие электрического заряда
Условие задачи
Как объяснить наличие электрического заряда у самых фундаменталь-
ных элементарных частиц (электрона, протона и их античастиц) без при-
влечения каких-либо предположений об их внутренней структуре и введе-
ния каких-либо новых полей, кроме электрического поля самих частиц?
Разбор задачи
Пока эта задача не решена. Это предстоит вам, дорогой читатель.
3.16. Защита от взрывов
Продемонстрируем тенденцию увеличения степени дробления
на примере средств защиты от взрыва.
Монолитная защита (этап 1).
Пример 3.87. Бомбоубежище
Бомбоубежище - это пример монолитного сооружения.
В самом начале Второй мировой войны Лондон стал главным объек-
том бомбардировки. Первоначально люди укрывались в метро, затем пра-
вительство решило построить специальные бомбоубежища глубоко под
землей (рис. 3.63).
Рис. 3.63. Лондонское бомбоубежище128
London’s Deep Level Air Raid Shelters. URL:
W
:/Avwvv.arnusingplanet.com/2016/09/loiKlons-decp-level-air-raid-shcltcrs.htinl.
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
135
Глава 3. Увеличение степени дробления
Пример 3.88. Легкая композитная панель
Многослойная панель состоит из двух металлических листов между
которыми имеются три или четыре различные слоя, плотно прилегающих
друг к другу (рис. 3.64). Один слой - это конструкция, имеющая сотовую
структуру, заполненная сублимирующим129 или абляционным материа-
лом130. Образующийся при сублимации или абляции газ выходит из сото-
вых конструкций через отверстия или каналы. Второй слой - это легкий
материал, стойкий к ударам. Затем расположен теплоизоляционный слой.
Панель может иметь дополнительный теплоизоляционный слой131.
Рис. 3.64. Композитная панель. Патент США 4 198 454
10 и 110 - панели; 12 и 14 - металлические листы; 16 - слой сотовой струк-
туры; 18 - стенка сотовой конструкции; 20 - заполнитель сот (сублимиру-
ющий или абляционный материал); 22 - легкий материал стойкий к уда-
рам; 23 - отверстия; 123 - каналы; 24 и 124 - податливый теплоизоляцион-
ный материал.
Пример 3.89. Вентиляционные устройства
Взрывы в вентиляционных устройствах могут причинить ущерб обо-
рудованию и людям. Для предотвращения распространения взрывной вол-
ны компания RSBP spol s.r.o. использует специально разработанные мем-
браны для снятия давления взрыва (рис. 3.65). При превышении опреде-
129 Сублимация (возгонка) - Материал из Википедии.
130 Абляционная защита - Материал из Википедии.
131 Патент США 4 198 454.
136
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
3.16. Защита от взрыва
ленного давления эти мембраны разрываются, принимая на себя часть
энергии взрывной волны.
На оборудовании устанавливается необходимое количество мембран.
Рис. 3.65. Взрывные мембраны компании RSBP spot s.r.o.1
Это пример отдельных жестких элементов, соединенных жесткими
связями. *
132 URL: www.rsbp.cz/ru/produkt/zarizcni-na-odlchceni-vybuchu.
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
137
Глава 3. Увеличение степени дробления
Пример 3.90. Металлические сети
Преграды из металлических сетей значительно снижают действие
ударной волны.
При воздействии ударной волны на слои сетки происходит многократ-
ное отражение ударной волны от каждого из ее слоев, распространяющейся
в обратном направлении по отношения к падающей волне.
Внутрь сеток распространяются волны сжатия, обтекая каждую прово-
лочку, как жесткое неподвижное тело. Внутреннее течение определяют
процессы многократного отражения волн и взаимодействия с турбулент-
ными образованиями за проволочками133.
Все это приводит к значительному снижению энергии ударной волны.
Это пример гибкого соединения жестких частей.
Гибкая защита (этап 2).
Пример 3.91. Пористая структура
Ущерб от ударных волн может быть уменьшен или предотвращен по-
средством размещения смягчающего материала между источником ударной
волны и защищаемым объектом. В качестве такого материала, как правило,
выбирают пористый материал, который снижает или поглощает энергию
ударной волны.
Пример 3.92. Баллистическая ткань
В настоящее время выпускаются ткани на основе арамида - синтети-
ческого волокна с высокой механической и термической прочностью. Са-
мая знаменитая марка пара-арамида - это кевлар134. Этот материал выдер-
живает высокие динамические нагрузки. Он обладает прочностью, в не-
сколько раз превосходящей сталь, имеет небольшую плотность и эластич-
ность. Эта ткань используется в бронежилетах, шлемах, защитных комби-
незонах, ею укрепляют стены домов для защиты от ударных волн и т. д.
Эта ткань используется в костюмах для пожарников.
Компания Teijin ввела в армидные волокна вольфрам, который обеспе-
чивает защиту от ионизирующего излучения, поэтому может использовать-
ся для экранирующей защиты от радиации. Кроме того, он не токсичен, как
свинец.
133 Глазова Е. Г., Кочетков, А. В., Турыгина И. А. Численное моделирование
пространственного взаимодействия ударной волны с проницаемой преградой.
Вестник Нижегородского университета им. Н. И. Лобачевского. 2014, № 4(1), С.
180-195.
134 Кевлар - Материал из Википедии.
138
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
3.16. Защита от взрыва
Защита из геля и жидкости (этапы 4 и 5).
Американские ученые разработали защитное покрытие из геля из
сверхтвердых наночастиц и заполнителя в виде неиспаряющейся жидкости.
При механическом давлении высокой энергии наночастицы собираются в
кластеры, изменяя при этом структуру раствора жидкости, превращающей-
ся в твердый компонент. Такой фазовый переход происходит менее чем за
одну миллисекунду. Эти свойства позволяют использовать этот материал
для защиты от огнестрельного и колющего оружия.
Кевларовая ткань, пропитанная этим гелем, значительно улучшает ее
защитные характеристики: гель обеспечивает дополнительное сопротивле-
ние удару и позволяет рассеять его энергию на большую площадь, по-
скольку обладает способностью затвердевать не только в точке атаки, но и
в ее окрестностях. Кроме того, он скрепляет отдельные волокна ткани, ме-
шая им разойтись под действием проникающего предмета. Что особенно
важно, все это позволяет существенно улучшить сопротивляемость кевлара
холодному оружию и поражающим элементам шрапнели (хотя традицион-
ные бронежилеты от острых колющих предметов защищают хуже, чем от
пули).
Эта разработка позволяет защищать локти, колеи, шею и другие суста-
вы. Обработанная гелем ткань остается гибкой и не стесняет движения,
превращаясь в твердую броню под действием энергии выстрела или ноже-
вого удара135.
Поле (этап 8).
Пример 3.93. Гашение ударной волны
Компания Boeing запатентовала способ и устройство гашения ударной
волны136.
Суть патента заключается в том, что между ударной волной и защища-
емым объектом создается дополнительная область в виде плазмы, гасящая
ударную волну (рис. 3.66).
Устройство имеет датчик, определяющий расстояние до места взрыва
и направление распространения ударной волны. Сигнал от датчика посту-
пает на генератор, создающий ионизующую среду с помощью электриче-
ской дуги, лазера или микроволновой индукции (рис. 3.67).
135 'Жидкая броня: Непробиваемый гель. Популярная механика. 21.06.2006.
URL: wwvv.popi-nech.ru/weapon/5507-zhid.kaya-bronya-neprobivaemyy-gel/,
URL: www.fabricbackpacks.com/rii/ballistic-fabric.htinl. URL:
AYAYivfurfur.nic/furfur/culturc/culturc/1 70215-voennaya.
136 Патент США 8 981 261.
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
139
Глава 3. Увеличение степени дробления
Рис. 3.66. Схема гашения ударной волны. Патент США 8 981 261
18 - защищаемый объект; 24 - ударная волна; 30 - промежуточная среда
(плазма); В - линия преломления волны; С - линия распространения
волны.
Рис. 3.67. Схема устройства гашения ударной волны.
Патент США 8 981 261
10 - генератор; 18 - транспортное средство; 20 - защищенная область;
22 - взрыв; 24 - ударная волна; 26 - первая зона; 28 - снаряд; 30 - вторая
область (промежуточная среда); 32 - дуга.
140
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
3.16. Защита от взрыва
Пена (этап 9).
Пример 3.94. Водная пена
Водную пену используют для гашения пикового ударного давления
ударной волны взрыва137. В пену могут добавляться дисперсные частицы,
например тальк.
Пример 3.95. Твердая пена
Для подавления энергии взрывной волны используется пенопласт138.
Комбинационная защита (этап 10).
Пример 3.96. Смешанная структура
Конструкция, смягчающая ударную волну, состоит из оболочки раз-
личной формы (рис. 3.68). Оболочка представляет собой пористые экраны,
заполненные различными средами и материалами. Эта структура может
быть заполнена жидкостью, газом, водной пеной или гелем (рис. 3.69). В
качестве альтернативы могу быть использованы эластичные материалы
(рис. 3.70), материалы, которые поглощают тепловую энергию за счет эн-
дотермических химических реакций, таких как вспучивающихся материа-
лов, чтобы усилить эффект ослабления ударной волны139.
Рис. 3.68. Варианты форм оболочек.
Патенты США 5 225 633. 5 394 786
137 Патент США 4 964 329. Sound attenuation with foam.
138 Патент США 4 589 341. Method for explosive blast control using expanded
foam.
139 Патент США 5 225 622. Acoustic/shock wave attenuating assembly.
139 Патент США 394 786. Acoustic/shock wave attenuating assembly.
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
141
Глава 3. Увеличение степени дробления
Рис. 3.69. Конструкции оболочек.
Патенты США 5 225 633, 5 394 786
Рис. 3.70. Конструкции оболочек.
Патенты США 5 225 633, 5 394 786
Пример 3.97. Экранирование удара
Защитное устройство имеет два или три слоя оболочек, выполненных в
виде полусферы (рис. 3.71). Наружный слой выполнен гибким, внутренний
слой металлический.
При наличии трех слоев оболочек внутренняя и средняя оболочки
твердые. Средняя оболочка состоит из двух слоев. Ее внутренняя часть
жесткая, а наружная гибкая. В пространстве между слоями создается дав-
ление выше давления ударной волны. Гибкие оболочки имеют герметич-
ные полости, разделенные на отдельные секции (рис. 3.72), в которых так-
же создается давление.
142
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
3.16. Защита от взрыва
Внешняя мягкая оболочка защищает от пикового ударного давления, а
внутренняя жесткая оболочка защищает от последствий удара пикового
давления.
Такие оболочки могут использоваться для защиты оборудования и лю-
дей в наземных и водных условиях, подводных лодках и транспорте.
Рис. 3.71. Слои оболочек. Патент США 3 660 951
Рис. 3.72. Герметичные полости оболочек. Патент США 3 660 951
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
143
3.14. Эффекты (этап 11)
3.17. Тенденции развития уплотнителей
В качестве примера реализации последовательности дробления
(рис. 3.2) рассмотрим тенденции развития уплотнителей.
Если уплотняются подвижные части, например какой-то вал, то
развитие уплотнителей осуществляется разрешением физического
противоречия', контакт между уплотнителем и валом должен
быть для того, чтобы разделить среды, и контакта не должно
быть для того, чтобы уплотнители не истирались.
Разрешение этого противоречия осуществляется в структуре.
Изменяется структура контакта по выше указанной цепочке.
Первые уплотнители представляли собой монолитную кон-
струкцию.
Монолитный уплотнитель (этап 1).
Пример 3.98. Притирка
Монолитные подвижные части могут разделять среды, если они плот-
но прилегают друг к другу. Для этого их тщательно пригоняют друг к дру-
гу с помощью притирки (рис. 3.73).
Примером могут служить притертые клапана двигателя машины.
Это пример использования этапа 1 (рис. 3.2).
Рис. 3.73. Притирка клапанов двигателя машины
Пример 3.99. Притертые объекты
Примером может служить притертая пробка, кран, цилиндр и поршень
и т.п. (рис. 3.74).
Это пример использования этапа 1 (рис. 3.2).
144
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
3.17. Тенденции развития уплотнителей
ft«if
б) Притертый кран
Рис. 3.74. Притертые вещи
в) Притертый цилиндр
а) Притертая
пробка
Гибкий уплотнитель (этап 2).
Пример 3.100. Кольца поршней
Уплотнительные кольца поршней двигателя - гибкий стальной эле-
мент (рис. 3.75).
Это пример использования этапа 2 (рис. 3.2).
а) Виды колец б) Кольцо и поршень
Рис. 3.75. Уплотнительные кольца поршней
Количество гибких частей стало увеличиваться. В конце кон-
цов, уплотнитель стал полностью гибким (2).
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
145
Глава 3. Увеличение степени дробления
Пример 3.101. Резиновые уплотнители
Резиновые уплотнители - сальники. Например, в патенте
США 7 055 593 сальниковые уплотнения выполнены в виде конусов и раз-
мещены в четыре слоя. На рис. 3.76 они обозначены номерами 312, 314, 316
и 318.
Уплотнители могут изготавливаться из монолитных или пористых
(губчатых, вспененных) полимерных или резиновых материалов.
Это пример использования этапа 2 (рис. 3.2).
100
190 -
274-
204
222
15.
318118
_^-D1
„„ 220
-D2
-124
300
114
А1
202
180
176
^462
334
\ 152 \
172 140
а) Виды резиновых сальников
174 270
170/
//92^,-;272
' 200
120
но zfcz.
314
312
122
б) Сальниковая система.
Пат. США 7 055 593140
312, 314, 316, 318 - слои конусных
уплотнений (сальников)
Рис. 3.76. Резиновые уплотнители (сальники)
140 US Patent 7,055,593. Well stuffing box packing. 06.06.2006
146
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
3.17. Тенденции развития уплотнителей
Пример 3.102. Ниточные и ленточные уплотнители
При уплотнении часто используют ниточные и ленточные уплотните-
ли, например из пакли141 (рис. 3.77а), которые наматывают на соединяемые
части для герметизации. Вместо пакли сейчас чаще используют ленту
ФУМ142 (рис. 3.776).
Это пример использования этапа 2 (рис. 3.2).
а) Пакля
б) Лента ФУМ
Рис. 3.77. Ленточные и ниточные уплотнители
Известны уплотнители в виде отдельных шариков или порош-
ка (этап 3).
Широко используются для уплотнения различные гели (этап 4).
Пример 3.103. Уплотнительные смазки
Части, которые необходимо уплотнить, смазывают пушечным салом,
тавотом, солидолом и т. п.
Это пример использования гелей - этап 4 (рис. 3.2).
141 Пакля - короткое, спутанное, непрядомое волокно, сильно загрязнённое ко-
строй. Получается как отход при первичной обработке (мятьё и трепание) льна и
конопли. Часто перерабатывается в ленту, пропитываемую смолами деревьев хвой-
ных пород с добавлением керосина (пакля смолёная ленточная). Используется в
строительстве и на технические нужды. - БСЭ. URL:
http://w\y \у .cultin fo.ru/fulltext/1 /001 /008/086/269.htm,
142 Лента ФУМ (фторопластовый уплотнительный материал)
представляет из себя тонкий синтетический уплотнитель в виде ленты и обычно
имеет белый матовый или полупрозрачный оттенок. В состав ленты входит фтор,
благодаря которому ФУМ-лента характеризуется хорошей механической и терми-
ческой стойкостью. Предназначается для уплотнения резьбовых соединений трубо-
проводов из всех материалов. ГОСТ 24222-80.
http://zavodati.ni/katalog/konstiukcionnye-niatcrialy/lcnta-fuin/lcnta-funi-gost-24222-80
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
147
Глава 3. Увеличение степени дробления
Жидкости (5) также используются в качестве уплотнителей.
Разделение газовых сред осуществляется с помощью жидкостей, или
разделение жидких сред с помощью жидкостей разной плотности.
Пример 3.104. Уплотнитель в газовом сифоне
Такие уплотнители известны всем. Они расположены под раковиной
(рис. 3.78а) и унитазом (изогнутая труба). Принцип действия газового си-
фона показан на рис. 3.786. Вода, находящаяся в колене (U-образной тру-
бе), нс пропускает газ, т. е. не пропускает плохой запах и жиры.
Это пример использования жидкостей - этап 5 (рис. 3.2).
а) Общий вид газового уплот-
нителя
Рис. 3.78. Уплотнитель в газовом сифоне
В качестве жидкостей могут быть использованы магнитные143
144
и реологические жидкости
143 Магнитная жидкость (ферромагнитная жидкость - ФМЖ, феррофлюид) (от
латинского ferrum — железо) — жидкость, сильно поляризующаяся в присутствии
магнитного поля.
Ферромагнитные жидкости представляют собой коллоидные растворы, состо-
ящие из ферромагнитных или ферримагнитных частиц нанометровых размеров,
находящихся во взвешенном состоянии в несущей жидкости, в качестве которой
обычно выступает органический растворитель или вода. Для обеспечения устойчи-
вости такой жидкости ферромагнитные частицы связываются с поверхностно-
активным веществом (ПАВ), образующим защитную оболочку вокруг частиц и
148
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
3.17. Тенденции развития уплотнителей
Задача 3.7. Уплотнитель - магнитная жидкость
Условие задачи
При уплотнении вращающихся осей (например, в насосе) уплотнитель
должен вплотную прилегать к оси, но это создает дополнительное трение,
приводящее к разогреву оси и уплотнителя и их износу.
Как быть?
Разбор задачи
Техническое противоречие (ТП).
Хорошая герметичность уплотнителя вступает в противоречие с из-
носом уплотнителя и вращающейся оси. Улучшая герметичность, уве-
личиваем износ.
Герметичность - износ.
ИКР. Уплотнитель создает хорошую герметизацию, не изнашивает-
ся сам и не изнашивает ось.
Физическое противоречие (ФП).
Расстояние между осью и уплотнителем должно быть, чтобы ось и
уплотнитель не изнашивались, и расстояние между осью и уплотнителем
не должно быть, чтобы создать герметичность.
Краткое ФП. Расстояние между осью и уплотнителем должно быть и
не должно быть.
Разрешение противоречия.
Такие противоречивые требования могут быть разрешены в структу-
ре, например, изменением агрегатного состояния.
Уплотнитель должен быть жидким. Жидкость проникает в любые
микронеровности оси, плотно герметизируя ее и не создавая трение.
Возникает новая {вторичная) задача: «Как удержать жидкость около
вращающейся оси?»
Такая задача решается использованием физических эффектов.
Решение
В данном случае необходимо сделать жидкость магнитной
(рис. 3.79а), а втулку выполнить из магнита144 145. Втулка будет удерживать
препятствующем их слипанию из-за Ван-дер-Ваальсовых или магнитных сил. -
Материал из Википедии
144 тч
Реологическая жидкость - это жидкость, выполненная на основе органиче-
ских масел, содержащая добавки кварцевого порошка, способные изменять кажу-
щуюся плотность жидкости под действием электрического поля. Один из вариантов
такой жидкости: смесь 55% высокорафинированного белого масла, 5% глицерино-
вого моноолеата и 40% кварцевого тонкого порошка. В жидкость вводят два элек-
трода с подведенным током промышленной частоты и напряжением 500-5000 в.
145 Уплотнители из магнитной жидкости на вращающихся осях выдерживают
давление в от 3 до 4 lbf/in2 (фунт на квадратный дюйм - примерно 20680 - 27580
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
149
Глава 3. Увеличение степени дробления
магнитную жидкость в зоне уплотнения. Таким образом, магнитная жид-
кость создаст барьер между внешней средой и внутренним пространством
механизма. На рис. 3.796 показан насос с уплотнением в виде магнитной
муфты и магнитной жидкости.
Это пример использование жидкостей и физического эффекта -
этап 5 (рис. 3.2).
а) Внешний вид магнитной жидко-
сти
Рис. 3.79. Магнитная жидкость
б) Насос с уплотнением в виде
магнитной жидкости
Уплотнители, использующие магнитные и реологические жид-
кости, более идеальны. Они выдерживают большие давления и не
истираются.
Газовые уплотнители (этап 6).
Обычно такое уплотнение используется в сочетании с каким-
либо полем, например полем давления, т. е. осуществляется подпор
противодавлением.
Оригинальное использование газовых уплотнителей предложил
академик Петр Леонидович Капица.
Задача 3.8. Сжижение гелия
Условие задачи
Для сжижения гелия используются расширительные машины (при
расширении газ охлаждается).
Па). Такие уплотнители не годятся для узлов с поступательным движением (напри-
мер, поршней), так как жидкость механически вытягивается из зазора.
150
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
3.17. Тенденции развития уплотнителей
В расширительной машине поршень в цилиндре должен двигаться
быстро, т. е. без трения (для быстрого расширения объема камеры), и не
пускать газ.
Это приводит к необходимости делать между поршнем и цилиндром
зазор, но тогда зазор будет пропускать газ.
Как добиться этого?
Эта проблема решалась в лаборатории академика П. Л. Капицы.
Естественно, что пытались как можно точнее притирать поршень к ци-
линдру. Но несмотря на это, поршень заклинивало из-за резкого изменения
температур.
Не спасли и уплотнительные кольца.
Наконец, было предложено заполнить зазор между цилиндром и
поршнем смазкой.
Смазка прекрасно справлялась со своими обязанностями, но при тем-
пературе жидкого гелия смазка замерзала и становилась хрупкой, как стек-
ло.
Как быть?
Разбор задачи
Техническое противоречие(ТП).
Противоречие между свободным ходом поршня и пропусканием че-
рез поршень газа (герметичностью).
ИКР. Поршень свободно перемещается и не пропускает газ.
Физическое противоречие (ФП).
Поршень не должен соприкасаться с цилиндром, т.е. между порш-
нем и цилиндром должен быть зазор, чтобы поршень свободно, без тре-
ния и быстро двигался для быстрого расширения объема камеры, и пор-
шень должен соприкасаться с цилиндром, зазора между поршнем и ци-
линдром быть не должно, чтобы в этот зазор не уходил газ, т.е. для гер-
метизации зазора.
Краткое ФП. Зазор должен быть и не должен быть.
Разрешение противоречия.
Такие противоречивые требования могут быть разрешены в структу-
ре, например, изменением агрегатного состояния.
Уплотнитель должен быть газообразным. Между цилиндром и
поршнем должен быть газ, который не мешает быстрому перемещению
поршня и герметизирует пространство между поршнем и цилиндром.
Такая задача решается использованием физических эффектов.
Решение
Петр Леонидович в разработанной им установке отказался от смазки.
Он предложил сделать зазор между цилиндром и поршнем такой, чтобы
поршень двигался свободно, а сжатый газ утекал через зазор (рис. 3.80).
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
151
Глава 3. Увеличение степени дробления
При утечке газ быстро расширяется и создает противодавление, ме-
шающее вытеканию новой порции газа (физический эффект). Протекаю-
щий газ является как бы газовой смазкой.
Кроме того, в предложенной установке время расширения газа очень
мало (сотые доли секунды). Общая утечка газа составляет 2-3%146.
Но даже эти «потери» газа можно вернуть обратно, если замкнуть вы-
ход цилиндра с камерой.
Это пример использование жидкостей - этап 5, и физических эффек-
тов (рис. 3.2).
а) Верхнее положение поршня 6) Нижнее положение поршня
Рис. 3.80. Установка для сжижения гелия П. Л. Капицы
Можно привести много примеров уплотнителей, представляю-
щих собой комбинации описанных переходов.
Пример 3.105. Уплотнение в скафандрах
Уплотнение в скафандрах в местах одевания перчаток и носков. Пер-
воначально такое уплотнение представляло собой пустотелый эластичный
тор, в который подавался воздух под давлением. В дальнейшем в это коль-
цо поместили губку (латексную) с открытыми порами, в которых содержа-
лось определенное количество воздуха. При понижении давления снаружи
скафандра из губки выделяется воздух и в кольце создается повышенное
146 Капица П. Л. Эксперимент, теория, практика. - М.: Наука, 1977, С. 16-18.
152
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
3.17. Тенденции развития уплотнителей
давление, раздувающее тор и герметизирующее запястье
(рис.3.81)147.
В решении использованы: гибкая оболочка, пористое вещество
(губка) и давление воздуха.
Это пример использования комбинаций - этапы 9, 10,11 (рис. 3.2).
Рис. 3.81. Компенсирующий элемент защитного скафандра.
А. с. 435 829
1 - наружный армирующий элемент, представляющий собой чехол из
кожи или текстильного материала; 2 - внутренний слой, представляю-
щий собой камеру из пленочного эластичного материла; 3 - упругий
вкладыш, выполненный из полимерного материала, например латексной
губки с открытыми порами.
А. с. 435 829.
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
153
Глава 3. Увеличение степени дробления
Пример 3.106. Пробоина в корпусе судна
Пробоина заделывается пенообразующим веществом, твердеющим
при соприкосновении с водой (рис. 3.82)148.
Рис. 3.82. Устройство для заделки пробоин. А. с. 703 418
1 - проницаемая оболочка; 2 - металлическая труба; 3 - стопорный фланец
с эластичным покрытием; 4 - прижимная гайка; 5 - гибкий шланг;
6 - насадка; 7 - емкость с пенообразующим веществом.
Пример 3.107. Заделка пробоины
Для герметизации пробоины в корпусе судна может использоваться
гибкая оболочка, заполненная сыпучими телами (шарики, песок, микро-
сферы и т. п.). Ее прикладывают к месту, которое необходимо загерметизи-
ровать, а затем откачивают воздух из оболочки. Тогда, под действием обра-
зовавшейся разности давлений, частицы сыпучих тел теряют возможность
смещаться одна относительно другой, конструкция как бы «твердеет»,
практически без изменения формы.
Полученную таким образом плотную структуру можно использовать,
например, для заделки пробоины и подводной части корпуса корабля: к
борту крепко прижимается сеть, которую заполняют под давлением эла-
стичными гранулами (рис. 3.83)149.
148 А. с. 572 398.
149 А. с. 703 418.
154
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
3.17. Тенденции развития уплотнителей
В решении использованы: гибкая оболочка, сыпучие тела и давле-
ние воздуха (вакуум).
Это пример использования комбинаций - этапы 9,10,11 (рис. 3.2).
Рис. 3.83. Заделка пробоины в корпусе судна. А. С. 703 418
1 - оболочка из стальной сетки; 2 - труба; 3 - отверстие; 4 - обтекатель;
5 - кольцо; 6 - патрубок; 7 - емкость; 8 - гибкие шарики; 9 - упор;
10 - сферическое углубление; 11 - гайки; 12 - пробоина в корпусе.
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
155
Глава 3. Увеличение степени дробления
Пример 3.108. Самоуплотняющийся скафандр
Схожее решение, только на микроуровне, предложено для защиты
скафандра космонавта от метеоритных пробоин (рис. 3.84)150. Роль сетки
здесь выполняет жидкое резиновое связующее, роль гранул - порошок
наполнителя.
В решении использованы: гибкая оболочка, сыпучие тела (порошок-
наполнитель), жидкость (связующее из жидкой резины) и давление возду-
ха (вакуум).
Это пример использования комбинаций - этапы 9,10,11 (рис. 3.2).
Рис. 3.84. Самоуплотняющийся скафандр.
Патент США 3 536 576
Пример 3.109. Закрепление детали
Деталь фиксируют в эластичной оболочке, заполненной мелкими ча-
стицами. Деталь помещают в оболочку, устанавливают в нужном положе-
нии, герметизируют оболочку с помощью надувной манжеты и выкачивают
воздух из оболочки с помощью вакуумного насоса. Частички охватывают
деталь со всех сторон. При выкачивании воздуха из оболочки частички
плотно прижимаются друг к другу, превращаясь в единое, твердый моно-
лит, тем самым жестко фиксируя деталь (рис. 3.85)151.
Это пример использования порошка - этап 3 и физический эффект
(рис. 3.2).
150 Патент США № 3 536 576. Self-sealing Space Suit. 23.08.68.
151 А. с. 1 165 553.
156
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
3.17. Тенденции развития уплотнителей
Рис. 3.85. Закрепление детали. А. с. 1 165 553
1 - деталь; 2 - гибкая оболочка; 3 - опорная плата; 4 - надувная манже-
та; 5 - упругие частицы (наполнитель - дробь, гранулы полистирола);
6 - вакуумный насос.
3.18. Тенденции развития щеток электродвигателей
В качестве еще одного примера рассмотрим тенденцию разви-
тия щеток электродвигателей и электрогенераторов.
Развитие электрических щеток осуществляется путем разреше-
ния физического противоречия: контакт должен быть, для того что-
бы передавать электрическую энергию, и контакта не должно быть,
для того чтобы щетки не истирались.
Разрешение этого противоречия первоначально осуществлялось
путем параметрического разделения противоречивых свойств: дол-
жен быть электрический контакт и не должно быть механического
контакта.
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
157
Глава 3. Увеличение степени дробления
Следующий этап разрешения противоречия в структуре. Изме-
няется структура контакта по выше указанной цепочке (рис. 3.2).
Первоначально щетки представляли собой монолит (этап 1).
Пример 3.110. Щетки электродвигателя - монолит
Первые электрические щетки для электродвигателей были сделаны в
виде монолитного электрода, изготовленного из меди или угля.
Такие щетки быстро истирались и электрический контакт исчезал.
Это пример использования монолита - этап 1 (рис. 3.2).
Затем появились подпружиненные контакты (переход 1-2).
Пример 3.111. Щетки электродвигателя - подпружиненные
Сам контакт был выполнен монолитным из куса угля или меди. Они
поджимались к коллектору с помощью пружины, которая может быть элек-
тропроводящей или обычной, а электроток передается с помощью провод-
ника.
Таким образом, был устранен недостаток монолитных щеток - меха-
нический контакт оставался, передавая электрический ток.
Это пример переходного периода от монолита к гибкому - переход 1-2
(рис. 3.3).
На следующем этапе развития появились щетки в виде пружин
(этап 2).
Пример 3.112. Гибкие щетки
Щетки выполнены в виде пучка отдельных металлических упругих во-
лосков из электропроводящего материала (рис. 3.86).
Это пример гибкого состояния - этап 2 (рис. 3.2).
158
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
3.18. Тенденции развития щеток электродвигателя
Рис. 3.86. Гибкие щетки электродвигателя
Известны также щетки в виде графитового порошка (этап 3).
Пример 3.113. Щетки-порошок
Щетки выполнены в виде графитового порошка, засыпанного в ем-
кость. Порошок может быть спрессован или находиться в электропроводя-
щем геле (рис. 3.87).
Это пример порошкообразного состояния - этап 3 (рис. 3.3).
Щетки
Коллектор
Рис. 3.87. Щетки электродвигателя - графитовый порошок
Жидкие щетки (этап 5).
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
159
Глава 3. Увеличение степени дробления
Пример 3.114. Щетки-жидкость
Американская фирма «Вестингауз» в электрогенераторах большой
мощности впервые стала применять вместо традиционных графитовых ще-
ток для съема электроэнергии циркулирующий поток жидких металлов -
натрия и калия. Такой метод позволяет снимать с единицы площади боль-
ший, чем в традиционных условиях, ток. А это в свою очередь ведет к су-
щественному уменьшению габаритов электрогенераторов152 (рис. 3.88).
Это пример жидкого состояния - этап 5 (рис. 3.3).
Рис. 3.88. Щетки электродвигателя - жидкость
Наконец, в качестве идеальных щеток (которых нет, а их функ-
ции выполняются) могут служить щетки в виде поля (этап 8).
Пример 3.115. Щетки-поле
Щетки представляют собой ионизированный газ, являющийся пре-
красным проводником (рис. 3.89).
Это пример жидкого состояния - этап 5 (рис. 3.2).
152 Социалистическая индустрия, 06.02.75
160
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
3.18. Тенденции развития щеток электродвигателя
Рис. 3.89. Щетки электродвигателя - ионизированный газ
3.19. Самостоятельная работа
3.19.1. Вопросы для самопроверки
1. К какому из законов относится закономерность увеличения
степени дробления?
2. Опишите закономерность увеличения степени дробления.
3. Перечислите каждый из этапов закономерности увеличения
степени дробления.
4. Опишите последовательность перехода от твердого моно-
литного состояния к гибкому.
5. Опишите последовательность перехода от гибкого монолит-
ного состояния к порошкообразному.
3.19.2. Темы докладов и рефератов
1. История появления и развития закономерности увеличения
степени дробления.
2. Использование дробления в различных науках, искусстве и
жизни.
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
161
Глава 3. Увеличение степени дробления
3.19.3. Выполните задания
1. Приведите примеры каждого из этапов закономерности увеличе-
ния степени дробления.
1.1. В технике.
1.2. В природе.
1.3. В различных науках.
1.4. В искусстве.
1.5. В бизнесе.
1.6. В жизни ит. д.
2. Решите задачи, используя закономерность увеличения степени
дробления.
Задачи и их разбор изложены в задачнике153.
153 Петров В. М. ТРИЗ. Теория решения изобретательских задач. Уровень 5.
Задачник. М: Солон-Пресс, 2018. -212 с.: ил. (ТРИЗ от А до Я). ISBN 978-5-91359-
313-9
162
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
Глава 4. Переход к капиллярно-пористым
материалам (КПМ)
Введение
1. Законы развития
систем
2. Переход к более
управляемым
нолям
3. Увеличение сте-
пени дробления
4. Переход к КПМ
5. Увеличение сте-
пени веполыю-
сти
6. Стандарты
Заключение
...переход от сплошных веществ к
капиллярно-пористым ... осуществля-
ется по линии: «сплошное вещество
сплошное вещество с одной полостью
сплошное вещество со многими по-
лостями (перфорированное вещество)
капиллярно-пористое вещество
капиллярно-пористое вещество с
определенной структурой (и размера-
ми) пор.
Генрих Альтшуллер^
Содержание главы 4:
4.1. Общая тенденция перехода к
КПМ.
4.2. Использование КПМ в тепловых
трубах.
4.3. Тенденция развития автомобиль-
ных шин.
154 Альтшуллер Г. С. URL: http://www.altshullcr.nj/tnz/standards.asn#223.
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
163
Глава 4. Переход к КПМ
4.1. Общая тенденция перехода к КПМ
4.1.1. Общая закономерность
Тенденция перехода к капиллярно-пористым материалам
(КПМ) - это постепенный переход от сплошного вещества к веще-
ству с полостью, к веществу со многими полостями, к капиллярно-
пористому веществу, к капиллярно-пористому веществу на микро-
уровне. Эта закономерность является частным случаем закономер-
ности увеличения степени дробления.
Графически тенденция перехода к капиллярно-пористым мате-
риалам (КПМ) представлена на рис. 4.1.
1. Сплошное вещество, твердое (1) или эластичное (2).
2. Вещество с одной полостью - полость с оболочкой (А).
3. Вещество со многими полостями (ячейками), перфориро-
ванное вещество или полость, разделенная перегородка-
ми (В).
4. Капиллярно-пористое вещество - КПМ (С).
5. КПМ на микроуровне (D) - на схеме обозначены, как
цКПМ.
1(2)
Рис. 4.1. Переход к КПМ
где
1 - монолит в твердом состоянии;
2 - монолит в гибком состоянии;
А - вещество с одной полостью;
В - вещество со многими полостями;
С - КПМ;
164
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
4.1, Общая тенденция перехода к КПМ
D - цКПМ;
КПМ - капиллярно-пористый материал;
цКПМ - микро КПМ.
На этапах А и В используются макрополости, а на С и D - ка-
пилляры.
Отличие этапов А от В и С от D в размерах полостей и капилля-
ров, соответственно.
Размеры полостей от этапа (А) могут быть сотни метров, десят-
ки метров, метры, сантиметры до миллиметров. На этапе (В) разме-
ры ячеек измеряются десятками сантиметров, сантиметры или мил-
лиметры, но не метрами.
Переход от состояния 1(2) к А, как правило, идет скачком.
Переходы от А к В, от В к С и от С к D осуществляются посте-
пенно.
Продемонстрируем каждый из переходов на примерах.
1. Переход от состояния 1(2) к А
Это переход от монолита к веществу с полостью.
Пример 4.1. Полости
Предложено выполнять конструктивные элементы с полостями,
например подшипник качения, зубчатая и червячная передачи, резьбовые
соединения. Это обеспечивает не только снижение расхода конструкцион-
ных материалов, но и повышает эксплуатационные способности изделий:
за счет упругости конструкции детали лучше приспосабливаются к неточ-
ности изготовления, запыленности среды, лучше прирабатываются, менее
подвержены разрушению вследствие концентрации напряжений.
Подшипник качения (рис. 4.2) выполнен с полыми внутренним и
внешним кольцами.
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
165
Глава 4. Переход к КПМ
Рис. 4.2. Полый подшипник качения. Патент США 3 504 955
В подшипнике (рис. 4.3) дополнительно полыми выполнены тела ка-
чения и сепаратор, а полости вакуумированы.
вмщк
, вакум
бащдн
Рис. 4.3. Полый подшипник качения. А. с. 903 602
1,2- наружные и внутренние полые кольца; 3 - тело качения (шарики
или ролики); 4 - полый сепаратор.
166
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
4.1. Общая тенденция перехода к КПМ
Полые зубчатые передачи показаны на рис. 4.4.
а) шестерня
б) полый зуб в) полые колесо и червяк
Рис. 4.4. Полая зубчатая передача. А. с. 1 446 400
1 - полый зуб шестерни; 2 - монолитный зуб другой шестерни;
3 - зубья.
Полые резьбовые соединения показаны на рис. 4.5.
Рис. 4.5. Полые резьбовые детали. А. с. 1 622 665
1 - болт; 2 и 4 - резьбовая поверхность; 3 - гайка.
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
167
Глава 4. Переход к КПМ
Предложена упрощенная технология изготовления зубчатых венцов с
внешними полыми зубьями (рис. 4.6).
Рис. 4.6. Зубчатый венец с внешними зубьями. Патент РФ 2 029 189
1 - поверхность; 2 - полость зуба; 3 - зубчатый профиль; 4 - прорезь.
Из полосы, толщина которой соответствует ширине венца, получают
заготовки, являющиеся частями развертки готового изделия с зубчатым
профилем 3. В каждой части развертки перед гибкой выполняют прорезь 4.
Согнутые части собираются и соединяются сваркой. Место сварки зачища-
ется.
Это примеры перехода от этапа 1 (монолит в твердом состоянии) к
этапу А (вещество с одной полостью).
2. Переход от этапа А к этапу В
Это переход от вещества с одной полостью к веществу со мно-
гими полостями.
В примере 3.13 единую оболочку дирижабля заменили многими сек-
циями (полостями).
В примере 3.35 единую полость шприца заменили несколькими поло-
стями (рис. 3.34).
168
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
4.1. Общая тенденция перехода к КПМ
3. Переход от этапа В к этапу С
Это переход от вещества со многими полостями к КПМ.
Пример 4.2. Фломастер
В авторучке полость заполняли чернилами. Во фломастере стали ис-
пользовать КПМ. Это пример перехода от этапа А (единая оболочка) к эта-
пу С (КПМ).
4. Переход от этапа С к этапу D
Это переход от КПМ к микроКПМ (цКПМ).
Пример 4.3. Поры кристаллов вместо колбы
Исследователи из Университета Токио получили комплекс, который
кристаллизуется в виде твердого пористого вещества. Было обнаружено,
что вещества, в том числе и обладающие существенным большим стериче-
ским объемом (стерический эффект155), могут легко диффундировать
внутрь пор, оставаясь подвижными для реакции с субстратами, связанными
с материалом пор.
По словам исследователей, поры нового материала представляют со-
бой молекулярную «пробирку» (рис. 4.7). Образующийся в этой «пробир-
ке» продукт реакции может быть проанализирован методом рентгенострук-
турного анализа непосредственно в ней же.
В исследовательской группе Макото Фуджиты (Makoto Fujita) был по-
лучен комплекс на основе ионов цинка и ароматических систем, который
кристаллизуется в виде устойчивой трехмерной каркасной конструкции с
порами большого размера. Структура комплекса разработана таким обра-
зом, что реакционноспособные частицы могут проникать в поры. Замачи-
вание кристаллов в растворе, содержащем реагенты, приводит к тому, что
эти участники контактируют друг с другом.
Таким образом, в порах были осуществлены реакции между амино-
кислотами и уксусным ангидридом или анилином. Реакционная способ-
ность веществ и их поведение в порах не отличается от поведения в рас-
творе. Кристаллы, в порах которых протекают химические реакции, незна-
чительно меняют окраску, но не разрушаются при этом156.
155 Стерический эффект - влияние пространственного объема молекулы на ход
химической реакции. Так, присутствие в молекуле больших групп вблизи от реаги-
рующих атомов может препятствовать сближению этих атомов и замедлить реак-
цию или сделать её невозможной. - Материал из Википедии.
156 Single-Crystalline Molecular Flasks: Chemical Transformation with Bulky Rea-
gents in the Pores of Porous Coordination Networks (Angew. Chem. Int. Ed. 42/2008)
Takehide Kawamichi, Tomoki Kodama, Masaki Kawano and Makoto Fujita
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
169
Глава 4. Переход к КПМ
single crystal to single crystal
Рис. 4.7. Монокристаллические молекулярные колбы
Это пример перехода от этапа С (единая оболочка) к этапу D (КПМ
на микроуровне - рКПМ).
Переход от А к В показан на рис. 4.8.
А1 - вещество с одной полостью;
А2 - вещество с двумя полостями;
АЗ-А4 - вещество со многими полостями;
В - вещество со многими маленькими полостями.
Рис. 4.8. Закономерность дробления полости
Общая закономерность перехода от А к D и на каждом этапе в
отдельности: количество полостей увеличивается, а их размеры
уменьшаются.
Пример 4.4. Корабль
Сначала корабль представлял собой только одну емкость, затем для
увеличения жизнеспособности корабля появились переборки, которые раз-
делили корпус корабля на отдельные водонепроницаемые отсеки. При за-
топлении одного отсека корабль не тонул, сохраняя свою живучесть. Коли-
Version of Record online: 29 SEP 2008 | DOI: 10.1002/anie.200890207 URL:
http://onlinelibr<iry.wiley .com/doi/10.10()2/anic.v47:42/issuetoc.
170
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
4.1. Общая тенденция перехода к КПМ
чество переборок увеличивалось, стали появляться и продольные палубы
(рис. 4.9). Аналогично развивались подводные лодки и аэростаты.
Рис. 4.9. Переборки в корпусе корабля
Пример 4.5. Кирпич
На Украине выпускают керамические кирпичи на основе отходов, со-
держащих угольную крошку. При обжиге частицы угля выгорают, делая
кирпич пористым и менее теплопроводным. При этом за счет выгорания
угля энергозатраты снижаются на 20%. Отпадает нужда в традиционных
сушильных вагонетках и рамках, производительность труда повышается в
3 раза157.
Это переход к этапу В.
Управление капиллярно-пористыми материалами (КПМ) в
процессе их использования осуществляется по следующей законо-
мерности (рис. 4.10).
Рис. 4.10. Управление КПМ, где
# - структура полости;
В - вещество;
ТЭ - технологический эффект.
157 Керамические пористые кирпичи. Изобретатель и рационализатор, № 4,
1988.
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
171
Глава 4. Переход к КПМ
1. Полость.
2. Структурированная полость (полость, имеющая определен-
ную структуру).
3. Полость, заполненная веществом (возможна замена веще-
ства, из которого сделана полость, для более эффективной работы с
вводимым веществом).
4. Воздействие на введенное в полость вещество полями с ис-
пользованием различных эффектов (физических, химических, био-
логических и геометрических).
Примечание. Заполнение полости веществом может осу-
ществляться и до структурирования. В этом слу-
чае может не выполняться структурирование.
Эта закономерность характерна для каждого из
этапов А-D (рис. 4.1). Структурирование, за-
полнение веществом и использование эффектов
возможны для любых размеров и любого коли-
чества полостей, в том числе и одной.
4.1.2. Структурирование вещества
Структурирование полостей осуществляется:
• созданием перегородок определенной формы;
• созданием ячеек определенной формы, из которых соби-
рается общая структура.
Структура полостей (например, их форма) определяется функ-
цией, которую должен выполнять данный материал или конструк-
ция.
Например, для функции устойчивости часто делают перегород-
ки в форме треугольников, пятиугольников, шестиугольников, кру-
гов, их частей или других геометрических фигур. Наиболее часто
встречаются полости в форме гиперболического параболоида, эл-
липсоидов, сфер и полусфер, конусов, сотовых конструкций.
Эти формы могут использоваться и для других функций.
Пример 4.6. Подводные лодки для больших глубин
Для опускания на большие глубины использовали батисферы. Сфери-
ческая форма наиболее устойчива к большим нагрузкам.
Подводная лодка АС-12 предназначена для погружения на очень
большие глубины. Ее корпус представляет собой несколько сопряженных
172
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
4.1. Общая тенденция перехода к КПМ
между собой сферических оболочек (рис. 4.11) из титана. Такой корпус
способен выдержать большее гидростатическое давление, чем цилиндриче-
ский той же массы.
Во время постройки лодку неофициально окрестили Лошариком.158
Рис. 4.11. Схема подводной лодки АС-12
Пример 4.7. Строительные конструкции
Сотовые конструкции используются во многих областях строительства
и техники. Из них делают перегородки, несущие конструкции и т. д. Такие
конструкции достаточно прочные и легкие. Известны теплоизоляторы, вы-
полненные в виде сотовых, сферических и эллипсоидных конструкций.
Часто для получения большей прочности используют и прин-
цип усиления материала по линиям главных напряжений.
Пример 4.8. Усиление материалов
Усиление материала по линиям главных напряжений - принцип, «под-
смотренный» у природы. Так устроены, например, листья растений.
Структурирование полостей используется в строительстве с древних
времен. Наибольшее распространение оно имеет сейчас при строительстве
спортивных комплексов, выставочных павильонов и т. п. Основное каче-
ство современных покрытий - легкость, и чем больше пролет, тем легче
купол. В современных постройках толщина купола измеряется миллимет-
рами, и такие купола получили название оболочек-скорлуп.
158 Глубоководная атомная подводная лодка «Лошарик». URL:
http:/7\vww.tcchciilt.ni/\vcapon/2184-podvodnaya-lodka-losharik.
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
173
Глава 4. Переход к КПМ
Пример 4.9. КПМ в медицине
Довольно широкое распространение получили в медицине многослой-
ные пористые покрытия имплантатов, сформированные из металлических
частиц. Покрытия имеют градацию по толщине, которая достигается нане-
сением первого слоя мелких частиц, например микросфер, по поверхности
имплантата, затем внесением прогрессивно больших частиц в последую-
щие слои. Размеры частиц увеличиваются в направлении от подложки к
наружной поверхности покрытия, которая должна сопрягаться с костными
тканями. Покрытие имеет минимальную плотность и максимальную пори-
стость на наружной поверхности, чтобы стимулировать врастание кости.
Плотность покрытия максимальна на поверхности раздела покрытия и ос-
новы имплантата. Это в значительной степени соответствует механическим
и тепловым свойствам имплантата и покрытия и позволяет достигать опти-
мального сцепления имплантата с тканями организма159.
Пример 4.10. Пенопласт
В США получен пенопласт, у образца которого поперечное сечение
при растяжении не уменьшается, а увеличивается.
Основу этого материала составляет полиэфирный пенопласт с откры-
тыми ячейками. Его сжимают в трех направлениях, подогревают до раз-
мягчения, а затем охлаждают. При этом в пенопласте образуются изогну-
тые перегородки между порами, которые увеличивают его эластичность.
4.1.3. Заполнение веществом
Полости могут заполняться веществом для осуществления раз-
нообразных функций. Это вещество может быть газообразным, жид-
ким, гелеобразным и твердым, сыпучими материалами, пластмасса-
ми и т. д., под воздействием различных полей оно может, например,
увеличивать объем, а, следовательно, и создавать давление, прида-
вать большую прочность и т. д.
Полости большие. Этап А
Пример 4.11. Подводная лодка
В подводных лодках при погружении заполняются водой балластные
цистерны, при подъеме на поверхность вода вытесняется воздухом под
давлением. Цистерны располагаются вдоль всего корпуса.
159 Ходоренко В. Н., Ясенчук Ю. Ф., Гюнтер В. Э. Биосовместимые пористые
проницаемые материалы. URL: htlp:/7stati34521 .narod.ru/NiTi/24.pdf.
174 Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
4.1. Общая тенденция перехода к КПМ
Полости заполняются водой, используя избыточное давление - физи-
ческий эффект.
Пример 4.12. Надувные конструкции
Известны конструкции временных построек: выставочных и ярмароч-
ных павильонов, спортивных залов, туристических лагерей, овощехрани-
лищ и пр., выполненные из легкой пленки. Пневматическое напряжение,
создаваемое избыточным давлением газа или жидкости (подобно клетке
организма), обеспечивает гибкой герметичной оболочке несущую способ-
ность и устойчивость при любых видах нагрузок. Важнейшими преимуще-
ствами надувных систем (получивших название пневматически напряжен-
ных конструкций) являются экономичность, малый вес, транспортабель-
ность, компактность, быстрота монтажа. Наиболее распространенными
формами надувных построек пока являются цилиндрический свод и сфери-
ческий купол, хотя в природе этот принцип допускает огромное разнообра-
зие форм.
Полости заполняются воздухом, используя избыточное давление - фи-
зический эффект.
Пример 4.13. Надувные дома
Использование свойства расширения воздуха или каких-либо смесей
газов от перегрева создает возможность автоматической регуляции микро-
климата в пневматических сооружениях. Эффект улучшения изоляции
здесь может дать автоматическое увеличение толщины двухслойного по-
крытия надувных оболочек в связи с расширением от повышения темпера-
туры их наполняющих газов, а также изменение их «теплых» расцветок на
«холодные». Используя этот принцип, архитектор Ю. Лебедев предложил
проект-идею оригинального туристского городка в жарком климате
(рис. 4.12)160
Полости заполняются воздухом, используя тепловое расширение - фи-
зический эффект.
160 Лебедев Ю. С. Архитектура и бионика. Изд. 2-е, перераб. и доп. - М.:
Стройиздат, 1977. -221 с., С. 164-169.
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
175
Глава 4. Переход к КПМ
Рис. 4.12. Проект-идея оригинального туристского городка в жарком
климате
Полости средние. Этап В
Пример 4.14. Пчелиные соты
Пчелиные соты - постройки пчел из воска. Они предназначены для
хранения запасов меда и перги (пыльцы цветов) и выращивания потомства;
являются также гнездом пчелиной семьи. Пчелиные соты состоят из ше-
стигранных призматических ячеек, расположенных по обе стороны от об-
щего средостения, которое может быть искусственным. Пчелиные соты -
наиболее совершенные постройки насекомых. Соты строятся с двух сторон,
и способ «крепления» каждой из ячеек не предусматривает каких-либо за-
зоров и нестыковок в трех измерениях. Благодаря этому на строительство
одной ячейки уходит минимум воска - на постройку одной пчелиной ячей-
ки пчелы тратят около 13 мг воска, трутневой - 30 мг, на постройку всего
сота - 140-150 г.
Шестиугольная форма является наиболее экономичной и эффективной
фигурой для строительства сот.
Полости заполняются медом (гелем) или пыльцой (порошком). Ячейки
структурированы - шестиугольная форма - геометрический эффект.
176
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
4.1. Общая тенденция перехода к КПМ
Пример 4.15. Воздушно-пузырьковая пленка
Воздушно-пузырьковая пленка - упаковочный материал. Эта пленка
объединяет в себе свойства обычной полиэтиленовой пленки, предохраня-
ющей изделия от атмосферного влияния, истирания и загрязнения, и вели-
колепные амортизирующие свойства, позволяющие избежать повреждений
при ударах, вибрации и толчках, бережно сохраняя продукт, упакованный в
нее. Она также применяется при отделке помещений для изоляции стен и
пространства под кровлей.
Пленка представляет собой слой пузырьков из полиэтилена, с одной
или двух сторон закрытых полиэтиленовой пленкой. Все пузырьки четко
ограничены и поэтому при нарушении целостности одного пузырька
(например, при резке пленки, ударах, сдавливании) другие сохраняют
внутри себя воздух, тем самым обеспечивая в целом защитные свойства.
Полости заполняются воздухом. Ячейки структурированы - полусфера
- геометрический эффект.
Пример 4.16. Звукопоглощение и звукоизоляция
Звукопоглощение - это снижение уровня звука в помещении, когда ис-
точник шума находится в этом же помещении. Оно связано с отражением
звуковых волн от поверхности окружающих предметов и конструкций.
Звукопоглощение играет ключевую роль в создании хорошей акустики
внутри помещения.
Звукоизоляция - это снижение уровня звука, поступающего извне (из
другого помещения или улицы, т. е. прохождение звука через препятствие).
Звукопоглощающие материалы - это перфорированные материалы с
открытыми сообщающимися между собой полостями или порами.
Звукоизоляционные материалы - это материалы с изолированными
полостями или закрытыми порами.
Материалы с открытыми сообщающимися между собой порами лучше
поглощают звук, чем мелкопористые с замкнутыми порами.
К звукопоглощающим материалам относятся материалы с волокни-
стой (жесткие минераловатные и стекловолокнистые плиты) и ячеистой
(ячеистый бетон, пеностекло) структурой, а также монолитные изделия
с легкими заполнителями (акустические бетоны и растворы из вспученно-
го перлита, вермикулита).
К звукоизоляционным материалам относятся минераловатные и стек-
ловолокнистые маты и плиты, древесно-волокнистые, пенополиуретано-
вые, поливинилхлоридные плиты, пористая резина, различные мягкие ру-
лонные покрытия полов в виде теплого линолеума, ворсовые ковры на
подоснове из губчатой резины и т. п.
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
177
Глава 4. Переход к КПМ
Пример 4.17. Акустическая панель
Акустическая панель состоит из трех слоев. Двух перфорированных
панелей, между которыми расположены жесткие сотовые конструкции,
заполненные звукопоглощающим материалом (рис. 4.13), например камен-
ной ватой (Rockwool)161.
Это структурирование полостей.
Рис. 4.13. Сотовые конструкции. Патент США 3 380 552
Р - отверстия; 21 - панель; 22 - верхняя панель; RW - Rockwool - ка-
менная вата.
Пример 4.18. Звукопоглощающая панель
Ячейки панели образованы одиночными и сообщающимися сотами без
смежных перегородок (рис. 4.14). Объемы этих ячеек соответствуют за-
глушаемым частотам. Ячейки одинакового объема расположены отдель-
ными рядами, количество которых кратно числу заглушаемых частот162.
Структурирование увеличивалось - не просто все ячейки сделаны в
виде одинаковых сот, а осуществляется подбор ячеек под необходимый
набор частот.
161 Патент США 3 380 552.
162 А. с. 610 956.
178
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
4.1. Общая тенденция перехода к КПМ
Рис. 4.14. Звукопоглощающая панель. А. с. 610 956
1 - промежуточный слой; 2, 3, 4, 5 - ячейки; 6, 7 - верхняя и нижняя
пластины с перфорацией.
Пример 4.19. Транспортерная лента
Транспортерной ленте особенно плохо в зоне загрузки, где на нее па-
дают (и ударяют) сыпучие или кусковые материалы. Изобретатели из Дне-
пропетровска предлагают в месте загрузки под транспортерной лентой со-
оружать подушку из пустотелых шаров, плавающих в резервуаре с жидко-
стью163.
163 Поддержка для транспортерной ленты. Изобретатель и рационализатор,
№ 12, 1989.
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
179
Глава 4. Переход к КПМ
Пример 4.20. Рукавица для защиты от вибраций
Для защиты от вибраций на ладонной части рукавицы и в большом
пальце в специальном кармане размешен пакет, внутри которого размещен
упругодеформируемый пневмоэлемент в виде эластичного пакета с зигза-
гообразным воздушным каналом (рис. 4.15)164.

Рис. 4.15. Рукавица для защиты от вибраций. А. с. 1 801 340
1 - полость для размещения руки; 2 - ладонная часть руки; 3 - палец;
4 - карман для размещения упругодеформирующего элемента; 5 - упру-
годеформирующий элемент; 6 - зигзагообразный воздушный канал; 7 -
сварочные швы.
Полости маленькие. Этапы С и D
Этап С представляет собой качественный скачок - переход на
микроуровень, т. е. использование капиллярно-пористых материалов
(КПМ).
Переход к капиллярной структуре изменяет требования к струк-
турированию ячеек, использованию определенных материалов для
КПМ и использованию технологических эффектов.
В КПМ могут использоваться структуры с открытыми и закры-
тыми капиллярами различных размеров и направлений.
164А. с. 1 801 340.
180
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
4.1. Общая тенденция перехода к КПМ
Капиллярные поры гидрофильных веществ (рис. 4.16а) способ-
ны втягивать воду и поднимать ее на значительную высоту, а в ка-
пиллярные поры гидрофобных веществ (рис. 4.166) вода проникает
на минимальную глубину или вообще не проникает.
а) гидрофильная поверхность б) гидрофобная поверхность
Рис. 4.16. Поведение капли воды на различных поверхностях
Капиллярные явления широко используются в природе, быту,
технике и т. д.
Пример 4.21. Растения
Питание растений обусловлено всасыванием из почвы влаги и пита-
тельных веществ, что возможно благодаря наличию капилляров в корневой
системе и стеблях растения.
Пример 4.22. Обработка почвы
Учет капиллярности необходим при обработке почвы. Например, для
того чтобы происходило более интенсивное испарение влаги из почвы,
необходимо уплотнять ее. В этом случае в почве образуются капилляры и
влага поднимается по ним вверх и испаряется. Чтобы уменьшить испаре-
ние, почву рыхлят, разрушая при этом капилляры, и влага дольше остается
в почве.
Пример 4.23. Теплоизоляция
Обычная эффективная теплоизоляция труб выполняется из толстого
слоя теплоизоляционного материала. В Австрии запатентовано трехслой-
ное теплоизоляционное покрытие для труб. В котором основной слой из
пенистого материала толщиной всего 1 мм. Над ним столь же тонкий слой
полимерной сетки, наружный слой из металлизированной пленки. Специа-
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
181
Глава 4. Переход к КПМ
листы утверждают, что это достаточно тонкое покрытие обладает отлич-
ными теплоизоляционными свойствами, к тому же простое и дешевое в
изготовлении165.
Пример 4.24. Электрический паяльник
Паяльный стержень электрического паяльника выполнен в виде труб-
ки (рис. 4.17). Часть его внешней поверхности имеет охлаждающие ребра, а
внутренняя поверхность - КПМ, заполненный жидким теплоносителем,
например даутермом166. Внутренняя полость паяльного стержня заполнена
неконденсирующимся газом, например аргоном с заданным давлением.
При нагреве теплоносителя образуется пар, увеличивая давление в труб-
ке, и пар вытесняет неконденсирующийся газ из области нагрева в холодный
нерабочий конец паяльного стержня. Между паром и газом образуется по-
верхность раздела. Количество неконденсирующегося газа выбирается таким
образом, чтобы поверхность раздела находилась в зоне активного конденса-
тора. Пар жидкого теплоносителя, отдавая тепло, полученное при испарении,
разогревает рабочую часть паяльника. Образовавшийся конденсат теплоно-
сителя вследствие капиллярного давления внутри пористого слоя возвраща-
ется в ненагреваемую часть паяльного стержня, что способствует непрерыв-
ной передаче тепла к рабочей части стержня. Таким образом поддерживается
постоянная температура рабочей части паяльника167.
Рис. 4.17. Электрический паяльник. А. с. 616 073
1 - корпус; 2 - спиральный нагреватель; 3 - полый паяльный стержень;
4 - пористый слой; 5 - радиатор (охлаждающие ребра); 6 - поверхность
раздела между паром и газом.
165 Теплоизоляционное покрытие для труб. Изобретатель и рационализатор,
№3, 1990.
166 Даутерм - дифенильная смесь, является теплоносителем, применяемым
главным образом для нагрева сырья до высокой температуры при низком рабочем
давлении.
167 А. с. 616 073.
182
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
4.1. Общая тенденция перехода к КПМ
Пример 4.25. Охлаждение электрических машин
Для охлаждения электрических машин отдельные конструктивные
элементы выполнены из пористых материалов, пропитанных жидким
охлаждающим агентом, который при повышении температуры во время
работы машины испаряется, обеспечивая интенсивное и равномерное
охлаждение.
Это исключает необходимость подвода охлаждающего агента и обес-
печивает интенсивное и равномерное охлаждение.
Изготовление частей магнитопровода из пористых материалов уде-
шевляет производство машин, так как отпадает надобность в шихтовке па-
кетов из листовой электротехнической стали168.
Пример 4.26. Звукопоглощающая облицовка
В качестве звукопоглощающей облицовки используют пористые ме-
таллокерамические элементы, укрепленные на внутренней поверхности
шумозащитного кожуха. Это поглощение шума происходит за счет перехо-
да энергии колебаний воздуха в теплоту из-за потерь на трении в порах
металлокерамических элементов 169
4.1.4. Использование эффектов
Воздействие на введенные в полости вещества может изменять
свойства этих объектов. При этом используются разнообразные эф-
фекты: физические, химические, биологические и геометрические.
На этапах А и В используются следующие технологические эф-
фекты:
• физические:
избыточное давление (пневмо- и гидро-), тепловое расширение,
фазовые переходы первого и второго рода, в том числе эффект па-
мяти формы, изменение кажущейся плотности магнитной и реоло-
гической жидкости в магнитных и электрических полях, действие
магнитного поля на ферромагнитное вещество, центробежные силы,
взрывчатые вещества, электрогидравлический удар;
• химические:
разложение гидратов и газогидратов, разбухание металлов при
разложении жидкого озона, перевод в химически связанный вид,
транспортные реакции, перевод в гидратное состояние, растворение
168 А. с. 187 135.
169 А. с. 686 057.
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
183
Глава 4. Переход к КПМ
в сжатых газах, перевод в гидриды, перевод в экзотермических ре-
акциях, перевод в термохимических реакциях, растворение, разбу-
хание геля.
• геометрические:
использование различных форм: треугольников, пятиугольни-
ков, шестиугольников, кругов, их частей (сегментов), гиперболиче-
ских параболоидов, эллипсоидов, сфер и полусфер, конусов, сото-
вых конструкций.
На этапах С и D, прежде всего, используются капиллярные эф-
фекты.
Капиллярные явления (капиллярность)
Искривление свободной поверхности жидкости происходит
вследствие взаимодействия молекул жидкости и твердого тела. Си-
лы взаимодействия между молекулами жидкости стараются ее вы-
прямить, поскольку силы поверхностного натяжения стремятся сде-
лать поверхность как можно меньшей. В связи с этим в жидкости
возникает дополнительное, так называемое лапласовское давление
(названо в честь выдающегося французского физика П. Лапласа
(1749—1827), который впервые его вычислил), направленное на вы-
равнивание свободной поверхности: для вогнутого мениска — из
жидкости, наружу, для выпуклого — внутрь, в жидкость.
В тонких трубках, которые называются капиллярами, лапла-
совское давление способствует поднятию уровня жидкости в них
или его снижению. Например, если тонкую стеклянную трубку опу-
стить в воду, то уровень воды в ней будет выше, чем основной, по-
скольку вода смачивает стекло (рис. 4.18а). Точно так же, если ее
погрузить в ртуть, то в результате несмачивания ртутью поверхно-
сти стекла уровень будет ниже (рис. 4.186)170.
170 Капиллярность. Капиллярные явления в природе и технике. URL:
http://worldofschool.ru
184
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
4.1. Общая тенденция перехода к КПМ
а) смачиваемая жидкость б) несмачиваемая жидкость
Рис. 4.18. Капиллярные явления
Явления всасывания жидкости в трубку при смачивании
или вытеснении ее из трубки при несмачивании называются
капиллярными.
Наиболее известные из капиллярных эффектов: ультразвуковой
капиллярный эффект, термокапиллярный эффект, электрока-
пиллярный эффект, геометрический капиллярный эффект.
Схематически действие этих эффектов показано на рис. 4.19.
а) Ультразвуко-
вой капиллярный
эффект
б) Термо-
капиллярный
эффект
в) Электро-
капиллярный
эффект
г) Геометриче-
ский капилляр-
ный эффект
Рис. 4.19. Виды капиллярных эффектов
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
185
Глава 4. Переход к КПМ
Капилляр - это трубка с малым внутренним диаметром.
Капиллярные явления (от лат. capillaris - волосяной), физиче-
ские явления, заключающиеся в способности жидкости изменять
уровень в капилляре.
Поднятие жидкости происходит в случаях смачивания каналов
жидкостями, например вода в стеклянных трубках, песке, грунте и
т. п.
Понижение жидкости происходит в капиллярах, не смачивае-
мых жидкостью, например ртуть в стеклянной трубке.
Это явление обусловлено действием поверхностного натяжения
на границе раздела несмешивающихся сред.
Ультразвуковой капиллярный эффект: увеличение в десятки
раз скорости движения и высоты подъема жидкости в капиллярах
при непосредственном воздействии ультразвука (рис. 3.19а). На ри-
сунке стрелкой условно показано воздействие ультразвука (УЗ) на
капилляр. При воздействии УЗ жидкость в капилляре поднимается
на высоту hi большую, чем в капилляре без воздействия h2(hi> h2).
Пример 4.27. Ультразвуковой насос
Е. Г. Конавалов (открыватель ультразвукового капиллярного эффекта)
говорил, что открытый им эффект послужит разгадке нескольких биологи-
ческих явлений. Он подсчитал, что если бы сердце и сосуды работали по
известным законам гидродинамики, то чтобы прокачать кровь, сердце
должно быть в 40 раз мощнее. Ведь сердечно-сосудистая система - это ка-
пилляры общей длиной 100 тыс. км. Нет ли у сердца помощника - ультра-
звукового насоса?
Полости заполняются жидкостью, используя ультразвуковой капил-
лярный эффект - физический эффект.
Пример 4.28. Королевская примула
Королевская примула, растущая на острове Ява, цветет перед земле-
трясением. Для местных жителей цветок служит прибором, предсказыва-
ющим приближение беды. Почему происходит это явление? Е. Г. Конова-
лов считает, что мощным толчкам земной коры предшествуют слабые ко-
лебания разных частот, в том числе и ультразвуковые. Они ускоряют дви-
жение питательных соков по капиллярам растений, интенсифицируют про-
цесс обмена веществ, и цветок расцветает. Индийские ученые Сингх и
Панниах наблюдали влияние музыки на элодею и мимозу. Растения «слу-
шали» музыку по полчаса в день. В это время они росли в полтора раза
186
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
4.1. Общая тенденция перехода к КПМ
быстрее. Применение этого явления может интенсифицировать многие
процессы.
Полости заполняются жидкостью, используя ультразвуковой капил-
лярный эффект - физический эффект.
Пример 4.29. Тепловая труба
Тепловая труба имеет капиллярную структуру и ультразвуковой излу-
чатель171.
Термокапиллярный эффект. Его действие аналогично ультра-
звуковому капиллярному эффекту - увеличение скорости и высоты
подъема жидкости при наличии в капилляре разности температур
(рис. 4.196). На рисунке стрелкой условно показано воздействие
температуры (Т°) на капилляр. Наверху капилляра температура вы-
ше, чем внизу. Это условно показано знаком плюс (+Т°). Жидкость в
капилляре течет в сторону большей температуры и поднимается на
высоту hi большую, чем в капилляре без воздействия 112 (hi> h2).
Пример 4.30. Свеча
Почему горит свеча?
Фитиль выполнен из КПМ и находится в центре свечи, сделанной из
воска или стеарина (горючие материалы).
Горящий фитиль повышает температуру, расплавляет стеарин, кото-
рый движется по капиллярам в сторону повышенной температуры (термо-
капиллярный эффект), т. е. к месту горения фитиля. На этом же принципе
работает масляный светильник.
Пример 4.31. Внесение добавок в жидкий металл
Для получения нужных свойств металла в него в жидком состоянии
вводят добавки. Для улучшения введение добавок этот процесс производят
с помощью пористого огнеупора. В КПМ заранее вводят необходимые до-
бавки и помещают его в расплавленный металл172.
За счет высокой температуры добавки переходят из КПМ в жидкий
металл.
Количество вводимых добавок может легко регулироваться общим
объемом КПМ. Они могут быть сделаны порционные и вносится необхо-
димое количество порций КПМ в жидкий металл.
171 А. с. 648 825.
172 А. с. 283 264.
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
187
Глава 4. Переход к КПМ
Если имеется опасность загрязнения металла пористым материалом, то
КПМ делается из того же металла.
Электрокапиллярный эффект - зависимость поверхностного
натяжения на границе раздела твердых и жидких электродов с рас-
творами электролитов и расплавами ионных соединений от электри-
ческого потенциала. Эта зависимость обусловлена образованием
двойного электрического слоя на границе раздела фаз.
Воздействие электрического потенциала (+U, -U) к капилляру
условно показано стрелками (рис. 4.19в). Электрический ток застав-
ляет жидкость течь в капилляре в определенном направлении и под-
нимается на высоту h| большую, чем в капилляре без воздействия
тока h2 (h|> h2). Приложение потенциала зависит от вида жидкости.
Изменением потенциала можно осуществлять инверсию смачи-
вания - переход от несмачивания к смачиванию и наоборот173.
Это очень упрощенное представление. В целом лучше говорить о
электрокинетических явлениях, в частности и о электроосмосе.
Пример 4.32. Дозатор жидкости
Для увеличения точности дозировки жидкости через КПМ используют
электрическое поле. К КПМ с двух сторон присоединяют два сетчатых
электрода и подключают к источнику постоянного тока. Дозировку осу-
ществляют, регулируя разность потенциалов174.
Геометрический капиллярный эффект - это условное назва-
ние явления (название дал автор), при котором жидкость течет в
сторону меньшего диаметра капилляра (рис. 4.19г). Диаметр верхне-
го конца капилляра d2 меньше диаметра нижнего конца капилляра di
(di> d2). На рисунке утрированно показано сужение капилляра. В
сужающемся капилляре жидкость поднимается на высоту h| боль-
шую, чем в ровном капилляре h2 (hi> h2).
Пример 4.33 Обратный клапан
Обратные клапаны пропускают среду в одном направлении и предот-
вращают ее движение в противоположном.
173 Указатель физических эффектов и явлений для изобретателей и рационали-
заторов. - Обнинск, 1977.
174 А. с. 498 770.
188 Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
4.1. Общая тенденция перехода к КПМ
Описываемый обратный клапан предназначен для избирательного
пропуска жидкой фазы в газожидкостной среде. Отбор осуществляется
КПМ, а направленность потока осуществляется геометрическим капилляр-
ным эффектом.
Диаметр пор КПМ соприкасающийся газожидкостной средой больше,
чем диаметр пор КПМ принимающего слоя. Они соединены пористым ма-
териалом175. Вследствие разности диаметров капилляров жидкость движет-
ся в сторону меньшего диаметра капилляра.
Пример 4. 34. Система подачи топлива
Американский изобретатель Aivin Т. Forrester предложил простую си-
стему подачи ракетного топлива для ионных двигателей, использующую
геометрический капиллярный эффект176. Система представляет собой КПМ
с капиллярами, диаметр которых уменьшается в направлении потока
(рис. 4.20).
Для усиления эффекта сливной конец капилляра подогревают
(с меньшим диаметром капилляра), т. с. используют термокапиллярный
эффект.
Направление
Рис. 4.20. Система подачи жидкости. Патент США 3 379 855
Пример 4.35. Сливной бак
Самосливной бак для жидкостей, подаваемых в двигатель в условиях
невесомости имеет КПМ с уменьшающимся диаметром капилляров в
направлении слива177.
Пример 4.36. Роторная машина
Смазка роторной машины осуществляется с помощью капилляров, ко-
торые сделаны в пластинах и роторе машины. Диаметр капилляров умень-
175 А. с. 666 354.
176 Патент США 3 379 855. Fluid feed system.
177 Патент СССР 731 886.
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
189
Глава 4. Переход к КПМ
шается от центра машины к периферии. В роторе имеется полость, запол-
ненная смазкой, и из нее смазка поступает к периферии (местам смазки)178.
Кроме того, на смазку воздействуют центробежные силы вращающегося
ротора.
Изменить диаметр капилляра можно, например, если сделать его
из материала с эффектом обратимой памяти формы. Тогда можно
управлять движением жидкости.
Использование центробежных сил в капиллярах позволяет
усилить поднятие жидкости в капиллярах. Применение центробеж-
ной силы выгодно там, где уже имеется вращение.
Пример 4.37. Вращающаяся тепловая труба
Идею вращающейся тепловой трубы высказал В. X. Грей (США) в
1969 году179.
Вращающая тепловая труба состоит из герметичной полой емкости,
внутренняя часть которой слегка коническая и содержит определенное ко-
личество рабочей жидкости (рис. 4.21).
Рис. 4.21 Вращающаяся тепловая труба
1 - отвод теплоты; 2 - подвод теплоты; 3 - паровой поток; 4 - возврат
конденсата.
Вращение вокруг оси обусловливает появление центробежных сил, за-
ставляя сконденсировавшуюся рабочую жидкость возвращаться по стенке к
испарителю180.
178 А. с. 706 567.
179 V. Н. Gray, The rotating heat pipe—a wickless hollow shaft for transferring high
heat fluxes, ASME 69-HT-19, 1969.
190 Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
4.1. Общая тенденция перехода к КПМ
Разумеется, применение их выгодно там, где центробежные силы уже
имеются, т. е. при отводе тепла от вращающихся элементов.
Установлено, что увеличение теплопередачи пропорционально росту
центробежного ускорения в степени одна четвертая.
Управлять процессами, происходящими в капиллярах, можно,
изменяя вязкость и смачивание жидкости всеми известными спосо-
бами, в том числе и химическими, например использование поверх-
ностно-активных веществ. Кроме того, можно использовать ферро-
магнитную или реологическую жидкости и магнитное или электри-
ческое поля.
Наиболее эффективно применение сочетаний описанных эф-
фектов для управления процессами, происходящими в капиллярах.
Помимо указанных ранее эффектов, в линии перехода к КПМ
применяются осмос и электроосмос, эффекты, связанные с сорбцией
и хемосорбцией (капиллярная конденсация, фотоадсорбционный
эффект, влияние электрического поля на адсорбцию, адсорблюми-
нисценция и хемолюминисценция, радикально-рекомбинационная
люминесценция, адсорбционная эмиссия, влияния адсорбции на
электропроводимость полупроводника).
4.1.5. Общая схема перехода к КПМ
Выше были описаны три линии развития КПМ (рис. 4.1,4.7, 4.9):
1. Монолит твердое (1) или эластичное (2) —> Вещество с
одной полостью (А) —> Вещество со многими полостями
(В) КПМ (С) рКПМ (D) (рис. 4.22а).
2. Полость —> Структурированная полость —> Полость, за-
полненная веществом —> использование эффектов
(рис. 4.226).
3. Вещество с одной полостью (А1) —> вещество с двумя по-
лостями (А2) —> вещество со многими полостями (АЗ-А4)
(рис. 4.22в).
180 П. Д. Дан, Д. А. Рей. Тепловые трубы. Пер. с англ.: М. Энергия, 1979. - 272
с. (С. 173-176) URL: httn://\v\vw.bibliotckar.ni/spravochnik-16/19.htin.
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
191
Глава 4. Переход к КПМ
Они представлены вместе на рис. 4.22.
КПМ цКПМ
1(2) А В С D
а) Переход к КПМ
# # + в #+в+тэ
б) Управление КПМ
з CKD4M1HB
Al А2 АЗ А4 В
в) Закономерность дробления полости
Рис. 4.22. Линии развития КПМ
В общем виде система развивается по всем трем направлениям,
а все состояния могут быть описаны в виде морфологической мат-
рицы, где в качестве морфем, помимо указанных трех составляю-
щих, может быть еще четвертая - виды технологических эффектов.
В упрощенном виде эту закономерность можно представить в
виде схемы (рис. 4.23).
192
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
4.1. Общая тенденция перехода к КПМ
Рис. 4.23. Общая схема перехода к КПМ
где
КПМ# - КПМ со структурированными капиллярами,
цКПМ# - цКПМ со структурированными капиллярами.
4.1.6. КПМ
Капиллярно-пористые материалы — это твердые тела, содер-
жащие большое количество пустот, характерный размер которых
весьма мал по сравнению с характерным размером тела. Пористые
материалы по структуре разделяют на упорядоченные и неупорядо-
ченные.
Капиллярно-пористые материалы бывают с открытыми и закры-
тыми порами (проницаемые и непроницаемые материалы).
Открытые поры увеличивают проницаемость и водопоглощение
материала.
Закрытая пористость, например, снижает звукопоглощение.
Все проницаемые материалы можно разделить на две группы:
материалы с неорганизованной и организованной микроструктура-
ми.
Первая состоит из порошковых материалов, образованы случай-
ным расположением структурообразующих элементов (частицы или
волокна).
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
193
Глава 4. Переход к КПМ
Проницаемые порошковые материалы обладают пористостью
20-45% и размером каналов 10-200 мкм, а у пористых волокнистых
материалов пористость - 30-80% и 20-300 мкм - размер каналов.
Вторая группа состоит из сетчатых, ячеистых и проницаемых
сотовых материалов, микроструктуры которых организованы по за-
ранее известному алгоритму. Пористые сетчатые материалы полу-
чают прессованием и спеканием заранее изготовленных сеток. Они
обладают пористостью 20-80% и размером каналов 20-300 мкм1н1.
Пример 4.38. ВПЯМ
Высокопористые ячеистые материалы (ВПЯМ) имеют пористость
75-97% и размер каналов 200-5000 мкм.
Уникальными являются высокопористые ячеистые материалы (ВПЯМ)
- металлы и керамики со структурой поролона. Пористость ВПЯМ дости-
гает 95-98%.
ВПЯМ получают, используя промежуточный посредник - вспененную
пластмассу. На лист из пенополиуретана (поролона) наносят тонкий слой
металла или керамики, погружая заготовку в раствор суспензии этого мате-
риала. После этого заготовку сушат и отжигают в защитной среде при вы-
соких температурах. После отжига пенополиуретан выгорает, а осажден-
ный металл или керамика спекаются в прочную ячеистую массу со струк-
турой поролона (ячейка от 0,5 до 5 мм), но выполненную из того материа-
ла, который нам нужен.
Уникальная структура (рис.4.24) и свойства высокопористых ячеистых
материалов (ВПЯМ): малая плотность при высокой прочности, предельно
низкое гидравлическое сопротивление, высокая коррозионная и термиче-
ская стойкость делает их одним из наиболее перспективных материалов в
современной промышленности, в том числе и в качестве носителей катали-
заторов181 182.
181 Макаров Л. М. Очистка газовых выбросов от аэрозолей агрессивных, ток-
сичных и радиоакг ивных соединении высокопорнсгой керамики. URL:
http:/7galvanicworld.com/netcat_fiels/899/750/h_t32ed0035d92b7d 196d37a489307ca66.
182 Макаров Л. М. Исследование структуры композиционных высокопорисгых
ячеистых магериалов рассеянием и поглощением радиации // Современные пробле-
мы науки и образования. - 2006. № 4. - С. 15-18; URL: https:/7w\vw.sсiсnce-
education.ru/ru/ar( icle/v iew?id-370.
194 Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
4.1. Общая тенденция перехода к КПМ
Рис. 4.24. Структура ВПЯМ
Пример 4.39. Пенографен
Графен имеет уникальные свойства. Это двухмерный углерод, образо-
ванный слоем атомов углерода толщиной в один атом.
Китайские ученые разработали технологию синтеза трехмерного гра-
фена - графеновую пену (пенографен).
В качестве исходного каркаса они использовали пеноникель, на кото-
рый наносили слои графена. Прежде чем удалить никелевый каркас путем
травления горячей соляной кислотой, нанесли тонкий слой полиметилмс-
такрилата на поверхность слоев графена, чтобы избежать травления самого
графена. Затем удалили слой полимера горячим ацетоном183.
Пример 4.40. Пеноникель
Пеноникель получают, нанося на подложку из пористой полимерной
структуры никель, после чего полимер выжигают, нагревая его184.
Пример 4.41. Композит
В Японии создан высокопрочный углерод-углеродный композит. В
обычном углеродном композите имеются поры размером 1-10 мкм. Оса-
ждая в них из газовой фазы углерод до почти полного заполнения пор, по-
183 Z. Chen et al., Three-dimensional flexible and conductive interconnected graphe-
ne networks grown by chemical vapour deposition. Nature Mater. 10, 424 (2011). URL:
http://www.nature.eom/nmat/joumal/v 1 Q/n6/full/nmat3001 .html, URL:
http://www.nanomcter.ru/2011 /06/18/13084227607831 259781 .htniL
184 Патент США 5735977, Патент РФ 2 271 398.
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
195
Глава 4. Переход к КПМ
лучают материал, прочность которого в 3 раза выше (до 500 МПа), чем у
обычного материала. Вдвое увеличивается теплопроводность (Ниппон
Стил Корп., Токио - Nippon Steel)185.
Пример 4.42. Электрический паяльник
Нагреватель электрического паяльника (рис. 4.25) выполнен в виде ка-
пилляра 6 из диэлектрического материала, заполненного металлом 7, кото-
рый скачкообразно уменьшает свой объем при плавлении, например, вис-
мутом. В торцах капилляра размещены контактный элемент 8 и паяльный
стержень 3, соединенные выводами 9 и 10, подключенными к источнику
питания. Вследствие прохождения тока металл нагревается и расплавляясь,
уменьшается в объеме. Под действием капиллярных сил жидкий металл
поднимается по капилляру и произойдет разрыв столбика металла, что
приведет к размыканию электрической цепи. Нагрев металла в капилляре
прекращается, и металл кристаллизуется, восстанавливает свой объем.
Электрическая цепь восстанавливается, возобновляя нагрев паяльника.
9
Рис. 4.25. Нагреватель паяльника. А. с. 1 539 006
3 - паяльный стержень; 6 - капилляр; 7 - металлический сплав; 8 - кон-
тактный элемент; 9, 10 - выводы.
Пример 4.43. Утилизация тепловой энергии
Осуществляется утилизация температуры и влажности от приточного
воздуха. Температура улавливается и передается с помощью тепловых
труб, а влага с помощью КПМ, который покрывает тепловую трубу186.
В холодный период времени тепловая трубка расположена, как она
показана на рис. 4.26. От источника воды 12 осуществляется подпитка
КПМ 11. Эта влага передается через капилляры верхнего покрытия 10 на
185 Изобретатель и рационализатор, №11, 1990.
186 А. с. 1 064 080.
196
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
4.1. Общая тенденция перехода к КПМ
капиллярное покрытие 14 тепловой трубы. Отработанный воздух из отсека
3 по тепловой трубе передается отсеку 2, а через капиллярное покрытие
тепловой трубы передается влага. Переданная по тепловой трубе темпера-
тура помогает испарению влаги из КПМ покрытия тепловой трубы и нагре-
ва приточного воздуха в отсеке 3.
В теплый период года тепловая труба занимала положение, показанное
пунктирной линией на рис. 4.26. Точно таким же образом тепло из отсека 3
передается в отсек 2.
Рис. 4.26. Утилизации тепловой энергии. Л. с. 1 064 080
1 - корпус; 2, 3 - отсеки корпуса; 4 - перегородка, разделяющая отсеки;
5 - тепловая труба; 6 - ось поворота тепловой трубы;
7,8 — стенки корпуса; 9, 13 - концы тепловой трубки; 10 - верхней огра-
ничитель из КПМ; 11 - покрытие из КПМ; 12 - источник воды; 14 - по-
крытие тепловой трубы из КПМ; 15 - зазор.
Дополнительные примеры будет показаны на тенденциях разви-
тия тепловых труб и автомобильных шин.
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
197
Глава 4. Переход к КПМ
4.2. Использование КПМ в тепловых трубах
4.2.1. Полость
Пример 4.44. Термосифон
Рассмотрим принцип работы термосифона (рис. 4.27).
В трубу помещают небольшое количество жидкости, откачивают воз-
дух и герметизируют. К нижнему концу трубы подводят тепло (нагревают),
жидкость испаряется. Пары движутся к холодному концу трубы, конденси-
руется и под действием гравитационных сил по стенке возвращается к го-
рячему концу. Так передается значительное количество теплоты.
Рис. 4.27. Термосифон
1 - зона испарения; 2 - зона конденсации; 3 - жидкость (вода);
4 - корпус; 5 - пар; 6 - возврат жидкости (конденсат).
4.2.2. Капилляры
Пример 4.45. Тепловая труба Гоглера
Первое использование КПМ в устройстве по передаче тепла было опи-
сано в патенте США187, который был выдан сотруднику американской ком-
пании General Motors Ричарду Гоглеру (Richard S. Gaugler). Он изобрел
тепловую трубу, которая могла работать в любом положении, а не только в
вертикальном, как термосифон (рис. 4.28).
187 Патент США 2 350 348. Heat transfer device.
198
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
4.2. Использование КПМ в тепловых трубах
June 6, 1944. R. s. GAUGLER 2,350,348
И5АТ TRJWSra DBTICZ
Filed Dk. 21, 1942
Рис. 4.28. Первая тепловая труба. Патент США 2 350 348
Упрощенно схему патента можно представить в виде (рис. 4.29)
Рис. 4.29. Тепловая труба Гоглера
1 - зона испарения; 2 - зона конденсации; 3 - КПМ; 4 - корпус; 5 - зона
транспорта пара; 6 - поток пара; 7 - возврат конденсата.
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
199
Глава 4. Переход к КПМ
В данном изобретении для возвращения конденсата против сил грави-
тации впервые были использованы капиллярные силы, возникающие при
смачивании рабочей жидкостью КПМ. Это обеспечивает независимость
положения зоны испарения в гравитационном поле.
Пример 4.46. Плоская тепловая труба
Тепловая труба состоит из тонкого плоского корпуса, внутренняя по-
верхность которого покрыта КПМ. Внутри корпуса помещена трехмерная
решетка из теплопроводного материала. Решетка покрыта веществом с
большой теплотой плавления, например галлием. Решетка образует каналы
для прохода паров рабочей среды, например ацетона. В узлах решетки пла-
вящееся вещество удерживается капиллярными силами. Внутри корпуса
равномерно расположены фитили из пористого материала, соединенные с
КПМ корпуса на противоположных его сторонах (рис. 4.30).
При подводе тепла к одной из стенок корпуса рабочая среда тепловой
трубы испаряется. Пары рабочей среды нагревают вещество, которым по-
крыта решетка, вызывая его плавление. При плавлении вещества, покры-
вающего решетку, отбирается тепло от паров рабочей среды, и они конден-
сируются. Жидкая рабочая среда оседает на КПМ покрытия корпуса и по
фильтрам возвращается в зону нагрева для повторного испарения188.
а) продольный разрез
Рис. 4.30. Плоская тепловая труба. А. с. 419 695
1 - тонкостенный плоский корпус; 2 - КПМ; 3 - решетка; 4 - каналы;
5 - плавящееся вещество; 6 - фитиль.
б) поперечный разрез
4.2.3. Структурирование капилляров
Пример 4.47. Тепловая труба
Тепловая труба имеет корпус с наполнителем в виде нескольких слоем
сетки разных размеров. Слои сетки образуют КПМ.
188 А. с. 419 695.
200
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
4.2. Использование КПМ в тепловых трубах
Слой с наименьшим размером ячеек расположен у стенок тепловой
трубы, а над ним размещены слои с постепенно увеличивающимся разме-
ром ячеек. Тепловая труба заполнена рабочей жидкостью. При подводе
тепла к стенке в жидкости образуются пузырьки пара. По мере роста пу-
зырьки из более мелкой сетки выталкиваются во второй слой, затем - в
следующий слой, а на их место подтягивается жидкость из верхних слоев
соседней с пузырьком области. Это перемещение осуществляется в резуль-
тате разности капиллярных давлений жидкости в слоях сетки. В результате
этого предотвращается осушение и перегрев стенки тепловой трубы и
обеспечивается высокоинтенсивный теплообмен в испарительной зоне
(рис. 4.31).
Рис. 4.31. Изменяемые размеры ячеек КПМ. А. с. 381 850
Слои сетки, образующие КПМ
Стенка тепловой трубы
(зона испарения)
Тепловой поток
* *
*
Для увеличения интенсивности теплообмена - увеличения
удельного теплопотока (возврата конденсата) кроме капиллярных
сил, в тепловых трубах стали применять осмос, центробежные силы,
электростатические, ультразвуковые, магнитные и другие виды по-
лей.
Рассмотрим их ниже.
4.2.4. Термокапиллярный эффект
Термокапиллярный эффект в тепловых трубах, имеющих КПМ, проис-
ходит автоматически - конденсат (жидкость) возвращается в сторону более
высокой температуры (зону испарения), так как именно к этой зоне подво-
дится тепло.
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
201
Глава 4. Переход к КПМ
4.2.5. Осмос
Пример 4.48. Осмотическая тепловая труба
Использование явления осмоса в тепловых трубах для повышения эф-
фективности возврата конденсата в зону испарения впервые было предло-
жено Бэром189.
Полупроницаемая мембрана (ацетат целлюлозы) отделяет паровой ка-
нал от канала возврата жидкости. В качестве рабочей жидкости Бэр исполь-
зовал раствор сахара в воде.
Пример 4.49. Осмотическая тепловая труба
Патент на изобретение, аналогичное сделанному Бэром, был позже
выдан Майдоло190.
В качестве рабочей жидкости Майдоло использовал раствор различ-
ных солей в воде (рис. 4.32).
Оба автора (Бэр и Майдоло) утверждают, что осмос способствует су-
щественному улучшению характеристик тепловой трубы в условиях нуле-
вой гравитации и, возможно, в еще большей степени - при работе против
силы тяжести.
Рис. 4.32. Осмотическая тепловая труба. Пат. США 3 561 525
10 - герметичный корпус; 11 - канал возврата раствора; 12 - зона кон-
денсации; 13 - зона испарения; 14 - внутренняя полость; 15 - полупро-
ницаемая мембрана; 16 - КПМ; 17 - уплотнение на обратном канале.
Упрощенно осмотическую трубу можно представить (рис. 4.33).
189 Патент США 3 561 525. Heat pipe condensate return (Baer).
190 Патент США 3 677 337. Heat transfer apparatus with osmotic pumping (Mido-
lo).
202
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
4.2. Использование КПМ в тепловых трубах
Рис. 4.33. Осмотическая тепловая труба. Пат. США 3 561 525
1 - зона испарения; 2 - зона конденсации; 3 - полупроницаемая мембра-
на; 4 - паровой канал; 5 - канал возврата жидкости.
Пример 4.50. Осмотическая тепловая труба

Рис. 4.34. Осмотическая тепловая труба. Пат. США 3 677 337
13 - зона испарения; 14 - зона конденсации; 25 - поверхность конденсации;
26 - плата конденсации; 27 - полупроницаемая мембрана; 35 - КПМ;
37 - торцевая стена паровой канал; 38 - пространство, образованное стен-
ками 40 и 41, в котором проходит КПМ.
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
203
Глава 4. Переход к КПМ
4.2.6. Электрокинетические явления
Электрокинетические явления (от электро- и др.-греч.
Kivrjcru; — «движение») — физические явления переноса (движе-
ния) дисперсной фазы либо дисперсионной среды коллоидной си-
стемы относительно друг друга, которые происходят под действием
приложенного электрического поля. Эти явления обусловлены
наличием двойного электрического слоя на границе раздела фаз
19!
дисперсных систем .
Одним из успешно использовавшихся способов увеличения пе-
рекачивающей способности тепловых труб является применение
электрокинетики, которая включает в себя в том числе и электроос-
мотическую перекачку.
Под электрокинетикой понимаются электрические явления, со-
провождающие относительное движение жидкости и твердых тел.
Эти явления обычно связывают с разностью потенциалов на границе
раздела любых двух фаз, участвующих в относительном перемеще-
нии. Так, если образующаяся разность потенциалов является след-
ствием существования на поверхности раздела электрически заря-
женных слоев противоположного знака, то приложением электриче-
ского поля можно обеспечить перемещение одного слоя относи-
тельно другого. Если твердая фаза неподвижна, как, например, фи-
тиль тепловой трубы, а жидкость может перемещаться, то в этих
условиях под воздействием приложенного поля жидкость будет
стремиться течь через поры фитиля. Это движение известно как
электроосмос. Электроосмотическая тепловая труба была спроекти-
рована и испытана Абу-Ромия в Бруклинском политехническом ин-
ституте в Нью-Йорке191 192.
Первоначально приведем примеры на использование электро-
осмоса в тепловых трубах.
Пример 4.51. Электрокинетическая тепловая труба
Тепловая труба для транспортировки большого количества тепла в
пределах небольшой разницы температур. Она имеет корпус, в котором
191 Электрокинетические явления. - Материал из Википедии.
192 П. Д. Дан, Д. А. Рей. Тепловые трубы. Пер. с англ.: М. Энергия, 1979. - 272
с. (С. 165-168) URL: hltp^'www.bibliotckar.ru/spravoclwik-l 6/19.htm.
204 Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
4.2. Использование КПМ в тепловых трубах
размещены КПМ по внутренним стенкам трубы, и рабочую жидкость. В
одном конце трубы - зона испарения, а в другом - зона конденсации. КПМ
обеспечивает капиллярное действие для перемещения рабочей среды из
зоны конденсатора в зону испарения (рис. 4.35).
При подводе тепла к зоне испарения происходит испарение жидкости,
в результате чего пар передается в зону конденсации, где пар конденсиру-
ется, там передает скрытую теплоту, и снова передается в зону испарения
КПМ. Так происходит непрерывный поток тепла внутри тепловой трубы.
Электроды расположены внутри трубки, один в зоне испарения, а другой -
в зоне конденсации. При приложении к ним разности потенциалов возни-
кает явление электроосмоса, увеличивая максимальную способность теп-
лопередачи. Без приложенной разности потенциалов тепловая труба функ-
ционирует как электрокинетический генератор энергии или как потенци-
альный генератор193.
Зона
HI
Зона
HI
3 4
Рис. 4.35. Схема электроосмотической тепловой трубы.
Пат. США 3 682 239
1 - охлаждающая рубашка конденсатора; 2 - источник постоянного тока;
3 - пористый электрод; 4 - нагреватель; 5 - поток жидкости, несущий
электрические заряды; 6 - поток пара; 7 - фитиль (КПМ).
Пример 4.52. Электроосмотическая тепловая труба
Тепловая труба содержит корпус, частично заполненный теплоносите-
лем, в корпусе размещены диэлектрические КПМ. В зоне конденсации раз-
193 Патент США 3 682 239. Electrokinetic heat pipe (Abu-Romia)
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
205
Глава 4. Переход к КПМ
мещена система для электроосмотического перемещения жидкости в зону
испарения (рис. 4.36). Эта система имеет пористый электрод194.
Рис. 4.36. Электроосмотическая тепловая труба. А. с. 765 634
1 - корпус, частично заполненный теплоносителем; 2 - зона конденсации;
3 - зона испарения; 4 - диэлектрический КПМ; 5 - осевая артерия; 6 -
радиальная перегородка; 7 - паропровод; 8 - конденсатор; 9 - пористый
электрод; 10 - пластина; 11 - продольные поры.
Пример 4.53. Тепловая труба
Теплообмен увеличивается путем подачи существенной разницы по-
тенциалов на разные поверхности тепловой трубы.
На этом принципе работает тепловая труба, включающая герметичный
корпус, имеющий две электрически изолированных друг от друга поверх-
ности корпуса трубы. КПМ расположен вдоль внутренней поверхности
корпуса, внутри которого содержится летучая рабочая жидкость и инерт-
ный газ с относительно высокой диэлектрической прочностью.
Инертный газ содержится в достаточном количестве для поддержания
заданного пробивного напряжения при самой низкой температуре работы
тепловой трубки. Электрическая прочность инертного газа больше, чем у
рабочего тела, находящегося в парообразном состоянии при заданной ра-
бочей температуре195. Подача разности потенциалов на разные, изолиро-
ванные друг от друга участки корпуса значительно ускоряет возврат кон-
денсата в зону испарения (рис. 4.37).
194 А. с. 765 634.
195 Патент США 3 563 309.
206
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
4.2. Использование КПМ в тепловых трубах
Рис. 4.37. Тепловая труба. Пат. США 3 563 309
10 - корпус; 11 - тепловая труба в целом; 12 - вакуумный шток;
15, 16 - электропроводные части; 18 - кольцо, выполненное из изоляци-
онного материала; 20 - КПМ; 22 - пространство для пара; 24 - кругом -
обозначен пар; 26 - крестиком - обозначен газ.
Пример 4.54. Тепловая труба
На внутренней поверхности тепловой трубы имеются прорези, в кото-
рых размещены электроды в изоляционной оболочке. К электродам подве-
дена разность потенциалов. Электроды установлены один от другого на
расстоянии, именующемся по длине.
Тепловая труба заполнена теплоносителем. При подводе тепла к зоне
испарения жидкость закипает и пар удерживается в капиллярах капилляр-
ными силами. За счет приложения разности потенциалов к электродам
жидкость начинает интенсивно перемещаться от зоны конденсации к зоне
испарения (рис. 4.38).
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
207
Глава 4. Переход к КПМ
С целью снижения потребляемой мощности электроды установлены
один от другого на расстоянии, меняющемся по длине трубки196.
Рис. 4.38. Тепловая труба с электрическим полем. А с. 357 427
1 - изолирующая оболочка; 2 - электрод; а - продольные прорези;
А - зона испарения; Б - зона конденсации.
В данном изобретении использован электрокапиллярный эффект.
Пример 4.55. Тепловая труба
На внутренней поверхности заземленного корпуса тепловой трубы
расположен КПМ с теплоносителем, а в ее центре - электрод, разделенный
прокладкой из диэлектрического материала, которая и изолирует эти части.
Каждая из частей электрода имеет независимый источник напряжения. В
зоне испарения электрод имеет убывающую к прокладке площадь попереч-
ного сечения.
При подводе напряжения к различным частям электрода в зоне испа-
рения происходит испарение теплоносителя и повышение давления. За счет
давления испаренный пар перемещается в зону конденсации, где конденси-
руется на стенках корпуса и за счет капиллярных сил возвращается в зону
испарения. Далее процесс повторяется.
Разделение электрода на две части позволяет воздействовать отдельно
на зону испарения и зону конденсации. Выполнение электрода в зоне испа-
рения с поперечным сечением, убывающим к прокладке, позволяет умень-
196 Ас. 357 427.
208
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
4.2. Использование КПМ в тепловых трубах
шить межэлектродный зазор по направлению от зоны конденсации к зоне
испарения, что позволяет расширить диапазон регулирования теплопере-
дающих свойств (рис. 4.39)197.
Рис. 4.39. Тепловая труба с электрическим полем. А. с. 568 809
1 - заземленный корпус; 2 - прокладка из диэлектрического материала;
3, 4 - части электрода; 5 - зона испарения; 6 - зона конденсации;
7, 8 - источники напряжений.
4.2.7. Центробежные силы
Пример 4.56. Вращающаяся тепловая труба
Капиллярная структура выполнена в виде свободной засыпки сфери-
ческих частиц из теплопроводного материала.
При вращении корпуса вокруг оси 3, расположенной вне корпуса па-
раллельно его образующей, за счет центробежных сил происходит образо-
вание слоя частиц на стенке, противоположной оси вращения, который и
является капиллярной структурой вращающейся тепловой трубы
(рис. 4.40)198. Тепло, подводимое к стенке корпуса, передается теплоноси-
телю, находящемуся в капиллярной структуре. В результате нагрева проис-
ходит испарение теплоносителя, и паровая фаза движется по паровому про-
странству к зоне конденсации, где конденсируется и отдает тепло. Конден-
сат по капиллярной структуре возвращается в зону испарения.
197 А. с. 568 809.
198 А. с. 1 451 523.
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
209
Глава 4. Переход к КПМ
Рис. 4.40. Утилизация тепловой энергии. Л. с. 1 451 523
1 - корпус; 2 - засыпка в виде свободной засыпки сферических частиц;
3 - ось вращения параллельна образующей корпуса, разделяющей отсе-
ки; 4 - паровое пространство.
Пример 4.57. Тепловая труба для охлаждения вала
Тепловая трубка выполнена внутри вращающегося вала в виде герме-
тичного осевого канала, имеющего форму усеченного конуса. Он расширя-
ется в направлении зоны испарения.
Канал заполнен жидким теплоносителем. В зоне испарения теплоноси-
тель испаряется, и пары направляются в зону конденсации. Конденсат под
действием центробежных сил по конической поверхности поднимается в
зону испарения (рис. 4.41)199.
Рис. 4.41. Вращающая тепловая труба. А. с. 306 321
1 - вращающийся вал; 2 - герметичный осевой канал; 3 - зона испаре-
ния; 4 - зона конденсации.
199 А. с. 306 321.
210
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
4.2. Использование КПМ в тепловых трубах
4.2.8. Ультразвуковой капиллярный эффект
Пример 4.58. Тепловая труба
С целью увеличения теплового потока на тепловую трубу воздейству-
ют ультразвуком в зоне конденсации (рис. 4.42)200. Внутри корпуса тепло-
вая труба имеет капиллярную структуру, по которой циркулирует рабочая
жидкость от зоны конденсации до зоны испарения. Ультразвуковое воздей-
ствие на капилляры создается с помощью магнитострикционного излучате-
ля. За счет ультразвукового капиллярного эффекта величина максимально-
го теплового потока возрастает в 20-50 раз по сравнению с тепловыми тру-
бами, не имеющими ультразвукового ускорителя.
6
Рис. 4.42. Тепловая труба. А. с. 399 692
1 - корпус; 2 - зона испарения; 3 - зона конденсации; 4 - концентратор;
5 - излучатель магнитострикционного типа; 6 - клеммы к генератору
ультразвуковой частоты
Пример 4.59. Тепловая труба
Ультразвуковые колебания создаются с помощью воздействия посто-
янного и переменного магнитных полей на электропроводную рабочую
жидкость.
Создаваемое переменным магнитным полем осевое магнитное поле
вызывает в электропроводной рабочей жидкости появление вихревых то-
ков. При взаимодействии этих токов с радиальным магнитным полем, со-
здаваемым постоянным магнитом, в рабочей жидкости возникает электро-
динамическая сила ультразвуковой частоты, которая и является источни-
ком ультразвуковых колебаний рабочей жидкости, например жидкого ме-
талла с температурой 1000-2000° С, увеличивающих величину теплового
потока201.
200 А. с. 399 692.
201 А. с. 418 684.
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
211
Глава 4. Переход к КПМ
В данном изобретении использовано сочетание двух магнитных полей
(постоянного и переменного) с электропроводной рабочей жидкостью, вы-
зывающее появление третьего (ультразвукового) поля (рис. 4.43).
Рис. 4.43. Тепловая труба. А. с. 418 684
1 - корпус; 2 - КПМ; 3 - постоянный магнит; 4 - дополнительная маг-
нитная система (переменный магнит); 5 - конденсаторная зона тепловой
трубы в виде «стакана».
Пример 4.60. Тепловая труба
Тепловая труба содержит герметичный корпус с зонами испарения,
конденсации и транспорта, частично заполнен теплоносителем. На внут-
ренней поверхности корпуса размещен КПМ. Со стороны зоны конденса-
ции установлен излучатель ультразвуковой (УЗ) частоты с зазором от кон-
ца КПМ. Зазор выполнен капиллярным. На внутренней поверхности КПМ
размещена непроницаемая для теплоносителя оболочка, имеющая в зоне
испарения отверстия для прохода пара. Вне зоны испарения КПМ разделен
на участки, между которыми корпус выполнен с карманами, заполненными
теплоносителем. В карманах установлены дополнительные излучатели УЗ
колебаний.
При подводе тепла к зоне испарения теплоноситель испаряется и пар
через прорези проходит к зоне конденсации, где конденсируется. Конден-
сат заполняет конденсатный зазор 8, КПМ и карманы. Под действием уль-
тразвука, создаваемого УЗ излучателем, конденсат возвращается в зону
испарения по продольным пазам (рис. 4.44).
212
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
4.2. Использование КПМ в тепловых трубах
Рис. 4.44. Ультразвуковая тепловая труба. А. с. 1 079 997
1 - корпус; 2 - КПМ; 3 - карманы; 4 - зона испарения; 5 - зона конденса-
ции; 6 - зона транспорта; 7 - излучатель УЗ колебаний; 8 - капиллярный
зазор; 9 - непроницаемая для теплоносителя оболочка; 10 - прорези для
прохода пара; 11 - продольные пазы; 12 - гермовводы для подвода пита-
ния; 13 - теплоизоляция.
4.2.9. Магнитное поле
Пример 4.61. Теплопередающее устройство
Устройство выполнено в виде полого цилиндра, заглушенного с тор-
цов. Цилиндр заполнен магнитной жидкостью. Источники магнитного поля
могут быть размещены в торце зоны нагрева или внутри цилиндра.
В качестве источника магнитного поля может использоваться как посто-
янный магнит, так и переменный (электромагнит). Напряженность магнитно-
го поля уменьшается в направлении от зоны нагрева к зоне охлаждения и от
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
213
Глава 4. Переход к КПМ
оси симметрии к цилиндрической поверхности канала. Ось диполя магнитов
совпадает с продольной осью симметрии цилиндрического канала.
При подводе тепла магнитная жидкость, прилегающая к зоне нагрева,
нагревается. При достижении температуры точки Кюри этот слой теряет
магнитные свойства и не удерживается источниками магнитного поля. Под
напором охлажденной магнитной жидкости нагретый слой вытесняется к
цилиндрической поверхности канала вследствие того, что напряженность
магнитного поля у цилиндрической поверхности меньше, чем вдоль про-
дольной оси. Под напором последующих слоев нагретая жидкость движет-
ся вдоль цилиндрической поверхности канала в зону охлаждения, переме-
шиваясь со встречным потоком охлажденной жидкости и тем самым ин-
тенсифицируя теплообмен. После охлаждения жидкости ниже температуры
точки Кюри магнитная жидкость захватывается магнитным полем и под его
усиливающим действием вновь возвращается в зону нагрева.
Таким образом осуществляется непрерывный процесс переноса тепла
из зоны нагрева в зону охлаждения (рис. 4.45, 4.46)202.
Это пример полости, заполненной веществом с использованием эф-
фектов.
Рис. 4.45. Устройство с постоянным магнитом. А. с. 515 020
1 - герметичный цилиндрический корпус; 2 - цилиндрический канал;
3 - зона нагрева; 4 - зона охлаждения; 5 - подвод тепла; 6 - отвод тепла;
7 - источник магнитного поля.
202 А. с. 515 020.
214
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
4.2. Использование КПМ в тепловых трубах
Рис. 4.46. Устройство с переменным магнитом. А. с. 515 020
1 - герметичный цилиндрический корпус; 2 - цилиндрический канал;
3 - зона нагрева; 4 - зона охлаждения; 5 - подвод тепла; 6 - отвод тепла;
8 -источники магнитного поля; 9 - источник электрического тока.
Пример 4.62. Тепловая труба
Герметичный корпус тепловой трубы выполнен в виде усеченного ко-
нуса, зона испарения расположена на участке, примыкающем к большему
основанию. Магнитная система размещена по всей длине корпуса. Она вы-
полнена в виде статора электрической машины с вращающимся магнитным
полем.
Внутренняя поверхность корпуса покрыта пленкой неэлектропровод-
ного теплоносителя, в котором имеются ферромагнитные частицы.
Вращающее магнитное поле приводит во вращение ферромагнитные
частицы, раскручивая теплоноситель, который за счет центробежных сил
прижимается к внутренней поверхности корпуса в зоне испарения в виде
быстродвижущейся тонкой пленки.
Теплоноситель испаряется и поступает в зону конденсации за счет
действия центробежных сил и усеченного конуса. Конденсат за счет сил
гравитации стекает по нижней поверхности конического конуса в зону ис-
парения (рис. 4.47)203.
203 А. с. 620 791.
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
215
Глава 4. Переход к КПМ
Рис. 4.47.Тепловая труба. А. с. 620 791
1 - герметичный корпус; 2 - зона испарения; 3 - зона конденсации;
4 - магнитная система; 5 - пленка неэлектропроводного теплоносителя;
6 - ферромагнитные частицы.
Это пример полости, заполненной веществом с использованием эф-
фектов. Среди физических эффектов использовались магнитное вращаю-
щееся поле и центробежные силы. Кроме того, использовался геометриче-
ский эффект - конус.
Пример 4.63. Тепловая труба
Тепловая труба, содержащая КПМ и жидкий теплоноситель. В тепло-
носитель вводят ферромагнитные частицы. Ускорение потока теплоносите-
ля осуществляется воздействием на ферромагнитные частицы переменным
магнитным полем204. Феррочастицы должны быть как минимум в 10 раз
меньше диаметра капилляров.
Пример 4.64. Регулируемая тепловая труба
Тепловая труба состоит из корпуса с КПМ, пропитанной теплоносите-
лем и устройством для термостатического регулирования, выполненного в
виде кольцевого магнита, смонтированного в немагнитной втулке и поме-
204 А. с. 461 283.
216
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
4.2. Использование КПМ в тепловых трубах
щенного в эластичную оболочку, которая заполнена термомагнитной жид-
костью (рис. 4.48).
Рис. 4.48. Регулируемая тепловая труба. А. с. 642 594
1 - корпус; 2 - КПМ; 3 - теплоноситель; 4 - устройство для термостатиче-
ского регулирования; 5 - кольцевой магнит; 6 - немагнитная втулка; 7 -
эластичная оболочка; 8 - термомагнитная жидкость; 9 - зона испарения;
10 - зона конденсации.
Термоноситель испаряется в зоне испарения. Образующиеся пары
проходят через отверстие устройства для термостатического регулирования
к зоне конденсации. Конденсат теплоносителя возвращается в зону испаре-
ния за счет капиллярных сил.
Термомагнитная жидкость имеет температуру рабочего пара за счет
теплообмена.
При остывании термомагнитной жидкости до температуры точки Кю-
ри ее магнитная проницаемость резко возрастает, вследствие чего термо-
магнитная жидкость втягивается во внутреннюю полость кольцевого маг-
нита, уменьшая проходное сечение отверстия. В связи с этим количество
тепла, отводимого от объекта термостатирования, уменьшается.
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
217
Глава 4. Переход к КПМ
При увеличении притока тепла от объекта термостатирования возрас-
тает температура паров в зоне испарения и термомагнитной жидкости. При
превышении температуры точки Кюри термомагнитная жидкость не притя-
гивается магнитом, эластичная оболочка сжимается, увеличивая проходное
сечение устройства для термостатического регулирования. Количество
тепла, отводимого от объекта термостатирования, увеличивается.
Требуемая характеристика регулирования осуществляется подбором
соответствующей термомагнитной жидкости.
Пример 4.65. Магнитожидкостная тепловая труба
Тепловая труба имеет герметичный цилиндрический корпус, частично
заполненный теплоносителем в виде магнитной жидкости. На внутренней
стенке корпуса расположен КПМ (фитиль). Соосно расположен артериаль-
ный электромагнитный фитиль, жестко закрепленный внутри корпуса. Он
состоит из защитного корпуса, корпуса-основы, предназначенного для
намотки поверх него электромагнитной катушки индуктивности и разме-
щенный внутри нее артериальный фитиль, соединяющий торцевые
стенки тепловой трубы. Градиент магнитного поля направлен вдоль оси
тепловой трубы в сторону зоны испарения.
Тепло, подводимое к зоне испарения тепловой трубы через кор-
пус, передается магнитной жидкости, вызывает ее кипение и испаре-
ние. За счет перепада давления частички магнитной жидкости в виде
пара переносятся по паровому каналу через зону транспортировки в
зону конденсации. Здесь пар, отдавая тепло, конденсируется на внут-
ренней стенке корпуса тепловой трубы в магнитную жидкость. Далее
под действием капиллярного напора, создаваемого фитилем и артери-
альным фитилем, а также под действием магнитной силы магнитная
жидкость по артериальному фитилю перекачивается в зону испарения.
Магнитная жидкость снова испаряется, и цикл тепло- и массопереноса
повторяется, обеспечивая работу тепловой трубы в любом положении при
воздействии сил гравитации и в невесомости (рис. 4.49)205.
205 Патент РФ 2 433 368.
218
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
4.2. Использование КПМ в тепловых трубах
Зона Зона Зона
испарения транспортировки конденсации
Рис. 4.49. Магнитожидкостная тепловая труба. Патент РФ 2 433 368
1 - корпус; 2 - КПМ (фитиль); 3 - защитный корпус; 4 - корпус-
основа; 5 - электромагнитная катушка индуктивности; 6 - артери-
альный фитиль.
Пример 4.66. Магнитожидкостная тепловая труба
Эта тепловая труба усовершенствует рассмотренный выше патент
РФ 2 433 368 путем изменения электромагнитной системы. Вместо од-
ной катушки индуктивности вдоль оси расположили несколько кату-
шек, которые включаются последовательно, создавая бегущее в сторо-
ну зоны испарения магнитное поле (рис. 4.5O)206.
206 Патент РФ 2 551 719.
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
219
Глава 4. Переход к КПМ
/
М 2:1
Рис. 4.50. Магнитожидкостная тепловая труба. Патент РФ 2 551 719
1 - корпус; 2 - КПМ (фитиль); 3 - защитный корпус; 4 - корпус-
основа; 5 - диэлектрические разделительные шайбы; 6 - электромаг-
нитные катушки индуктивности; 7 - артериальный фитиль.
220
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
4.2. Использование КПМ в тепловых трубах
4.2.10. Эффект Томса
Пример 4.67. Снижение гидродинамического сопротивления
Повысить передаваемую тепловую мощность можно уменьшив гид-
равлическое сопротивление движению потока рабочей жидкости по КПМ
тепловой трубы за счет введения в теплоноситель высокомолекулярных
207
полимеров в незначительных количествах .
Для снижения гидравлического сопротивления использован эффект
Томса.
Пример 4.68. Снижение гидродинамического сопротивления
Для увеличения мощности теплопередачи предложено добавлять в
жидкость (вода) вещества, увеличивающие смачиваемость, например некал
(натриевая соль алкил-нафталии-сульфокислоты - обычное поверхностно-
активное вещество)207 208.
Пример 4.69. Снижение гидродинамического сопротивления
Капиллярная структура тепловой трубы выполнена из пористого мате-
риала, образованного спеченными металлическими частицами. Часть сво-
бодного пространства (20-70%) заполнена частицами из лиофильного209
пористого материала (рис. 4.51). В качестве лиофильного материала ис-
пользуют гипс, крахмал, асбест и целлюлозу, имеющих диаметр 0,4-0,7
диаметра металлических частиц.
Теплоноситель находится в КПМ в зоне испарения. При подведении
тепла теплоноситель испаряется и передается в зону конденсации, где впи-
тывается капиллярной структурой. Частицы из лиофильного материала,
поглощая теплоноситель, увеличиваются в объеме, в связи с этим ими за-
полняют свободное место не более чем на 70%. Оставшееся свободное про-
странство между КПМ и лиофильным материалом заполняется паром.
Такая структура позволяет увеличить тепловой поток в 1,2-1,7 раза по
сравнению с обычными тепловыми трубами.
207 А. с. 941 843.
208 Пат. Великобритании 1 281 272.
209 Лиофильный - хорошо смачиваемый материал.
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
221
Глава 4. Переход к КПМ
Рис. 4.51. Снижение гидродинамического сопротивления.
А. с. 1 064 115
1 - КПМ тепловой трубы; 2 - свободное пространство; 3 - пористый
лиофильный материал.
4.2.11. Комплексное использование эффектов
Пример 4.70. Электрогидродинамическая тепловая труба
В данной тепловой трубе210 капиллярная структура создается обмот-
ками микропроводов и дополнительной вставкой.
Обмотки микропроводов имеют разный диаметр. Они уложены так,
что диаметр уменьшается от зоны конденсации к зоне испарения.
Дополнительная вставка перфорирована и сужается в направлении зо-
ны конденсации. Таким образом, обмотки микропроводов и дополнитель-
ная вставка образуют капиллярную структуру, в которой диаметр капилля-
ров уменьшается в направлении зоны конденсации, т. е. созданы условия
для выполнения геометрического капиллярного эффекта.
Микропровод также служит высоковольтным резистором, который
нагревается и охлаждается за счет термокапиллярного эффекта.
Перенос охлаждающейся жидкости еще усиливается за счет подавае-
мого напряжения (рис. 4.52).
Таким образом, в данном изобретении применено три капиллярных
эффекта: электрокапиллярный, термокапиллярный и геометрический ка-
пиллярный эффекты.
210 А. с. 1 024 682.
222
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
4.2. Использование КПМ в тепловых трубах
б) Обмотка микропровода
Рис. 4.52. Электрогидродинамическая тепловая труба. А. с. 1 024 682
1 - корпус; 2 - паровой канал; 3 - зона испарения; 4 - зона конденсации;
5 - высоковольтный ввод; 6 - вставка; 9 - КПМ.
4.3. Тенденция развития автомобильных шин
Продемонстрируем тенденцию перехода к КПМ закономерно-
стью развития автомобильных шин.
Пример 4.71. Первые шины
Первоначально шины представляли собой сплошную резину. Это со-
ответствует этапу 2 (рис. 4.23а). Такая шина частично амортизировала
тряску при движении, но амортизация была недостаточной и одинаковой
для любых дорог.
Пример 4.72. Надувная шина
Для улучшения амортизации изобрели надувную шину (этап А,
рис. 4.23а), которая до сегодняшнего дня является самой распространен-
ной. Эта шина лучше амортизирует тряску, и с помощью изменения давле-
ния в шине можно приспосабливаться к различным дорогам и к погодным
условиям, так как изменяется форма той части шины, которая соприкасает-
ся с дорогой. Таким образом, происходит структуризация полости.
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
223
Глава 4. Переход к КПМ
Следующим этапом в развитии шин было деление их на две
(А2) и более (АЗ, А4) секций (рис. 4.23в), которые отдельно накачи-
ваются.
Пример 4.73. Секционная шина
Предложена шина211, состоящая из двенадцати секций (рис. 4.53). Тео-
ретически в такой шине могли проколоться все 12 секций.
Такая шина соответствует этапам А4 (рис.4.23в).
Рис. 4.53. Секционная шина. Патент США 2 859 791
Пример 4.74. Многосекционная шина
В дальнейшем число таких секций увеличивалось. Шина уже делилась
не только в радиальном, но и в продольном направлениях (рис. 4.54). Эти
шины уже не боялись прокола, но их нужно было долго накачивать - каж-
дую камеру отдельно.
Разрешение этого противоречия - в соединении отдельных секций в
единый патрубок с помощью трубок. Теперь можно накачивать сразу все
секции шины, но шина стала значительно тяжелее. Возникло новое проти-
воречие. Для того чтобы шина была более надежной, количество камер в
ней должно быть как можно больше, но большое количество камер услож-
211 Патент США 2 859 791.
224
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
4.2. Тенденция развития автомобильных шин
няет накачивание, а соединение всех камер системой трубок утяжеляет
шину.
Рис. 4.54. Многосекционная шина
Обычное мышление подсказывает, что нужно вернуться назад и
не увеличивать число камер в шине. ТРИЗное мышление подсказы-
вает обратное - нужно еще более увеличить число камер, выполняя
главное действие, и устранить вредное действие - трудности при
накачивании. В идеале шина вообще не должна накачиваться.
В результате переходим к шинам из капиллярно-пористого ма-
териала (КПМ) - этап С (рис. 4.23а).
Пример 4.75. Шина с пенополиуританом
Сомпания «Синэйр» (США) впервые выпустила шины, заполненные
пенополиуританом. Такие шины не боятся прокола212.
Разработаны различные модификации этих шин.
Виток спирали замкнулся. Мы снова пришли к сплошной шине
на новом качественном уровне {отрицание отрицания), и ей прису-
щи почти те же противоречия, что и раньше. Шина не прокалывает-
ся, но имеет постоянную жесткость. Как сделать шину более управ-
ляемой?
212 Химия и Жизнь, №1, 1975, С. 33.
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
225
Глава 4. Переход к КПМ
Разрешение противоречия в следующем этапе развития - поры
делаются вполне определенной структуры и размеров - этап С2
(рис. 4.23).
Определенным сочетанием ячеек различных форм и размеров
можно получить различную жесткость шин, но такое управление
жесткостью нединамично и задано заранее.
Следующий этап в развитии - заполнение пор веществом,
например жидкостью, - этап СЗ (рис. 4.23). Шины становятся с бо-
лее управляемой жесткостью.
Для дальнейшего увеличения или уменьшения давления шины
должны «научиться» быстро подавать и убирать жидкость из пор, но
делать это с помощью обычных насосов невозможно, так как в ка-
пиллярах своя гидродинамика. Разрешение этого противоречия тре-
бует согласования уровней решений. Капилляры - это микроуровень,
а насосы - макроуровень.
Необходимо использовать насосы на микроуровне, т. е. нужно
использовать физические, химические и прочие технологические
эффекты С4 (рис. 4.23). Прежде всего, следует использовать капил-
лярные эффекты, описанные ранее.
4.4. Самостоятельная работа
4.4.1. Вопросы для самопроверки
1. К какому из законов относится закономерность перехода к
КПМ?
2. Какая из закономерностей является более общей, чем зако-
номерность перехода к КПМ?
3. Опишите закономерность перехода к КПМ.
4. Перечислите каждый из этапов закономерности перехода к
КПМ.
4.4.2. Темы докладов и рефератов
1. История появления и развития закономерности перехода к
КПМ.
2. Использование закономерности перехода к КПМ в различ-
ных науках, искусстве и жизни.
226
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
4.4. Самостоятельная работа
4.4.3. Выполните задания
1. Приведите примеры каждого из этапов перехода к КПМ.
2. Решите задачи, используя тенденцию перехода к КПМ.
Задачи и их разбор изложены в задачнике213.
213 Петров В. М. ТРИЗ. Теория решения изобретательских задач. Уровень 5.
Задачник. М: Солон-Пресс, 2018. - 212 с.: ил. (ТРИЗ от А до Я). ISBN 978-5-91359-
313-9
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
227
Глава 5. Увеличения степени вепольности
Введение
1. Законы развития
систем
2. Переход к более
управляемым
полям
3. Увеличение сте-
пени дробления
4. Переход к КПМ
5. Увеличение сте-
пени веполыю-
сти
Развитие технических систем
идет в направлении увеличения сте-
пени вепольности.
Генрих Алътшуллер214
Содержание главы 5:
5.1. Закон увеличения степени веполь-
ности.
5.2. Форсированный веполь.
6. Стандарты
Заключение
214 Альтшуллер Г. С. Творчество как точная наука. — М.: «Советское радио»,
1979. — С. 127. URL: http://www.a 1 tshuIler.ш/tri//ziisI,asp.
228
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
5.1. Закон увеличения степени вепольности
5.1. Закон увеличения степени вепольности
Понятие о веполе и вепольном анализе рассматривалось раньше
в учебнике ТРИЗ третьего уровня215.
Закономерность увеличения степени вепольности заключа-
ется в том, что любая система в своем развитии стремится
стать более вспольной.
Первоначально этот закон был разработан Г. Альтшуллером216.
Ниже будет представлен закон увеличения степени вепольности в
усовершенствованном авторами виде.
Закономерность включает тенденции, описывающие последо-
вательность изменения структуры и элементов (веществ и полей)
веполей с целью получения более управляемых систем, т. е. более
идеальных систем. При этом в процессе изменения необходимо
осуществлять согласование веществ, полей и структуры.
Общая тенденция развития веполей (см. рис. 4.1) представля-
ет собой переходы: от невепольной системы к простому веполю; на
следующем этапе происходит изменение и последующее согласо-
вание веществ и полей; затем изменение структуры веполя; и, в
конце концов, переход к форсированному веполю.
Форсированный - это максимально управляемый веполь.
Таким образом, в тенденциях развития веполей можно выде-
лить тенденцию построения веполей. Другие тенденции вепольно-
го анализа рассматривают преобразование веполей с целью повы-
шения эффективности систем или ликвидации в них вредных
связей. Они являются следствием закона увеличения степени ве-
польности систем. При преобразовании в веполях могут изменять-
ся составляющие {вещества и поля) и структура. Эти изменения
215 Петров В. Учебник ТРИЗ 3-го уровня.
216 Альтшуллер Г. С. Творчество как точная наука. — М.: «Советское радио»,
1979. — С. 127. URL: http://www.altshullcr.ru/triz/zrtsl .asp.
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
229
Глава 5. Увсличене степени вепольности
могут осуществляться частично или полностью, в пространстве,
во времени и по условию.
Общая тенденция представлена на рис. 5.1 - 5.5.
Рис. 5.2. Тенденция развития структуры веполя
Комплексный
IU III. II.
Вну|ренннй
комплексный
bciio.il
Внешний
КОМПЛСКСНЫЙ
веполв
Комплексный
bciio.il нм
внешней среде
Комплексный
bciio.il нм вменен-
ной внешней среде
Рис. 5.3. Тенденция развития комплексного веполя
Сложный
BCIIU.IL
Цепной
вeпoлL
Двойной
111 IKI.II.
Смешмнный
BCIIO.IL
Рис. 5.4. Тенденция развития сложного веполя
Форсировмн-
ный
bciio.il
Форснровмние
вещее । вм
Форснровмннс
ПОЛИ
Форснровмннс
С1р)К1урЫ
Рис. 5.5. Тенденция развития форсированного веполя
Первая тенденция развития веполей - достройка (построе-
ние) веполеи, т. е. переход от невепольной к вепольной системе. В
результате получаем простой веполъ (рис. 5.1).
Изменение веществ (В) и полей (П) начинается с подбора или
вещества, «отзывчивого» на имеющееся поле, или поля, «отзыв-
чивого» на имеющееся вещество, или «отзывчивой» пары (веще-
ство-поле). Подбирая «отзывчивые» вещества и поля, мы осу-
ществляем их согласование.
230
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
5.1. Закон увеличения степени вепольности
Приведем примеры «отзывчивых» веществ и полей.
1. Ферромагнитное вещество отзывчиво на магнитное поле.
2. Пьезовещество отзывчиво на давление, колебание, вибра-
цию (механическое поле).
3. Материал с памятью формы отзывчив на тепловое поле.
4. Флуоресцентные и фоточувствительные вещества от-
зывчивы на оптическое поле.
5. Жидкие кристаллы отзывчивы на электрическое и теп-
ловое поле и т. д.
Практически после построения веполя целесообразно подобрать
другие, более подходящие вещества или поля, и после их замены
согласовать вновь введенные вещества с имеющимися элементами,
т. е. подобрать «отзывчивые» вещества и поля.
Замена веществ и полей в веполе осуществляется для улучше-
ния функциональности системы. При замене подбираются отзывчи-
вые вещество и поле, лучше выполняющие главную функцию си-
стемы.
Задача 5.1. Снятие радиоэлементов
Условия задачи
Снятие радиоэлементов производится с помощью паяльника. При этом
часто перегрев (термоудар) приводит к порче радиоэлемента.
Как быть?
Разбор задачи
Исходную вепольную структуру можно представить (4.1)
(5.1)
в2
Здесь
Bi - олово (припой);
В2 - вывод (ножка) радиоэлемента;
nj - температурное поле (нагрев) от паяльника.
Способ решения этой задачи - это замена вещества Bi и поля
Пь которые должны быть отзывчивые друг другу.
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
231
Глава 5. Увеличене степени вепольности
Решение
В качестве припоя В| следует выбрать олово, способное под воздей-
ствием низкой температуры П2 превратиться в серое олово217 218. Известно,
что при охлаждении чистого олова или олова с добавками алюминия или
цинка до температуры ниже минус 30 °C оно превращается в серый поро-
шок (серое олово), высвобождая выводы радиоэлементов.
а) Исходная система - нагрев 6) Решение - охлаждение
Рис. 5.6. Снятие радиоэлементов218
Иногда замены отзывчивых вещества и поля достаточно для по-
вышения эффективности системы.
Дальнейшее развитие системы идет путем изменения структу-
ры и использования форсированных веполей. После каждого изме-
нения необходимо делать согласование.
Рассмотрим более подробно отдельные тенденции построения и
развития веполей.
Тенденция изменения структуры веполя (рис. 5.2) представ-
ляет собой переход от простого веполя к комплексному и от ком-
217 Серое олово - это модификация обыкновенного белого олова. При темпе-
ратуре ниже минус 13,2 °C происходит аллотропическое (от греч. alios - другой и
tropos - способ, образ) превращение Snp —► Sna (обыкновенное белое олово перехо-
дит в другую модификацию - серое олово), в результате чего металл превращается
в серый порошок («оловянная чума»). Чем ниже температура, тем больше скорость
превращения белого олова в серое. Максимума она достигает при минус 33 °C. Это
превращение сопровождается изменением структуры - переходом к алмазной
структуре, уменьшением удельной плотности с 7,3 г/см3 до 5,85 г/см3, увеличением
удельного объема на 25,6%, переходом от металла к полупроводнику. Соприкосно-
вение серого олова и белого приводит к «заражению» последнего, вследствие чего
это явление и получило название «оловянной чумы».
218 Рисунок из компьютерной программы 1WB.
232
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
5.1. Закон увеличения степени вепольности
плексного - к сложному веполю. Это осуществляется в первую оче-
редь за счет увеличения числа связей между элементами и их коли-
чества.
В свою очередь тенденция развития комплексного веполя
(рис. 5.3) представляет собой переход от внутреннего комплексного
веполя к внешнему комплексному веполю и к комплексному вепо-
лю на внешней среде.
Эта тенденция обусловлена, прежде всего, тем, что добавки
значительно легче вводить не внутрь системы, а прикреплять ее сна-
ружи или еще легче вводить в окружающую среду. Кроме того, та-
кую добавку легко удалить или заменить при необходимости.
Тенденция развития сложного веполя (рис. 5.4) представляет
собой переход от цепного веполя к двойному и смешанному вепо-
лям.
Наивысшим этапом повышения управляемости веполей являет-
ся переход к форсированным веполям (рис. 5.5). Форсировать
можно вещество, поле и структуру.
Форсирование вещества подчиняется закономерности увели-
чения управления веществом.
Закономерность увеличения степени управляемости веще-
ством осуществляется тенденциями (рис. 5.7):
- использование «умных» веществ;
- увеличение концентрации вещества;
- увеличение степени дробления;
- увеличение количества степеней свободы;
- переход к капиллярно-пористым материалам (КПМ).
Умное вещество - это вещество, отзывчивое на определенное
поле. Оно способно под действием этого поля осуществлять кон-
кретную функцию, за счет использования эффекта (физического,
химического или биологического).
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
233
Глава 5. Увеличене степени вепольности
Увеличение степени управляемости вещееibom
Использование
«умных»
веществ
Увеличение
концентрации
Увеличение
количества
степеней
свободы
Увеличение
степени
дробления
Переход
к КПМ
Рис. 5.7. Схема закономерности увеличения степени управляемости
веществом
5.2. Форсированный веполь
Для повышения эффективности вепольных систем следует пе-
рейти к более управляемым веполям - форсированным веполям.
Форсированный веполь - это веполь, использующий более
управляемые вещества, поля и структуры.
Структура форсированного веполя представлена на рис. 4.5.
Форсирование поля подчиняется закону перехода на микро-
уровень и закономерности увеличения управляемости энергией и
информацией.
Увеличение степени управляемости энергией и информаци-
ей осуществляется за счет тенденций (рис. 5.8):
• Увеличение концентрации:
“ энергии;
~ информации.
• Переход к более управляемым полям:
- замена вида поля;
- переход к моно-, би-, полиполям;
- динамизация полей.
234
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
5.2. Форсированный веполь
Рис. 5.8. Закономерность изменения управляемости
энергией и информацией
Форсирование структуры веполя подчиняется закономерно-
сти изменения структуры веполя и осуществляется переходом от
простого форсированного веполя к комплексному форсированно-
му веполю и к сложному форсированному веполю (рис. 5.9).
Форсирова- ние структуры V J Простой форсированный веполь к ) Комплексный форсированный веполь 1 ) Сложный форсированный веполь к )
Рис. 5.9. Тенденция форсирования структуры веполя
В соответствии с тенденцией изменения комплексного веполя
(рис. 5.3), комплексные форсированные веполи (рис. 5.10) могут
быть внутренние и внешние комплексные форсированные вепо-
ли, и комплексные форсированные на внешней среде (с исполь-
зованием вещества внешней среды или его видоизменения).
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
235
Глава 5. Увеличене степени вепольности
Комплексный форсированный веполь \ ) Внутренний комплексный форсирован- ный веполь Внешний комплексный форсирован- ный веполь Комплексный форсированный веполь на внеш- ней среде
Рис. 5.10. Тенденция развития комплексного форсированного
веполя
В соответствии с тенденцией изменения сложного веполя
(рис. 5.4) сложные форсированные веполи (рис. 5.11) могут быть
цепные, двойные и смешанные форсированные веполи.
Сложный форсирован- ный веполь \ ) Цепной форсированный веполь Двойной форсированный веполь Смешанный форсированный веполь
Рис. 5.11. Тенденция развития сложного форсированного веполя
Приведем примеры форсированных веполей.
5.2.1. Простой форсированный веполь
Простым форсированным веполем называется простой ве-
поль с использованием более управляемых веществ и полей.
Пример 5.1. Снятие заусенец напильником
Заусенцы обычно снимают с помощью напильника (рис. 5.12). В вс-
польной форме это может быть представлено в виде:
(5.2)
В. ◄------ В2
где
Bj - изделие с заусенцами (или сами заусенцы);
В2 - напильник;
236
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
5.2. Форсированный веполь
П] - механическое поле (линейные перемещения напильника, со-
вершаемые рабочим).
Рис. 5.12. Снятие заусенец напильником
Таким образом, это простой веполь.
Покажем развитие этого технологического процесса.
Усилия рабочего могут быть заменены механизмом, рабочий орган ко-
торого использует различные поля.
Пример 5.2. Абразивный круг
Заусенцы можно снимать с помощью абразивного круга (рис. 5.13)
или войлочного и матерчатого кругов с абразивом. Произошла замена
на более управляемое поле. Линейное перемещение заменяется вращени-
ем. Вещество напильника В2 (металл) заменено на более управляемое ве-
щество {абразив), которое представляет собой соединенные (запеченные)
мелкие частички.
Рис. 5.13. Абразивные круги
Пример 5.3. Пескоструйка
Дальнейшее форсирование начнем с форсирования вещества - переход
к пескоструйкам (рис. 5.14) и дробеструйкам. Здесь в качестве вещества
В2 используются мелкие частички (песчинки или дробинки), а поля П| -
поток воздуха.
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
237
Глава 5. Увеличене степени вепольности
Рис. 5.14. Пескоструйка
Пример 5.4. Голтовка
Следующий переход - форсирование полей - поле линейных переме-
щений П| можно заменить центробежным, например в случае использо-
вание головки. Абразив (головочные тела) и детали приводятся в движение
относительно друг друга в рабочей емкости машины (барабане). Головоч-
ная машина с вращающимся барабаном изображена на рис. 5.15а.
238
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
5.2. Форсированный веполь
в) Виброголтовка
а) Вращательная
головка
б) Абразив (голо-
вочные тела)
Рис. 5.15. Голтовочная установка
Здесь рабочий орган - напильник, как и в предыдущем случае, раз-
дроблен - используются частицы абразива. Вместо линейного перемеще-
ния напильника, совершаемого рабочим, использовано центробежное поле.
Головочные тела бывают керамические, фарфоровые, пластиковые.
Они имеют формы тетраэдр (пирамида), конус, параллелепипед, цилиндр,
шар (рис. 5.156).
Пример 5.5. Виброголтовка
Дальнейшее форсирование - использование вибраций {вибрационное
поле) - виброголтовка (рис. 5.15в).
Пример 5.6. Ультразвуковая установка
Следующий шаг - замена поля на более управляемое, например на по-
ле давления и «микровзрыв» (кавитации).
Предложена ультразвуковая установка, которая снимает с помощью
КАВИТАЦИИ заусенцы со всевозможных деталей. Установка работает при
повышенном статическом давлении в рабочей камере, и это давление при-
дает особую силу квитационным ударам, перед которыми нс может устоять
даже алмаз (рис. 5.16)219.
219 А. с. 205 355.
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
239
Глава 5. Увеличене степени вепольности
Рис. 5.16. Ультразвуковая установка для снятия заусенец.
А. с. 205 355
1 и 2 - цилиндры; 3 - спреерное устройство; 4 - прокладки; 5 - концен-
тратор; 6 - магнитострикционный преобразователь; 7 - крышка; 8 - ка-
нал спреерного устройства 3; 9 - рукоятка; 10 - подвижная часть устрой-
ства; 11 - звукоизолированный кожух.
240
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
5.2. Форсированный веполь
Это иллюстрация перехода от простого веполя к простому форсиро-
ванному веполю.
5.2.2. Комплексный форсированный веполь
Комплексным форсированным веполем называется ком-
плексный веполь с использованием более управляемых веществ и
полей.
5.2.2.1. Внешний комплексный форсированный веполь
Внешним комплексным форсированным веполем называет-
ся внешний комплексный веполь с использованием более управляе-
мых веществ и полей.
Задача 5.2. Обнаружение рыболовной сети
Условия задачи
Брошенную (потерянную) в море рыболовную сеть очень тяжело затем
обнаружить: визуально она практически не видна, а радиолокатор (радар)
не получает отраженного сигнала.
Как быть?
Разбор задачи
Необходимо перейти к внешнему комплексному форсированному веполю.
Решение
Отражательная способность сетей может быть обеспечена, если ткань
(нити) из синтетических волокон покрыть никелем (рис. 5.17). Металлиза-
ция практически не нарушает эластичности ткани, а вот обнаруживаемость
ее с помощью локатора резко повышается220.
220 Изобретатель и рационализатор, № 2, 1987, С. 27
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
241
Глава 5. Увеличене степени вепольности
Синтетическая ткань
Покрытие - никель
Рис. 5.17. Ячейка рыболовной сети
Вернемся к рассмотрению процесса снятия заусенец.
Пример 5.7. Феррочастицы снаружи абразива
Абразив соединяют (например, склеивают) с ферромагнитными части-
цами, а центробежное поле создают с помощью вращающегося магнитного
поля (рис. 5.18).
Ферромагнитная
частица
Рис. 5.18. Абразив с приклеенными ферромагнитными частицами
242
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
5.2. Форсированный веполь
5.2.2.2. Внутренний комплексный форсированный веполь
Внутренним комплексным форсированным веполем назы-
вается внутренний комплексный веполь с использованием более
управляемых веществ и полей.
Пример 5.8. Феррочастицы внутри абразива
В примере по снятию заусенец ферромагнитные частицы помещают
внутри абразива, например путем спекания (внутри абразива ферромагнит-
ные частицы).
5.2.2.3. Комплексный форсированный веполь на внешней среде
Комплексным форсированным веполем на внешней среде
называется комплексный веполь на внешней среде с использованием
более управляемых веществ и полей.
Пример 5.9. Магнитная жидкость с абразивом
Снятие заусенец можно осуществлять с помощью суспензии жидкости
с ферромагнитными частицами с абразивными свойствами. Суспензия
вращается с помощью вращающегося магнитного поля. В качестве жидко-
сти можно использовать магнитную жидкость. В этом случае можно ис-
пользовать абразив, не содержащий ферромагнитных частиц (рис. 5.19).
Рис. 5.19. Абразив с ферромагнитными частицами внутри
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
243
Глава 5. Увеличене степени вепольности
5.2.3. Сложный форсированный веполь
Сложным форсированным веполем называется сложный ве-
поль с использованием более управляемых веществ и полей. Этот
вид веполя подразделяется на (рис. 5.11):
~ цепной форсированный веполь,
~ двойной форсированный веполь,
“ смешанный форсированный веполь.
5.23.1. Цепной форсированный веполь
Цепным сложно-форсированным веполем называется цепной
сложный веполь с использованием более управляемых веществ и
полей.
Пример 5.10. Сцепная муфта
Сцепная муфта создана для соединения и разъединение валов во время
работы, например сцепление в автомобиле.
Первоначально были разработаны механические сцепные муфты,
например зубчатые (рис. 5.20).
Входной Выходной
(ведущий) вал (ведомый) вал
Рис. 5.20. Сцепная муфта с пилообразными зубцами
1 - зубец; 2 - паз; 3 - скользящая шпонка.
Представим процесс передачи момента вращения в виде простого
веполя (5.3)
244
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
5.2. Форсированный веполь
гь
В1---------
где
Bi - входной вал;
В2 - выходной вал;
П1 - механическое поле (момент вращения).
В формуле (4.3) не представлена муфта. Изобразим передачу вращаю-
щего момента с муфтой в виде цепного веполя по формуле (5.4)
П1 П1 П2
Bi • ► В2 ►Bi ► в3 ► в2
где
В3 - муфта;
П2 - механическое поле (перемещение - сближение одной части
муфты к другой - их соединение).
Если рассматривать муфту в виде двух частей (двух веществ), то тогда
передачу вращающего момента можно представить в виде цепного веполя
по формуле (5.5)
П1 П1 п2
Bi — ► В2 ►Bi ► В31 В32 ► В2 (5.5)
П3
где
В31 - входная часть муфты (на рис. 5.20 слева);
В32 - выходная часть муфты (на рис. 5.20 справа;
П3 - механическое поле (сцепление частей муфты).
На следующем этапе стали использовать более управляемое поле - по-
ле трения (П3). Были изобретены фрикционные муфты (рис. 5.21).
Пример 5.11. Фрикционная муфта
Фрикционная сцепная муфта работает так, что одна ее часть прижима-
ется к другой пружиной, а силы трения на поверхности контакта передают
вращение ведомой части (выходному валу). Если нужно, сцепление такой
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
245
Глава 5. Увеличене степени вепольности
муфтой можно осуществить без рывка, когда один вал вращается, а другой
неподвижен, или оба вращаются с разными скоростями, или когда сцепле-
ние производится под нагрузкой, как, например, в автомобиле, трогающем-
ся с места на первой передаче.
В конической сцепной муфте (рис. 5.21) угол конуса обычно составля-
ет 12-13°. Коническая контактная поверхность покрывается фрикционным
материалом на основе асбеста или кожей. Конические муфты просты, но
громоздки и по большей части вытеснены дисковыми муфтами, у которых
сцепляющиеся поверхности - диски.
Рис. 5.21. Фрикционная коническая муфта
1 - внешняя часть; 2 - кожа; 3 - внутренняя часть; 4 - пружина.
Дальнейшее форсирование муфт - переход к еще более управляемому
гидравлическому полю (П3). Были разработаны гидродинамические
муфты.
Пример 5.12. Гидродинамическая муфта
Гидродинамическая муфта осуществляет нсмсханичсское соединение
валов: крутящий момент передается от одного вала другому посредством
движения жидкости.
Как показано на рис. 5.22, рабочее колесо типа насосной крыльчатки 1
на конце ведущего вала 2 образует герметичный кожух 3, содержащий со-
осное колесо 4, соединенное с ведомым валом 5. Форма лопастей ведущего
и ведомого колес близка к полукругу; лопасти расположены радиально.
Торообразная полость (улитка), общая для ведущего и ведомого колес, за-
полняется маслом.
246
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
5.2. Форсированный веполь
Рис. 5.22. Гидродинамическая муфта
1 - ведущее колесо; 2 - ведущий вал; 3 - кожух; 4 - ведомое колесо;
5 - ведомый вал.
Представим гидродинамическую муфту в вепольном виде форму-
лы (5.6).
где
Bj - ведущий (входной) вал;
В2 - ведомый (выходной) вал;
П| - механическое поле (момент вращения);
Вз - ведущее колесо (на рис. 5.22 слева - 1);
П2 - центробежное поле;
В4 - жидкость (масло);
П3 - гидродинамическое поле (гидравлическое давление);
В5 - ведомое колесо (на рис. 5.22 справа - 4).
Когда ведущее колесо начинает вращаться, оно выталкивает масло под
давлением на периферию. Если скорость вращения достаточно велика, мас-
ляный поток начинает циркулировать (рис. 4.22, стрелки) и приводит в дви-
жение ведомое колесо, оказывая на него давление. На рабочем режиме раз-
ность частот вращения ведущего и ведомого колес может быть малой (~1%).
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
247
Глава 5. Увеличене степени вепольности
Следующий этап в форсировании муфт - переход к электромагнит-
ному полю - к электромагнитным муфтам.
Пример 5.13. Электромагнитная муфта
Электромагнитная муфта работает за счет включения или выключения
магнитного поля. Часто пространство между ведущим и ведомым цилин-
дром в муфте заливают магнитной жидкостью, способствующей лучшему
сцеплению при включении магнитного поля и снижению трения при вы-
ключенном магнитном поле.
Устройство для передачи вращения одного вала другому: валы встав-
лены с двух сторон в цилиндрическую муфту, в зазоре между ними маг-
нитная жидкость (рис. 5.23а), твердеющая в магнитном поле. В муфту
встроен электромагнит 14. Если электромагнит не включен, валы свободно
вращаются относительно друг друга. При включении электромагнита (при
подаче электрического тока) магнитная жидкость становится твердой и
жестко связывает валы, то есть позволяет передавать вращающий мо-
мент221. Другой вариант (рис. 5.236): магнитная жидкость 40 находится в
щели 38, образованной дисками 32 и 36, а электромагнит 34 находится на
оси вала 30 рядом с диском 32.
а) Вариант 1
10- ведущий цилиндр; 12 - ведомый
цилиндр; 14 - электромагнит;
18 - щель; 20 - магнитная жидкость;
50- неферромагнитное кольцо
6) Вариант 2
30- вал; 32 и 36- диск;
34- виток электромагнита;
38 - щель; 40 - магнитная
жидкость.
Рис. 5.23. Электромагнитная муфта с магнитной жидкостью.
Патент США 4 597 644
Представим это в вепольном виде по схеме (5.7)
221 Патент США 4 597 644.
248
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
5.2. Форсированный веполь
где
Bi - ведущий (входной) вал;
П1 - механическое поле (момент вращения);
В2 - ведомый (выходной) вал;
П2 - электрическое поле;
В3 - электромагнит;
П3 - магнитное поле;
В4 - магнитная жидкость.
5.2.3.2. Двойной форсированный веполь
Двойным сложно-форсированным веполем называется двой-
ной сложный веполь с использованием более управляемых веществ
и полей.
Пример 5.14. Обработка тонкостенных баллонов
Тонкостенные баллоны обрабатываются на токарном станке. При
этом баллон часто деформируется. Этот процесс описывается простым
веполем (5.8).
П,
„ (5.8)
В, >y/V-B2
где
Bj- баллон;
В2-резец;
Hi - сила резания (давления).
Резец (В2) воздействует на баллон (Bi) положительно (прямая стрел-
ка) - обрабатывает его, и отрицательно (волнистая стрелка) - деформирует
баллон.
Чтобы предотвратить это, используют противодействующее поле П2,
т. е. переходят к сложному (двойному) веполю по формуле (5.9).
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
249
Глава 5. Увеличене степени вепольности
П2
(5.9)
где П2 - давление внутри баллона.
Тонкостенные баллоны высокого давления обрабатывают посредством
снятия стружки. Чтобы предотвратить деформацию баллона, его предвари-
тельно закрывают заглушкой, затем его заполняют жидкостью под давле-
нием, равным рабочему, и герметизируют, после чего осуществляют обра-
ботку резанием (рис. 5.24)222.
Рис. 5.24. Обработка тонкостенных баллонов
Перейдем к более форсированному веполю. Посмотрим, какое
более управляемое поле может быть использовано. Например, тем-
пературное поле.
Пример 5.15. Обработка тонкостенных деталей
Способ обработки резанием тонкостенных деталей. В процессе реза-
ния деталь растягивают в продольном и поперечном направлениях. Для
этого внутрь детали помещают элемент-оправку (рис. 5.25), расширяющий-
ся при НАГРЕВАНИИ больше, чем материал детали223.
Следующий этап форсирования - оправку делают из биметалла, а да-
лее из металла с эффектом памяти формы.
222 А. с. 412 985.
223 А. с. 614 893.
250
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
5.2. Форсированный веполь
правка
------------------------------о
Рис. 5.25. Обработка тонкостенных деталей
Использование еще более управляемых полей, например маг-
нитного или электрического, можно осуществить, если использо-
вать магнитную или реологическую жидкости.
Пример 5.16. Тонкостенные баллоны
В баллон наливают магнитную или реологическую жидкости и с
помощью магнитного или электрического полей (соответственно) со-
здают необходимое давление внутри баллона (рис. 4.26).
Катушка индуктивности Баллон
Заглушка <к₽”,,
Магнитная жидкость
Рис. 5.26. Противодействие с помощь магнитной жидкости
Это примеры перехода к сложному форсированному веполю.
Рассмотрим общую схему закона увеличения степени вепольно-
сти (рис. 5.27).
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
251
Глава 5. Увеличене степени вепольности
5.2.4. Общая схема закона увеличения степени вепольности
И >мсмсмис слеяеии
дробления
(ложный
Двойной
веполь
Смешанный
веполь
Г
Цепной
Рис. 5.27. Общая схема закона увеличения степени вепольности
252
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Задачник
5.3. Самостоятельная работа
5.3. Самостоятельная работа
5.3.1. Вопросы для самопроверки
1. Дайте определение закона увеличения степени вепольности.
2. Опишите общую тенденцию развития веполей.
3. Что такое комплексный веполь?
4. Опишите виды комплексного веполя.
5. Что такое внутренний комплексный веполь?
6. Что такое внешний комплексный веполь?
7. Что такое комплексный веполь на внешней среде?
8. Что такое комплексный веполь на видоизмененной внешней
среде?
9. Что такое сложный веполь?
10. Опишите виды сложного веполя.
11. Что такое цепной веполь?
12. Что такое двойной веполь?
13. Что такое смешанный веполь?
14. Что такое форсированный веполь?
15. Что такое форсированное вещество?
16. Опишите закономерность увеличения степени управляемо-
сти веществом.
17. Что такое форсированное поле?
18. Опишите закономерность увеличения степени управляемо-
сти полей.
19. Что такое форсированная структура?
20. Опишите тенденции изменения структуры форсированного
веполя.
21. Что такое комплексный форсированный веполь?
22. Опишите виды комплексного форсированного веполя.
23. Что такое внутренний комплексный форсированный веполь?
24. Что такое внешний комплексный форсированный веполь?
25. Что такое комплексный форсированный веполь на внешней
среде?
26. Что такое комплексный форсированный веполь на видоиз-
мененной внешней среде?
27. Что такое сложный форсированный веполь?
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
253
Глава 5. Увеличене степени вепольности
28. Опишите виды сложного форсированного веполя.
29. Что такое цепной форсированный веполь?
30. Что такое двойной форсированный веполь?
31. Что такое смешанный форсированный веполь?
5.3.2. Темы докладов и рефератов
1. История развития вепольного анализа. Покажите изменения
в вепольном анализе.
2. Тенденции развития вепольного анализа.
3. Вепольный анализ будущего.
5.3.3. Выполните задания
1. Приведите примеры различных видов форсированных
веществ и полей.
1.1. Приведите примеры различных форсированных ве-
ществ
1.2. Приведите примеры различных форсированных полей.
2. Построить вепольные структуры решений в примерах.
Задачи и их разбор изложены в задачнике224.
3. Используйте вепольный анализ для решения задач по
вашей специальности.
224 Петров В. М. ТРИЗ. Теория решения изобретательских задач. Уровень 5.
Задачник. М: Солон-Пресс, 2018. - 212 с.: ил. (ТРИЗ от А до Я). ISBN 978-5-91359-
313-9
254
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
Глава 6. Стандарты на решение
изобретательских задач
Введение
1. Законы развития
систем
2. Переход к более
управляемым
полям
3. Увеличение сте-
пени дробления
4. Переход к КПМ
5. Увеличение сте-
пени веполыю-
сти
6. Стандарты
Заключение
Стандарт на решение изобре-
тательских задач - это правило
(или совокупность правил), позво-
ляющее на высоком уровне одно-
значно решать достаточно широ-
кий класс изобретательских задач.
Таким образом, стандарт дол-
жен удовлетворять трем услови-
ям:
1) он должен относиться к
широкому классу задач;
2) эти задачи должны решать-
ся совершенно одинаково и
3) решения должны быть обя-
зательно высокого уровня.
Г. С. Альтшуллер225
Содержание главы 6:
6.1. Обзор стандартов.
6.2. Класс 1. Построение и разрушение вепольных систем.
6.3. Класс 2. Развитие вепольных систем.
6.4. Класс 3. Переход к надсистеме и на микроуровень.
6.5. Класс 4. Стандарты на обнаружение и измерение систем.
6.6. Класс 5. Стандарты на применение стандартов.
6.7. Алгоритм применения стандартов.
225 Альтшуллер Г. С. Стандарты на решение изобретательских задач. Стандар-
ты 1-5. Баку, 1975. Рукопись. URL: http:/7w\v\v.altshiillcr.ni/triz'standardsl .asp.
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
255
Глава 6. Стандарты на решение изобретательских задач
6.1. Обзор стандартов
Известные типы изобретательских задач решаются использова-
нием информационного фонда (рис. 6.1) и, прежде всего, типовых
решений - стандартов на решение изобретательских задач, кото-
рые разработаны Г. С. Альтшуллером в 1975 году. Они представля-
ют собой взаимосвязанный комплекс приемов, физических или дру-
гих эффектов, имеющих определенную вепольную структуру. Это
своего рода формулы, по которым решаются задачи.
ЗАКОНЫ РАЗВИТИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ
ТРИЗ
Рис. 6.1. Структурная схема ТРИЗ для функции решения задач
Классификация стандартов основана на законах эволюции си-
стем и, прежде всего, на законе увеличения степени вепольности
(п. 5.1) и законах увеличения степени управляемости и динамично-
сти, законах перехода в надсистему и на микроуровне, законе согла-
сования.
Система стандартов, разработанная Г. С. Альтшуллером, содер-
жит 76 стандартов226. Она состоит из классов, подклассов и конкрет-
ных стандартов. Эта система включает 5 классов. Структура систе-
мы 76 стандартов показана на рис. 6.2.
226 Альтшуллер Г. С. Маленькие необъятные миры. Стандарты на решения изобре-
тательских задач. - Нить в лабиринте / Сост. А. Б. Селюцкий. - Петрозаводск: Ка-
релия, 1988. С. 165-230. URL: h 11 р://\v \ v u. a h s I ui 11c r. ni/1 г i //stand a rd s I. a s p.
256
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
6.1. Обзор стандартов
С помощью этой системы можно не только решать, но выявлять
новые задачи и прогнозировать развитие технических систем. Об-
щее направление изложения системы стандартов 1-го, 2-го и 4-го
классов описывается законом увеличения степени вепольности, по-
этому отдельные из стандартов этих классов были представлены ра-
нее при описании вепольного анализа в учебнике третьего уровня.
Пятый класс стандартов помогает идеализировать решение.
Для решения задач можно использовать алгоритм применения
стандартов (п. 6.7).
Опишем некоторые из них.
Рис. 6.2. Структура системы 76 стандартов на решение изобре-
тательских задач
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
257
Глава 6. Стандарты на решение изобретательских задач
6.2. Класс 1. Построение и разрушение вспольных
систем
6.2.1. Подкласс 1.1. Синтез веполей
Стандарты подкласса 1.1 (стандарты 1.1.1-1.1.5) в основном бы-
ли рассмотрены при изучении тенденций развития вепольного ана-
лиза227. Изложим их формулировки и кратко напомним их. Стандар-
ты 1.1.6-1.1.8 еще не рассматривались.
Главная идея этого подкласса четко отражена в стандарте 1.1.1:
для синтеза работоспособной технической системы необходимо - в
простейшем случае - перейти от невеполя к веполю. Нередко по-
строение веполя наталкивается на трудности, обусловленные раз-
личными ограничениями на введение веществ и полей.
Стандарты 1.1.2 - 1.1.8 показывают типичные обходные пути в
таких случаях.
Стандарт 1.1.1. Постройка веполя
Если дан объект, плохо поддающийся нужным изменениям, и
условия задачи не содержат ограничений на введение веществ и по-
лей, задачу решают синтезом веполя, вводя недостающие элементы.
Данный стандарт соответствует основному правилу вепольного
анализа - переходу от невепольных систем к вепольным (простому
веполю) и соответствует схеме (6.1).
П
В! -------► В! ◄----------- В2
Задача 6.1. Снятие коры с древесины
Условия задачи
Обычно кору древесины отделяют механически в специальных коро-
обдирочных барабанах или механическими инструментами, например то-
пором. При этом повреждается и сама древесина.
Необходимо предложить способ отделения коры от древесины, кото-
рый бы не портил древесину.
227 Учебник ТРИЗ. Уровень 3.
258 Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
6.2. Класс 1. Построение и разрушение вепольных систем
Разбор задачи
Система невепольная.
Систему необходимо достроить до вепольной. Достройка веполя за-
ключается во введении поля, воздействующего только на кору в направле-
нии ее отрыва от древесины.
Необходимо подобрать поле, которое может осуществить такое дей-
ствие.
Решение
Между корой и древесиной находится слой клеток (камбий), содержа-
щий большое количество влаги, вскипание которой может оторвать кору.
Вскипание можно осуществить с помощью вакуума или нагрева, например
токами высокой частоты. Таким образом, рекомендует использовать теп-
ловое поле.
Задача 6.2. Крепеж винта
Условия задачи
Как завернуть винт в труднодоступном месте?
Разбор задачи
Имеется винт и инструмент (отвертка или гаечный ключ).
Система невепольная, ее необходимо достроить до вепольной. До-
стройка веполя заключается во введении поля, соединяющего винт и ин-
струмент.
Необходимо подобрать поле, которое может осуществить их жесткое
соединение.
Решение
Это могут быть магнитное или вакуумное поля или поле механических
сил.
Стандарт 1.1.2. Внутренний комплексный веполь
Если дан веполь, плохо поддающийся нужным изменениям, и
условия задачи не содержат ограничений на введение добавок в
имеющиеся вещества, задачу решают переходом (постоянным или
временным) к внутреннему комплексному веполю, вводя в Bi или В2
добавки, увеличивающие управляемость или придающие веполю
нужные свойства. Этот стандарт описывается схемами (6.2), (6.3).
(6.2)
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
259
Глава 6. Стандарты на решение изобретательских задач
(Вь В3)----В2
(6.3)
Пример 6.1. Вживление электронных чипов
Появилась потребность идентифицировать животных, особенно доро-
гих.
Разработали чип (рис. 6.3), который вживляют в тело. В чипе записаны
все данные о животном и его хозяине. Информация считывается с помо-
щью специального прибора.
Рис. 6.3. Вживление электронных чипов
Пример 6.2. Самозаклеивающаяся шина
Английская компания Dunlop выпускает самозаклеивающую шину.
Внутри, на ободе шины равномерно размещаются несколько баллончиков с
клеем. При проколе шины из нее выходит воздух, один из баллончиков
получает удар и из него вытекает клей, который заклеивает место прокола.
Клей содержит жидкость, пары которой накачивают шину до прежнего
предела (рис. 6.4).
Рис. 6.4. Самозаклеивающаяся шина
228 URL: liltp:/7sovavt().org/novosti/plYusy-i-niiinisy-shin-riin-ilal.
260
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
6.2. Класс 1. Построение и разрушение вепольных систем
Компания Continental запатентовала шину с технологией ContiSeal™.
На внутреннюю поверхность шины (над протектором) наносится за-
щитный слой из полужидкого полимера, который заполняет собой отвер-
стие в шине диаметром до 5 мм или обволакивает тот предмет (например,
гвоздь), который стал виновником прокола (рис. 6.5).
Стандарт 1.1.3. Внешний комплексный веполь
Если дан веполь, плохо поддающийся нужным изменениям, а
условия задачи содержат ограничения на введение добавок в имею-
щиеся вещества В/ или В2, задачу решают переходом (постоянным
или временным) к внешнему комплексному веполю, к Вщли В2 внеш-
нее Вз, увеличивающее управляемость или придающее веполю нуж-
ные свойства. См. схемы (6.4), (6.5).
(6.4)
(6.5)
229 URL: httn:/Avww.c()ntincntal.ni>;car/techtiol<)gy/extended-mobility-
main/contiscal
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
261
Глава 6. Стандарты на решение изобретательских задач
В задаче 3.22 мы рассмотрели двухслойные хирургические перчатки.
Между слоями помещают микрокапсулы с антимикробными и антивирус-
ными веществами. Эти капсулы лопаются при разрыве или слишком силь-
ном натяжении резины230.
Пример 6.3. Экзоскелет
Экзоскелет прикрепляется к телу человека, помогает ему быстрее и
легче передвигаться, нести больший груз, легче выполнять любые физиче-
ские нагрузки. Он может использоваться в медицине, например для восста-
новления утраченных функций, при выполнении тяжелых работ, в военных
целях, например для более эффективного выполнения функций солдата, и
т. д.
Стандарт 1.1.4. Веполь на внешней среде
Если дан веполь, плохо поддающийся нужным изменениям, а
условия задачи содержат ограничения на введение в него или присо-
единение к нему веществ, задачу решают достройкой веполя, ис-
пользуя в качестве вводимого вещества имеющуюся внешнюю среду.
См. схемы (6.6), (6.7).
(6.6)
(6.7)
Пример 6.4. Кабель
Кабельная обмотка, которая набухает при контакте с водой, выполняет
функцию уплотнения. Набухание происходит за счет суперабсорбирующе-
го порошка231.
230 Патент США 5 024 852.
231 Патент США 5 298 284.
262
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
6.2. Класс 1. Построение и разрушение вепольных систем
Пример 6.5. Мускулы на пару
Ученые Массачусетского технологического университета создали по-
лимерную пленку, которая работает как искусственная мышечная ткань: по-
глощая водяные пары, она сокращается. Такая пленка весом 25 мг позволяет
поднять груз в 380 раз большего веса. Эта полимерная мышца имеет трех-
слойную конструкцию. Средний слой образован полипирролом, который
создает гибкую матрицу. Два краевых слоя представляют собой мягкий гель
из борат-полиола-полимера, который меняет свою форму при поглощении
воды. Если пленку толщиной 20 микрон положить на слегка влажную по-
верхность, то нижний её слой, впитав влагу, разбухает и пленка искривляет-
ся. Потеряв контакт с влажной поверхностью, этот слой испаряет влагу и
пленка выпрямляется. Цикл многократно повторяется. Если пленку соеди-
нить с пьезоэлектриком, то можно получить электрическую энергию232.
Стандарт 1.1.5. Веполь на внешней среде с добавками
Если внешняя среда не содержит веществ, необходимых для
построения веполя по стандарту 1.1.4, это вещество может быть
получено заменой внешней среды, ее разложением или введением в
нее добавок. См. схемы (6.8) - (6.10).
(6.8)
(6.9)
(6.10)
232 Популярная механика, 2013, № 3. С. 22.
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
263
Глава 6. Стандарты на решение изобретательских задач
Пример 6.6. Коптильная среда
При копчении рыбных и мясных продуктов создают коптильную сре-
ду. Коптильный препарат получают путем насыщения воды компонентами
дыма и очищают от смолистых веществ.
В предлагаемом изобретении дополнительно в коптильную среду
вносятся растительные добавки в виде спиртового раствора лекарствен-
ных растений, например элеутерококка, женьшеня или лимонника в
очень малых количествах (коптильная жидкость: спиртовой раствор
1: 0,001-0,049)233.
Пример 6.7. Самоочищающиеся здания
Алюминиевая обшивка зданий покрывается двуокисью титана, кото-
рая под действием солнечных лучей начинает испускать свободные ради-
калы. Эти радикалы разлагают налипшую на стены копоть, а также преоб-
разуют рассеянные в воздухе ядовитые молекулы окиси азота в безвредные
нитраты. Все отходы этого процесса смываются дождем234.
Стандарт 1.1.6. Минимальный режим
Если нужен минимальный (дозированный, оптимальный) ре-
жим действия, а обеспечить его по условиям задачи трудно или не-
возможно, надо использовать максимальный режим, а избыток
убрать.
При этом избыток поля убирают веществом, а избыток веще-
ства полем.
Избыточное действие обозначено двумя стрелками:
(6.П)
(6.12)
233 Патент РФ 2 220 578.
234 Популярная механика, 2013, № 1. С. 48.
264
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
6.2. Класс 1. Построение и разрушение вепольных систем
Пример 6.8. Оплодотворение яйцеклетки
Во время эякуляции (мужского семяизвержения) мужчина производит
250 млн сперматозоидов, но оплодотворяет яйцеклетку только один.
В результате эволюции был выработан механизм естественного отбо-
ра, в результате которого выбирается самый активный и самый сильный
сперматозоид.
При естественном половом акте сперма мужчины попадает во влага-
лище женщины. Мужская сперма для женского организма - чужеродный
объект, поэтому он будет атаковать ее. Иммунная система старается уни-
чтожить чужеродный элемент. Борьба начинается еще во влагалище. Во
влагалище повышенная кислотность (pH около 4). Это первая атака с по-
мощью химического поля.
Самые активные сперматозоиды находятся в центре потока, их «за-
щищают» более пассивные, окружающие их, а самые подвижные движутся
к шейке матки и дальше, в матку.
Спустя два часа после эякуляции большая часть сперматозоидов поги-
бает во влагалище.
Таким образом, пассивные сперматозоиды уже выполнили свою за-
щитную функцию.
Шейка матки заполнена шеечной (цервикальной) слизью, которая яв-
ляется барьером для проникновения микроорганизмов из влагалища в мат-
ку, но она также препятствует проникновению сперматозоидов в матку.
Наиболее активна она по периферии. Это еще один барьер естественного
отбора. Его проходят только сильнейшие.
Для успешного зачатия в матку должно проникнуть не менее 10 млн
сперматозоидов.
Из матки сперматозоиды проникают в маточные, или фаллопиевы,
трубы, где движутся против потока жидкости, так как поток создан для
движения яйцеклетки из яичника к матке. Кроме того, выстоявшие в потоке
сперматозоиды попадают в мягкие стенки фаллопиевой трубы, где выжи-
вают сильнейшие, которые ожидают сигнала от яйцеклетки.
Таким образом, это дополнительное препятствие движению спермато-
зоидов к яйцеклетке.
При получении сигнала от яйцеклетки, движущейся по трубе к матке,
оставшиеся сперматозоиды устремляются к яйцеклетке и пытаются про-
бить плотную белковую оболочку. При этом многие из оставшихся сперма-
тозоидов погибают. Наконец один пробивает оболочку и попадает в яйце-
клетку. Если проникнет еще один сперматозоид, то яйцеклетка погибнет. В
связи с этим в процессе эволюции был выработан механизм защиты яйце-
клетки. Под ее оболочкой имеются микрогранулы, которые при попадании
сперматозоида взрываются, и яйцеклетка становится непроницаемой.
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
265
Глава 6. Стандарты на решение изобретательских задач
Задача 6.3. Зарядка батарей
Условия задачи
Зарядка батарей происходит в течение нескольких часов. Как значи-
тельно ускорить этот процесс?
Разбор задачи
Использовать стандарт 1.1.6.
Решение
Израильская стартап-компания StoreDot разработала батареи, которые
быстро заряжаются. Она использовала технологию, основанную на иссле-
дованиях болезни Альцгеймера, проводившихся в Тель-Авивском универ-
ситете. Ученые выяснили, что пептиды (вещества, молекулы которых по-
строены из двух и более остатков аминокислот) можно использовать в ка-
честве органической батареи. Из этих молекул ученые смогли получить
нанокристаллы, которые можно использовать в качестве полупроводников.
Принцип зарядки основан на использовании квантовых точек — фрагмен-
тов проводника или полупроводника, настолько крохотных, что на них
начинают проявляться квантовые эффекты. Разработчики создали электро-
ды нового типа, получившие название MFE - Multi Function Electrod235.
Зарядка батареи для смартфона занимает 30 сек., а аккумуляторов
электромобиля - 5 мин. После этого автомобиль может пройти 300 миль.
Стандарт 1.1.7. Максимальный режим
Если нужно обеспечить максимальный режим действия на ве-
щество, а это по тем или иным причинам недопустимо, макси-
мальное действие следует сохранить, но направить его на другое
вещество, связанное с первым:
Пример 6.9. Осьминог
Осьминог для отвлечения внимания хищника выбрасывает чернильное
облако.
235 Патент США 9 225 187.
266
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
6.2. Класс 1. Построение и разрушение вепольных систем
Задача 6.4. Получение знаний
Условия задачи
Человеку желательно знать всю информацию, которая имеется, но он
не способен все воспринять. Как быть?
Разбор задачи
Использовать стандарт 1.1.7.
Решение
Вся информация имеется в Интернете, и по мере необходимости ее по-
лучают из Интернета.
Задача 6.5. Наилучшие качества
Условия задачи
Природе пришлось решать задачу, как сделать человека с наилучшими
качествами.
Заранее неизвестно, какие качества лучше. Значит нужно попробовать
все, но этим можно и погубить испытуемый объект (человека).
Как поступить природе?
Разбор задачи
Использовать стандарт 1.1.7.
Решение
Как всегда, природа поступает мудро. Весь набор качеств был заложен
в геноме мужчины. Они были самые умные и самые дураки, самые добрые
и самые злые, самые сильные и самые слабые и т. д. Природа испытывала
эти качества и наилучшие передавала в геном женщины, поэтому среди
женщин нет самых гениальных и самых дурных. Таким образом поисходит
эволюция человека. Следующему поколению передаются только самые
устойчивые хорошие качества.
Стандарт 1.1.8. Максимальный режим
Если нужен избирательно-максимальный режим (максималь-
ный режим в определенных зонах при сохранении минимального в
других), поле должно быть либо максимальным, либо минимальным.
1.1.8.1. Введение защитного вещества
В первом случае в места, где необходимо минимальное воздей-
ствие, вводят защитное вещество.
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
267
Глава 6. Стандарты на решение изобретательских задач
Пример 6.10. Защитное покрытие
Для защиты металлов от коррозии их никелируют.
Однако при появлении механических дефектов (трещин, царапин) в
подобных покрытиях начинается активная коррозия металла.
Один из путей совершенствования покрытия заключается во внедре-
нии жидкого ингибитора коррозии в структуру покрытия для предотвраще-
ния взаимодействия с окружающей средой. Для исключения преждевре-
менного воздействия ингибитор коррозии заключают в инертную оболоч-
ку, то есть формируют микрокапсулы с определенными свойствами236.
Пример 6.11. Избирательное подавление шума
Подавляется только тот шум, который не нужен, и только в том месте,
где он не нужен237.
1.1.8.2. Введение вещества, дающего локальное поле
Во втором - в места, где необходимо максимальное воздей-
ствие, вводят вещество, дающее локальное поле, например тер-
митные составы - для теплового воздействия, взрывные составы -
для механического воздействия.
max
Пример 6.12. Отливки
В процессе остывания отливки возникают внутренние напряжения,
приводящие к трещинам. Это происходит из-за быстрого остывания. Чтобы
продлить процесс остывания, отливки покрывают экзотермической смесью.
Она возгорается от температуры горячей отливки и длительное время под-
держивает необходимое тепло.
Задача 6.6. Плодовые мушки
Условия задачи
Плодовые мушки, например дрозофилы, хотят максимально распро-
страняться, но и самцов других пород достаточно много. Самки сохраняют
сперму от самцов, с которыми они спариваются, для позднего использова-
ния. Как самцу дрозофилы победить их?
236 Патент WO 2017/003272.
237 Патент США 9 431 001.
268
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
6.2. Класс 1. Построение и разрушение вепольных систем
Разбор задачи
Использовать стандарт 1.1.8.2.
Решение
Сперма самца дрозофилы содержит яд, разрушающий другую сперму.
6.2.2. Подкласс 1.2. Разрушение веполей
Стандарты подкласса 1.2 рассматривались в п. 5.4.
Стандарт 1.2.1. Устранение вредной связи введением В3
Если между двумя веществами в веполе возникают сопряжен-
ные - полезное и вредное - действия (причем непосредственное со-
прикосновение веществ сохранять необязательно), задачу решают
введением между двумя веществами постороннего третьего веще-
ства, дарового или достаточно дешевого. См. схему (6.16).
(6.16)
Эффект безызносности - типичный пример на этот стандарт (п. 2.3.2).
Пример 6.13. Операции на сердце
Иногда при сложной операции хирургам не хватает времени на ее за-
вершение и такая операция кончается летальным исходом пациента.
Необходимо замедлить все процессы в организме. Раньше это делали с
помощью холодных ванн, но охлаждение шло достаточно медленно.
Инженеры из США разработали ледяную гидросмесь (Ice Slurry),
представляющую собой специальный лед в виде микрошариков диаметром,
равным человеческому волосу (рис. 6.6а). Такие шарики не смерзаются.
Благодаря указанным свойствам, эта масса обладает подвижностью воды
(шарики скользят друг относительно друга).
Этой смесью предложили охлаждать легкие, вводить в кровь или об-
кладывать отдельные органы.
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
269
Глава 6. Стандарты на решение изобретательских задач
a) Ice Slurry б) Охлажденная кровь поступает в мозг
Рис. 6.6. Жидкий лед Ice Slurry
Пример 6.14. Сварка алюминия
Алюминий плохо сваривается из-за тугоплавкой окисной пленки,
быстро образующейся на его поверхности.
Разработали раствор для сварки, устраняющий пленку. Он состоит из
ортофосфорной кислоты, фосфата алюминия и гидрата окиси алюминия238.
Стандарт 1.2.2. Устранение вредной связи введением видо-
измененных Bi и / или В2
Если между двумя веществами в веполе возникают сопряжен-
ные - полезное и вредное - действия, причем непосредственное со-
прикосновение веществ сохранять необязательно, а использование
посторонних веществ запрещено или нецелесообразно, задачу ре-
шают введением между двумя веществами третьего, являющегося
их видоизменением. См. схему (6.17).
В3- Bj, в2
В3= В 1, В2
(6.17)
238 А. с. 1 019 020.
270
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
6.2. Класс 1. Построение и разрушение вепольных систем
Задача 6.7. Ковш экскаватора
Условия задачи
Днище ковша экскаватора подвержено сильному износу из-за трения о
него грунта и камней при наполнении ковша и при выгрузке.
Как предотвратить износ днища ковша?
Разбор задачи
Использовать стандарт 1.2.2.
В качестве прослойки использовать транспортируемый материал
(грунт, камни и т.п.).
Решение
К днищу со стороны грунта приварить невысокие редкие поперечные
ребра, разделяющие дно на ячейки. При выгрузке в этих ячейках застрева-
ют мелкие кусочки грунта, образуя как бы предохранительный слой над
днищем. Кроме того, ребра увеличивают жесткость днища, что позволяет
сделать его из более тонкого листа.
Пример 6.15. Очистка газов
Отводящиеся печные газы тепловых электростанций необходимо очи-
щать от кислых компонентов, в частности от сернистого ангидрида.
Аналогичная проблема возникает с очисткой щелочных сточных вод
при помощи шлакозолоудаления.
Предлагается для повышения степени очистки проводить адсорбцию
кислых компонентов газа щелочными сточными водами.
Объединение двух вредных веществ в одну систему позволяет изба-
- 239
виться от вредного действия этих веществ .
Стандарт 1.2.3. «Оттягивание» вредного действия
Если необходимо устранить вредное действие поля на веще-
ство, задача может быть решена введением второго элемента,
оттягивающего на себя вредное действие поля. Схема (6.18).
П! П,
'Ч (6.18)
Bj В1 В2
Пример 6.16. Предохранитель
При резком увеличении тока в сети провод может перегореть. Чтобы
этого не произошло, используют предохранитель, который может быть од-
239 А. с. 738 645.
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
271
Глава 6. Стандарты на решение изобретательских задач
норазовый (плавкий предохранитель) или многократного использования -
автомат.
Пример 6.17 Молниеотвод
Молниеотвод предохраняет здание от попадания в них молнии. Мол-
ния попадает в молниеотвод и отводит молнию в землю.
Стандарт 1.2.4. Противодействие вредным связям с помо-
щью П2
Если между двумя веществами в веполе возникают сопряжен-
ные - полезное и вредное - действия, причем непосредственное со-
прикосновение веществ - в отличие от стандартов 1.2.1 и 1.2.2 -
должно быть сохранено, задачу решают переходом к двойному
веполю, в котором полезное действие остается за полем П], а
нейтрализацию вредного действия (или превращение вредного дей-
ствия во второе полезное действие) осуществляет ГЬ. См. схе-
му (6.19).
П2
Пример 6.18. Защита от радиоволн
Нейл Баллок (Neil Bullock) изобрел накидку для будущих мам, защи-
щающую плод от электромагнитного излучения большинства электриче-
ских приборов: радары, микроволновые печи, радио и телевизоры, мобиль-
ные телефоны и т.д. Накидка, которую автор назвал Mummy Wrap, сделана
из хлопковой ткани с добавлением меди и выполнена в виде блузки без
рукавов (рис. 6.7). Отражение электромагнитных волн от блузки схематич-
но показано на рис. 6.7а, а на рис. 6.76 показан ее внешний вид.
272
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
6.2. Класс 1. Построение и разрушение вепольных систем
Рис. 6.7. Накидка от радиоволн MummyWrap
б) Накидка для будущих мам
Пример 6.19. Подавление шума
Подавление шума происходит за счет улавливания шума и подачи его
в противофазе. Шум складывается с точно таким, но противоположным
ему шумом и уничтожается240.
Стандарт 1.2.5. «Отключение» магнитных связей
Если надо разрушить веполь с магнитным полем, задача мо-
жет быть решена с применением физэффектов, «отключающих»
ферромагнитные свойства веществ, например, размагничиванием
при ударе или при нагреве выше точки Кюри.
(6.20)
240 Патент США 2004/0066940.
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
273
Глава 6. Стандарты на решение изобретательских задач
Задача 6.8. Паяльник
Условия задачи
При пайке электронных компонентов часто необходимо поддерживать
постоянную температуру. Это требует использования дорогостоящей аппа-
ратуры. Как быть?
Разбор задачи
Задача решается по стандарту 1.2.5. Представим эту задачу в соответ-
ствии со схемой (6.20). см. (6.21).
(6.21)
Решение
Постоянную температуру паяльника можно поддерживать, если нако-
нечник (жало) паяльника покрыть ферромагнитным материалом с точкой
Кюри, равной температуре плавления припоя. При достижении температу-
ры точки Кюри, ферромагнитное покрытие теряет свои магнитные свойства
и нагрев сердечника прекращается. При снижении температуры ферромаг-
нитные свойства восстанавливаются, и нагрев возобновляется. Таким обра-
зом, происходит автоматическое поддержание температуры жала паяльни-
ка в определенном интервале без использования термодатчика и управля-
ющей электроники. Нагрев осуществляется индукционным способом с по-
мощью катушки индуктора.
6.3. Класс 2. Развитие вепольных систем
6.3.1. Подкласс 2.1. Переход к сложным веполям
Стандарт 2.1.1. Цепные веполи
Если нужно повысить эффективность вепольной системы, за-
дачу решают превращением одной из частей веполя в независимо
управляемый веполь и образованием цепного веполя. См. схему (6.22).
274
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
6.3. Класс 2. Развитие вепольных систем
Пример 6.20. Автоматическая система голосования
Система включает в себя необходимое количество одинаковых эле-
ментов системы, соответствующее участкам голосования, связанных между
собой241.
Пример 6.21. Ультразвуковой скальпель
Ультразвуковые технологии достаточно широко применяются в меди-
цине. Но существует проблема фокусировки луча в малой области. Опто-
акустический преобразователь, разработанный в Мичиганском университе-
те, содержит фокусировочный элемент из упругого полимера, покрытого
слоем углеродных нанотрубок, которые поглощают лазерное излучение и
преобразуют его в тепло. Под действием этого тепла полимерный элемент
расширяется, генерирует и фокусирует в очень узкую область (75 мкм в
поперечнике и 400 мкм по оси) ультразвуковой пучок частотой 15 МГц,
создавая в ней зону кавитации с амплитудой давления более 50 МПа. Такой
«ультразвуковой скальпель» позволит проводить более точные медицин-
ские операции, чем традиционные инструменты242.
Стандарт 2.1.2. Двойные веполи
Если дан плохо управляемый веполь и нужно повысить его эф-
фективность, причем замена элементов этого веполя недопустима,
задача решается постройкой двойного веполя путем введения вто-
рого поля, хорошо поддающегося управлению. См. схему (6.23).
п, П!
П2
Пример 6.22. Самоподдерживающийся генератор электроэнергии
Электрические колебания в металлической «внутренней катушке» ис-
пускают индуктивные фотоны по направлению к одной или нескольким
241 Патент WO 2007/084026.
242 Популярная механика, 2013, № 3. С. 26.
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
275
Глава 6. Стандарты на решение изобретательских задач
«усиливающим катушкам», состоящим из фотопроводника, металлического
проводника с легированным полупроводниковым покрытием, или сверх-
проводника.
Электроны, обладающие малой инерциальной массой в усиливающей
катушке(-ах), получают из «промежуточной катушки» поперечную силу, не
имеющую противодействующей силы, что исключает эту силу из закона
сохранения энергии. Электроны с малой массой в «усиливающей катуш-
ке(-ах)» получают повышенное ускорение, пропорциональное отношению
нормальной массы электрона к меньшей массе.
Вторично испускаемая энергия индуктивных фотонов увеличивается
пропорционально повышенному ускорению электронов, возводится в квад-
рат. К примеру, коэффициент усиления индуктивной энергии фотоэлектро-
нов селенида кадмия (CdSe), в котором нормальная масса электрона со-
ставляет 0,1 Зх, равен 59х.
Усиленная энергия индуктивных фотонов из «усиливающей катушки»
возбуждает колеблющуюся электрическую энергию в одной или несколь-
ких металлических «выходных катушках». Выходная электроэнергия пре-
вышает входную, если большая часть усиленной энергии индуктивных фо-
тонов направлена на выходные катушки, а не на промежуточную катушку в
качестве противодействующей силы.
После того как внешний источник энергии начинает возбуждать коле-
бания, возврат избыточной энергии делает устройство самоподдерживаю-
щимся генератором электроэнергии, который можно использовать для по-
-243
лезных целей .
243 Патент США 2007/0007844, 2012/0080888, 2014/0159845, ЕР 2505807. Self-
Sustaining electric-power generator utilizing electrons of low inertial mass to magnify
inductive energy.
276 Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
6.3. Класс 2. Развитие вепольных систем
Рис. 6.8. Самоподдерживающийся генератор электроэнергии.
Патент США 2012/0080888
Задача 6.9. Дрон
Условия задачи
Дроны сегодня используются не только для выполнения полезных опе-
раций, но и таких, как контрабандная доставка наркотиков и других предме-
тов в места лишения свободы, полеты над военными объектами и т. д.
Как не допустить это?
Разбор задачи
Использовать стандарт 2.1.2.
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
277
Глава 6. Стандарты на решение изобретательских задач
Решение
Компания Department 13 разработала устройство перехвата управления
беспилотниками Mesmer. Оно получает доступ к протоколам связи дронов,
как это было предложено Defense Advanced Research Projects Agency
(DARPA), используя при этом радиочастоты и технологию Bluetooth. Эта
система подвергает дроны принудительной посадке.
Антидрон-технология может захватывать данные телеметрии и видео,
передаваемые обратно оператору. Это также потенциальная возможность
идентификации244.
6.3.2. Подкласс 2.2. Форсирование веполей
Стандарты подкласса 2.2 представляет собой механизмы испол-
нения законов увеличения степени управляемости и динамичности.
Стандарт 2.2.1. Переход к более управляемым полям
Если дана веполъная система, ее эффективность может быть
повышена заменой неуправляемого (или плохо управляемого) рабоче-
го поля управляемым (хорошо управляемым) полем, например, заме-
ной гравитационного поля механическим, механического - электри-
ческим и т. д. Эта закономерность показана на рис. 2.1.
1Жграв 11мех 11темп 11маг 11эл *>011
Пример 6.23. Светильник
Хемилюминесценция использована фирмой «Ремингтон Армс
(Remington Arms)» для создания лампы, в которой свечение возникает при
воздействии кислорода воздуха на некоторые химические активные веще-
ства245.
Пример 6.24. Компьютерная мышка
В компьютерной мышке механическое движение шарика, который
позволял отследить за движением руки, заменили считыванием информа-
ции с помощью лазера.
244 URL: https://\vww.sccurity-nc\vs.today/5-innovatsij-bcspilotnikov-v-sfcre-
zashhitv-bc/opasnosti.
245 Патент США 3 720 823, 3 558 502.
278
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
6.3. Класс 2. Развитие вепольных систем
Стандарт 2.2.2. Дробление В2
Если дана веполъная система, ее эффективность может быть
повышена путем увеличения степени дисперсности (дробления) ве-
щества, играющего роль инструмента. Эта закономерность показа-
на на рис. 3.1.
(6.25)
Пример 6.25. Компьютерные вычисления
Обширные вычисления (например, в области астрономии) могут вы-
полняться значительно быстрее, если их разбить и обработать на многих
компьютерах, даже если используется только время простоя.
Пример 6.26. Режущий инструмент
Компания Iscar (Израиль) выпускает режущие инструменты с заменя-
емой режущей частью (рис. 6.9а), имеющей несколько режущих граней.
Когда одна грань затупляется, то режущую часть поворачивают другой
гранью. После того как затупляются все грани, заменяют режущую часть, а
не весь инструмент. Iscar выпускает токарные резцы (рис. 6.96), фрезы
(рис. 6.9в), сверла (рис. 6.9г).
б) Резец
в) Фреза
г) Сверло
а) Режущая
часть
Рис. 6.9. Режущие инструменты фирмы Iscar
Стандарт 2.2.3. Переход к капиллярно-пористым веществам
(КПМ). Эта тенденция изложена в главе 4.
КПМ КПМ* КПМ+В КПМ+В+Эф
(6.26)
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
279
Глава 6. Стандарты на решение изобретательских задач
Пример 6.27. Защита насаждений от заморозков
Растения и посевы покрывают полимерной «шубой» из пены, защищая
их от заморозков. Она безвредна для растений, долго держится, хорошо
защищает почву от мороза, а при необходимости без затруднений смывает-
-246
ся водой .
Пример 6.28. Металлическая микрорешетка
Команда ученых из университета Калифорнии в Ирвине, лаборатории
HRL и Калифорнийского технологического института разработали синте-
тический пористый металлический материал. Это сверхлегкая форма пено-
металла, который имеет малую плотность вплоть до 0,9 мг/см3 - самую
низкую для твёрдого вещества. До этого самой низкой плотностью облада-
ли аэрогели - 1,0 мг/см3.
Материал практически полностью восстанавливает себя после сильно-
247
го сжатия .
Стандарт 2.2.4. Динамизация
Если дана веполъная система, ее эффективность может быть
повышена путем увеличения степени динамизации, то есть перехо-
да к более гибкой, быстро меняющейся структуре системы. Закон
увеличения степени динамичности изложен в учебнике246 247 248, а законо-
мерность дробления - в главе 3.
Пояснения.
1. Треугольным символом с волнистой линией обозначена дина-
мичная вепольная система, перестраивающаяся в процессе работы.
2. Динамизация В2 чаще всего начинается с разделения В2 на
две шарнирно соединенные части. Далее динамизация идет по
линии: один шарнир - много шарниров - гибкое В2.
246 А. с. 317 364.
247 Металлическая микрорешетка - Материал из Википедии.
248 Петров В. М. Теория решения изобретательских задач - ТРИЗ: учебник по
дисциплине «Алгоритмы решения нестандартных задач». М: Солон-Пресс, 2017. —
500 с.: ил. ISBN: 978-5-91359-207-1.
280
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
6.3. Класс 2. Развитие вепольных систем
3. Динамизация П в простейшем случае осуществляется пере-
ходом от постоянного действия поля (или П совместно с В2) к
импульсному действию.
Пример 6.29. Тренировка спортсменов
Предлагается интерактивный способ тренировки спортсменов, напри-
мер футболистов.
За команду противника «играют» изображения, создаваемые излучате-
лями света, установленными на дронах, летающих над игровым полем по
- 249
заданной тренером программе, создавая определенные ситуации .
Пример 6.30. Управление амортизатором
На горных велосипедах имеется система автоматического управления
амортизатором, подстраивающаяся под конкретные условия дороги. В гид-
роцилиндре установлены пьезоэлектрические датчики для управления по-
током жидкости в гидроцилиндре, тем самым они автоматически управля-
ют степенью амортизации249 250.
2.2.4.1. Использование фазовых переходов
Эффективная динамизация системы может быть осуществле-
на за счет использования фазовых переходов первого рода (напри-
мер, замерзание воды или таяние льда) или второго рода (например,
эффект «памяти формы»).
Задача 6.10. Радиолокационная станция
Условие задачи
Имеется мощная радиолокационная станция (РЛС) с довольно массивной
антенной большой площади. Антенна закреплена на валу, но поворачивается
на нем очень редко и потому не имеет привода, а разворачивается вручную.
После разворота антенна на валу крепится с помощью фиксирующего устрой-
ства и болтового соединения. Усилия для удержания массивной антенны на
валу нужны значительные, и поэтому приходится болты затягивать достаточно
сильно, но из-за сильной затяжки вал деформируется и повернуть его в следу-
ющий раз становится практически невозможным. Как быть?
Разбор задачи
Использовать стандарт 2.1.2.
249 Патент РФ2 614 634.
250 Патент США 5 996 745.
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
281
Глава 6. Стандарты на решение изобретательских задач
Решение
Вал удерживается в легкоплавком веществе, которое расплавляется
при развороте. В изобретении догадались на конце вала сделать поплавок.
Тогда в расплавленном состоянии жидкость будет поддерживать антенну и
ее будет легче выставлять в новое положение251 252.
Пример 6.31. Болтовое соединение
Способ изготовления болтового соединения, преимущественно для ра-
боты в условиях вибраций, включает нанесение на рабочую часть заготов-
ки болта материала с эффектом памяти формы (ЭПФ) типа нитинол. После
нанесения нитинола производится накатка резьбы при температуре мартен-
ситных превращений (-150 °C) и сборка конструкции. После сборки узла
болтового соединения осуществляют его кратковременный нагрев до тем-
пературы (80-120) °C до возникновения между резьбовой частью болта,
покрытой нитинолом, и резьбовой частью соединяемых элементов прессо-
вой посадки, надежно работающей в условиях вибраций. В случае необхо-
димости в болтовом соединении с болтом, покрытым нитинолом, исполь-
зуют обычную гайку с резьбой, при нагреве которой обеспечивается соеди-
нение по прессовой посадке.
В результате повышается надежность болтового соединения, работа-
ющего в условиях вибрации, и снижается вес конструкции (рис. 6.10)252.
Рис. 6.10. Болтовое соединение. Патент РФ 2 256 108
1 - болт; 2 - слой нитинола; 3,4- соединяемые детали.
Стандарт 2.2.5. Структуризация полей
Если дана веполъная система, ее эффективность может быть
повышена переходом от полей однородных или имеющих неупорядо-
251 А. с. 470 095.
252 Патент РФ 2 256 108.
282
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
6.3. Класс 2. Развитие вепольных систем
ценную структуру к полям неоднородным или имеющим определен-
ную пространственную структуру (постоянную или переменную):
(6.28)
Пояснения.
Значок # над буквой П указывает, что поле имеет
определенную пространственно-временную структуру.
Пример 6.32. Осаждение капель пара
Для охлаждения теплой воды применяются градирни. Пар подается в
градирню, проходя по трубе градирни, конденсируется и стекает в виде
струек вниз, тем самым отдавая тепло стенкам градирни, которое может
использоваться в дальнейшем. Однако часть пара выбрасывается в атмо-
сферу. Особенно подвижны аэрозоли с малым размером частиц.
Для удержания этих частиц в градирне создаются стоячие волны. Сто-
ячие волны получают генерацией акустический волн, направленных к
стенкам градирни и отраженных от стенок волн.
Капли воды соединяются и стекают по стенкам градирни.
Таким образом, полностью используется имеющееся тепло253.
Пример 6.33. Изменение атмосферных условий
Активное воздействие на атмосферные процессы с целью вызывания
осадков. Воздействуют на атмосферу над заданным районом электромаг-
нитным излучением в виде импульсов в момент времени, когда заданный
район оказывается в соответствующем ему центре ночной стороны Земли
(рис. 6.1 1)254.
253 Патент РФ 2 360 198.
254 Патент РФ 2 058 071.
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
283
Глава 6. Стандарты на решение изобретательских задач
Рис. 6.11. Изменение атмосферных условий. Патент РФ 2 058 071
1 - генератор; 2 - излучатель; 3 - механизм поворота излучателя; 4 -
луч; 5 - поверхность Земли; 6 -- слой ионосферы; 7 - заданный район.
2.2.5.1. Пространственная структура поля
Если веществу, входящему в веполь (или могущему войти),
должна быть придана определенная пространственная структу-
ра, то процесс следует вести в поле, которое имеет структуру,
соответствующую требуемой структуре вещества:
(6.29)
Пример 6.34. Обработка металлических материалов
Обработку выполняют от источника постоянного тока в жидкой токо-
проводящей рабочей среде с регулированием длительности импульса тока. В
качестве жидкой токопроводящей рабочей среды используют реологическую
жидкость. Длительность импульса тока регулируют вязкостью рабочей сре-
ды. Длительность пауз между импульсами тока регулируют по времени вос-
становления максимального тока в импульсе. Изобретение позволяет повы-
сить производительность, точность обработки, расширить технологические
возможности электрохимического процесса в пульсирующем токе255.
255 Патент РФ 2 216 437.
284
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
6.3. Класс 2. Развитие вепольных систем
2.2.5.2. Использование стоячих волн
Если надо перераспределить энергию поля, например с целью
концентрации, или, наоборот, создать зоны, где действие поля не
проявляется, следует перейти к использованию стоячих волн.
Пример 6.35. Оборудование для скважин
Механические примеси вредно влияют на работу оборудования в
скважине.
Для снижения этого вредного влияния создаются акустические стоя-
чие волны. Для создания акустических колебаний используют магнито-
стрикционное оборудование, требующее подвода электричества при помо-
щи кабеля и генератора ультразвуковых частот.
В предлагаемом устройстве предлагается преобразовывать низкие ча-
стоты от работы оборудования с помощью четвертьволновых резонато-
ров256 257.
Пример 6.36. Хроматограф
Принцип функционирования хроматографа состоит в том, что по всей
хроматографической колонке внутри нее или на ее стенках создают перио-
дическую последовательность стоячих волн колебаний с длиной волны,
сопоставимой (и менее) с размером поперечного сечения хроматографиче-
ской колонки, после чего анализируемую пробу пропускают через создан-
257
ную последовательность стоячих волн .
Стандарт 2.2.6. Структуризация веществ
Если дана вепольная система, ее эффективность может быть
повышена переходом от веществ однородных или имеющих неупо-
рядоченную структуру к веществам неоднородным или имеющим
определенную пространственную структуру (постоянную или вре-
менную):
(6.30)
256 Патент РФ 2 260 117.
257 Патент РФ 2 156 457.
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
285
Глава 6. Стандарты на решение изобретательских задач
Пояснения.
Значок # над буквой В указывает, что вещество имеет
определенную пространственно-временную структуру.
Пример 6.37. Структуризация жидкостей
Структуризация и активизация жидкостей осуществляется с помощью
воздействия электромагнитных полей (сильного магнитного, электрическо-
го и импульсного светового). Активизация жидкостей, в частности воды и
жидких полимеров, приводит к улучшенным свойствам в химических и
биологических процессах, в которых используются активированные жид-
кости.
Активированные жидкости, в частности вода, способствуют уменьше-
нию щелочности, кислотности или жесткости воды, снижению содержания
бактерий в загрязненной воде, увеличению времени схватывания и прочно-
сти бетона на сжатие, а также повышению скорости роста и жизнеспособ-
ности растений. При активации воды наблюдалось физиологическое воз-
- - 258
действие на клетки и вирусы, а также на людей
Пример 6.38. Структура воды
С. В. Зенин впервые построил геометрическую модель структуриро-
ванной воды, а затем, используя контрастно-фазовый микроскоп, получил
изображение этой структурированной воды. На полученной фотографии
хорошо видна ее ячеистая структура. Структурной единицей воды является
кластер, состоящий из клатратов, природа которых обусловлена дальними
кулоновскими силами. В структуре кластеров закодирована информация о
взаимодействиях, имевших место с данными молекулами воды. В водных
кластерах за счет взаимодействия между ковалентными и водородными
связями между атомами кислорода и атомами водорода может происходить
миграция протона (Н+) по эстафетному механизму, приводящая к делока-
лизации протона в пределах кластера.
Вода, состоящая из множества кластеров различных типов, образует
иерархическую пространственную жидкокристаллическую структуру, ко-
торая может воспринимать и хранить огромные объемы информации.
В случае с водой переносчиками информации могут быть физические
поля самой различной природы. Так, установлена возможность дистанци-
онного информационного взаимодействия жидкокристаллической структу- *
258 Патент США 6 022 479.
286
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
6.3. Класс 2. Развитие вепольных систем
ры воды с объектами различной природы при помощи электромагнитных,
-259
акустических и других полей .
Пограничный слой воды проявляет физические свойства, отличные от
окружающей «объемной» воды, в частности большую электропроводность,
меньшую по величине теплоемкость и т. д. Отличия в физических свой-
ствах пограничной и объемной воды, как следует из экспериментальных
данных, нелинейно возрастают при приближении к поверхности.
В статье высказаны гипотезы:
- вода в живом организме присутствует только в форме пограничной
воды;
- каждая биологическая структура формирует пограничную воду со
свойствами, зависящими от молекулярной и пространственной структуры
ее поверхности259 260.
2.2.6.1. Введение экзотермических веществ
Если нужно получить интенсивное тепловое воздействие в
определенных местах системы (точках, линиях), в эти места следу-
ет заранее ввести экзотермические вещества.
Пример 6.39. Самонагревающиеся контейнеры
Контейнеры работаю на принципе экзотермической реакции.
Тепло генерируется в ходе химической реакции оксида кальция (СаО)
с водой, в результате получается гидроксид кальция Са(ОН)2. Затем он
вступает в реакцию с присутствующим в воздухе углекислым газом (СО2),
при этом опять образуется карбонат кальция (он же известняк, СаСОЗ) и
вода. То есть исходные компоненты возвращаются в первоначальное со-
стояние. Причем реакция нейтральна в плане выработки СО2.
Такие контейнеры известны давно, еще в 1934 году в США был выдан
патент261. Совершенствование такого типа контейнеров продолжается до
сегодняшнего дня. Многие компании выпускают разнообразные контейне-
ры для разогревания жидкостей, например кофе и разнообразной пищи.
6.3.3. Подкласс 2.3. Форсирование согласованием ритмики
Данный подкласс является реализацией закона согласования.
259 Тарасова И. Кластеры Зенина URL: h11p:/7'm -1 -m.info/?p= 1056.
260 Постнов С. E., Подчерняева P. Я., Мезенцева M. В., Щербенко В. Э.,
В. А. Зуев. Необычные свойства воды пограничного слоя. Вестник Российской Ака-
демии естественных наук. 2009 / 3. С. 12-15.
261 Патент США 1 971 364.
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov 287
Глава 6. Стандарты на решение изобретательских задач
Стандарт 2.3.1. Согласование ритмики П и Bt (или В2)
В вепольных системах действие поля должно быть согласовано
по частоте (или сознательно рассогласовано) с собственной ча-
стотой изделия (или инструмента).
(6.31)
Пример 6.40. Компьютерная томография
Компьютерная томография сердца может быть размыта из-за движения
сердца. Синхронизация с ЭКГ (электрокардиограммой) вносит коррективы.
Пример 6.41. Ритм работы
Работа конвейерной линии согласуется с последовательностью работы
на различных автоматах, выполнением отдельных операций, с общим гра-
фиком работы и т. п.
Пример 6.42. Дом на кинематическом фундаменте
Здание стоит на толстых опорах, внизу к ним прикреплены железобе-
тонные катки, которые не имеют жесткой связи с фундаментом, а опирают-
ся на железобетонные подушки с выемкой. По принципу действия такая
система напоминает игрушку-неваляшку - при толчках здание отклоняется
от положения равновесия, а затем возвращается обратно. Это самая простая
из систем сейсмоизоляции, но весьма эффективная: дом по собственной
частоте получается длиннопериодическим, и короткопериодические толчки
просто «не замечает»262.
Это пример на рассогласование.
Стандарт 2.3.2. Согласование ритмики П1 и П2
В сложных вепольных системах должны быть согласованы
(или сознательно рассогласованы) частоты используемых полей.
262 Популярная механика, 2012, № 9. С. 78.
(6.32)
288
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
6.3. Класс 2. Развитие вепольных систем
Пример 6.43. Блютуз
При передачи данных через Bluetooth могут возникать помехи, чтобы
избежать их, происходит частая смена несущей частоты. Частота меняется
в соответствии с псевдослучайной последовательностью чисел, известной
как отправителю, так и получателю.
Пример 6.44. Массаж
Предложено массаж тела делать в ритме сердечных сокращений263.
Стандарт 2.3.3. Согласование несовместимых или ранее не-
зависимых действий
Если два действия, например изменение и измерение, несовме-
стимы, одно действие осуществляют в паузах другого. Помните:
паузы в одном действии должны быть заполнены другим полезным
действием.
(б.зз)
Пример 6.45. Многозадачный компьютер
На многозадачном компьютере задачи с более низким приоритетом
обрабатываются в паузах между обработкой высокоприоритетных задач.
Пример 6.46. Связь
Раньше по одному проводу передавали одну информацию (один сиг-
нал). Затем передавали несколько сигналов на разных частотах.
При передаче импульсных сигналов между импульсами одной инфор-
мации помещали импульсы другой информации.
6.3.4. Подкласс 2.4. Феполи
(комплексно-форсированные веполи)
Подкласс описывает способы применения магнитного поля,
ферромагнитных частиц, магнитной и реологической жидкостей.
263 А. с. 1 163 853.
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
289
Глава 6. Стандарты на решение изобретательских задач
Стандарт 2.4.1. «Протофеполи»
Если дана веполъная система, ее эффективность может быть
повышена путем использования ферромагнитного вещества и маг-
нитного поля:
Пояснения.
1. Стандарт о применении ферромагнитного вещества, не
находящегося в измельченном состоянии. Речь идет о «прото-
феполях», «полуфеполях» - структуре на пути к феполям.
2. Стандарт применим не только к простым веполям, но и
к комплексным, а также к веполям, включающим внешнюю
среду.
Пример 6.47. Магнитная подушка
Поезда на магнитной подушке левитирует за счет отталкивания одина-
ковых магнитных полюсов, при этом используется линейный двигатель.
Его располагают или на поезде, или на пути, или там и там.
Пример 6.48. Шины автомобиля
Компания Goodyear разработала концепцию инновационных шин под
названием Eagle-360, имеющих сферическую форму.
Шины прикреплены к автомобилю с помощью магнитной подвески
(магнитной левитации)264. В каждом колесе установлен электромотор и
аккумулятор, а оставшееся пространство заполнено армированным пено-
пластом.
Эти шины позволяет автомобилю двигаться во всех направлениях, что
способствует лучшей маневренности и парковке в городских условиях. У
них значительно меньший износ, так как колесо изнашивается по всей сфе-
рической поверхности.
В колесе установлено много датчиков, которые определяют состояние
дороги и погодных условий и передают эти данные другим машинам и си-
стеме управления дорожным транспортом.
264 Goodyear Reveals Concept Tires for Autonomous Cars URL:
https://corporate.goodycar.com/en-US/media/news/goodyear-reveals-concept-tires-for-
aiitonomous-cars.html.
290
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
6.3. Класс 2. Развитие вепольных систем
Шины имеют рисунок протектора, напоминающий структуру поверх-
ности мозгового коралла (рис. 6.12а). Эта поверхность твердеет при сухой
погоде и смягчается при влажной, обеспечивая оптимальное управление
автомобилем и предотвращая аквапланирование.
а) Мозговой коралл а) Шина Eagle-360
Рис. 612. Концепция шины компании Goodyear
Рис. 6.13. Концепция автомобиля со сферическими шинами265
Пример 6.49. Удержание детали
Фиксация и ориентация деталей в магнитном поле. Например, винт
удерживается на конце намагниченного наконечника отвертки.
Стандарт 2.4.2. Феполи
Чтобы повысить эффективность управления системой, необ-
ходимо перейти от веполя или «протофеполя» к феполю, заменив *
265 URL: hUn>*Avxv\vxaifrodydcsignxoin/ga1leiy/20l6/04/goodycara-spherical-
conccpt -t i res- for-sel f-dri v i n g-cars/5.
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
291
Глава 6. Стандарты на решение изобретательских задач
одно из веществ феррочастицами (или добавив феррочастицы) -
стружку, гранулы, зерна и т. д. - и использовав магнитное или
электромагнитное поле. Эффективность управления повышается с
увеличением степени дробления феррочастиц, поэтому развитие
феполей идет по линии «гранулы - порошок - мелкодисперсные
феррочастицы». Эффективность повышается также с увеличени-
ем степени дробления вещества, в которое введены феррочастицы.
Развитие здесь идет по линии «твердое вещество - зерна - поро-
шок - жидкость»:
(6.35)
Пояснения.
1. Переход к феполям можно рассматривать как совмест-
ное применение двух стандартов-2.4.1 (введение ферровеще-
ства и магнитного поля) и 2.2.2 (дробление вещества).
2. Превратившись в феполь, вепольная система повторяет
цикл развития веполей - но на новом уровне, так как феполи
отличаются высокой управляемостью и эффективностью. Все
стандарты, входящие в группу 2.4, можно считать своего рода
«изотопами» нормального ряда стандартов (группы 2.1-2.3).
Выделение «фепольной линии» в отдельную группу 2.4
оправдано (во всяком случае, на этом этапе развития системы
стандартов) исключительным практическим значением фепо-
лей. Кроме того, «фепольный ряд» удобен как тонкий иссле-
довательский инструмент для изучения более грубого «ве-
польного ряда» и прогнозирования его развития.
Пример 6.50. Терапия
К больным клеткам осуществляется селективная доставка магнитных
наночастиц. Лечение осуществляется с помощью гипертермии (нагрев ло-
кальных мест), воздействуя на доставленные магнитные частицы, напри-
мер, токами высокой частоты266.
266 Патент США 7 731 648.
292
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
6.3. Класс 2. Развитие вепольных систем
Пример 6.51. Обработка скважины
Для повышения эффективности обработки скважины в пласт закачи-
вают ферромагнитную жидкость с ферромагнитными частицами и поверх-
ностно-активным веществом и воздействуют на пласт вращающимся маг-
нитным полем267.
Стандарт 2.4.3. Магнитная жидкость
Эффективность феполей может быть повышена путем пере-
хода к использованию магнитных жидкостей - коллоидных ферро-
частиц, взвешенных в керосине, силиконе или воде. Стандарт 2.4.3
можно рассматривать как предельный случай развития по стан-
дарту 2.4.2.
(6.36)
Пример 6.52. Биологическая магнитная жидкость
Биологическая магнитная жидкость включает магнитную коллоидную
дисперсную фазу. Она распределена по всей жидкой дисперсионной среде.
Дисперсная фаза может состоять из магнитных частиц, покрытых сшиты-
ми, биологически совместимыми полимерами.
Биологически совместимые полимеры могут быть связаны посред-
ством ковалентных связей с биологически активными макромолекулами.
Это может быть достигнуто путем ковалентного связывания иммуноглобу-
лина с биологически совместимыми полимерами, а затем присоединения к
иммуноглобулину антител с предопределенной специфичностью.
Эти антитела с помощью магнитные частицы могут быть нацелены на
желаемые клетки для различных медицинских применений.
Магнитные частицы могут состоять из ядер магнетита с покрытиями
кобальта или кобальта и бора. Кроме того, магнитные частицы могут быть
изготовлены из кобальта и бора, причем бор находится в концентрации,
достаточной для активации излучения.
Магнитный коллоид может быть образован путем включения биологи-
чески совместимого полимера в коллоид, который образуется путем вос-
становления магнитной металлической соли.
Коллоид преимущественно получают в многостадийном процессе для
достижения очень однородных размеров частиц. Магнитный коллоид мо-
267 Патент РФ 2 391 492.
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
293
Глава 6. Стандарты на решение изобретательских задач
жет быть также получен путем образования биологически несовместимого
магнитного коллоида и медленного добавления коллоида к энергичному
биологически совместимому полимеру.
Эти биологические магнитные жидкости полезны, например,
при отделении раковых клеток от нормальных клеток в трансплан-
татах костного мозга, а также и в будущей области технологии переноса
268 269
генов, а также в очистке геномного материала , .
Пример 6.53. Датчик уровня жидкости
Датчик измерения уровня жидкости, содержит корпус, выполненный в
виде трубы, в котором коаксиально установлен полый стержень, образую-
щий с корпусом герметичную полость, в которой размещена токопроводя-
щая обмотка, расположенная на поверхности стержня и выполненная в ви-
де одной или нескольких секций витков, причем каждая секция соединена
электрически с приемником сигналов и содержит более одного витка, а
поплавок установлен внутри стержня и содержит носитель, выполненный
из материала с запасом плавучести относительно измеряемой среды.
Носитель имеет закрытую или открытую полость, в которой размеще-
на магнитная жидкость.
Датчик, устанавливаемый в емкости для измерения, например, уровня
нефти, работает следующим образом (рис. 6.14). В исходном положении
при отсутствии в емкости нефти поплавок 6 с магнитной жидкостью 9
находится в крайнем нижнем положении. При повышении уровня нефти
поплавок 6 с магнитной жидкостью 9 начинает перемещаться внутри
стержня 2. Магнитная жидкость 9 попадает в магнитное поле, создаваемое
измерительной обмоткой 4, намотанной на поверхность стержня 2. При
этом возникает более сильное магнитное поле ориентированных частиц
жидкости, которое воздействует на приемник сигналов 5, измеряя уровень
жидкости в резервуаре.
Для контроля над ограничением налива жидкости в закрытый резерву-
ар используют измерительную обмотку 4 из двух витков (или двух секций).
Когда поплавок 6 доходит до уровня нижнего витка (или нижней секции),
изменяя индуктивность магнитного поля, поступает предупредительный
сигнал на приемник сигналов, а когда поплавок 6 дойдет до верхнего витка
(или верхней секции), поступает сигнал на отключение налива жидкости268 269 270.
268 Патент ЕР 0156537 АЗ.
269 S.Roath. Biological and biomedical aspects of magnetic fluid technology. Journal
of Magnetism and Magnetic Materials. Volume 122, Issues 1-3, April 1993, Pages 329-
334. URL: https:/Av\vw.scicncedircct.com/science/article/abs/pii/0304885393911031:
270 Патент РФ 2 284 480.
294
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
6.3. Класс 2. Развитие вепольных систем
Рис. 6.14. Датчик
1 - корпус; 2 - полый стержень; 3 - герметичная полость; 4 - токопрово-
дящая обмотка; 5 - приемник сигнала; 6 - поплавок; 7 - носитель; 8 -
полость; 9 - магнитная жидкость.
Стандарт 2.4.4. Использование капиллярно-пористых
структур в феполях
Эффективность феполей может быть повышена за счет ис-
пользования капиллярно-пористой структуры, присущей многим
фепольным системам.
(6.37)
Bi (Вмж, Вкпм)
Пример 6.54. Магнитная пена
Описываются разные варианты магнитных пен в жидком и твердом
состоянии271.
Магнитная пена может существенно повысить эффективность сбора
гидрофобных загрязнений с поверхности воды или твердого тела, напри-
мер, для удаления тонкой нефтяной пленки с водной поверхности. Жидкая
271 Патент РФ 2 182 579.
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
295
Глава 6. Стандарты на решение изобретательских задач
магнитная пена гидрофобна и может сохранять на воде устойчивость в те-
чение десятков минут, в то время как процесс всасывания нефти в пену
длится несколько минут. Быстрое всасывание нефти пеной дает возмож-
ность практически сразу собирать и удалять с поверхности воды пену с
помощью магнитных подборщиков, а высокая скорость генерации пены -
наносить пену повторно. Пена может производиться в больших количе-
ствах на месте удаления загрязнения (например, морских судах или в пор-
тах), что является особенно актуальным, поскольку в соответствии с рядом
соглашений многие порты должны быть оборудованы оборудованием и
устройствами для сбора разлитой нефти272.
Пример 6.55. Магнитная пена Солнца
По данным полученным от зондов Voyager 1 и Voyager 2 ученые при-
шли к выводу, что на границе солнечной системы имеются большие маг-
нитные пузыри, образующие магнитную пену. Каждый пузырь имеет диа-
метр около 16 млн км (расстояние от Земли до Солнца).
Стандарт 2.4.5. Комплексные феполи
Если нужно повысить эффективность управления системой
путем перехода к феполю, а замена веществ феррочастицами недо-
пустима, переход осуществляют построением внутреннего или
внешнего комплексного феполя, вводя добавки в одно из веществ:
П
Пмаг
В,
в2
В1
(в2, Вмф)
(6.38)
Пример 6.56. Цементный раствор
Для улучшения качества цементного камня в цементный раствор вво-
дят наноферромагнитные добавки в количестве 0, 03-0,07% и воздействуют
магнитным полем273.
Пример 6.57. Химические реакции
Скорость протекания химических реакций можно увеличить, если в
химические реагенты ввести ферромагнитные частицы и воздействовать
электромагнитным полем274.
272 Патент РФ 2 182 579.
273 Патент РФ 2 396 301.
274 Патент РФ 2 406 733.
296
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
6.3. Класс 2. Развитие вепольных систем
Стандарт 2.4.6. Феполи на внешней среде
Если нужно повысить эффективность управления системой
путем перехода от веполя к феполю, а замена веществ ферроча-
стицами (или введение добавок в вещества) недопустима, то фер-
рочастицы следует ввести во внешнюю среду и, действуя магнит-
ным полем, менять параметры среды, а следовательно, управлять
находящейся в ней системой (ст. 2.4.3):
(6.39)
В1-----------(Ввс, Вмф)
Пример. 6.58. Развитие эмбриона птицы
Для более интенсивного развития эмбриона и увеличения выводимо-
сти цыплят на яйцо воздействуют магнитным полем.
Предложен способ и устройство для воздействие постоянным магнит-
ным полем275.
Воздействие переменным магнитным полем276.
Воздействие вращающимся электромагнитным полем. Для этого ко-
робку с яйцами помещают в статор электродвигателя277 278.
Пример 6.59. Магнито-абразивное полирование (МАП)
Эффективная обработка абразивным инструментом осуществляется с
помощью введения в качестве обрабатывающей внешней среды ферромаг-
нитный абразив и магнитного поля, управляя усилием прижима каждого
278
зерна по отдельности .
В результате достигается очень высокое качество поверхности. На
операциях финишного полирования пластин монокристаллов кремния
(подложки для производства интегральных схем) процесс МАП с исполь-
зованием ферроабразивного порошка «железо-алмаз» обеспечивает шеро-
ховатость поверхности с высотой неровностей менее 20 ангстрем, т. е.
МАП позволяет формировать поверхность с величиной неровностей в 2...4
атомных слоя.
275 Патент США 3 910 233. Method and apparatus for magnetically treating eggs
and animal semen.
276 A. c. 432 890.
277 A. с. 1 014 550.
278 URL: http://www.polimag.eu/pages/mam/mam_mrf.php.
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
297
Глава 6. Стандарты на решение изобретательских задач
Стандарт 2.4.7. Использование физических эффектов
Если дана феполъная система, ее управляемость может быть
повышена за счет использования физических эффектов.
Пример 6.60. Насос
Действие насоса основано на эффекте Кюри.
Рабочий ход поршня, нагнетающего перекачиваемую среду, соверша-
ется под действием магнита. В верхнем положении поршня магнит нагре-
вается солнечными лучами, подаваемыми концентраторами через прозрач-
ную крышку цилиндра, до температуры выше точки Кюри. Магнитная сила
исчезает, и поршень опускается под действием силы тяжести. При этом
открывается обратный клапан и перекачиваемая среда вытесняется в
надпоршневое пространство. Здесь она охлаждает магнит, его сила вновь
279
появляется и процесс повторяется .
Стандарт 2.4.8. Динамизация
Если дана феполъная система, ее эффективность может
быть повышена путем динамизации, то есть перехода к гибкой,
меняющейся структуре системы:
(6.41)
Пример 6.61. Измерение толщины
Толщину стенок полых изделий из немагнитных материалов измеря-
ют, вводя в изделие надувную оболочку, покрытую ферромагнитной плен-
кой, обладающей незначительным магнитным сопротивлением.
Оболочку раздувают сжатым газом, пока она плотно не прижмется к
внутренней поверхности изделия. На наружной поверхности изделия уста-
новлен индуктивный преобразователь с незамкнутой цепью.
Прижатая к внутренней поверхности ферромагнитная поверхность че-
рез стенку изделия замыкает магнитную цепь преобразователя. *
279 А. с. 1 333 829.
298
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
6.3. Класс 2. Развитие вепольных систем
По величине магнитного сопротивления, фиксируемого измерительной
схемой, судят о толщине стенки изделия в месте установки преобразовате-
ля (рис. 6.15)280.
Источник сжатого газа
Рис. 6.15. Измеритель толщины. А. с. 792 080
1 - эластичная оболочка; 2 - ферромагнитное покрытие; 3 - контролиру-
емое изделие; 4 - индуктивный преобразователь с незамкнутой магнит-
ной цепью; 5 - измерительная схема.
Стандарт 2.4.9. Структуризация
Если дана феполъная система, ее эффективность может
быть повышена переходом от полей однородных или имеющих
неупорядоченную структуру к полям неоднородным или имеющим
280 А. с. 792 080.
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
299
Глава 6. Стандарты на решение изобретательских задач
определенную пространственную структуру (постоянную или пе-
ременную):
(6.43)
Пример 6.62. Магнитная формовка
На 35-м Всемирном конгрессе литейщиков проф. А. Виттмозер впер-
вые сделал доклад о магнитной формовке. При данном способе изготовле-
ния формы применяется ферромагнитные частицы размером 0,3-0,5 мм.
После уплотнения формы вибрацией она помещается в постоянное магнит-
ное поле, которое обеспечивает магнитную связь между частицами напол-
нителя, что придает форме необходимую прочность, предотвращая ее раз-
рушение при заливке металла. Магнитная формовка получила применение
в США, Японии и в странах Западной Европы для производства серийных
отливок из различных сплавов. Швейцарская фирма «Brown Bovery» орга-
низовала серийное производство полуавтоматических установок магнитной
формовки.
Пример 6.63. Литейная форма
Для приготовления литейной формы в опоку устанавливают форму и
заполняют предварительно намагниченным ферромагнитным формо-
вочным материалом и воздействуют переменным магнитным полем,
уплотняя формовочный материал.
Переменное магнитное поле, взаимодействуя с формовочным ма-
териалом в опоке, приводит его в псевдотекучее состояние. При этом
происходит равномерное распределение формовочного материала по
объему опоки, распадаются отдельные слипшиеся комки, материал
заполняет пустоты, узкие пазы, полости модели и уплотняется281.
281 Патент РФ 2 015 791.
300
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
6.3. Класс 2. Развитие вепольных систем
Если веществу, входящему в феполъ (или могущему войти в фе-
полъ), должна быть придана определенная пространственная
структура, то процесс следует вести в поле, со структурой, соот-
ветствующей требуемой структуре вещества:
(6.44)
Пример 6.64. Программируемые макароны
В MIT научились программировать форму макаронных изделий. Для
этого используются два слоя желатина с разной плотностью. Более плот-
ный слой впитывает в себя больше влаги и сильнее разбухает, изгибая пла-
стину пасты (макаронного изделия). Сверху желатина нанесли полоски
целлюлозы, практически не впитывающей влагу. Окончательная форма
макаронного изделия определялась узором этих полосок (они могли распо-
лагаться параллельно, радиально, на отдельных участках пластины пасты)
и формой пасты (круг, прямоугольник и т. д). Форма приобреталась при
опускании изделия в горячую воду. Такой подход сокращает расходы на
доставку. В упаковке с обычной формой пасты 67% объема занимал воз-
дух282.
В данном изобретении обошлись без феррочастичек и магнитного по-
ля, поэтому, строго говоря, это не данный стандарт, а просто структуриза-
ция.
Стандарт 2.4.10. Согласование ритмики в феполях
Если дана «протофеполъная» или феполъная система, ее эф-
фективность может быть повышена согласованием ритмики вхо-
дящих в систему элементов.
(6.45)
282 URL: https://nphis I .ru/ncws/201 7/05/25/macaroni-
rotini?utm source=inainvvecknevvs&utin jnedium=email&utm cainpaign^e.2QI7-
O5.w22&utin contcnt^block?
http://dl.ас /л/.org/ft. av. cfm?id=30260/ (M ftid= 1870881 <Xdyvn=l<&( FID = 7685334
43&CFTOKEN--86150088.
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
301
Глава 6. Стандарты на решение изобретательских задач
Пример 6.65. Электронный парамагнитный резонанс (ЭПР)
Научное открытие № 85 «Установлено неизвестное ранее явление
квантовых переходов между электронными энергетическими уровнями
парамагнитных тел под влиянием переменного магнитного поля резонанс-
ной частоты (явление электронного парамагнитного резонанса)».
ЭПР - это отклик магнитных атомов, молекул или электронов на ра-
диоволны. Он имеет резонансный характер. Резонанс возникает, когда ча-
стота радиоволны совпадает с частотой вращения магнитного момента
атома. Последняя зависит от силы внешнего магнитного поля и от электри-
ческих и магнитных микрополей в самом веществе. Поэтому, меняя силу
поля, нетрудно создать условия для парамагнитного резонанса. Тело начнет
сильно поглощать, преломлять и отражать радиоволны. Наблюдая любое из
этих явлений, легко установить присутствие в нем даже ничтожного коли-
чества магнитных частиц и, самое главное, определить тончайшие особен-
ности структуры микрополей внутри вещества, что невозможно сделать
другими физическими методами. Благодаря этому ЭПР широко использу-
ется в физике твердого тела, ядерной физике, химии (для изучения обшир-
ного класса веществ, называемых радикалами), биологии, медицине, тех-
нике. В качестве примеров можно привести спектрометр283, магнетометр284.
На основе явления резонансного поглощения СВЧ излучения создан,
например, квантовый парамагнитный усилитель (мазер), использующийся
для осуществления дальней космической связи, работают гигантские ра-
диоастрономические интерферометры, служащие для изучения звездных
источников радиоизлучения. На ЭПР основаны поиск и технологическая
проверка веществ, составляющих основу квантовых генераторов и усили-
телей. Испытание активного вещества квантового генератора с помощью
ЭПР позволяет заранее определить пригодность его для работы.
Пример 6.66. Ядерный магнитный резонанс (ЯМР)
Например, явление ЯМР широко используются в физике, химии и ме-
дицине, пример - магнитно-резонансная томография (МРТ).
Это явление используется как расходомер285, для исследования сква-
жин (ядерно-магнитный каротаж)286 и т. д.
283 Патенты США 6 504 367, 5 233 303, WO 2008/09136, РФ 2 411 529 и т. д.
284 Патент США 5 254 478.
285 Патент РФ 2 135 960.
286 Патент США 4 710 713, Патент РФ 2 495 458.
302
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
6.3. Класс 2. Развитие вепольных систем
Стандарт 2.4.11. Эполи
Если введение ферромагнетиков или намагничивание затрудне-
ны, следует воспользоваться взаимодействием внешнего электро-
магнитного поля с контактно подведенными или неконтактно ин-
дуцированными токами или взаимодействием этих токов между
собой.
(6.46)
Пример 6.67. Сепарация частиц
При добыче золота применяют гравитационные методы, однако части-
цы металла меньше 0,2 мм практически не улавливаются.
Для улавливания маленьких частиц золота используют электродина-
мический сепаратор путем воздействий двух импульсных магнитных по-
лей. Причем второй импульс подается с задержкой.
Устройство имеет две соосные катушки287.
Пример 6.68. Электромагнитная катапульта
Для разгона самолета на авианосце используются катапульты. Для
этих целей сейчас используются паровые катапульты. Основной принцип
таких катапульт это движение поршня с помощью пара.
Уже давно задумывались о другом, более современном принципе дей-
ствия катапульт. Стали разрабатывать электромагнитную катапульту.
Принцип ее действия - линейный электродвигатель.
В 2015 году испытали такую систему для авианосца Джеральд Форд
(Gerald R. Ford). Она получила название EALS (Electromagnetic Aircraft
Launch System).
Задача 6.11. Контроль состояния троса
Условие задачи
Контроль состояния троса лифта проводится его периодическим
осмотром, что требует выведения лифта из эксплуатации. Во время осмотра
выявляют обрывы прядей троса. Этот трудоемкий способ не гарантирует
обнаружение внутренних повреждений.
Как быть?
287 Патент РФ 2 351 398.
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
303
Глава 6. Стандарты на решение изобретательских задач
Разбор задачи
Использовать стандарт 2.4.11.
Решение
Контроль состояния троса выполняется с помощью измерения элек-
трического сопротивления троса.
Электрическое сопротивление каждого троса пропорционально пло-
щади его поперечного сечения.
Такое решение устраняет необходимость выведения лифта из эксплуа-
тации и повышает качество и надежность проверок троса. Электрическое
сопротивление каждого троса пропорционально площади его поперечного
сечения, что является индикатором его оставшегося ресурса. Система Pulse
в лифтах OTIS Gen 2 постоянно контролирует электрическое сопротивле-
ние троса, чтобы определить момент, когда его следует заменить. Также
система считывает текущую загрузку кабины, так как сила натяжения троса
влияет на его сопротивление.
Стандарт 2.4.12. Рео-жидкость
Особая форма эпопей - электрореологическая суспензия (взвесь
тонкого кварцевого порошка, например в толуоле) с управляемой
вязкостью. Если неприменима феррожидкость, может быть ис-
пользована электрореологическая жидкость.
(6.47)
Пример 6.69. Гидравлическая муфта
Для управления пробуксовкой ведущих колес транспортного средства
с гидравлической муфтой блокировки дифференциала в качестве рабочей
жидкости применяется электрореологическая жидкость, а элементы
муфты электроизолированы между собой288.
Пример 6.70. Гидродинамическая передача
Регулировка гидродинамической передачей может быть улучшена, ес-
ли в качестве рабочей жидкости используют электрореологическую жид-
кость и управление осуществляется изменением напряжения289.
288 Патент РФ 2 307 035.
289 А. с. 1 121 523.
304
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
6.4. КлассЗ. Переход к надсистеме и на микроуровень
6.4. Класс 3. Переход к надсистеме и на макроуровень
6.4.1. Подкласс 3.1. Переход к бисистемам и полисистемам
Стандарт 3.1.1. Системный переход 1-а: образование биси-
стем и полисистем
Эффективность системы - на любом этапе развития - мо-
жет быть повышена системным переходом 1-а: с объединением
системы с другой системой (или системами) в более сложную биси-
стему или полисистему.
(6.48)
Задача 6.12. Покорение Северного полюса
Условие задачи
Покорение Северного полюса в конце XIX - начале XX века было
весьма проблематично. Этому мешали не только низкие температуры и
неизвестность. Главное препятствие - продукты питания, которыми нужно
было обеспечить людей и животных.
Груз превышал возможности людей и животных. Можно разместить
груз на дополнительных санях, но их должны были тянуть дополнительные
животные. Круг замкнулся. С такой проблемой столкнулся американский
путешественник Роберт Пири. Как быть?
Разбор задачи
Налицо ТП: доставка необходимого провианта и снаряжения требует
дополнительных животных и пищи для них.
ФП: Дополнительные сани должны быть, чтобы доставить провиант и
снаряжение, и их не должно быть, чтобы не использовать дополнительных
животных и пищу для них.
Использование стандарта 3.1.1.
Решение
Роберт Пири разработал оригинальную челночную систему. Это был
пятый пункт «системы Пири»:
«Предварительно доставить к месту выхода экспедиции в санный по-
ход достаточно провианта, топлива, одежды, походных кухонь и других
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
305
Глава 6. Стандарты на решение изобретательских задач
предметов снаряжения, дабы главная партия смогла дойти до полюса, а
вспомогательные отряды — до места назначения и обратно»290.
Таким образом, Пири перешел от «моноэкспедиции» к «полиэкспеди-
ции», что и позволило ему достичь Северного полюса.
Пример 6.71. Электронное дополнительное устройство
Компания Apple запатентовала присоединение смартфона или планше-
та к ноутбуку. Смартфон вставляется в специальное углубление. Между
смартфоном и ноутбуком организовывается связь, они работают как единая
система. В частности, смартфон может использоваться для ввода информа-
ции и работает как сенсорная панель (touchpad)291. В свою очередь смарт-
фон или планшет могут использоваться как полноценный ноутбук с боль-
шим экраном и полноценной клавиатурой (рис. 6.16).
Рис. 6.16. Электронное дополнительное устройство.
Патент США 2017/008304
Стандарт 3.1.2. Развитие связей в бисистемах и полисистемах
Повышение эффективности синтезированных бисистем и по-
лисистем достигается, прежде всего, за счет развития связей эле-
ментов в этих системах.
ПОЛИ
г|уГ2~м~з~1
(6.49)
290 Пири, Роберт - Материал из Википедии.
291 Патент США 2017/008304. Electronic accessory device.
306
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
6.4. КлассЗ. Переход к надсистеме и на микроуровень
Пример 6.72. Надувной трап-понтон.
В пассажирских самолетах в качестве спасательных средств исполь-
зуются надувные трапы, которые одновременно могут служить и понто-
нами. В одном предмете объединили две функции трапа: спускаться с са-
молета и понтона и поддерживать людей или груз на поверхности воды.
Пример 6.73. Защита от хулиганов и бандитов
Электрошокеры маскируют под другие предметы, например мобиль-
ный телефон (рис. 6.17а).
Перстень, в котором имеется слезоточивый газ (рис. 6.176).
Придумали шокирующую одежду «бесконтактный жакет» - это просто
элегантный жакет. Если владелец жакета решит, что ему угрожает опас-
ность, то жакет мгновенно превратится в грозное оружие самообороны.
Любой прикоснувшийся к жакету получит удар в 80 000 вольт.
Питание жакета осуществляется от 9-вольтовой батарейки. Он полно-
стью изолирован, так что влалслыг
а) электрошокер Iphone 4S
Рис. 6.17. Средства защиты
электрический удар не грозит.
б) перстень со слезоточивым газом
Стандарт 3.1.3. Системный переход 1-6: увеличение разли-
чий между элементами
Эффективность бисистем и полисистем повышается при уве-
личении различия между элементами системы (системный пере-
ход- 1-6): от одинаковых элементов (набор одинаковых каранда-
шей) к элементам со сдвинутыми характеристиками (набор разно-
цветных карандашей), затем - к разным элементам (готовальня) и
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
307
Глава 6. Стандарты на решение изобретательских задач
инверсным сочетаниям типа «элемент и антиэлемент» (карандаш
с резинкой).
(6.50)
Пример 6.74. Спасение людей
В канадском Университете Райерсона (в Торонто) для спасения людей,
оказавшихся под обломками строений, предложили систему, состоящую из
специально обученной собаки, которая может найти попавших в беду лю-
дей, и робота-спасателя, который доставляется к месту аварии в сумке, ко-
торую несет собака. Пес подбирается к беспомощной жертве как можно
ближе, а затем своим лаем запускает приехавшего на нем робота. Такая
система под названием Canine Assisted Robot Deployment была реализована
и испытана в Техасском университете А&М (США)292.
Пример 6.75. Теплица
Теплица сама создает искусственный микроклимат. Это осуществляет-
ся за счет подбора растений, выделяющих кислород и потребляющих угле-
кислый газ, находящихся в отсеке теплицы со светопроницаемым покрыти-
ем, и растений, выделяющих углекислый газ и потребляющих кислород,
находящихся в отсеке теплицы со светонепроницаемым покрытием. Поме-
щения разделены светонепроницаемой перегородкой, имеющей управляе-
мый клапан. Отсеки выполнены с выходные клапанами для сообщения их с
атмосферой.
В качестве растений, выделяющих углекислый газ, могут быть, напри-
мер, грибы шампиньоны, которые не требуют освещения и являются мощ-
ными генераторами углекислого газа, необходимого для роста растений,
выделяющих кислород.
Источником кислорода могут быть овощные культуры и другие расте-
ния, которые поглощают на свету углекислый газ и выделяют кислород,
который необходим для роста грибов.
Такая теплица с искусственным микроклиматом - своего рода биохи-
мический генератор, в котором повышение урожайности сельскохозяй-
ственный растений осуществляется без затрат энергии внешних источни-
ков.
Различные растения требуют для своего роста различные условия, ко-
торые обеспечивает управляющий блок, получая информацию о содержа-
292 Популярная механика, 2012, №7. С. 28.
308
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
6.4. КлассЗ. Переход к надсистеме и на микроуровень
нии кислорода и углекислого газа от соответствующих датчиков. В каждом
из отсеков поддерживается необходимый состав газовой среды. Для этого
открываются или закрываются соответствующие клапаны (рис. 6.18).
Таким образом, такая теплица позволяет повысить урожайность сель-
скохозяйственных растений без затрат энергии внешних источников за счет
биохимических процессов, протекающих во время роста растений.
Рис. 6.18. Теплица. А. с. 950 241
1 - помещение; 2 - растения источники углекислого газа; 3 - растения
источник кислорода; 4, 5, 15, 16, 17, 18 - управляемые клапаны;
6 - светонепроницаемая перегородка; 7, 8 - клапаны; 9 - воздуховод-
теплообменник; 10, И - отсеки; 12 - светопрозрачное покрытие;
13 - светонепрозрачное покрытие; 14 - воздухозаборная шахта;
19 - пневмозатвор; 20 - управляющий блок; 21 - датчик кислорода;
22 - датчик углекислого газа; 23 - труба; 24 - запорный клапан.
Стандарт 3.1.4. Свертывание бисистем и полисистем
Эффективность бисистем и полисистем повышается при их
свертывании, прежде всего, за счет сокращения вспомогательных
частей. Например, двустволка имеет один приклад. Полностью
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
309
Глава 6. Стандарты на решение изобретательских задач
свернутые бисистемы и полисистемы снова становятся моноси-
стемами, цикл может повториться на новом уровне.
(6.51)
Пример 6.76. Турбовинтовой двигатель
Турбовинтовой двигатель объединил преимущества реактивного и
винтового двигателей.
Этот вид объединения систем часто применяется в тех случаях, когда
одна система достигла своего потолка развития, а другая, более совершен-
293
ная, еще не может заменить ее полностью .
Пример 6.77. Автомобиль
В автомобилях имеется тенденция помещать электродвигатель в коле-
со. Каждое колесо имеет свой двигатель, что позволило каждым колесом
управлять отдельно, что значительно увеличило маневренность. Стало воз-
можным разворачиваться на месте и осуществлять параллельную парковку.
Это пример на свертывание преобразователя энергии - трансмиссии,
и переход к более управляемому полю (переход от механического к элек-
трическому полю).
Стандарт 3.1.5. Системный переход 1-в: противоположные
свойства целого и частей
Эффективность бисистем и полисистем может быть повы-
шена распределением несовместимых свойств между системой и ее
частями. Это системный переход 1-в: используют двухуровневую
систему, в которой вся система в целом обладает свойством С, а
ее части (частицы) - свойством анти-С.
(6.52)
293 Тейлор Р. Шум/ Пер. с англ. -М.: Мир, 1978.-С. 121-122, С. 224-225.
310
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
6.4. КлассЗ. Переход к надсистеме и на микроуровень
Пример 6.78. Способ остановки кровотечения
Как быстро и эффективно остановить кровотечение?
Известно, что человеку можно вливать кровь только определенной
группы. В противном случае человек умирает из-за несовместимости -
кровь свертывается.
С целью упрощения и повышения эффективности остановки кровоте-
чения предложено к ране приложить салфетку, пропитанную иногруппной
294
кровью .
«Вредная» кровь выполняет полезную функцию - останавливает кро-
вотечение
Пример 6.79. Память компьютера
У памяти имеются две противоположные функции - запись и стира-
ние.
Пример 6.80. Цепь
Каждое звено жесткое, а цепь в целом гибкая.
6.4.2. Подкласс 3.2. Переход на микроуровень
Стандарт 3.2.1. Системный переход 2: переход на микроуро-
вень
Эффективность системы - на любом этапе развития - мо-
жет быть повышена системным переходом 2: с макроуровня на
макроуровень, когда систему или ее часть заменяют веществом,
способным при взаимодействии с полем выполнять требуемое дей-
ствие.
(6.53)
Пример 6.81. Часы
Первоначально появились большие башенные часы, механизм которых
представлял собой набор механических частей (маятник, шестеренки, ры-
чаги, пружины и т. д.).
Далее механические части уменьшились в размерах и создали карман-
ные, а затем наручные механические часы. Механика совершенствовалась
и уменьшалась. Размеры часов значительно уменьшились. Но тем не менее
294 А. с. 523 695.
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
311
Глава 6. Стандарты на решение изобретательских задач
принцип их работы оставался на макроуровне. Их принцип работы основы-
вался на колебании механического маятника.
Переход на микроуровень осуществился с изобретением кварцевых
часов.
В кварцевых часах в качестве колебательной системы стали использо-
вать кристалл кварца. Маятник заменили кристаллом.
Позже появились атомные часы, где в качестве источника колебаний
используется сигнал перехода электрона между двумя энергетическими
уровнями атома.
Пример 6.82. Вычислительная техника
Первая вычислительная машина (антикитерский механизм) была со-
здана в Древней Греции. Она датируется 150-100 г. до н.э. Это механиче-
ская аналоговая вычислительная машина для расчета астрономических по-
зиций. Машина также позволяла производить операции сложения, вычита-
ния и деления.
Известны счетное устройство Леонарда да Винчи, суммирующая ма-
шина Паскаля и другие.
Принцип действия этих машин механический. Они состояли из валов и
шестерен. Постепенно эти части уменьшались в размерах и был разработан
арифмометр. Их заменили электромеханические вычислительные машины.
Механические части двигались с помощью электрических двигателей.
На следующем этапе была разработана вычислительная машина на ва-
куумных лампах.
Далее были использованы транзисторы, а затем и микросхемы.
Сегодня процессор содержит миллиарды транзисторов. При их изго-
товлении используется нанотехнологии.
Это типичный пример перехода на микроуровенъ.
На мироуровень перешел рабочий орган компьютера - процессор, но
до сегодняшнего дня еще остались части, использующие механику, напри-
мер жесткий диск, DVD-Rom, вентиляторы. Это пример закона неравно-
мерности развития систем.
Имеются тенденции перехода этих частей на микроуровень.
Используются жесткие диски с флеш-памятью. Все чаще используют-
ся не DVD- диски, а флеш-память. Вентиляторы могут быть заменены эле-
ментом Пельтье и тепловыми трубами.
312
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
6.5. Класс 4. Стандарты на обнаружение и изменение систем
6.5. Класс 4. Стандарты на обнаружение и изменение
систем
6.5.1. Подкласс 4.1. Обходные пути
Стандарт 4.1.1. Вместо обнаружения и изменения - измене-
ние систем
Если дана задача на обнаружение или измерение, целесообразно
так изменить систему, чтобы вообще отпала необходимость в
решении этой задачи.
Задача на обнаружение (измерение) =► Задача на изменение
Пример 6.83. Стабилизация температуры
Для стабилизации температуры необходимо ее измерять и управлять
выключателем источника тепла.
Если в качестве выключателя использовать материал с точкой Кюри,
равной температуре стабилизации, то можно исключить датчик температу-
ры и систему управления выключателем источника тепла.
(6.54)
Стандарт 4.1.2. Использование копий
Если дана задача на обнаружение или измерение и при этом
нельзя применить стандарт 4.1.1, то целесообразно заменить
непосредственные операции над объектом операциями над его ко-
пией или снимком.
Задача на обнаружение (измерение) Измерение копии
Задача 6.13. Защита от квартирных воров
Условие задачи
Воры, прежде чем забраться в квартиру звонят в звонок. Если ответа
нет, то они делают задуманное.
Как сделать, чтобы воры не захотели забираться в дом?
(6.55)
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
313
Глава 6. Стандарты на решение изобретательских задач
Разбор задачи
Использовать стандарт 4.1.2.
Решение
Воры не будут забираться в дом, когда там кто-то есть. Необходимо
создать видимость (модель), что при звонке в дверь что-то происходит за
дверью.
Один из возможных вариантов: после звонка в дверь зажигается свет, а
потом в дверном глазке появляется изображение глаза. Возможно, вклю-
чать запись с вопросом.
Разработана система, включающая запись лая собаки при нажатии на
звонок.
В стандарте 4.1.2. Использование копий рассмотрим подстан-
дарт 4.1.2.1. Сравнивание объектов с эталоном:
Если нужно сравнить объект с эталоном с целью выявления
отличий, то задача решается оптическим совмещением изображе-
ния объекта с эталоном или с изображением эталона, причем изоб-
ражение объекта должно быть противоположно по окраске эта-
лону или его изображению.
В качестве противоположных цветов могут быть взяты: белый -
черный, желтый - синий, красный - синий, красный - желтый и т. д.
Смешивание этих цветов дает другой цвет. Основных цветов по
Иоганнесу Иттену существует три: красный, зеленый и синий.
Остальные цвета образуются смешиванием этих.
Задача 6.14. Обнаружение новой звезды
Условия задачи
Астрономы наблюдают за звездным небом. С определенной периодич-
ностью делают снимки участков неба (рис. 6.19). Чтобы обнаружить появ-
ление новой звезды на небе, снимки сравниваются. На снимке тысячи звезд
и сравнивать снимки достаточно сложно. Как упростить этот процесс?
Рис. 6.19. Фотография звездного неба
314
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
6.5. Класс 4. Стандарты на обнаружение и изменение систем
Разбор задачи
Воспользуемся стандартом 4.1.2.1.
Решение
Сравнение производят путем наложения позитивного и негативного
изображений. Одну из сравниваемых фотографий берут «позитив»
(рис. 6.20а), а другую «негатив» (рис. 6.206). При их совмещении будет
виден только новый объект на звездном небе по а. с. 359 512 (рис. 6.20в).
Сегодня сравнения могут проводиться совмещением электронных изобра-
жений.
Новая звезда
а) Позитив фотографии
б) Негатив фото-
графии
в) Совмещенные
фотографии а и б
Рис. 6.20. Обнаружение новой звезды
Пример 6.84. Контроль отверстий в печатной плате
Контроль отверстий, созданных в печатной плате, осуществляют срав-
нением с эталоном. Это достаточно утомительная операция.
Использование стандарта 4.1.2.1 позволяет значительно упростить эту
операцию.
Через эталон пропускают желтый цвет, а через печатную плату - си-
ний.
Если на экране появляется желтый цвет, значит, в печатной плате от-
сутствует отверстие. Появление синего цвета означает, что в печатной пла-
те есть лишнее отверстие. Зеленый цвет - точное совпадение с эталоном.
На совмещенном изображении могут быть определены и отклонения в
диаметре и форме отверстия.
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
315
Глава 6. Стандарты на решение изобретательских задач
Стандарт 4.1.3. Измерение - два последовательных обнару-
жения
Если дана задача на измерение и нельзя применить стандарты
4.1.1 и 4.1.2, то целесообразно перевести ее в задачу на последова-
тельное обнаружение изменения.
(6.56)
Переход от расплывчатого понятия «измерение» к четкой модели
«два последовательных обнаружения» резко упрощает задачу.
Пример 6.85. Измерение температуры
Вместо измерения температуры в точке контакта пары трения (напри-
мер, в шарикоподшипниках, коробке передач) в смазочную пленку вводят-
ся мелкие ферромагнитные частицы с фиксированной точкой Кюри. После
превышения точки Кюри некоторые частицы остаются парамагнитными
даже после охлаждения благодаря эффекту гистерезиса. Анализируя обра-
зец смазки, можно идентифицировать изменения в магнитных свойствах
частиц, а затем можно определить, какие температуры контакта возникают
при определенных рабочих условиях.
Пример 6.86. Окружность колеса
Окружность качения автомобильных шин уменьшается при значи-
тельном падении давления и соответствующем увеличении числа оборотов.
Если скорость каждого колеса оценивается по сигналам в антиблокировоч-
ной системе и записывается, можно определить среднее значение и опреде-
лить любое большое отклонение (более 30%) давления отдельных шин.
Пример 6.87. Измерение скорости пули
В США разработан способ измерения скорости пули с помощью элек-
третов295. Пуля, пролетая над двумя электретами, расположенными на за-
ранее известном расстоянии, изменяет электрическое поле. Появляются два
295 Электрет - это диэлектрик, способный находиться в наэлектризованном
состоянии после снятия внешнего воздействия, вызвавшего поляризацию, в течение
длительного времени. - Материал из Википедии.
316
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
6.5. Класс 4. Стандарты на обнаружение и изменение систем
последовательных импульса (рис. 6.21). Скорость V полета пули опреде-
ляют делением расстояния I между электретами на время между появле-
нием импульсов.
(6.57)
где:
V - скорость полета пули,
I - расстояние между электретами,
tH- время между появлением импульсов.
(6.58)
где:
Bj - пуля,
В2 - электрет,
П1 - электрическое поле.
Нуля
Электрет
Импу
Рис. 6.21. Измерение скорости пули
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
317
Глава 6. Стандарты на решение изобретательских задач
6.5.2. Подкласс 4.2. Синтез измерительных систем
Стандарт 4.2.1. «Измерительный» веполь
Если невепольная система плохо поддается обнаружению или
измерению, задачу решают, достраивая простой или двойной ве-
поль с полем на выходе:
(6.59)
Пример 6.88. Умный скальпель
При удалении раковой опухоли хирург должен четко видеть, где кон-
чается зона опухоли и начинаются здоровые ткани. Электрохирургический
инструмент, разработанный в Лондоне, обеспечивает обратную связь, ко-
торая позволяет практически в реальном времени узнать, имеет ли разреза-
емая ткань злокачественный характер. Электрохирургический скальпель
iKnife режет с помощью высокочастотного электрического тока и отсасы-
вает дым, выделяемый горящими тканями, который поступает в масс-
спектрометр, определяющий наличие соответствующих специфических
веществ, характерных для разных тканей. Результат выдается в течение
трех секунд. Это настоящая революция, ибо при традиционной технологии
проведения анализа тканей непосредственно в ходе операции ждать прихо-
дилось полчаса (рис. 6. 22)296 297.
Рис. 6.22. Умный скальпель297
Популярная механика, 2014, № 2. С. 17.
wvvw.scicnccmag.org/news/20l3/07/srnart-knifc-sniiTs-out-canccr-cens.
297 URL: httn://vvww.paramclcr..sk/rovat/technika-tudomany/20l4/07/23/amcrikai-
ceg-vasarolla-fel-inagyar-intelligens-kcs-technologial.
318
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
6.5. Класс 4. Стандарты на обнаружение и изменение систем
Пример 6.89. Улучшение видимости
Когда во время ливня или снегопада водитель машины включает фары
(особенно дальний свет), то он видит перед собой глухую стену из дождя
или снега. В Университете Карнеги-Меллон придумали остроумное реше-
ние этой проблемы. С помощью видеокамер компьютерная система отсле-
живает положение снежинок (или дождевых капель) и предсказывает их
дальнейшую траекторию, после чего выключает на короткие промежутки
времени соответствующие лучи многолучевых «ноголучевыхщие в фарг (в
прототипе был использован обычный DLP-проектор). Как показали экспе-
рименты, с такой системой водитель даже во время метели не замечает 70-
80% снежинок, при этом средняя интенсивность света фар снижается всего
на 5%298 299.
Этот пример можно рассматривать и как стандарт 2.2.4 (динамизация).
Стандарт 4.2.2. Комплексный «измерительный» веполь
Если система (или ее часть) плохо поддается обнаружению или изме-
рению, задачу решают переходом к внутреннему или внешнему комплекс-
ному веполю, вводя легко обнаруживаемые добавки:
П П2
(6.60)
Пример 6.90. Определение прокола
Для определения места прокола в автомобильной камере ее накачива-
ют дымом. Струя дыма, выходящая из камеры, показывает место прокола.
Пример 6.91. Определение износа инструмента
Для определения износа сверла к нему прикрепляют пьезоэлектриче-
ский акселерометр, сигнал которого поступает на электронную систему.
Кроме того, имеется частотомер. Сигнал с электронной схемы сравнивается
299
с данными частотомера и определяют степень износа инструмента .
298 Популярная механика, 2012, № 11. С.22.
299 А. с. 763 069.
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
319
Глава 6. Стандарты на решение изобретательских задач
Стандарт 4.2.3. «Измерительный» веполь на внешней среде
Если систему трудно обнаружить или измерить в какой-то момент
времени и нет возможности ввести в объект добавки, то эти добавки, со-
здающие легкообнаруживаемое и легкоизмеряемое поле, следует ввести во
внешнюю среду, по изменению состояния которой можно судить об изме-
нении состояния объекта:
П,
(6.61)
Пример 6.92. Измерение состава пробы
Обычно для измерения состава пробы осуществляют регистрацию ка-
либровочного и рабочего спектра пробы. Затем вычисляют концентрацию
компонентов с использованием градуировочных зависимостей.
В изобретении предложено в качестве калибровочного спектра ис-
пользовать спектр пропускания пробы, зарегистрированный спектрометром
с входной щели. В качестве источника излучения используют один или
более излучателей с гладким распределением спектра300.
Способ измерения состава пробы, включающий регистрацию калибро-
вочного спектра, регистрацию рабочего спектра пропускания пробы и вы-
числение концентраций определяемых компонентов с использованием гра-
дуировочных зависимостей, отличающийся тем, что оба спектра снимают
без изменения длины оптического пути света через пробу, но при этом в
качестве калибровочного спектра используют спектр пропускания пробы,
зарегистрированный спектрометром с входной щелью, спектральная шири-
на которой превышает ширину зарегистрированной линии поглощения
определяемого компонента в рабочем спектре пропускания пробы, реги-
страцию которого производят с шириной щели, позволяющей измерить
интенсивность линии поглощения определяемого компонента, при этом
регистрацию указанных спектров осуществляют многоэлементным твердо-
тельным детектором, а в качестве источника излучения используют один
или более излучателей с гладким распределением спектра301.
300 Патент WO2015/163782 А1.
301 Патент WO2015/163782 А1.
320
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
6.5. Класс 4. Стандарты на обнаружение и изменение систем
Пример 6.93. Определение износа двигателя
Определение степени износа двигателя и разжижения моторных масел
топливом выполняют путем отсоса отработанного масла, попадающего на
магнит в виде капель, по измерению времени истечения масла и количе-
ственному и качественному составу частиц железа на магните302 303.
Стандарт 4.2.4. Получение добавок во внешней среде
Если во внешнюю среду нельзя извне ввести добавки по стандарту
4.2.3, то эти добавки могут быть получены в самой среде, например ее раз-
ложением или изменением агрегатного состояния. В частности, в качестве
таких добавок нередко используют газовые или паровые пузырьки, полу-
ченные электролизом, кавитацией и другими способами.
(6.62)
Пример 6.94. Определение наночастиц
Для определения распределения концентрации и размеров микро- и
наночастиц в жидкостях и газах пропускают через анализируемую среду
лазерный луч, измеряют флуктуации мощности излучения, рассеянного на
исследуемых частицах, под большими углами. Дополнительно измеряют
распределение интенсивности рассеянного излучения под малыми углами
рассеяния, для чего устройство снабжено матричным приемником. Реше-
ние интегрального уравнения обратной задачи рассеяния осуществляют с
-303
учетом полученных дополнительных измерении .
6.5.3. Подкласс 4.3. Форсирование измерительных веполей
Стандарт 4.3.1. Использование физэффектов
Если дана веполъная система, то эффективность обнаруже-
ний и измерений в ней может быть повышена за счет использова-
ния физических эффектов.
302 Патент РФ 2 334 212.
303 Патент WO2014/065694 А1.
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
321
Глава 6. Стандарты на решение изобретательских задач
П1
ФЭ
(6.63)
Задача 6.15. Направление движения подземных вод
Условие задачи
Как определить направление движения подземных вод?
Разбор задачи
Воспользуемся стандартом 4.3.1.
Решение
Для определения потока подземных вод применяют электролитиче-
ский индикатор.
В подземный поток через скважину вводят электролитический индика-
тор (хлористый натрий), который распространяется исследуемым потоком.
Вдоль направления движения потока образуется «яразуем электропро-
водящего индикатора. На поверхности земли устанавливают пары разне-
сенных электродов под разными направлениями относительно места ин-
жекции (скважины) и измеряют кажущее сопротивление массива пород. В
направлении сноса индикатора оно минимизировано (минимальная элек-
тропроводимость) и, наоборот, в направлении, противоположном движе-
нию воды, сопротивление максимально (электропроводимость минималь-
на). Измерение сопротивления осуществляют в определенные моменты
времени под разными азимутными углами. Таким образом, строят эпюру и
направление движения определяют по направлению максимальной прово-
димости (минимального кажущегося сопротивления)304.
Задача 6.16. Направление потоков подземных вод
Условие задачи
Способ, описанный в задаче 6.16, дает неточные показания направле-
ния потока, как в горизонтальном направлении, так и по глубине залегания
потока, особенно на больших расстояниях (десятки и сотни километров).
Необходимо вводить индикатор в больших количествах, что сильно загряз-
няет водные горизонты.
Как быть?
304 Гринбаум И. И. Об изучении движения подземных вод методом заряженно-
го тела. - Геофизическая разведка. Вып. 1. - М.: Недра, 1960. - С. 47-52.
322 Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
6.5. Класс 4. Стандарты на обнаружение и изменение систем
Разбор задачи
Воспользуемся стандартом 4.3.1.
Решение
В качестве индикатора используют гелий, который вводят в подзем-
ные воды и измеряют его концентрацию на поверхности земли. По участ-
кам с аномальной концентрацией гелия судят о путях движения подземных
вод.
На рис. 6.23 показана схема, поясняющая способ.
В подземные воды через скважину опускают шланг, по которому вво-
дят жидкий гелий. Скважину сверху герметизируют. Жидкий гелий вводят
из баллона с избыточным давлением в нужном количестве.
Растворенный гелий движется вместе с потоком воды. Гелий проника-
ет через породы к поверхности земли. С помощью портативных измерите-
лей гелия определяют места его максимального выхода.
Гелий совершенно нетоксичен, хорошо растворяется в воде и легко де-
газирует из нее. Он не взаимодействует с породами, не изменяет свойства
воды и быстро мигрирует через толщу пород (рис. 6.23)305.
Рис. 6.23. Направление движения подземных вод. А. с. 829 893
1 - водоносный горизонт; 2 - скважина; 3 - фильтр; 4 - баллон с газообраз-
ным гелием.
305 А. с. 829 893.
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
323
Глава 6. Стандарты на решение изобретательских задач
4.3.2. Использование резонанса контролируемого объекта
Если невозможно непосредственно обнаружить или измерить
происходящие в системе изменения, а также пропустить сквозь
систему поле, то задачу решают возбуждением в системе резо-
нансных колебаний (во всей системе или какой-то ее части), по из-
менению частоты которых можно определить происходящие в си-
стеме изменения:
п
► (6.64)
Пример 6.95. Исследование тканей человека
Наиболее точные исследования состояния тканей человека дает ис-
пользование ядерного магнитного резонанса.
Пример 6.96. Измерение физических величин
Измерение осуществляется путем сравнения частоты измеряемой ве-
личины и подстраиваемого датчика, имеющего резонансный контур, состо-
ящий из емкости и параллельно подключенной индуктивности. Индуктив-
ность или емкость могут подстраиваться306.
4.3.3. Использование резонанса присоединенного объекта
Если невозможно применить стандарт 4.3.2, то о состоянии
системы судят по изменению собственной частоты объекта
(внешней среды), связанного с контролируемой системой.
Пример 6.97. Частота колебаний
Для измерения частоты колебания объекта, например струны, к нему
прилепляют пьезоэлемент. Это может исказить истинную частоту колеба-
ния объекта, особенно если их массы сопоставимы. Измерять частоту коле-
бания объекта можно по колебаниям воздуха около объекта.
306 Патент WO2013/157979 А1
324
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
6.5. Класс 4. Стандарты на обнаружение и изменение систем
Пример 6.98. Измерение наночастиц
Определение размеров наночастиц осуществляют с помощью измерения
спектра электронного параметрического резонанса (ЭПР) мелких доноров в
полупроводниковых нанокристаллах. Образец полупроводниковых наноча-
стиц помещают в криогенную систему и воздействуют микроволновым полем
частотой через волновод и рупор. На образец наночастиц воздействуют посто-
янным магнитным полем, соответствующим ЭПР мелких доноров. Образец
также облучают импульсным ультрафиолетовым излучением. Сигнал ЭПР
мелких доноров регистрирует фотоприемное устройство и по нему судят о
307
размер наночастиц .
6.5.4. Подкласс 4.4. Переход к фепольным системам
Стандарт 4.4.1. «Измерительный» протофеполь
Веполи с немагнитными полями имеют тенденцию перехода в
«протофеполи», то есть веполи с магнитным веществом и маг-
нитным полем.
Bi
В1
(6.65)
Пмаг
Пример 6.99. Навигация по магнитным полям внутри зданий
Внутри больших зданий (торговые центры, музеи и т.п.) не помешала
бы система навигации. Однако здесь спутниковая навигация не работает.
Из положения пытаются выходить, используя Wi-Fi-роутеры или установ-
ленные в смартфонах акселерометры и гироскопы. Финская компания
IndoorAtlas предлагает ориентироваться с помощью уникального профиля
магнитных полей, которым обладают здания с металлическими элементами
конструкции (например, из железобетона). Для этого необходимо снять
карту магнитных полей в здании, а также оснастить смартфон или планшет
магнитным датчиком и соответствующим программным обеспечением.
Данный метод навигации сможет обеспечить точность определения места
порядка 0,1-2,0 м307 308.
Пример 6.100. Система GoalRef
Система GoalRef разработана немецким институтом прикладных ис-
следователей Fraunhofer совместно с датской компанией Select Sport. Она
307 Патент РФ 2 395 448.
308 Популярная механика, 2012, № 9. С. 28.
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
325
Глава 6. Стандарты на решение изобретательских задач
использует низкочастотное магнитное поле. В рамке ворот установлены
катушки индуктивности. Мяч оснащен пассивной электронной схемой,
встроенной между наружными кожаными и надувными внутренними слоя-
ми. Программное обеспечение контролирует состояние магнитного поля в
цепи и может обнаружить изменение, которое происходит в нем из-за про-
хождения катушек в шаре по линии.
После обнаружения система посылает зашифрованный радиосигнал в
реальном времени на наручные часы, которые носят рефери, которые виб-
рируют и показывают сообщение о том, что гол был забит (рис. 6.24)309.
Рис. 6.24. Система GoalRef310
Стандарт 4.4.2. «Измерительный» феполь
Если нужно повысить эффективность обнаружения или изме-
рения «протофепольными» и вепольными системами, то необходи-
мо перейти к феполям, заменив одно из веществ ферромагнитными
частицами (или добавив ферромагнитные частицы) и обнаруживая
или измеряя магнитное поле:
309 URL: hups ://\v w w. i i s. fra u n ho fcr.dc/cn/ff;l v /nct/proj/goa I re f. ht m 1.
3,0 URL: http://\v\vw.techbuz/in.com/bfog/2()l 7/04/()9;technology-in-spoils-drs-
326
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
6.5. Класс 4. Стандарты на обнаружение и изменение систем
4п
(6.66)
ПМаг
Пример 6.101. Определение толщины стенок
Толщина стенок полых изделий из диэлектрических материалов опре-
деляется путем введения в полость изделия магнитного порошка, создавая
замкнутую магнитную цепь между порошком и индуктивным датчиком
сквозь стенку изделия, а по величине индуктивности датчика определяют
ее толщину. Кроме того, с целью повышения точности измерений, на по-
рошок воздействуют с внешней стороны стенки изделия постоянным маг-
нитным полем, а со стороны полости изделия - электростатическим полем,
при этом для измерений используют индуктивный датчик без ферромаг-
нитного сердечника (6.25)311.
Рис. 6.25. Определение толщины стенок. Патент РФ 1 188 520
1 - изделие; 2 - измерительный датчик; 3 - электромагнит; 4 - магнит-
ный порошок; 5 - электрод.
3,1 Патент РФ 1 188 520.
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
327
Глава 6. Стандарты на решение изобретательских задач
Пример 6.102. Определение уплотняемости магнитного порошка
Уплотняемость и формуемость магнитных порошков рассчитыва-
ются по результатам измерения намагниченностей насыщения и
насыпной плотности порошка312.
Стандарт 4.4.3. Комплексный «измерительный» феполь
Если нужно повысить эффективность обнаружения или измере-
ния системы путем перехода к феполю, а замена вещества ферромаг-
нитными частицами недопустима, то переход к феполю осуществля-
ется построением комплексного феполя, вводя добавки в вещество:
(6.67)
Пример 6.103. Магнитопорошковый контроль
На контролируемую деталь насыпают магнитный порошок и помеща-
ют в магнитное поле. В месте дефекта образуется валик из порошка. Поро-
шок убирают и в место дефекта помещают магнитную жидкость и измеря-
ют ее электрическое сопротивление. По значению сопротивления опреде-
ляют глубину дефекта313.
Стандарт 4.4.4. «Измерительный» феполь на внешней среде
Если нужно повысить эффективность обнаружения или изме-
рения системы путем перехода от веполя к феполю, а введение
феррочастиц недопустимо, то феррочастицы следует ввести во
внешнюю среду.
^-4 =>Д(В=;В“*) ,66Rl
/ / (о.оо)
Пмаг
3,2 Патент РФ 2 166 190.
3,3 Патенты РФ 2 356 042 и 2 474 815.
328
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
6.5. Класс 4. Стандарты на обнаружение и изменение систем
Пример 6.104. Иммуноанализ
В качестве основы иммуносорбента используют вермикулит или смесь
вермикулита с магнитным порошком. За счет этого значительно увеличи-
вается иммунохимическая активность, что позволяет получить более точ-
314
ные результаты анализа .
Стандарт 4.4.5. Использование физэффектов
Если нужно повысить эффективность фенольной измеритель-
ной системы, необходимо использовать физические эффекты,
например, переход через точку Кюри, эффекты Гопкинса и Баркгау-
зена, магнитоупругий эффект и т. д.
Пупр (Птем9 Пмех)
Пмаг
(6.69)
Пример 6.105. Уровнемер
Дискретный уровнемер содержит магнит, соединенный с датчиком по-
ложения, например поплавком, усилитель, счетчик импульсов и чувстви-
тельный элемент, выполненный в виде протяженного проводника, например
струны или ленты, изготовленного из материала, испытывающего скачки
Баркгаузена при перемагничивании, например из технически чистого железа,
концы которого электрически соединены через усилитель со входом счетчи-
ка импульсов, регистрирующего число скачков Баркгаузена315.
Пример 6.106. Анализ ферромагнитных изделий
Электромагнитный анализ ферромагнитных изделий осуществляют
путем наведения магнитного поля с напряженностью, достаточной для
проявления эффекта Баркгаузена, а к исследуемому участку намагниченно-
го изделия прикладывается низкочастотное переменное магнитное поле,
вызывающее движение магнитных доменов. Определяют напряженность
магнитного поля, наведенного в ответ на воздействие магнитного поля и
переменного магнитного поля. Было обнаружено, что напряженность маг-
нитного поля в непосредственной близости к дефектному участку имеет
другую величину, и эта информация может использоваться для определе-
3,4 Патент РФ 2 192 013.
3,5 А. с. 290 178:
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
329
Глава 6. Стандарты на решение изобретательских задач
ния различных параметров изделия. В одной из систем используется быст-
рое сканирование и контроль труб с целью обнаружение и определения
местоположения дефектов316.
6.5.5. Подкласс 4.5. Направления развития измерительных си-
стем
Стандарт 4.5.1. Переход к бисистеме и полисистеме
Эффективность измерительной системы - на любом этапе
развития - может быть повышена путем перехода к бисистеме и
полисистеме.
(6.70)
Пример 6.107. Система Hawk-Eye
Система Hawk-Eye включает 14 высокоскоростных (320 кадров в се-
кунду) камер высокого разрешения, которые следят за воротами с различ-
ных ракурсов (по семь за одними воротами). Специальное программное
обеспечение отслеживает мяч и показывает на экране телевизора траекто-
рию полета, а в случае гола подается сигнал на часы всех судей (рис. 6.26).
Эта система используются в крикете, теннисе и снукере с 2001 года.
Рис. 6.26. Система Hawk-Eye 3,7
3,6 Патент США 3 588 683
317 URL: http://nialinafoto.ni’news>7anibezh/4759-kak-niboiael-novaya-sistema-
0predcleniya-v7yatiya-v0r0t-ha\vk-eye.html.
330
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
6.6. Класс 5. Стандарты на применение стандартов
Пример 6.108. Исследование быстрых процессов
В Исследовательском центре NASA сконструировали установку Walle,
состоящую из шести высокоскоростных съемочных камер. При этом каж-
дая камера настроена на свою светочувствительность. То есть фиксирует
только те элементы, которые имеют соответствующую освещенность. По-
сле съемки результаты всех камер обрабатываются на компьютере, кото-
рый обеспечивает получение точно экспонированного во всех деталях
изображения. Область применения установки - съемка быстрых процессов,
- 318
например реактивной струи или взрыва снаряда .
Стандарт 4.5.2. Направления развития
Измерительные системы развиваются в направлении: измере-
ние функции - измерение первой производной функции - измерение
второй производной функции.
X--► X —► X
(6.71)
Пример 6.109. Система управления
Системы управления для объектов с быстро изменяемыми параметра-
ми должна управляться не только по самому сигналу, но и по его первой,
второй или более высоким производным.
При длительной работе системы в закон управления системой жела-
тельно вводить интеграл управляемой величины для повышения точности
управления.
6.6. Класс 5. Стандарты на применение стандартов
6.6.1. Подкласс 5.1. Введение веществ
Стандарт 5.1.1. Обходные пути
Если нужно ввести в систему вещество, а это запрещено усло-
виями задачи или недопустимо по условиям работы системы, то
следует использовать обходные пути:
1. Вместо вещества используют «пустоту».
(6.72)
318 Популярная механика, 2012, № 1. С. 20.
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
331
Глава 6. Стандарты на решение изобретательских задач
Пример 6.110. Губка из нанотрубок
Ученые из университетов Райса и Пенсильвании создали макроскопи-
ческие губки из углеродных нанотрубок, многократно пересекающихся
между собой.
Пустоты в губке занимают более 99%. При этом материал оказался су-
пергидрофобным. Он не тонет в воде, но оказался олеофильными, хорошо
впитывая масла в количестве свыше 100 граммов на 1 г собственного ве-
319
Cd
Пример 6.111. «Ничто» в информатике
В программировании, «nothing» (в VB.Net), или «null» (в С, С#, Java, и
др), None (в Python), nil (в Ruby, Lisp) используется как ключевое слово,
представляющее неинициализированную переменную, указатель или ссыл-
ку, не относящуюся ни к одному объекту. Аналогичным образом, в SQL
null является символическим представлением отсутствия данных.
Большинство языков ассемблера имеют инструкцию «нет операциии
NOP (часто с числовым значением нуль) — команду, которая предписывает
ничего не делать.
В UNIX-подобных ОС существует специальный файл /dev/null, пред-
ставлящий собой «обойяю устройство,319 320.
2. Вместо вещества вводят поле.
в ► п (6.73)
Пример 6.112. Голосование
Обычное голосование заменили электронным голосованием.
Идентификация личности происходит по биометрическому образу.
Процесс голосования значительно убыстряется, удешевляется и ис-
ключается фальсификация результатов321.
Пример 6.113. Сварка листов
При сварке электрод перемещают механически. Можно вообще не тра-
тить время на перемещение электродов, если их расставить заранее в нуж-
ном месте на расстоянии, меньшем, чем тепловое пятно. Каждый из элек-
тродов подсоединяется к источнику питания и последовательно включает-
ся. Таким образом, дуга движется, а электроды стоят на месте322.
319 URL: http://ww\v.naturc.coin/srcp/2012/120413/srep00363'full/srcp00363.html.
320 Ничто - Материал из Википедии.
321 Патент WO2016118037 А1.
322 А. с 285 740.
332
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
6.6. Класс 5. Стандарты на применение стандартов
3. Вместо внутренней добавки используют наружную.
(6.74)
Пример 6.114. Стая
Если в стае животных в зоопарке нет альфа-самца или он погиб, то
идет острая борьба за лидерство. Иногда такая борьба не приносит успехов
- не находится сильнейшего, в таком случае его приводят со стороны. Он
быстро наводит порядок в стае, и никто не смеет ему перечить.
4. Вводят в очень малых дозах особо активную добавку.
(6.75)
Примечание:
Символ «ц» - «микро» - малое количество.
- очень активная добавка.
Пример 6.115. Гомеопатия
Гомеопатия использует сильно разведенные вещества.
Задача 6.17. Проверка лекарств
Условие задачи
Каждый день в мире синтезируются новые лекарства. Все они должны
быть проверены. Чаще всего действия лекарственных препаратов проверя-
ют на разных животных. Но это долго и дорого, нужны большие дозы ве-
щества. Как быть, если надо проверить новые лекарства, а их синтезирова-
но очень мало. Как проверить, действуют ли они вообще?
Разбор задачи
Воспользуемся стандартом 5.1.1.4.
Решение
Проверку на чувствительность новых лекарств зачастую проводят на
пауках. Под действием лекарств у них легко обнаружить ошибочные дей-
ствия: конструкция сети - это точный отчет о функциональном состоянии
нервной системы паука. Даже при ничтожных лекарственных дозах они
начинают плести «лестиютенныхм сети.
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
333
Глава 6. Стандарты на решение изобретательских задач
5. Вводят в очень малых дозах обычную добавку, но распола-
гают ее концентрированно - в отдельных частях объекта.
Примечание:
Символ! «К» - концентрированно.
Пример 6.116. Контакты
В разнообразных электрических и электронных приборах контакты
делали полностью из серебра или золота. Теперь серебром и золотом по-
крывают только непосредственно контактирующие части.
Задача 6.18. Выведение пятна
Условие задачи
На каком-то объекте появилось нежелательное пятно.
Можно обработать весь объект специальным веществом, но оно может
испортить объект.
Как быть?
Разбор задачи
Воспользуемся стандартом 5.1.1.5.
Решение
Обрабатывают только место, где имеется пятно, концентрированным
веществом.
6. Добавку вводят на время.
(6.77)
Примечание:
Символ «t» - временно.
334
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
6.6. Класс 5. Стандарты на применение стандартов
Пример 6.117. Дорожный каток
Дорожный каток предназначен для уплотнения дорожного покрытия,
например при укладке асфальта. Для этого массу катков делают достаточно
большой, но во время доставки катка на место перевозится большой груз и
происходят лишние затраты энергии.
Чтобы избежать лишних затрат энергии, было предложено перевозить
пустую бочку, а когда нужно укатывать дорогу, ее заполняют водой или
песком.
Пример 6.118. Пищевая добавка
На время беременности домашним животным вводится добавка рыбье-
го жира, например печени акулы323.
7. Вместо объекта используют его копию (модель), в кото-
рую допустимо введение добавки.
Bi -----► Копия Bi (6.78)
Задача 6.19. «Фальшивые яйца»
Условие задачи
Кукушки безбожно паразитируют на других птицах, подкладывая в их
гнезда по одному яйцу. При этом многие птицы чужого яйца не замечают.
Как кукушкам удаётся так замаскировать свои яйца?
Разбор задачи
Воспользуемся стандартом 5.1.1.7.
Решение
За многие века паразитизма кукушки приобрели богатый опыт. Во-
первых, при относительно крупных размерах тела кукушки несут мелкие
яйца весом около 3 г. Во-вторых, кукушки умело подделывают расцветку
своего яйца под окрас хозяйских. Есть версия, что каждая кукушка «укециа-
лизируетсяи на подкладке яиц только к определенным видам воробьиных
птиц. А чтобы наседка не заметила прибавления в гнезде, кукушка взамен
своего выбрасывает или съедает одно из ее яиц. Вот такой птичий криминал.
Пример 6.119. Разработка судов
Прежде чем строить судно, сначала испытывают его модель в бас-
сейне.
323 Патент WO/2006/024742. Food supplement for livestock and implementing
method thereof. Патент РФ 2 388 319.
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
335
Глава 6. Стандарты на решение изобретательских задач
8. Добавку вводят в виде химического соединения, из кото-
рого она потом выделяется.
Bi ==► Хим Bi------------► (6.79)
Пример 6.120. Пластификация древесины
Пластификации древесины осуществляется обработкой аммиаком и в
процессе работы поверхности трения древесины пропитывают солями, раз-
лагающимися при температуре трения, например, (Н4) 2СО3324.
9. Добавку получают разложением внешней среды или само-
го объекта, например электролизом, или изменением агрегатно-
го состояния части объекта или внешней среды.
Вес =► В'вс ------------ В'вс (6.80)
Пример 6.121. Защита информации
Для защиты передаваемой информации ее разлагают на составляющие,
смешивают с белым гауссовским шумом. Каждая составляющая, смешан-
ная с шумом, передается по отдельности. На приемном конце информация
фильтруется, отделяя полезный сигнал от шума, и соединяется с использо-
ванием уникального ключа.
Пример 6.122. Электролиз
Снятие металла с катода, полученного электролизом, требует много
усилий и часть металла остается на катоде. Для этого катод покрывают за-
щитным слоем, ослабляющим сцепление катодного остатка с материалом
катода. Однако этот способ загрязняет электролит и катодный осадок и,
кроме того, покрытие не обеспечивает равномерного сцепления катодного
осадка с основой по всей площади катода и сдирка осадка остается трудо-
емкой операцией.
Предложено катод покрывать рыхлым губчатым слоем осаждаемого
металла, который наносят в режиме предельного тока325.
324 А. с. 342 761.
325 А. с. 553 309.
336
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
6.6. Класс 5. Стандарты на применение стандартов
Стандарт 5.1.2. «Раздвоение» вещества
Если дана система, плохо поддающаяся нужным изменениям, и
условия задачи не позволяют заменить инструмент или ввести до-
бавки, вместо инструмента используют изделие, разделяя его на
части, взаимодействующие друг с другом.
В1 ------> ВА1 -------- ВБ1 (6.81)
Пример 6.123. Нагрев потока воздуха
Два потока воздуха пропускают через нагревательное устройство
навстречу друг другу и формируют общий поток нагретого воздуха пу-
тем слияния встречных потоков326.
Пример 6.124. Подзарядка электромобиля
Для подзарядки электромобиля используется поток встречного возду-
ха, который раскручивает крыльчатку, кинематически связанную с элек-
трогенератором327.
5.1.2.1. Увеличение степени управляемости частицами
Если же в систему входит поток мелкодисперсных частиц и
надо увеличить степень управления этими частицами, поток следу-
ет разделить на части, заряженные одноименно и разноименно.
Если весь поток заряжен одноименным электричеством, то проти-
воположный заряд должна нести одна из частей системы.
Пример 6.125. Искусственный снег
Для получения искусственного снега в камере смешения в охлажден-
ный сверхзвуковой поток воздуха распыляют воду и жидкую углекислоту,
заряженные разноименно. Охлаждение осуществляют адиабатическим
расширением328.
Пример 6.126. Газированные напитки
При изготовлении газированных напитков на купаж и жидкий диоксид
углерода воздействуют статическими зарядами противоположных потен-
326 Патент РФ 2 280 821.
327 Патент WO2010/041979 А1
328 А. с. 1 814 717.
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
337
Глава 6. Стандарты на решение изобретательских задач
циалов. Это позволяет стабилизировать технологические свойства напитка
329
при хранении .
Стандарт 5.1.3. Самоустранение отработанных веществ
Введенное в систему вещество - после того, как оно сработало
- должно исчезнуть или стать неотличимым от вещества, ранее
бывшего в системе или во внешней среде.
Bi
► Bi ---►
(6.82)
Пример 6.127. Многоступенчатая ракета
В многоступенчатой ракете с внешними топливными емкостями после
исчерпания топлива в них они отделяются от основной ракеты.
Стандарт 5.1.4. Введение больших количеств вещества
Если нужно ввести большое количество вещества, а это за-
прещено условиями задачи или недопустимо по условиям работы
системы, в качестве вещества используют «пустоту» в виде
надувных конструкций или пены.
Много В, |=» ВапкууМ’
-----------1 Пена
(6.83)
Примечания.
1. Применение надувных конструкций - стандарт на
макроуровне. Использование пены - тот же стандарт на
микроуровне.
2. Стандарт 3.1.4 часто используют совместно с дру-
гими стандартами.
Пример 6.128. Радиолокационный отражатель
Радиолокационный отражатель выполнен из надувных баллонов, со-
бранных в форме октаэдра. Внутри расположен отражающий элемент329 330.
329 Патент РФ 2 008 340.
330 Патент РФ 2 368 988.
338
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
6.6. Класс 5. Стандарты на применение стандартов
Пример 6.129. Защита от коррозии
Для защиты от коррозии скрытых полостей кузова автомобиля внут-
ренний объем скрытых полостей заполняют под давлением аэрозолем пе-
нопласта на основе пенополиуретана для полной герметизации объема с
последующим самоотверждением331.
6.6.2. Подкласс 5.2. Введение полей
При постройке, перестройке и разрушении веполей часто необ-
ходимо вводить новые поля. Чтобы не усложнять при этом систему,
следует использовать стандарты подкласса 5.2.
Стандарт 5.2.1. Использование полей по совместительству
Если в веполъную систему нужно ввести поле, то следует,
прежде всего, использовать уже имеющиеся поля, носителями ко-
торых являются входящие в систему вещества.
П1
(6.84)
Пример 6.130. Обогрев хлевов
Силос хранится в силосных башнях. За счет биологических процессов,
происходящих в силосе, выделяется тепло. Это может привести к разруше-
нию силосных башен, поэтому башни охлаждают.
Предложено тепловую энергию, выработанную силосом, использовать
для нагрева соседних хлевов.
Стандарт 5.2.2. Введение полей из внешней среды
Если нужно ввести поле, а по стандарту 5.2.1 это сделать не-
возможно, следует использовать поля, имеющиеся во внешней среде.
331 Патент РФ 2 107 748.
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
339
Глава 6. Стандарты на решение изобретательских задач
(6.85)
Пример 6.131. Испытания почтовой машины
В ходе выполнения консалтингового проекта была предложена и по-
строена модель почтовой машины, в которой разделение и перелистывание
осуществлялось струями воздуха. Однако заказчик отказывался принять и
оплатить работу, требуя доказательства отсутствия слипшихся при перели-
стывании листов. Для того чтобы доказать разделение листов бумаги при
перелистывании, в воздух ввели небольшое количество порошкообразного
красителя. Наличие красителя на каждом листе бумаги доказывало, что при
перелистывании слипшихся листов не было.
Пример 6.132. Удаление влаги с моста
Удаление влаги с проезжей части моста осуществляется с помощью
эжекции. Водоотводная трубка опущена в реку. Течение воды создает ва-
куум в трубке (за счет эжекции), и вода удаляется с проезжей части мо-
^О332
ста
На конце водоотводной трубки сделана насадка, усиливающая поток
воды, так как имеет сужение над трубкой. Сужение делается выпуклыми
поверхностями линз, обращенных друг к другу (рис. 6.27).
332 А. с. 414 354.
340
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
6.6. Класс 5. Стандарты на применение стандартов
Рис. 6.27. Удаление влаги с моста. А. с. 414 354
1 - водосборная воронка; 2 - водоотводная трубка; 3 - насадка; 4 - по-
верхность линз; 5 - вертикальные перегородки; 6 - разряжение; 7 - по-
верхность.
Стандарт 5.2.3. Использование веществ, могущих стать ис-
точником полей
Если в систему необходимо ввести поле, а это нельзя сделать
по стандарту 5.2.1 и 5.2.2, то следует использовать поля, носите-
лями или источниками которых могут «по совместительству»
стать вещества, имеющиеся в системе или во внешней среде.
(6.86)
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
341
Глава 6. Стандарты на решение изобретательских задач
Пример 6.133. Перемещение космических средств
Перемещение космических средств осуществляется с помощью взаи-
модействия электрического и магнитного полей. Источник электрического
поля выполняют в виде металлических обкладок, установленных на двух
противоположных сторонах сердечника из магнитного диэлектрического
материала. К нему прикрепляют источник магнитного поля и синфазно или
в противофазе изменяют величину магнитного поля и скорость изменения
электрического поля. Изобретение обеспечивает уменьшение габаритов,
экономию энергоресурсов (рис.6.28)333.
Рис. 6.28. Перемещение космических средств
1 - сердечник; 2 - металлические обкладки; 3 - источник питания;
4 - солиноид; 5 - источник питания.
6.6.3. Подкласс 5.3. Фазовые переходы
Противоречивые требования к вводимым веществам и полям
могут быть удовлетворены использованием фазовых переходов.
333 Патент РФ 2 172 865.
342
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
6.6. Класс 5. Стандарты на применение стандартов
Стандарт 5.3.1. Фазовый переход 1: замена фаз
Эффективность применения вещества - без введения других
веществ - может быть повышена фазовым переходом 1, то есть
заменой фазового состояния имеющегося вещества.
| Твердое Bi |=>
Жидкость,
Газ
(6.87)
Задача 6.20. Порошковая металлургия
Условие задачи
Порошковая металлургия позволяет получать изделия любой формы
без дополнительной обработки с необходимыми свойствами материала.
Основные этапы:
1. Изготовление порошков и приготовление смеси.
2. Формирование изделия.
3. Спекание.
Формирование изделие осуществляется прессованием с использовани-
ем пресс-форм. Такой метод прост, но такие изделия получаются с нерав-
номерной плотностью.
Как быть?
Разбор задачи
Воспользуемся стандартом 5.3.1
Решение
1. Использование изостатического прессования, обеспечивающее
всестороннее сжатие прессуемого изделия и наиболее равномерное распре-
деление плотности по всему объему изделия.
Оно заключается с том, что порошок помещают в эластичную оболоч-
ку и проводят прессование в гидростате высоким давлением жидкости.
2. Использование импульсных давлений.
Могут использоваться:
- штамповка взрывом;
- электрогидравлический удар (эффект Юткина);
- электроимпульсная технология.
В качестве среды используется жидкость.
Пример 6.134. Вода - резак
Обычная вода не вызывает никаких разрушений. Струя воды под дав-
лением нескольких атмосфер разрушает земляной покров, может использо-
ваться для землеройных работ. Для резки угля необходимо увеличить дав-
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
343
Глава 6. Стандарты на решение изобретательских задач
ление струи воды до нескольких десятков или даже сотен атмосфер. Тонкая
струя воды под давлением более 6000 атмосфер может резать самые твер-
дые материалы.
Таким образом, вещество заменяется полем. Твердый материал заменяет-
ся жидкостью, движущейся с высокой скоростью под большим давлением.
Стандарт 5.3.2. Фазовый переход 2: двойственное фазовое
состояние
«Двойственные» свойства могут быть обеспечены фазовым
переходом 2, то есть использованием веществ, способных перехо-
дить из одного фазового состояния в другое в зависимости от усло-
вий работы.
Фазовое состояние 1 Фазовое состояние 2
(6.88)
Пример 6.135. Двухфазные теплоаккумулирующие материалы
Материалы, аккумулирующие тепло при плавлении, неудобны в ис-
пользовании. Более практичным является использование материалов, со-
стоящих из плавящейся термоаккумулирующей фазы и транспортной фазы,
удерживающей первую фазу в жидком и твердом состоянии.
Создан микрокапсулированный термоаккумулирующий материал с
фазовыми переходами для «ляехо тканейд, обеспечивающих тепловой
комфорт334.
Пример 6.136. Конденсатор
Конденсатор переменной емкости содержит две обкладки с располо-
женными между ними диэлектриком и узлом регулирования температуры
диэлектрика. Диэлектрик состоит из двух слоев: один выполнен из матери-
ала с диэлектрической проницаемостью, не зависящей от температуры, а
другой - из материала с фазовым переходом металл-диэлектрик335.
334 Nihal Sarier, Emel Onder, The manufacture of microencapsulated phase change
materials suitable for the design of thermally enhanced fabrics, Thermochimica Acta 452
(2007) 149-160
335 A. с. 1 003 163.
344
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
6.6. Класс 5. Стандарты на применение стандартов
Стандарт 5.3.3. Фазовый переход 3: использование сопут-
ствующих явлений
Эффективность системы может быть повышена за счет фа-
зового перехода 3, то есть использования явлений, сопутствующих
фазовому переходу.
(6.89)
Пример 6.137. Резка металла ударной волны разрежения
Для резки массивных стальных конструкций (толщиной 100 мм и бо-
лее) применяется способ, основанный на взаимодействии так называемых
ударных волн разрежения (УВР). Эти ударные волны возникают в железе и
стали, нагруженных ударной волной с давлением, превышающим давление
фазового перехода в железе. При давлении ~ 130 ГПа происходит мгновен-
ная перестройка кристаллической решетки железа из кубической в гексаго-
нальную, что приводит к значительному изменению плотности железа. При
снятии давления в волне разрежения происходит, соответственно, обрат-
ный фазовый переход. При этом профиль давления в ударной волне значи-
тельно изменяется. Образуется область скачкообразного уменьшения дав-
ления, то есть формируется ударная волна разрежения (открытие № 321).
При взаимодействии УВР в очень узкой зоне шириной несколько анг-
стрем возникают растягивающие напряжения, значительно превышающие
прочность железа и стали. Происходит разрушение стальной конструкции
на две части с очень ровными поверхностями разрушения. Такой способ
практически не имеет ограничений по толщине металла и требует суще-
ственно (иногда в десятки раз) меньшего количества ВВ по сравнению с
обычным методом, что особенно существенно при подводных взрывах. На
этом принципе разработан метод фрагментации морских и океанических
нефтяных платформ.
Пример 6.138. Оптически индуцированный фазовый переход
Привод на основе оптически индуцированного фазового перехода,
позволяет осуществлять микроперемещения в диапазоне единиц
микрометров. В качестве активной среды использован монокристалл из
полидиацителена (polydiacetylene). Под действием лазерного облучения
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
345
Глава 6. Стандарты на решение изобретательских задач
происходит фазовый переход, приводящий к изменению формы
монокристалла336.
Стандарт 5.3.4. Фазовый переход 4: переход к двухфазному
состоянию
«Двойственные» свойства системы могут быть обеспечены фа-
зовым переходом 4 - замена однофазового состояния двухфазным.
(6.90)
Пример 6.139. Хранение СО2
Для длительного хранения СО2 его закачивают в двухфазном состоя-
нии (газообразном и жидком) в скважины. Перед закачкой каждое из со-
стояний подвергаются специальной обработке (компрессии и охлаждению)
в определенной последовательности и соединению вместе. Такой поток
называют плотнофазный поток337.
Пена - типичный представитель двухфазного состояния (см. п. 3.12).
Стандарт 5.3.5. Взаимодействие фаз
Эффективность технических систем, полученных в результате
фазового перехода 4, может быть повышена введением взаимодей-
ствия (физического, химического) между частями (или фазами) систем.
(6.91)
Пример 6.140. Массообмен
Предлагается аппарат для массопередачи процессов адсорбции с
непрерывно движущейся твердой фазой и парогазовой смеси в режиме
противотока. Аппарат обеспечивает идеальное взаимодействие фаз338.
336 Tsuyoshi Ikehara, Makoto Tanaka, Satoru Shimada, Hiro Matsuda. Optically
driven actuator using photo-induced phase-transition polymer, Sensors and Actuators A
96(2002)239-243
337 Патент РФ 2 478 074.
338 Патент РФ 2 079 346.
346
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
6.6. Класс 5. Стандарты на применение стандартов
6.6.4. Подкласс 5.4. Особенности применения физэффектов
Стандарт 5.4.1. Самоуправляемые переходы
Если объект должен периодически находиться в разных физи-
ческих состояниях, то переход следует осуществлять самим объ-
ектом за счет использования обратимых физических превращений,
например, фазовых переходов, ионизации-рекомбинации, диссоциа-
ции-ассоциации и т. д.
Необратимое физическое превращение Обратимое физическое превращение
(6.92)
Пример 6.141. Газовый разрядник
Газовый разрядник - устройство для защиты электротехнического
оборудования от перенапряжений. В рабочем режиме напряжение на
разряднике ниже напряжения разряда. При увеличении напряжения на
электродах разрядника начинается тлеющий разряд, который переходит в
режим лавинной ионизации, а затем - в режим дугового разряда. В таком
режиме разрядник практически закорачивает линию, направляя токовый
импульс через разрядник на землю. Таким образом, происходит защита
оборудования, расположенного по схеме после разрядника, от импульсных
выбросов339.
Пример 6.142. Консистентные смазки
Консистентные смазки также являются тиксотропными средами. Это
позволяет надежно удерживать густую смазку в корпусе подшипника. В
зоне трения смазка разжижается и эффективно выполняет смазочные
функции.
Необходимо, чтобы консистентная смазка обладала подходящей кон-
систенцией. В идеале она должна обладать хорошей стойкостью к механи-
ческим воздействиям и выделению масла из смазки. Кроме того, желатель-
ны хорошая стойкость к окислению и характеристики текучести на холоде,
а также хорошие противоизносные свойства.
Часто бывает затруднительно достичь всех требуемых характеристик в
типичной композиции консистентной смазки на основе минерального мас-
ла. В таких случаях в состав композиции необходимо вводить одну или
339 URL: http://www.platan.ru/news/news.shtml?code=l 151
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
347
Глава 6. Стандарты на решение изобретательских задач
несколько присадок с целью модифицировать ее эксплуатационные показа-
тели. Однако введение присадок существенно повышает издержки произ-
водства композиции. Следовательно, требуется разработать композицию
консистентной смазки, обладающую определенными характеристиками
при пониженном содержании присадок, по сравнению с присадками, суще-
ствующими в настоящее время, для достижения таких характеристик.
В изобретении приводятся варианты консистентных смазок, удовле-
340
творяющие этим условиям .
Стандарт 5.4.2. Усиление поля на выходе
Если необходимо получить сильное действие на выходе при сла-
бом действии на входе, необходимо привести вещество-
преобразователь в состояние, близкое к критическому. Энергия запа-
сается в веществе, а входной сигнал играет роль «спускового крючка».
(6.93)
Пример 6.143. Лук и стрелы
Натягивая тетиву лука, совершают работу, предварительно накапливая
энергию в согнутом луке. В момент спуска тетивы накопленная энергия отда-
ется стреле за очень малый промежуток времени, создавая импульс силы.
Тем самым происходит концентрация энергии при ее обработке
(предварительное накопление), кратковременном хранении и дальнейшей
транспортировке.
Пример 6.144. Кумуляция
Кумуляция (лат. cumulatio - «umulatiol4 или cumulo - «umulotiol44) -
увеличение или усиление какого-либо эффекта за счет сложения или
накопления нескольких однородных с ним эффектов.
Кумулятивный эффект, эффект Монро (англ. Munroe effect) - усиление
- 341
действия взрыва путем его концентрации в заданном направлении .
Концентрация энергии взрыва осуществляется с помощью конуса
(геометрический эффект). Энергия концентрируется в тонкую газо-
340 Патент РФ 2 495 093.
341 Кумулятивный эффект. - Материал из БСЭ, Википедии и сайта
http: //\v w w. an n s. г u/G u n s/gre n ad c/grc и m ие I. h t гп.
348
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
6.6. Класс 5. Стандарты на применение стандартов
металлическую струю очень большого давления (1-2 млн кгс/см2) и рас-
пространяющуюся с очень большой скоростью (7-15 км/с).
Это пример концентрации энергии путем сжатия энергии, перехода от
объема к точке и использования эффектов (геометрических).
6.6.5. Подкласс 5.5. Экспериментальные стандарты
Стандарт 5.5.1. Получение частиц вещества разложением
Если для решения задачи нужны частицы вещества (например,
ионы), а непосредственное их получение невозможно по условиям
задачи, то требуемые частицы надо получить разрушением веще-
ства более высокого структурного уровня (например, молекул).
(6.94)
Пример 6.145. Разрушение молекулярных структур
Разрушение молекулярных структур вещества осуществляется с по-
мощью передачи электромагнитных колебаний автономных источников
электромагнитных волн с частотой 10н - 1018 Гц, расположенных радиаль-
342
но с произвольным радиусом к разрушаемому веществу .
Стандарт 5.5.2. Получение частиц вещества соединением
Если для решения задачи нужны частицы вещества (например,
молекулы) и невозможно получить их непосредственно или по
стандарту 5. 5.1, то требуемые частицы надо получить дострой-
кой или объединением частиц более низкого структурного уровня
(например, ионов).
(6.95)
342 Патент РФ 2 056 160.
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
349
Глава 6. Стандарты на решение изобретательских задач
Пример 6.146. Термоядерная реакция синтеза
Способ проведения термоядерной реакции синтеза, характеризующий-
ся применением ускорителей заряженных частиц, с помощью которых
осуществляют бомбардировку ионами твердой или газовой мишени, со-
держащей ионы, либо производят встречное столкновение в зоне мишени с
ускоренными ионами других встречно направленных частиц. Используют
ионы разных знаков: один или более источников положительно заряжен-
ных ионов и один или более источников этих частиц343.
Стандарт 5.5.3. Применение стандартов 5.5.1 и 5.5.2.
При применении стандарта 5.5.1 простейший путь - разрушение
ближайшего вышестоящего «целого» или «избыточного» (отрица-
тельные ионы) уровня, а при применении стандарта 5.5.2 простейший
путь - достройка ближайшего нижестоящего «нецелого» уровня.
Пример 6.147. Смазочный материал
Описывается двухфазный смазочный материал344.
См. Пример 6.139. Консистентные смазки.
6.7. Алгоритм применения стандартов
Алгоритм применения стандартов показан на рис. 6.29.
Первоначально определяют, к какому классу относится задача -
на изменение или измерение (обнаружение).
Если задача на изменение, то определяют, имеет рассматривае-
мая система вепольную или невепольную структуру. Если структура
невепольная, то рассматривают первый класс стандартов. Далее
определяют, имеются ли вредные связи. Если нет, то рассматривают
подкласс 1.1. Если имеются вредные связи, то рассматривают под-
класс 1.2. После завершения работы по первому классу переходят ко
второму и третьему или сразу к 5-му классу.
Если система вепольная, то переходят ко 2-му, а затем к 3-му
классам. Далее переходят к 5-му классу.
Если задача на измерение, то рассматривается 4 класс. Если
можно использовать обходные пути, то рассматривают подкласс 4.1.
Рассмотрев стандарт 4.1.1, желательно рассмотреть задачу, начиная
343 Патент WO201 1096834 Л1.
344 Патент РФ 2 608 73<>
350
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
6.7. Алгоритм применения стандартов
с класса 1, или воспользоваться стандартами 4.1.2-4.1.3. После этого
можно перейти к подклассам 4.2-4.5. Если невозможно использовать
обходные пути, то сразу переходят к подклассам 4.2-4.5. По завер-
шении работы по классу 4 переходят к 5 классу.
| Класс 5 |
Рис. 6.29. Алгоритм применения 76 стандартов на решение
изобретательских задач
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
351
Глава 6. Стандарты на решение изобретательских задач
6.8. Самостоятельная работа
6.8.1. Вопросы для самопроверки
1. Опишите систему 76 стандартов на решение изобрета-
тельских задач.
2. Сколько классов стандартов в системе 76 стандартов?
3. Для чего предназначен каждый из классов стандартов?
Опишите каждый из классов.
4. Опишите алгоритм использования стандартов.
6.8.2. Темы докладов и рефератов
1. История развития системы стандартов.
6.8.3. Выполните задания
1. Приведите примеры на:
1.1. Первый класс стандартов.
1.2. Второй класс стандартов.
1.3. Третий класс стандартов.
1.4. Четвертый класс стандартов.
1.5. Пятый класс стандартов.
2. Определите номер стандарта
Примеры приведены в задачнике345. Определите, к какому стандарту
они относятся.
3. Решение задач
Задачи и их разбор изложены в задачнике346.
345 Петров В. М. ТРИЗ. Теория решения изобретательских задач. Уровень 5.
Задачник. М: Солон-Пресс, 2018.
346 Петров В. М. ТРИЗ. Теория решения изобретательских задач. Уровень 5.
Задачник. М: Солон-Пресс, 2018.
352
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
Заключение
Введение
1. Законы развития
систем
2. Переход к более
управляемым
полям
3. Увеличение сте-
пени дробления
4. Переход к КПМ
5. Увеличение сте-
пени веполыю-
сти
6. Стандарты_____
Заключение
Мы находимся здесь, чтобы
внести свой вклад в этот мир.
Иначе зачем мы здесь?
Стив Джобс
Содержание главы:
1. Рекомендации по использованию
инструментов ТРИЗ.
2. Рекомендации по совершенствова-
нию знаний ТРИЗ.
3. Что дальше?
1. Рекомендации по использованию описанных инстру-
ментов ТРИЗ
Данный учебник расширил и углубил знания, полученные в
учебниках 1-4 уровней.
Теперь в вашем арсенале имеются не только системный под-
ход, идеальность, ресурсы, логика АРИЗ, практический АРИЗ,
эффекты и вепольный анализ, но и стандарты на решение изобре-
тательских задач.
Этих инструментов достаточно, чтобы решать большинство
реальных изобретательских задач.
Мы рекомендуем вам начинать решение изобретательской
задачи со стандартов на решение изобретательских задач. Если
задача не подходит ни под один из стандартов, то воспользовать-
ся логикой АРИЗ или практическим АРИЗ, которые подскажут
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
353
Глава 6. Стандарты на решение изобретательских задач
вам, какие дополнительные инструменты должны быть примене-
ны для решения.
Для решения некоторых изобретательских задач будет доста-
точно применить только отдельные инструменты ТРИЗ, такие
как: приемы, эффекты, вепольный анализ и т. д.
2. Рекомендации по совершенствованию изложенных
знаний и отработка навыков
Единственный способ закрепить полученные знания и овладеть
навыками в использовании рассмотренных инструментов, это их
проработка и решение практических задач.
Мы советуем вам еще раз просмотреть материалы, прорешать
все ранее рассмотренные задачи, а главное - больше решать встре-
чающиеся вам задачи. Решайте ваши задачи, задачи ваших коллег и
знакомых.
Напомним вам: чтобы найти новую задачу, достаточно срав-
нить данную систему или решение с идеальной системой. Вы уви-
дите отличие - это и есть задача, которую еще не решили...
Желаем вам успехов!
3. Что дальше?
В следующей книге, учебнике ТРИЗ шестого уровня, мы рас-
смотрим АРИЗ-85-В - это последний АРИЗ, который был разрабо-
тан Г. С. Альтшуллером.
Вопросы, замечания и предложения можно посылать по адресу:
Vladimir Petrov E-mail: vladpetr(?/;O13net.net.
354
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
Приложения
Приложение 1. Таблица применения 76 стандартов на
решение изобретательских задач
КЛАСС 1. ПОСТРОЕНИЕ И РАЗРУШЕНИЕ ВЕПОЛЬНЫХ СИСТЕМ
1.1.СИНТЕЗ ВЕПОЛЕЙ 1.1.1. Построение веполи п Bi; П>; Bi, Вг; 1Ъ, ГЬ ‘ В! В2 1.1.2. Внутренний комплексный веполь 1.2. РАЗРУШЕНИЕ ВЕПОЛЕЙ 1.2.1. Введение В3 В| ^^-В2 =* В( 82
Bl Bi ’ lif-—- (В2, Во 1.1.3. Внешний комплексный веполь П\ В| Bi Г В1 Bi, Вл 1.1.4. Веполь на внешней среде /П \ /П \ В1 Bi В1 BiK 1.1.5. Веполь на внешней среде с добавками п \ /П \ /П \ /П \ Bi Bi Bi В'вс Bi В> Bi В'1и Вз Вз 1.2.2. Введение В3 =ВЬ В2 В1 ^-В2 —► В1 1-^ В: Вз= Bi, Вг Вз= Bi , Вг' 1.2.3. «Оттягивание» вредного действия уп п Bi 1 Bi <• Bz 1.2.4. Введение П,
1.1.6. Минимальный (оптимальный) режим У ^^Ппы» У Bi Bi • Bi ; Bi “ ” “ Bi ^Bi « Biiu\ 1.1.7. Максимальный режим 11|||»х Пии» вГ —► Bl « Bi 1.1.8. Избирательно-максимальный режим Ппи\ IL1UX Пл1П П X / \ \ В|^=^В| Вз; В1—►»! В2 Вг '"Sh ► Bi "'"Siz П2 1.2.5. «Оттягивание» магнитных связей ^^Пма! П|ем^ Пма1 Bi ’ В| Bi
Г1ш\
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
355
Приложения
356
КЛАСС 2. РАЗВИТИЕ ВЕПОЛЬНЫХ СИСТЕМ
2.4.7. Использование
2.1. ПЕРЕХОД К СЛОЖНЫМ
ВЕПОЛЯМ
2.1.1. Цепные веполи
Bi-----Bi Bl------Bl------Bl
2.1.2. Двойные веполи
П П|
П:
2.2. ФОРСИРОВАНИЕ
ВЕПОЛЕЙ
2.2.1. Переход к более
управляемым полям
Пгр “►Пмех “►Птем “►Пмаг “►Пэл “►Поп
2.2.2. Дробление В2
2.2.3. Использование КПМ
В1 В 2 В1 В кпм
КПМ кп>г кпм+ж кпм+ж-*
2.2.4. Динамизация
2.2.5. Структуризация полей
В1----В2=*В1-------В2
2.2.6. Структуризация веществ
П П
2.3. ФОРСИРОВАНИЕ
СОГЛАСОВАНИЕМ
РИТМИКИ
2.3.1. Согласование ритмики П
и Bi (или В2)
Bl---В2=>В1------В2
2.3.2. Согласование ритмики
П1И П2
В1--В2=*В1—в2
2.3.3. Согласование несовме-
стимых или ранее независимых
действий
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
2.4. ФЕПОЛИ
2.4.1. "Протофеполи"
2.4.2. Феполи
физэффектов
Г11ф(ПемЛш)
Bi Bt)==>Bi—Вмж
В1 Вф-------► В1 Вф
2.4.3. Магнитная жидкость
Пмаг Пмаг
В| Вф ►’Bi Вмж
2.4.4. Использование КПМ
Пмаг Пмш
Bi Вугж-------* Bi----(ВмэцВкпм)
2.4.5. Комплексные феполи
2.4.6. Феполи на внешней
среде
Bi----В2==>В1----В2----Вф
2.4.8. Динамизация
2.4.9. Структуризация
2.4.10. Согласование
ритмики
2.4.11. Эполи
2.4.12. Рео-жидкости
Приложение 2. Таблица применения 76 стандартов
КЛАСС 3. ПЕРЕХОД К НАДСИСТЕМЕ И НА МИКРОУРОВЕНЬ
3.1. ПЕРЕХОД К БИ- И ПОЛИСИСТЕМАМ
3.1.1. СП1а: Образование БИ- и ПОЛИспстем
3.2. ПЕРЕХОД НА
МИКРОУРОВЕНЬ
3.2.1. СП2: Переход на
микроуровень
3.1.3. СП16: Увеличение различий между
элементами
3.1.4. Свертывание БИ- и ПОЛИспстем
3.1.5. СП16: Противоположные свойства целого и
частей
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
357
Приложения
358
КЛАСС 4. СТАНДАРТЫ НА ОБНАРУЖЕНИЕ И ИЗМЕРЕНИЕ СИСТЕМ
4.2.2. Комплексный веполь
П<
4,1. ОБХОДНЫЕ ПУТИ
4.1.1. Вместо обнаружения или
измерения - изменение систем
4.3.2. Использование
резонанса контролируемого
объекта
П2
4.2.3. Веполь на внешней среде
4.4.3. Комплексный феполь
4.1.2. Использование копий
П2
4.2.4. Добавки во внешней среде
4.1.3. Измерение -
последовательность
обнаружения
Пг
4.2. СИНТЕЗ
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ
4.2.1. Веполь
4.3. ФОРСИРОВАНИЕ
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ
ВЕПОЛЕЙ
4.3.1. Использование
физэффектов
ПГ)
П” (рез)
4.3.2. Использование
резонанса присоединенного
объекта
ГТ
MA t
*В2&
► \
ГГ ^(рез)
4.4. ПЕРЕХОД К
ФЕПОЛЬНЫМ СИСТЕМАМ
4.4.1. «Протофеполь»
В1 =>В1 —►Вф
П Mai
4.4.2. Феполь
п>
П маг
4.4.4. Феполь на внешней
среде
7 1 (овсИф)
Пмаг
4.4.5. Использование
физэффектов
Пмф (П.«„ ITtwx)
А-Д/
гь
4.5. НАПРАВЛЕНИЕ
РАЗВИТИЯ
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ
СИСТЕМ
4.5.1. Переход к БИ- и
ПОЛИсистемам
4.5.1. Измерение величины
и производных
X —► X' —► X*
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
Приложение 2. Таблица применения 76 стандартов
КЛАСС 5. СТАНДАРТЫ НА ПРИМЕНЕНИЕ СТАНДАРТОВ
359
5.1. ВВЕДЕНИЕ ВЕЩЕСТВ
5.1.1.Обходные пути
5.1.1.1. Вместо вещества -
пустота
5.1.1.2. Вместо вещества -
поля
в =>п
5.1.1.3. Вместо внутренней
добавки - наружную
5.1.1.4. В малых дозах
активную добавку
5.1.1.5. В малых дозах
кон центр ированно
5.1.1.6. Вводят на
время
Bi---& Bi-----в2
5.1.1.7. Использование копии
В 1 ==► Копия В 1
5.1.1.8. Химическое соединение
5.1.1.9.Разложение среды
Вне !---♦’Ввс ----Ввс
5.1.2. «Раздвоение» вещества
В1^=>в1 —в®
5.1.3. Самоустранение
отработанных веществ
Bi =► Bi.......►
5.1.4. Введение больших
количеств вещества
| Много Bi 1=» Пустота, пена
5.2. ВВЕДЕНИЕ ПОЛЕЙ
5.2.1. Использование полей
по совместительству
П’|
5.2.2. Введение полей из
внешней среды
5.2.3. Использование
веществ, могущих стать
источниками полей
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
5.3. ФАЗОВЫЕ ПЕРЕХОДЫ
5.3.1. ФП 1: замена фаз
г—------7П , Жидкость
| Твердое Bi |==> Газ
5.3.2. ФП 2: двойственное
фазовое состояние
Фазовое состояние 1 => Фазовое состояние 2
5.3.3. ФП 3: использование
сопутствующих явлений
5.3.4. ФП 4: переход к
двухфазному состоянию
Одно фазовое Г—-•» Двух фазовое
5.3.5. Взаимодействие фаз
Взаимодействие
Двух межцу частями
фазовое системы
5.4. ОСОБЕННОСТИ ПРИМЕ-
НЕНИЯ ФИЗЭФФЕКТОВ
5.4.1. Самоуправляемые
переходы
Необратимые физические Обратимые физические
превращения превращения
5.4.2. Усиление поля на выходе
5.5.ЭКСПЕРИМЕНТАЛБНЫЕ
СТАНДАРТЫ
5.5.1. Получение частиц
вещества разложением
5.5.2. Получение частиц
вещества соединением
5.5.3. Применение стандартов
5.5.1 и 5.5.2.
Приложение 2. Список примеров, задач, иллюстраций
и формул
Список примеров
№ н/п № прим. Наименование примера № страницы Инструмент
Усло- вие Разбор Реше- ние
1. 2.1 Перегрузки 15 15 15 Переход к более управ- ляемым по- лям
2. 2.2 Невесомость 15 15 15 То же
3. 2.3 Дорожный каток 15 15 16 То же
4. 2.4 Сапоги-«скороходы» 16 16 17 То же
5. 2.5 Мягкая посадка 17 17 17 То же
6. 2.6 Косилка 17 18 18 То же
7. 2.7 Дорожный каток 18 18 19 То же
8. 2.8 Подъемная сила 19 19 19 То же
9. 2.9 Установка для дож- девания 19 19 19 То же
10. 2.10 Вибратор 20 20 20 То же
11. 2.11 Магнитная подушка 21 21 21 То же
12. 2.12 Переключатель для электромеханической игрушки 22 22 22 То же
13. 2.13 Инерционная спин- нинговая катушка 22 22 22 То же
14. 2.14 Первый подшипник 26 26 26 То же
15. 2.15 Подшипник скольже- ния 27 27 27 То же
16. 2.16 Шариковый подшип- ник 27 27 28 То же
17. 2.17 Г идростатичсские подшипники 28 28 28 То же
18. 2.18 Катание на коньках 29 29 29 То же
19. 2.19 Г азодинамические опоры 30 30 30 То же
360
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
Приложение 3. Список примеров, задач, иллюстраций, формул
№ п/п № прим. Наименование примера № страницы Инструмент
Усло- вие Разбор Реше- ние
20. 2.20 Аэростатический ле- тательный аппарат 30 30 30 Переход к более управ- ляемым по- лям
21. 2.21 Аэрохоккей 31 31 31 То же
22. 2.22 Пористый подшипник 31 31 32 То же
23. 2.23 Детская игрушка Ле- витрон 32 32 32 То же
24. 2.24 Магнитный подшип- ник на постоянных магнитах 32 33 33 То же
25. 2.25 Электромагнитные подшипники 33 34 34 То же
26. 2.26 Активный магнитный подшипник 34 34 34 То же
27. 2.27 Электрический гене- ратор 34 34 34 То же
28. 2.28 Электростатический подшипник 35 35 35 То же
29. 2.29 Втулка подшипника 36 36 36 То же
30. 2.30 Пара сталь-чугун 37 37 37 То же
31. 2.31 Металлоплакирован- ные смазки 37 37 37 То же
32. 2.32 Подшипник скольже- ния 38 38 38 То же
33. 2.33 Фосфатные покрытия 38 38 38 То же
34. 2.34 Смазка прокатных станов 38 38 38 То же
35. 2.35 Присадка для машин- ного масла 39 39 39 То же
36. 2.36 Снижение гидравли- ческого сопротивле- ния 39 39 39 То же
37. 2.37 Накатки 41 41 41 То же
38. 2.38 Насечки 41 41 41 То же
39. 2.39 Рельеф на покрышках 41 41 41 То же
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
361
Глава 6. Стандарты на решение изобретательских задач
№ п/п № прим. Наименование примера № страницы Инструмент
Усло- вие Разбор Реше- ние
40. 2.40 Муфта сцепления и тормозные узлы 41 41 41 Переход к более управ- ляемым по- лям
41. 2.41 Фрикционный мате- риал 41 41 41 То же
42. 2.42 Увеличение прохо- димости транспорта 42 42 42 То же
43. 2.43 Дорожный каток 42 42 42 То же
44. 2.44 Струбцина 42 42 42 То же
45. 2.45 Домкрат 43 43 43 То же
46. 2.46 Сварка трением 43 43 43 То же
47. 2.47 Сварка жаропрочного металла и алюминия 43 43 43 То же
48. 2.48 Трамбовки 44 44 44 То же
49. 2.49 Вакуумный захват 45 45 45 То же
50. 2.50 Антикрыло 45 45 46 То же
51. 2.51 Центробежная муфта 46 46 46 То же
52. 2.52 Сцепление колес с рельсом 46 46 47 То же
53. 2.53 Магнитный тормоз 47 47 48 То же
54. 2.54 Вихретоковый тормоз 49 50 50 То же
55. 2.55 Тормоз 50 50 50 То же
56. 2.56 Муфта крутящего момента 50 50 50 То же
57. 2.57 Самый первый ксе- рокс 51 51 51 То же
58. 2.58 Система охраны пе- риметра 51 51 51 То же
59. 2.59 Т рибоэл ектростати- ческое разделение материалов 51 51 52 То же
60. 2.60 Определение состава газовой смеси 52 52 52 То же
61. 2.61 Ротационная ковка 54 54 55 То же
362
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
Приложение 3. Список примеров, задач, иллюстраций, формул
№ п/п № прим. Наименование примера № страницы Инструмент
Усло- вие Разбор Реше- ние
62. 2.62 Прочность материа- лов 55 55 55 Переход к более управ- ляемым по- лям
63. 2.63 Испытание на круче- ние 55 55 55 То же
64. 2.64 Подъем воды 56 57 57 То же
65. 2.65 Опалубка 57 57 57 То же
66. 2.66 Перекачка жидкостей 57 57 57 То же
67. 2.67 Приготовление теста 57 57 57 То же
68. 2.68 Испытание на растя- жение 57 57 57 То же
69. 2.69 Самозакрывающиеся двери 58 58 58 То же
70. 2.70 Передвижной вольер 58 59 60 То же
71. 2.71 Упаковка телевизоров 60 60 60 То же
72. 2.72 Компьютерная томо- графия 60 60 60 То же
73. 2.73 Яйцеобразная ванна 61 61 61 То же
74. 2.74 Качели в ванне 61 61 61 То же
75. 2.75 Тренировка операто- ра 61 61 61 То же
76. 2.76 Коробка сигарет 61 61 61 То же
77. 2.77 Снятие пружины с оправки 62 62 63 То же
78. 2.78 Измерение уровня криогенной жидкости 63 63 63 То же
79. 2.79 Контроль ферромаг- нитных изделий 63 63 63 То же
80. 2.80 Идентификация лич- ности 65 65 65 То же
81. 2.81 Стерилизация 65 65 65 То же
82. 3.1 Твердое монолитное вещество 70 70 70 Увеличение степени дробления
83. 3.2 Гибкое вещество 70 70 70 То же
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
363
Глава 6. Стандарты на решение изобретательских задач
№ п/п № прим. Наименование примера № страницы Инструмент
Усло- вие Разбор Реше- ние
84. 3.3 Порошок 70 70 70 Увеличение степени дробления
85. 3.4 Гель 70 70 70 То же
86. 3.5 Жидкость 70 70 70 То же
87. 3.6 Аэрозоль 71 71 71 То же
88. 3.7 Газ 71 71 71 То же
89. 3.8 Поле 71 71 71 То же
90. 3.9 Пена 71 71 71
91. 3.10 Комбинации 71 71 71 То же
92. 3.11 Эффекты 71 71 71 То же
93. 3.12 Лонсдейлит 72 73 73 То же
94. 3.13 Дирижабль 74 74 74 То же
95. 3.14 Многослойная печат- ная плата 76 76 76 То же
96. 3.15 Многослойные кера- мические конденса- торы 77 77 77 То же
97. 3.16 Паркет 77 77 77 То же
98. 3.17 Эйфелева башня 78 78 78 То же
99. 3.18 Конструкции В. Г. Шухова 78 79 80-82 То же
100 3.19 Работы британского архитектора Н. Фостера 83 83 83 То же
101 3.20 Национальный центр исполнительских ис- кусств в Пекине 83 83 84 То же
102 3.21 Здание Гражданского суда ансамбля «Кам- пус правосудия» в Мадриде 84 84 85 То же
103 3.22 Культурный центр и оперный театр в Ду- бае 85 86 86 То же
364
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
Приложение 3. Список примеров, задач, иллюстраций, формул
№ п/п № прим. Наименование примера № страницы Инструмент
Усло- вие Разбор Реше- ние
104 3.23 Крыши спортивных сооружений 86 86 87 Увеличение степени дробления
105 3.24 Компьютер Flybook VM 88 88 89 То же
106 3.25 Шарнирное судно 89 89 89 То же
107 3.26 Складной автобус 90 90 90 То же
108 3.27 Гибко-жесткие пе- чатные платы 90 90 90 То же
109 3.28 Гибкое судно 91 91 91 То же
110 3.29 Гибкая подводная лодка 91 91 92
111 3.30 Гибкие транзисторы 92 92 92 То же
112 3.31 Гибкие электроды 92 93 94 То же
113 3.32 Гибкий душ 94 94 94 То же
114 3.33 Одноразовый шприц 96 96 96 То же
115 3.34 Соединение электри- ческих проводов 97 97 97 То же
116 3.35 Соединение оптиче- ских волокон 97 98 99 То же
117 3.36 Гибкая печатная пла- та 99 99 100 То же
118 3.37 Гибкая печатная пла- та по технологии струйной печати 100 100 100 То же
119 3.38 Цапфа 101 101 101 То же
120 3.39 Разъем печатных плат 101 101 102
121 3.40 Накладка на аорту 102 102 103 То же
122 3.41 Роборукав 103 103 103 То же
123 3.42 Контактное гнездо 104 104 104 То же
124 3.43 Стойкость крупных штампов 105 105 105 То же
125 3.44 Ремонт цилиндра 105 105 105 То же
126 3.45 Наблюдение за мура- вьями 105 105 106 То же
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
365
Глава 6. Стандарты на решение изобретательских задач
№ п/п № прим. Наименование примера № страницы Инструмент
Усло- вие Разбор Реше- ние
127 3.46 Гелевый коврик для компьютерной мыш- ки 106 106 106 Увеличение степени дробления
128 3.47 Мягкий робот 106 106 107 То же
129 3.48 Скользящая опалубка 109 109 ПО То же
130 3.49 Газированная вода ПО ПО 111 То же
131 3.50 Баллончик для аэро- золи 111 112 113-115 То же
132 3.51 Лечебные аэрозоли 116 116 116 То же
133 3.52 Замораживающий аэрозоль 116 117 117 То же
134 3.53 Надувные дорожки 118 118 118 То же
135 3.54 Переработка токсич- ных отходов 118 118 118 То же
136 3.55 Лазерная обработка 118 118 118 То же
137 3.56 Скальпель-ультразвук 119 119 119 То же
138 3.57 Ультразвук вместо ниток 119 119 119 То же
139 3.58 Тушение пожара взрывом 119 119 119 То же
140 3.59 Тушение огня звуком 120 120 120 То же
141 3.60 Угольный асбест 121 121 121 То же
142 3.61 Сварка металла 121 121 121 То же
143 3.62 Кресло-коляска 121 121 121
144 3.63 Аэрогель 121 122 123 То же
145 3.64 Осушение скважин 123 123 123 То же
146 3.65 Салат 123 123 123 То же
147 3.66 Цвет 123 123 124 То же
148 3.67 Звук 124 124 124 То же
149 3.68 Пушечное ядро 124 124 124 То же
150 3.69 Нахождение площади под кривой 124 124 124 То же
151 3.70 Мультиагентные си- стемы 124 124 125 То же
366
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
Приложение 3. Список примеров, задач, иллюстраций, формул
№ п/п № прим. Наименование примера № страницы Инструмент
Усло- вие Разбор Реше- ние
152 3.71 Рассылка спама 125 125 125 Увеличение степени дробления
153 3.72 Г рид-вычисления 125 125 125 То же
154 3.73 Дробление энергии 125 125 125 То же
155 3.74 Литературное произ- ведение 125 125 125 То же
156 3.75 Бумажные украшения 125 125 125 То же
157 3.76 Иллюстрация 126 126 126
158 3.77 Жалюзи 126 126 126 То же
159 3.78 Мыло 126 126 126 То же
160 3.79 Пища 126 126 126 То же
161 3.80 Соки 126 126 126 То же
162 3.81 Живопись 126 126 126 То же
163 3.82 Мост 127 127 127 То же
164 3.83 Крыша 127 127 128 То же
165 3.84 Рестора 128 128 128 То же
166 3.85 Останкинская башня 128 129 129 То же
167 3.86 Самосмазывающийся подшипник 129 129 130
168 3.87 Бомбоубежище 135 135 135 То же
169 3.88 Легкая композитная панель 136 136 136 То же
170 3.89 Вентиляционные устройства 136 137 137 То же
171 3.90 Металлические сети 138 138 138 То же
172 3.91 Пористая структура 138 138 138 То же
173 3.92 Баллистическая ткань 138 138 138 То же
174 3.93 Гашение ударной волны 139 140 140 То же
175 3.94 Водная пена 141 141 141 То же
176 3.95 Твердая пена 141 141 141 То же
177 3.96 Смешанная структура 141 141 142 То же
178 3.97 Экранирование удара 142 143 143 То же
179 3.98 Притирка 144 144 144 То же
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
367
Глава 6. Стандарты на решение изобретательских задач
№ п/п № прим. Наименование примера № страницы Инструмент
Усло- вие Разбор Реше- ние
180 3.99 Притертые объекты 144 144 145 Увеличение степени дробления
181 3.100 Кольца поршней 145 145 145 То же
182 3.101 Резиновые уплотни- тели 146 146 146 То же
183 3.102 Ниточные и ленточ- ные уплотнители 147 147 147 То же
184 3.103 Уплотнительные смазки 147 147 147 То же
185 3.104 Уплотнитель в газо- вом сифоне 148 148 148 То же
186 3.105 Уплотнение в ска- фандрах 152 152 153 То же
187 3.106 Пробоина в корпусе судна 154 154 154 То же
188 3.107 Заделка пробоины 154 154 155 То же
189 3.108 Самоуплотняющийся скафандр 156 156 156 То же
190 3.109 Закрепление детали 156 156 157 То же
191 3.110 Щетки электродвига- теля - монолит 158 158 158 То же
192 3.111 Щетки электродвига- теля - подпружинен- ные 158 158 158 То же
193 3.112 Гибкие щетки 158 158 159 То же
194 3.113 Щетки-порошок 159 159 159 То же
195 3.114 Щетки-жидкость 160 160 160 То же
196 3.115 Щетки-поле 160 160 161 То же
197 4.1 Полости 165 166 167-168 Переход к КПМ
198 4.2 Фломастер 169 169 169 То же
199 4.3 Поры кристаллов вместо колбы 169 169 170 То же
200 4.4 Корабль 170 171 171 То же
368
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
Приложение 3. Список примеров, задач, иллюстраций, формул
№ п/п № прим. Наименование примера № страницы Инструмент
Усло- вие Разбор Реше- ние
201 4.5 Кирпич 171 171 171 Переход к КПМ
202 4.6 Подводные лодки для больших глубин 172 173 173 То же
203 4.7 Строительные кон- струкции 173 173 173 То же
204 4.8 Усиление материалов 173 173 173 То же
205 4.9 КПМ в медицине 174 174 174 То же
206 4.10 Пенопласт 174 174 174 То же
207 4.11 Подводная лодка 174 174 175 То же
208 4.12 Надувные конструк- ции 175 175 175 То же
209 4.13 Надувные дома 175 175 176 То же
210 4.14 Пчелиные соты 176 176 176 То же
211 4.15 Воздушно- пузырьковая пленка 177 177 177 То же
212 4.16 Звукопоглощение и звукоизоляция 177 177 177 То же
213 4.17 Акустическая панель 178 178 178 То же
214 4.18 Звукопоглощающая панель 178 178 179 То же
215 4.19 Транспортная лента 179 179 179 То же
216 4.20 Рукавица для защиты от вибраций 180 180 180 То же
217 4.21 Растения 181 181 181 То же
218 4.22 Обработка почвы 181 181 181 То же
219 4.23 Теплоизоляция 181 181 182 То же
220 4.24 Электрический па- яльник 182 182 182 То же
221 4.25 Охлаждение электри- ческих машин 183 183 183 То же
222 4.26 Звукопоглощающая облицовка 183 183 183 То же
223 4.27 Ультразвуковой насос 186 186 186 То же
224 4.28 Королевская примула 186 186 187 То же
225 4.29 Тепловая труба 187 187 187 То же
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
369
Глава 6. Стандарты на решение изобретательских задач
№ п/п № прим. Наименование примера № страницы Инструмент
Усло- вие Разбор Реше- ние
226 4.30 Свеча 187 187 187 Переход к КПМ
227 4.31 Внесение добавок в жидкий металл 187 187 188 То же
228 4.32 Дозатор жидкости 188 188 188 То же
229 4.33 Обратный клапан 187 187 189 То же
230 4.34 Система подачи топ- лива 189 189 189 То же
231 4.35 Сливной бак 189 189 189 То же
232 4.36 Роторная машина 189 189 190 То же
233 4.37 Вращающаяся тепло- вая труба 190 190 191 То же
234 4.38 ВПЯМ 194 194 195 То же
235 4.39 Пентографен 195 195 195 То же
236 4.40 Пентоникель 195 195 195 То же
237 4.41 Композит 195 195 196 То же
238 4.42 Электрический па- яльник 196 196 196 То же
239 4.43 Утилизация тепловой энергии 196 196 197 То же
240 4.44 Термосифон 198 198 198 То же
241 4.45 Тепловая труба Го- глера 198 199 200 То же
242 4.46 Плоская тепловая труба 200 200 200 То же
243 4.47 Тепловая труба 200 201 201 То же
244 4.48 Осмотическая тепло- вая труба 202 202 202 То же
245 4.49 Осмотическая тепло- вая труба 202 202 203 То же
246 4.50 Осмотическая тепло- вая труба 203 203 203 То же
247 4.51 Электрокинетическая тепловая труба 204 205 205 То же
248 4.52 Электрокинетическая тепловая труба 205 206 206 То же
370
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
Приложение 3. Список примеров, задач, иллюстраций, формул
№ п/п № прим. Наименование примера № страницы Инструмент
Усло- вие Разбор Реше- ние
249 4.53 Тепловая труба 206 206 207 Переход к КПМ
250 4.54 Тепловая труба 207 208 208 То же
251 4.55 Тепловая труба 208 208 209 То же
252 4.56 Вращающаяся тепло- вая труба 209 209 210 То же
253 4.57 Тепловая труба для охлаждения вала 210 210 210 То же
254 4.58 Тепловая труба 211 211 211 То же
255 4.59 Тепловая труба 211 212 212 То же
256 4.60 Тепловая труба 212 212 213 То же
257 4.61 Т еплопередающее устройство 213 214 215 То же
258 4.62 Тепловая труба 215 215 216 То же
259 4.63 Тепловая труба 216 216 216 То же
260 4.64 Регулируемая тепло- вая труба 216 217 218
261 4.65 Магнитожидкостная тепловая труба 218 218 219 То же
262 4.66 Магнитожидкостная тепловая труба 219 220 220 То же
263 4.67 Снижение гидроди- намического сопро- тивления 221 221 221 То же
264 4.68 Снижение гидроди- намического сопро- тивления 221 221 221 То же
265 4.69 Снижение гидроди- намического сопро- тивления 221 221 222 То же
266 4.70 Электрогидродина- мическая тепловая труба 222 222 223 То же
267 4.71 Первые шины 223 223 223 То же
268 4.72 Надувная шина 223 223 224 То же
269 4.73 Секционная шина 224 224 224 То же
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
371
Глава 6. Стандарты на решение изобретательских задач
№ п/п № прим. Наименование примера № страницы Инструмент
Усло- вие Разбор Реше- ние
270 4.74 Многосекционная шина 224 225 225 Переход к КПМ
271 4.75 Шина с пенополиуре- таном 225 225 225 То же
272 5.1 Снятие заусенцев напильником 236 236 237 Увеличение степени ве- польности
273 5.2 Абразивный круг 237 237 237 То же
274 5.3 Пескоструйка 237 237 238 То же
275 5.4 Голтовка 238 238 239 То же
276 5.5 Виброголтовка 239 239 239 То же
277 5.6 Ультразвуковая уста- новка 239 239 240 То же
278 5.7 Феррочастицы сна- ружи абразива 242 242 242 То же
279 5.8 Феррочастицы внутри абразива 243 243 243 То же
280 5.9 Магнитная жидкость с абразивом 243 243 243 То же
281 5.10 Сцепная муфта 244 245 245 То же
282 5.11 Фрикционная муфта 245 246 246 То же
283 5.12 Г идродинамическая муфта 246 247 248 То же
284 5.13 Электромагнитная муфта 248 248 249 То же
285 5.14 Обработка тонко- стенных баллонов 249 250 250 То же
286 5.15 Обработка тонко- стенных деталей 250 251 251 То же
287 5.16 Тонкостенные балло- ны 251 251 251 То же
288 6.1 Вживление электрон- ных чипов 260 260 260 Стандарты
289 6.2 Самозаклеивающаяся шина 260 260 261 То же
290 6.3 Экзоскелет 262 262 262 То же
372
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
Приложение 3. Список примеров, задач, иллюстраций, формул
№ п/п № прим. Наименование примера № страницы Инструмент
Усло- вие Разбор Реше- ние
291 6.4 Кабель 262 262 262 Стандарты
292 6.5 Мускулы на пару 263 263 263 То же
293 6.6 Коптильная среда 264 264 264 То же
294 6.7 Самоочищающиеся знания 264 264 264 То же
295 6.8 Оплодотворение яй- цеклетки 265 265 265 То же
296 6.9 Осьминог 266 266 266 То же
297 6.10 Защитное покрытие 268 268 268 То же
298 6.11 Избирательное по- давление шума 268 268 268 То же
299 6.12 Отливки 268 268 268 То же
300 6.13 Операция на сердце 269 269 270 То же
301 6.14 Сварка алюминия 270 270 270 То же
302 6.15 Очистка газов 271 271 271 То же
303 6.16 Предохранитель 271 271 272 То же
304 6.17 Молниеотвод 272 272 272 То же
305 6.18 Защита от радиоволн 272 272 273 То же
306 6.19 Подавление шума 273 273 273 То же
307 6.20 Автоматическая си- стема голосования 275 275 275 То же
308 6.21 Ультразвуковой скальпель 275 275 275 То же
309 6.22 Самоподдерживаю- щийся генератор электроэнергии 275 276 277 То же
310 6.23 Светильник 278 278 278 То же
311 6.24 Компьютерная мыш- ка 278 278 278 То же
312 6.25 Компьютерные вы- числения 279 279 279 То же
313 6.26 Режущий инструмент 279 279 279 То же
314 6.27 Защита насаждений от заморозков 280 280 280 То же
315 6.28 Металлическая мик- рорешетка 280 280 280 То же
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
373
Глава 6. Стандарты на решение изобретательских задач
№ п/п № прим. Наименование примера № страницы Инструмент
Усло- вие Разбор Реше- ние
316 6.29 Тренировка спортс- менов 281 281 281 Стандарты
317 6.30 У правление аморти- затором 281 281 281 То же
318 6.31 Болтовое соединение 282 282 282 То же
319 6.32 Осаждение капель пара 283 283 283 То же
320 6.33 Изменение атмосфер- ных условий 283 283 284 То же
321 6.34 Обработка металли- ческих материалов 284 284 284 То же
322 6.35 Оборудование для скважин 285 285 285 То же
323 6.36 Хроматограф 285 285 285 То же
324 6.37 Структуризация жид- костей 286 286 286 То же
325 6.38 Структура воды 286 286 287 То же
326 6.39 Самонагревающиеся контейнеры 287 287 287 То же
327 6.40 Компьютерная томо- графия 288 288 288 То же
328 6.41 Ритм работы 288 288 288 То же
329 6.42 Дом на кинематиче- ском фундаменте 288 288 288 То же
330 6.43 Блютуз 289 289 289 То же
331 6.44 Массаж 289 289 289 То же
332 6.45 Многозадачный ком- пьютер 289 289 289 То же
333 6.46 Связь 289 289 289 То же
334 6.47 Магнитная подушка 290 290 290 То же
335 6.48 Шина автомобиля 290 291 291 То же
336 6.49 Удержание детали 291 291 291 То же
337 6.50 Терапия 292 292 292 То же
338 6.51 Обработка скважины 293 293 293 То же
339 6.52 Биологическая маг- нитная жидкость 293 293 294 То же
374
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
Приложение 3. Список примеров, задач, иллюстраций, формул
№ п/п № прим. Наименование примера № страницы Инструмент
Усло- вие Разбор Реше- ние
340 6.53 Датчик уровня жид- кости 294 294 295 Стандарты
341 6.54 Магнитная пена 295 295 296 То же
342 6.55 Магнитная пена Солнца 296 296 296 То же
343 6.56 Цементный раствор 296 296 296 То же
344 6.57 Химическая реакция 297 297 297 То же
345 6.58 Развитие эмбриона птенца 297 297 297 То же
346 6.59 Магнито-абразивное полирование 297 297 297 То же
347 6.60 Насос 298 298 298 То же
348 6.61 Измерение толщины 298 299 299
349 6.62 Магнитная формовка 300 300 300 То же
350 6.63 Литейная форма 300 300 300 То же
351 6.64 Программируемые макароны 301 301 301 То же
352 6.65 Электронный пара- магнитный резонанс 302 302 302 То же
353 6.66 Ядерный магнитный резонанс 302 302 302 То же
354 6.67 Сепарация частиц 303 303 303 То же
355 6.68 Электромагнитная катапульта 303 303 303 То же
356 6.69 Гидравлическая муф- та 304 304 304 То же
357 6.70 Г идродинамическая передача 304 304 304 То же
358 6.71 Электронное допол- нительное устройство 306 306 306 То же
359 6.72 Надувной трап- понтон 307 307 307 То же
360 6.73 Защита ор хулиганов и бандитов 307 307 307 То же
361 6.74 Спасение людей 308 308 308 То же
362 6.75 Теплица 308 308 309 То же
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
375
Глава 6. Стандарты на решение изобретательских задач
№ п/п № прим. Наименование примера № страницы Инструмент
Усло- вие Разбор Реше- ние
363 6.76 Турбовинтовой дви- гатель 310 3101 310 Стандарты
364 6.77 Автомобиль 310 3101 310 То же
365 6.78 Способ остановки кровотечения 311 311 311 То же
366 6.79 Память компьютера 311 311 311 То же
367 6.80 Цепь 311 311 311 То же
368 6.81 Часы 311 311 312 То же
369 6.82 Вычислительная тех- ника 312 312 312 То же
370 6.83 Стабилизация темпе- ратуры 313 313 313 То же
371 6.84 Контроль отверстий в печатной плате 315 315 315 То же
372 6.85 Измерение темпера- туры 316 316 316 То же
373 6.86 Окружность колеса 316 316 316 То же
374 6.87 Измерение скорости пули 316 317 317 То же
375 6.88 Умный скальпель 318 318 318 То же
376 6.89 Улучшение видимо- сти 319 319 319 То же
377 6.90 Определение прокола 319 319 319 То же
378 6.91 Определение износа инструмента 319 319 319 То же
379 6.92 Измерение состава пробы 320 320 320 То же
380 6.93 Определение износа двигателя 321 321 321 То же
381 6.94 Определение наноча- стиц 321 321 321 То же
382 6.95 Исследование тканей человека 324 324 324 То же
383 6.96 Измерение физиче- ских величин 324 324 324 То же
384 6.97 Частота колебаний 324 324 324 То же
376
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
Приложение 3. Список примеров, задач, иллюстраций, формул
№ п/п № прим. Наименование примера № страницы Инструмент
Усло- вие Разбор Реше- ние
385 6.98 Измерение наноча- стиц 325 325 325 Стандарты
386 6.99 Навигация по маг- нитным полям внутри зданий 325 325 325 То же
387 6.100 Система GoalRef 325 325 326 То же
388 6.101 Определение толщи- ны стенок 327 327 327 То же
389 6.102 Определение уплот- няемости порошка 328 328 328 То же
390 6.103 Магнитопорошковый контроль 328 328 328 То же
391 6.104 Иммуноанализ 319 329 329 То же
392 6.105 Уровнемер 319 329 329 То же
393 6.106 Анализ ферромагнит- ных изделий 319 329 330 То же
394 6.107 Система Hawk-Eye 330 330 330 То же
395 6.108 Исследование быст- рых процессов 331 331 331 То же
396 6.109 Система управления 331 331 331 То же
397 6.110 Губка из нанотрубок 332 332 332 То же
398 6.111 «Ничто» в информа- тике 332 332 332 То же
399 6.112 Голосование 332 332 332 То же
400 6.113 Сварка листов 332 332 332 То же
401 6.114 Стая 333 333 333 То же
402 6.115 Гомеопатия 333 333 333 То же
403 6.116 Контакты 334 334 334 То же
404 6.117 Дорожный каток 335 335 335 То же
405 6.118 Пищевая добавка 335 335 335 То же
406 6.119 Разработка судов 335 335 335 То же
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
311
Глава 6. Стандарты на решение изобретательских задач
№ п/п № прим. Наименование примера № страницы Инструмент
Усло- вие Разбор Реше- ние
407 6.120 Пластификация дре- весины 336 336 336 Стандарты
408 6.121 Защита информации 336 336 336 То же
409 6.122 Электролиз 336 336 336 То же
410 6.123 Нагрев потока возду- ха 337 337 337 То же
411 6.124 Подзарядка электро- мобиля 337 337 337 То же
412 6.125 Искусственный снег 337 337 337 То же
413 6.126 Газированные напит- ки 337 337 338 То же
414 6.127 Многоступенчатая ракета 338 338 238 То же
415 6.128 Радиолокационный отражатель 338 338 238 То же
416 6.129 Защита от коррозии 339 339 239 То же
417 6.130 Обогрев хлевов 339 339 239 То же
418 6.131 Испытание почтовой машины 340 340 340 То же
419 6.132 Удаление влаги с мо- ста 340 340 341 То же
420 6.133 Перемещение косми- ческих средств 342 342 342 То же
421 6.134 Вода-резак 343 343 344 То же
422 6.135 Двухфазные теплоак- кумулирующие мате- риалы 344 344 344 То же
423 6.136 Конденсатор 344 344 344 То же
424 6.137 Резка материала ударной волной раз- режения 345 345 345 То же
425 6.138 Оптически индукци- онный фазовый пере- ход 345 345 346 То же
378
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
Приложение 3. Список примеров, задач, иллюстраций, формул
№ п/п № прим. Наименование примера № страницы Инструмент
Усло- вие Разбор Реше- ние
426 6.139 Хранение СО2 346 346 346 Стандарты
427 6.140 Массообмен 346 346 346 То же
428 6.141 Газовый разрядник 347 347 347 То же
429 6.142 Консистентные смазки 347 347 348 То же
430 6.143 Лук и стрелы 348 348 348 То же
431 6.144 Кумуляция 348 348 349 То же
432 6.145 Разрушение молекулярных структур 349 349 349 То же
433 6.146 Термоядерная реакция синтеза 350 350 350 То же
434 6.147 Смазочный материал 350 350 350 То же
Список задач
№ п/п № задачи Наименование задачи № страницы Инструмент
Усло- вие Разбор Реше- ние
1. 2.1 Магнитная подушка 21 21 21 Переход к более управ- ляемым по- лям
2. 3.1 Колеса подъемных кра- нов 75 75 76 Увеличение степени дробления
3. 3.2 Складной стул для па- рикмахеров 87 87 88 То же
4. 3.3 Прозрачный робот 107 108 109 То же
5. 3.4 Инерция фундамен- тальных частиц 130 130 ВО- 132 Увеличение степени дробления
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
379
Глава 6. Стандарты на решение изобретательских задач
№ п/п № задачи Наименование задачи № страницы Инструмент
Усло- вие Разбор Реше- ние
6. 3.5 Гравитационное при- тяжение 132 132 132- 134 То же
7. 3.6 Наличие электронного заряда 135 135 — Увеличение степени ве- польности
8. 3.7 Уплотнитель - магнит- ная жидкость 149 149 150 То же
9. 3.8 Сжижение гелия 150 151 152 То же
10. 5.1 Снятие радиоэлементов 231 232 232 То же
11. 5.2 Обнаружение рыбо- ловной сети 241 241 242 То же
12. 6.1 Снятие коры с дерева 258 259 259 Стандарты
13. 6.2 Крепеж винта 259 259 259 То же
14. 6.3 Зарядка батарей 266 266 266 То же
15. 6.4 Получение знаний 267 267 267 То же
16. 6.5 Наилучшие качества 267 267 267 То же
17. 6.6 Плодовые мушки 268 269 269 То же
18. 6.7 Ковш экскаватора 271 271 271 То же
19. 6.8 Паяльник 274 274 274 То же
20. 6.9 Дрон 277 277 278 То же
21. 6.10 Радиолокационная станция 281 281 282 То же
22. 6.11 Контроль состояния троса 303 304 304 То же
23. 6.12 Покорение Северного полюса 305 305 306 То же
24. 6.13 Защита от квартирных воров 313 314 314 То же
25. 6.14 Обнаружение новой звезды 314 315 315 То же
26. 6.15 Направление движения подземных вод 322 322 322 То же
27. 6.16 Направление потоков подземных вод 322 323 323 То же
28. 6.17 Проверка лекарств 333 333 333 То же
29. 6.18 Выведение пятна 334 334 334 То же
380
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
Приложение 3. Список примеров, задач, иллюстраций, формул
№ п/п № задачи Наименование задачи № страницы Инструмент
Усло- вие Разбор Реше- ние
30. 6.19 «Фальшивые яйца» 335 335 335 То же
31. 6.20 Порошковая металлур- гия 343 343 343 Стандарты
Список иллюстраций
№ п/п № рис. Наименование рисунка (схемы) № примера, задачи № стр.
1. 1.1 Схема законов развития систем — 8
2. 1.2 Структура законов организации систем — 9
3. 1.3 Структура законов эволюции си- стем — 10
4. 1.4 Схема законов развития систем — 10
5. 1.5 Структура закона увеличения сте- пени управляемости и динамично- сти — И
6. 2.1 Увеличение управляемости полей — 14
7. 2.2 Увеличение управляемости грави- тационным полем — 15
8. 2.3 Дорожный каток П2.3 16
9. 2.4 Сапоги-«скороходы» П2.4 17
10. 2.5 Косилка П2.6 18
И. 2.6 Каток П2.7 19
12. 2.7 Установка для дождевания П2.9 19
13. 2.8 Вибратор П2 .10 20
14. 2.9 Тенденция увеличения управляе- мости механическим полем — 21
15. 2.10 Трение — 23
16. 2.11 Трение увеличения управляемости трением (для функции уменьшения трения) — 24
17. 2.12 Первый подшипник П2.14 26
18. 2.13 Принципиальная схема опоры с подшипником скольжения П2.15 27
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
381
Глава 6. Стандарты на решение изобретательских задач
№ п/п № рис. Наименование рисунка (схемы) № примера, задачи № стр.
19. 2.14 Принципиальная схема опоры с подшипником качения П2.16 28
20. 2.15 Гидростатический подшипник П2.17 28
21. 2.16 Катание на коньках П2.18 29
22. 2.17 Аэростатический летательный ап- парат П2.20 30
23. 2.18 Пористые воздушные подшипники П2.22 31
24. 2.19 Детская игрушка Левитрон П2.23 32
25. 2.20 Магнитный подшипник на посто- янных магнитах П2.24 32
26. 2.21 Электромагнитный подшипник П2.25 33
27. 2.22 Тенденция увеличения управляе- мости трением (для функции уве- личения трения) — 40
28. 2.23 Струбцина П2.44 42
29. 2.24 Домкраты П2.45 43
30. 2.25 Сварка трением П2.46 43
31. 2.26 Трамбовки П2.48 44
32. 2.27 Механизм для забивания свай П2.48 44
33. 2.28 Вакуумный захват П2.49 45
34. 2.29 Антикрыло П2.50 46
35. 2.30 Магнитопотоки колеса и рельса П2.52 47
36. 2.31 Магниторельсовое тормозное устройство П2.53 48
37. 2.32 Вихревые токи — 49
38. 2.33 Виды поля давления — 53
39. 2.34 Ротационная ковка П2.61 55
40. 2.35 Тенденция увеличения управляе- мости давлением (для функции увеличения давления) — 56
41. 2.36 Тенденция увеличения управляе- мости перемещений — 58
42. 2.37 Самозакрывающаяся дверь П2.69 58
43. 2.38 Передвижные вольеры П2.70 59
44. 2.39а Передвижные клетки для кроликов П2.70 50
45. 2.396 Передвижные клетки для кроликов П2.70 60
382
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
Приложение 3. Список примеров, задач, иллюстраций, формул
№ п/п № рис. Наименование рисунка (схемы) № примера, задачи № стр.
46. 2.40 Тенденция увеличения управляе- мости колебаний — 60
47. 2.41 Тенденция увеличения управляе- мости теплового поля — 62
48. 2.42 Тенденция увеличения управляе- мости электромагнитного поля — 63
49. 2.43 Тенденция увеличения управляе- мости магнитного поля — 64
50. 2.44 Тенденция увеличения управляе- мости электрического поля — 64
51. 2.45 Тенденция увеличения управляе- мости оптического поля — 65
52. 3.1 Схема тенденции увеличения сте- пени дробления — 69
53. 3.2 Схема тенденции увеличения сте- пени дробления — 70
54. 3.3 Полная схема тенденции увеличе- ния степени дробления — 72
55. 3.4 Линия перехода от твердого состо- яния к гибкому — 73
56. 3.5 Колесо подъемного крана 33.1 75
57. 3.6 Крановое колесо 33.1 76
58. 3.7 Многослойная печатная плата П3.14 76
59. 3.8 Многослойные керамические кон- денсаторы П3.15 77
60. 3.9 Паркет П3.16 77
61. 3.10 Эйфелева башня П3.17 78
62. 3.11 Башня В. Г. Шухова на Всероссий- ской выставке в Нижнем Новгоро- де, 1896 г. П3.18 79
63. 3.12 Чертеж В. Г. Шухова П3.18 79
64. 3.13 Ротонда и овальный павильон Шу- хова для Всероссийской выставки, Нижний Новгород, 1896 г. П3.18 81
65. 3.14 Броненосец Император Павел I с гиперплоидными мачтами Шухова П3.18 82
66. 3.15 Аджигольский маяк Шухова П3.18 82
67. 3.16 Радиобашня на Шаболовке П3.18 82
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
383
Глава 6. Стандарты на решение изобретательских задач
№ п/п № рис. Наименование рисунка (схемы) № примера, задачи № стр.
68. 3.17 Работы Нормана Фостера П3.19 83
69. 3.18 Национальный центр исполни- тельских искусств в Пекине П3.20 84
70. 3.19 Здание Гражданского суда ансам- бля «Кампус правосудия» в Мад- риде П3.21 85
71. 3.20 Культурный центр и оперный те- атр в Дубае П3.22 86
72. 3.21 Крыша-мембрана спортивного зала Олимпийского стадиона в Москве П3.23 87
73. 3.22 Складной стул для парикмахеров 3.3.2 88
74. 3.23 Компьютер Flybook VM П3.25 89
75. 3.24 Шарнирное судно П3.26 89
76. 3.25 Складной автобус П3.27 90
77. 3.26 Жестко-гибкие печатные платы П3.28 90
78. 3.27 Картина «Гибкое судно» П3.29 91
79. 3.28 Гибкая подводная лодка ПЗ.ЗО 92
80. 3.29 LED П3.32 93
81. 3.30 Схематическое изображение двух- слойного OLED П3.32 93
82. 3.31 Гибкие электроды П3.32 94
83. 3.32 Проект гибкого душа ПЗ.ЗЗ 94
84. 3.33 Линия перехода от гибкого состо- яния к порошкообразному — 95
85. 3.34 Шприц-ампула П3.34 96
86. 3.35 Соединение электрических прово- дов П3.35 97
87. 3.36 Соединение оптических волокон П3.36 99
88. 3.37 Шибкие печатные платы П3.37 100
89. 3.38 Печатная плата Seiko Epson, со- зданная по технологии струйной печати П3.38 100
90. 3.39 Цанга П3.39 101
91. 3.40 Разъем для печатных плат П3.40 102
92. 3.41 Работа колец на аорте П3.41 103
93. 3.42 Контактное гнездо П3.43 104
94. 3.43 «Муравьиное жилище» Antworks П3.46 106
384
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
Приложение 3. Список примеров, задач, иллюстраций, формул
№ п/п № рис. Наименование рисунка (схемы) № примера, задачи № стр.
95. 3.44 Гелевый коврик для компьютерной мыши П3.47 106
96. 3.45 Мягкий робот П3.48 107
97. 3.46 Роботы из гидрогеля 33.3 109
98. 3.47 Аэрозольный баллон П3.51 111
99. 3.48 Дозатор П3.51 112
100. 3.49 Бомба для насекомых П3.51 ИЗ
101. 3.50 Клапан для аэрозольного баллона П3.51 114
102. 3.51 Устройство баллончика для аэро- золей П3.51 115
103. 3.52 Ингалятор для лечения больных бронхиальной астмой П3.51 116
104. 3.53 Аэрозоль компании Fumakilla П3.53 117
105. 3.54 Контейнер спрея аэрозоля П3.53 117
106. 3.55 Аэрогель П3.64 122
107. 3.56 Гибкий аэрогель П3.64 123
108. 3.57 Метод Монте-Карло П3.70 124
109. 3.58 Бумажные украшения П3.76 125
110. 3.59 Монолитные конструкции П3.83 127
111. 3.60 Монолитные конструкции П3.84 138
112. 3.61 Монолитные конструкции П3.85 128
113. 3.62 Останкинская телевизионная баш- ня в Москве П3.86 129
114. 3.63 Лондонское бомбоубежище П3.88 135
115. 3.64 Композитная панель П3.89 136
116. 3.65 Взрывные мембраны компании RSBP spol s.r.o. П3.90 137
117. 3.66 Схема гашения ударной волны П3.94 140
118. 3.67 Схема устройства гашения удар- ной волны П3.94 140
119. 3.68 Варианты форм оболочек П3.97 141
120. 3.69 Конструкция оболочек П3.97 142
121. 3.70 Конструкция оболочек П3.97 142
122. 3.71 Слои оболочек П3.98 143
123. 3.72 Герметичные полости оболочек П3.98 143
124. 3.73 Притирка клапанов двигателя ма- шины П3.99 144
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
385
Глава 6. Стандарты на решение изобретательских задач
№ п/п № рис. Наименование рисунка (схемы) № примера, задачи № стр.
125. 3.74 Притертые вещи П 3.100 145
126. 3.75 Уплотнительные кольца поршней П3.101 145
127. 3.76 Резиновые уплотнители П 3.102 146
128. 3.77 Ленточные и ниточные уплотните- ли П 3.103 147
129. 3.78 Уплотнитель в газовом сифоне П 3.105 148
130. 3.79 Магнитная жидкость 33.7 150
131. 3.80 Установка для сжижения гелия А. Л. Капицы 33.8 152
132. 3.81 Компенсирующий элемент защиты скафандра П 3.106 153
133. 3.82 Устройство для заделки пробоин П 3.107 154
134. 3.83 Заделка пробоины в корпусе судна П 3.108 155
135. 3.84 Самоуплотняющийся скафандр П 3.109 156
136. 3.85 Закрепление деталей П3.110 157
137. 3.86 Гибкие щетки электродвигателя П3.113 159
138. 3.87 Щетки электродвигателя - графи- товый порошок П3.114 159
139. 3.88 Щетки электродвигателя - жид- кость П3.115 160
140. 3.89 Щетки электродвигателя - ионизи- рованный газ П3.16 161
141. 4.1 Переход к КПМ — 164
142. 4.2 Полый подшипник качения П4.1 166
143. 4.3 Полый подшипник качения П4.1 166
144. 4.4 Полая зубная передача П4.1 167
145. 4.5 Полые резьбовые детали П4.1 167
146. 4.6 Зубчатый венец с внешними зубьями П4.1 168
147. 4.7 Монокристаллические молекуляр- ные колбы П4.3 170
148. 4.8 Закономерность дробления поло- сти — 170
149. 4.9 Переборки в корпусе корабля П4.4 171
150. 4.10 Управление КПМ — 171
151. 4.11 Схема подводной лодки АС-12 П4.6 173
386
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
Приложение 3. Список примеров, задач, иллюстраций, формул
№ п/п № рис. Наименование рисунка (схемы) № примера, задачи № стр.
152. 4.12 Проект-идея оригинального ту- ристского городка в жарком кли- мате П4.13 176
153. 4.13 Сотовые конструкции П4.17 178
154. 4.14 Звукопоглощающая панель П4.18 179
155. 4.15 Рукавица для защиты от вибраций П4.20 180
156. 4.16 Поведение капли воды на различ- ных поверхностях — 181
157. 4.17 Электрический паяльник П4.24 182
158. 4.18 Капиллярные явления — 185
159. 4.19 Виды капиллярных эффектов — 185
160. 4.20 Схема подачи жидкости П4.34 189
161. 4.21 Вращающаяся тепловая труба П4.37 190
162. 4.22 Линии развития КПМ — 192
163. 4.23 Общая схема перехода к КПМ — 193
164. 4.24 Структура ВПЯМ П4.38 195
165. 4.25 Нагреватель паяльника П4.42 196
166. 4.26 Утилизация тепловой энергии П4.43 197
167. 4.27 Термосифон П4.44 198
168. 4.28 Первая тепловая труба П4.45 199
169. 4.29 Тепловая труба Гровера П4.45 199
170. 4.30 Плоская тепловая труба П4.46 200
171. 4.31 Изменяемые размеры ячеек КПМ П4.47 201
172. 4.32 Осмотическая тепловая труба П4.49 202
173. 4.33 Осмотическая тепловая труба П4.49 203
174. 4.34 Осмотическая тепловая труба П4.50 219
175. 4.35 Схема электроосмотической теп- ловой трубы П4.51 205
176. 4.36 Электроосмотическая тепловая труба П4.52 206
177. 4.37 Тепловая труба П4.53 207
178. 4.38 Тепловая труба с электрическим полем П4.54 208
179. 4.39 Тепловая труба с электрическим полем П4.55 209
180. 4.40 Утилизация тепловой энергии П4.56 210
181. 4.41 Вращающаяся тепловая труба П4.57 210
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
387
Глава 6. Стандарты на решение изобретательских задач
№ п/п № рис. Наименование рисунка (схемы) № примера, задачи № стр.
182. 4.42 Тепловая труба П4.58 211
183. 4.43 Тепловая труба П4.59 212
184. 4.44 Ультразвуковая тепловая труба П4.60 213
185. 4.45 Устройство с постоянным магни- том П4.61 214
186. 4.46 Устройство с переменным магни- том П4.61 215
187. 4.47 Тепловая труба П4.62 216
188. 4.48 Регулируемая тепловая труба П4.64 217
189. 4.49 Магнитножидкостная тепловая труба П4.65 219
190. 4.50 Магнитножидкостная тепловая труба П4.66 220
191. 4.51 Снижение гидродинамического сопротивления П4.69 222
192. 4.52 Электрогидродинамическая тепло- вая труба П4.70 223
193. 4.53 Секционная шина П4.73 224
194. 4.54 Многосекционная шина П4.74 225
195. 5.1 Общая тенденция развития вепо- лей — 230
196. 5.2 Тенденция развития структуры веполя — 230
197. 5.3 Тенденция развития комплексного веполя — 230
198. 5.4 Тенденция развития сложного веполя — 230
199. 5.5 Тенденция развития форсирован- ного веполя — 230
200. 5.6 Снятие радиоэлементов 35.1 232
201. 5.7 Закономерность увеличения степе- ни управления веществом — 234
202. 5.8 Закономерность изменения управ- ляемости энергией и информацией — 235
203. 5.9 Тенденция форсирования структу- ры веполя — 235
204. 5.10 Тенденция развития комплексного форсированного веполя — 236
388
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
Приложение 3. Список примеров, задач, иллюстраций, формул
№ п/п № рис. Наименование рисунка (схемы) № примера, задачи № стр.
205. 5.11 Тенденция развития сложного форсированного веполя — 236
206. 5.12 Снятие заусенцев напильником П5.1 237
207. 5.13 Абразивные круги П5.2 237
208. 5.14 Пескоструйка П5.3 238
209. 5.15 Голтовочная установка П5.4 239
210. 5.16 Ультразвуковая установка для сня- тия заусенцев П5.6 240
211. 5.17 Ячейка рыболовной сети 35.2 242
212. 5.18 Абразив с приклеенными ферро- магнитными частицами П5.7 242
213. 5.19 Абразив с ферромагнитными ча- стицами внутри П5.9 243
214. 5.20 Сцепная муфта с пилообразными зубцами П5.10 244
215. 5.21 Фрикционная коническая муфта П5.11 246
216. 5.22 Гидродинамическая муфта П5.12 247
217. 5.23 Электромагнитная муфта с маг- нитной жидкостью П5.13 248
218. 5.24 Обработка тонкостенных баллонов П5.14 250
219. 5.25 Обработка тонкостенных деталей П5.15 251
220. 5.26 Противодействие с помощью маг- нитной жидкости П5.16 251
221. 5.27 Общая схема увеличения степени — 252
222. 6.1 Структурная схема ТРИЗ для функции решение задач — 256
223. 6.2 Структура системы 76 стандартов — 257
224. 6.3 Вживление электронных чипов П6.1 260
225. 6.4 Самозаклеивающаяся шина П6.2 260
226. 6.5 Самозаклеивающаяся шина ContiSeal П6.2 261
227. 6.6 Жидкий лед Ice Slurry П6.13 270
228. 6.7 Накидка от радиоволн Mummy Wrap П6.18 273
229. 6.8 Самоподдерживающийся генера- тор электроэнергии П6.22 277
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
389
Глава 6. Стандарты на решение изобретательских задач
№ п/п № рис. Наименование рисунка (схемы) № примера, задачи № стр.
230. 6.9 Режущие инструменты фирмы Iscar П6.26 279
231. 6.10 Болтовое соединение П6.31 282
232. 6.11 Изменение атмосферных условий П6.33 284
233. 6.12 Концепция шины компании Goodyear П6.48 291
234. 6.13 Концепция автомобиля со сфери- ческими шинами П6.48 291
235. 6.14 Датчик П6.53 295
236. 6.15 Измеритель толщины П6.61 299
237. 6.16 Электронное дополнительное устройство П6.71 306
238. 6.17 Средство защиты П6.73 307
239. 6.18 Теплица П6.74 309
240. 6.19 Фотография звездного неба 36.15 314
241. 6.20 Обнаружение новой звезды 36.15 315
242. 6.21 Измерение скорости пули П6.87 317
243. 6.22 Умный скальпель П6.88 318
244. 6.23 Направление движения подземных вод 36.17 323
245. 6.24 Система GoalRef П 6.100 326
246. 6.25 Определение толщины стенок П6.101 327
247. 6.26 Система Hawk-Eye П 6.107 330
248. 6.27 Удаление влаги с моста П 6.132 341
249. 6.28 Перемещение космических средств П 6.133 342
250. 6.29 Алгоритм применения 76 стандар- тов — 351
Список формул
№ п/п № фор. Наименование формулы Раздел № стр.
1. 2.1 Давление 2.3 52
2. 3.1 Частица - твердое тело 3.15 130
3. 3.2 Частица - песок 3.15 131
4. 3.3 Частица - заряженный газ 3.15 131
5. 3.4 Частица - поле 3.15 132
6. 3.5 Диэлектрическая проницаемость 3.15 132
7. 3.6 Скорость света 3.15 132
390
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
Приложение 3. Список примеров, задач, иллюстраций, формул
№ п/п № фор. Наименование формулы Раздел № стр.
8. 3.7 Электродинамическая пондеро- моторная сила 3.15 133
9. 3.8 Электродинамическая пондеро- моторная сила 3.15 133
10. 3.9 Электродинамическая пондеро- моторная сила 3.15 134
И. 3.10 Электродинамическая пондеро- моторная сила 3.15 134
12. 5.1 Веполь 5.1 231
13. 5.2 То же 5.2 236
14. 5.3 То же 5.2 245
15. 5.4 То же 5.2 245
16. 5.5 То же 5.2 245
17. 5.6 То же 5.2 247
18. 5.7 То же 5.2 249
19. 5.8 То же 5.2 249
20. 5.9 То же 5.2 250
21. 6.1 Стандарты 6.2 258
22. 6.2 То же 6.2 259
23. 6.3 То же 6.2 250
24. 6.4 То же 6.2 261
25. 6.5 То же 6.2 261
26. 6.6 То же 6.2 262
27. 6.7 То же 6.2 262
28. 6.8 То же 6.2 263
29. 6.9 То же 6.2 263
30. 6.10 То же 6.2 263
31. 6.11 То же 6.2 264
32. 6.12 То же 6.2 264
33. 6.13 Стандарты 6.2 266
34. 6.14 То же 6.2 267
35. 6.15 То же 6.2 268
36. 6.16 То же 6.2 269
37. 6.17 То же 6.2 270
38. 6.18 То же 6.2 271
39. 6.19 То же 6.2 272
40. 6.20 То же 6.2 273
41. 6.21 То же 6.2 274
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
391
Глава 6. Стандарты на решение изобретательских задач
№ п/п № фор. Наименование формулы Раздел № стр.
42. 6.22 То же 6.3 275
43. 6.23 То же 6.3 275
44. 6.24 То же 6.3 278
45. 6.25 То же 6.3 279
46. 6.26 То же 6.3 279
47. 6.27 То же 6.3 280
48. 6.28 То же 6.3 283
49. 6.29 То же 6.3 284
50. 6.30 То же 6.3 285
51. 6.31 То же 6.3 288
52. 6.32 То же 6.3 288
53. 6.33 То же 6.3 289
54. 6.34 То же 6.3 290
55. 6.35 То же 6.3 292
56. 6.36 То же 6.3 293
57. 6.37 То же 6.3 295
58. 6.38 То же 6.3 296
59. 6.39 То же 6.3 297
60. 6.40 То же 6.3 298
61. 6.41 То же 6.3 298
62. 6.42 То же 6.3 300
63. 6.43 То же 6.3 300
64. 6.44 То же 6.3 301
65. 6.45 То же 6.3 301
66. 6.46 То же 6.3 303
67. 6.47 То же 6.3 304
68. 6.48 То же 6.3 305
69. 6.49 То же 6.4 306
70. 6.50 То же 6.4 308
71. 6.51 Стандарты 6.4 310
72. 6.52 То же 6.4 310
73. 6.53 То же 6.4 311
74. 6.54 То же 6.4 313
75. 6.55 То же 6.5 313
76. 6.56 То же 6.5 316
77. 6.57 Скорость полета пули 6.5 317
78. 6.58 Стандарты 6.5 317
79. 6.59 То же 6.5 318
392
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
Приложение 3. Список примеров, задач, иллюстраций, формул
№ п/п № фор. Наименование формулы Раздел № стр.
80. 6.60 То же 6.5 319
81. 6.61 То же 6.5 320
82. 6.62 То же 6.5 321
83. 6.63 То же 6.5 322
84. 6.64 То же 6.5 324
85. 6.65 То же 6.5 325
86. 6.66 То же 6.5 327
87. 6.67 То же 6.5 328
88. 6.68 То же 6.5 328
89. 6.69 То же 6.5 329
90. 6.70 То же 6.5 330
91. 6.71 То же 6.5 331
92. 6.72 То же 6.5 331
93. 6.73 То же 6.6 332
94. 6.74 То же 6.6 333
95. 6.75 То же 6.6 333
96. 6.76 То же 6.6 334
97. 6.77 То же 6.6 334
98. 6.78 То же 6.6 335
99. 6.79 То же 6.6 336
100. 6.80 То же 6.6 336
101. 6.81 То же 6.6 337
102. 6.82 То же 6.6 338
103. 6.83 То же 6.6 338
104. 6.84 То же 6.6 339
105. 6.85 То же 6.6 340
106. 6.86 То же 6.6 341
107. 6.87 То же 6.6 343
108. 6.88 То же 6.6 344
109. 6.89 Стандарты 6.6 345
ПО. 6.90 То же 6.6 346
111. 6.91 То же 6.6 346
112. 6.92 То же 6.6 347
ИЗ. 6.93 То же 6.6 348
114. 6.94 То же 6.6 349
115. 6.95 То же 6.6 349
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
393
Алфавитный указатель
Аномально низкое трение....37
Аэрозоль...............69, 111
Безызносность.............36
Биметалл.................251
Вакуум....................17
Веполь
Вепольная система.........231
Двойной веполь.........233
Комплексный веполь.....233
Невепольная система....231
Простой веполь.......231, 233
Сложный веполь.........233
Смешанный веполь.......233
Форсированный веполь.....234
форсирование вещества.234
форсирование поля.....235
форсирование структуры....235
Цепной веполь..........233
Вепольная система..........231
Вихревые токи
Токи Фуко..................48
Внешний комплексный веполь
....................233
Внешний комплексный
форсированный веполь ...242
Внутренний комплексный
веполь..............233
Внутренний комплексный
форсированный веполь ...244
Воздушная подушка........29
Газ...................69, 119
Гель..................69, 105
Гибкий...................69
Гиперболоид..............79
Давление.................52
Высокое давление.......53
Низкое давление........57
Двойной веполь...........233
Двойной сложно-
форсированный веполь ...250
Деформация................54
Достройка (построение)
веполей...............231
Жидкостное трение.........28
Жидкость................69, 110
Закон Ньютона
Третий закон Ньютона....22
Закономерность увеличения
степени вепольности...229
Законы организации систем ....9
Закон минимального
согласования.........9
Закон полноты системы...9
Закон проводимости потоков.... 9
Законы эволюции систем.....9
Закон перехода в надсистему.... 9
Закон перехода на макроуровень^
Закон сбалансированного
развития системы.....9
Закон свертывания
развертывания........9
Закон согласования......9
Закон увеличения степени
идеальности..........9
Закон увеличения степени
управляемости и
динамичности.........9
Импульс силы..............16
Капилляр.................187
Капиллярно-пористое
вещество (КПМ)........165
Капиллярные эффекты........186
Геометрический капиллярный
эффект.............189
Термокапиллярный эффект... 188
394
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
Алфавитный указатель
Ультразвуковой капиллярный
эффект............187
Электрокапиллярный эффект 189
Капиллярные явления....187
Колебание...............25
Колебание...............36
Комплексный веполь.....233
Комплексный форсированный
веполь...............242
Комплексный форсированный
веполь на внешней среде.244
Кумулятивный эффект.....350
Кумуляция...............350
Магнитная жидкость.....150
Ферромагнитная жидкость ..150
Магнитная подушка.......32
Магнитное поле..........21
Магнитное поле..........46
Мембранные конструкции ....79
Монолитный............68, 73
Невепольная система....231
Неразъемное соединение..74
Общая тенденция развития
веполей..............230
Оптически индукционный
фазовый переход......347
Отзывчивость...........231
Плотнофазный поток.....348
Поверхностно-активные
вещества (ПАВ)........38
Подъемная сила..........19
Поле................69, 119
Порошкообразный.........69
Простой веполь......231, 233
Простой форсированный
веполь...............237
Разъемные соединения....74
Реактивная сила.........17
Сетчатые конструкции....79
Сжатие..................54
Сила Архимеда...........20
Сила инерции............21
Сила сухого трения........26
Сила трения...............22
Сила трения покоя.........25
Сила трения скольжения....26
Сложный веполь...........233
Сложный форсированный
веполь.................245
Смешанный веполь.........233
Соединения................74
Неразъемное соединение..74
Разъемное соединение....74
Стандарты на решение
изобретательских задач
(стандарты)............257
Стерический эффект.......169
Сухое трение..............26
Трение.................25
Твердость.................73
Тенденция изменения
структуры веполя.......233
Тенденция перехода к
капиллярно-пористым
материалам (КПМ).......164
Тенденция развития
автомобильных шин......224
Тенденция развития веполей
Общая тенденция развития
веполей............230
изменение и согласование В и
П...................230
изменение структуры
веполя............230
невепольная система..230
простой веполь......230
форсированный веполь.230
Тенденция изменения структуры
веполя.............233
Тенденция развития
комплексного веполя
внешний комплексный веполь
....................233
внутренний комплексный
веполь..............233
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
395
Алфавитный указатель
комплексный веполь на
внешней среде.....233
Тенденция развития сложного
веполя..............233
двойной веполь.........233
смешанный веполь.......233
цепной веполь..........233
Тенденция развития
комплексного веполя....233
Тенденция развития сложного
веполя.................233
Тенденция развития
уплотнителей...........145
Технологические эффекты ....70
Токи Фуко....................48
Вихревые токи..............48
Трение.......................22
Жидкостное трение..........25
Магнитное поле............46
Сила сухого трения........26
Сила трения...............22
Сила трения покоя.........25
Сила трения скольжения...26
Сухое трение.........25, 26
Трение качения............25
Трение покоя..............25
Трение скольжения.........26
Центробежная сила..........46
Трение качения...............27
Трение покоя.................25
Третий закон Ньютона.........22
Трибоэлектрический
эффект..................25, 51
Увеличение степени
дробления...............68
Аэрозоль.............69, 111
Газ 69, 119
Гель.................69, 105
Гибкий................69, 92
Жидкость.............69, НО
Монолит...............68, 73
Переход от гибкого к
порошкообразному
состоянию
соединены вплотную......97
соединены гибкими связями
....................102
Переход от твердого к гибкому
состоянию
соединение вплотную............75
соединение с помощью
посредника...................78
Поле.................69, 119
Порошкообразный......69, 104
Умное вещество...................234
Управляемый термоядерный
синтез.................351
Ускорение.........................15
Фазовые переходы..................62
Физические эффекты
Акустическое давление.....53
Аномально низкое трение... 25, 37
Безызносность.........25, 36
Би-эффект......................62
Вакуум................17, 45
Взрывчатые вещества.......184
Вихревые токи..................48
Воздушная подушка..............29
Гидравлическое давление...54
Гидрирование...................25
Гидростатическое давление.54
Давление.......................52
Движение.......................58
Действие магнитного поля на
ферромагнитное вещество
........................184
Деформация.....................54
Жидкостное трение.....25, 28
Закон Ньютона..................22
Избыточное пневмо- и
гидродавление.........184
Изменение кажущейся
плотности.............184
Импульс силы..............16
Импульсное магнитное поле.... 64
Импульсное электрическое поле
.......................64
Импульсные и реактивные силы
........................44
396
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
Алфавитный указатель
Кавитация.................57
Капиллярные эффекты.......186
геометрический капиллярный
эффект..........186, 189
термокапиллярный эффект 186,
188
ультразвуковой капиллярный
эффект............186, 187
электрокапиллярный эффект
..................186, 189
Колебание............25, 36, 60
Кумулятивный эффект......350
Лапласовское давление....185
Линейное магнитное поле..64
Магнитная подушка........32
Магнитное поле.......21, 46, 63
Оптически индукционный
фазовый переход......347
Оптическое поле..........63
Память формы
обратимая память формы ...191
Переменное магнитное поле ....64
Переменное электрическое поле
......................64
Плотнофазный поток.......348
Пневматическое давление..53
Поверхностное натяжение....185
Подъемная сила...........19
Постоянное магнитное поле....64
Постоянное электрическое поле
.........................64
Радиодиапазон............63
Разряжение...............57
Растяжение...............57
Реактивная сила..........17
Рентгеновские и гамма-
излучения ............63
Сжатие...................54
Сила Архимеда............20
Сила трения..............22
Сухое трение.............26
Тепловое расширение.....184
Токи Фуко................48
Точка КюриЫ, 75, 215, 218, 274,
275, 299, 317, 330
Точка Нееля..............62
Трение...................22
Трение качения...........27
Трение покоя.............25
Трение скольжения........26
Третий закон Ньютона.....22
Триболюминесценция.......52
Трибоэлектрический эффект. 25,
51
Ударная волна разряжения.... 347
Управляемы й терл юядерн ы й
синтез.................351
Ускорение.................15
Фазовые переходы.......62, 184
Фазовый переход первого рода 62
Ферромагнитные эффекты...64
Центробежная силаЗО, 46, 184,
191, 210
Электрет..............25, 34
Электрическое поле....21, 63
Электрогидравлический удар. 184
Электрокапиллярный эффектЗЮ
Электролиз............25, 338
Электронный парамагнитный
резонанс.............303
Электронный параметрический
резонанс.............326
Электростатическая левитация
......................34
Эффект Баркгаузена 64, 330, 331
Эффект Гопкинса.......64, 330
Эффект Джонсона-Рабика...50
Эффект Монро...........350
Эффект обратимой памяти
формы.................62
Эффект памяти формы... 62, 184
Эффект Ребиндера.........25
Эффект Томса..........25, 39
Ядерный магнитный резонансЗОЗ
Форсирование поля..........235
Форсирование структуры
веполя...................235
Форсированное вещество.....234
Форсированный веполь230, 234
Фрикционные материалы
Трение..................41
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
397
Алфавитный указатель
Химические эффекты
Пеоевод в экзотермических
реакциях.............185
Перевод в гидратное состояние
.....................184
Перевод в гидриды.......185
Перевод в химически связанный
вид..................184
Пероевод в термохимических
реакциях.............185
Разбухание геля.........185
Разбухание металлов при
разложении жидкого озона
........................184
Разложение гидратов и
газогидратов.........184
Растворение.............185
Растворение в сжатых газах 185
Стерический эффект......169
Транспортные реакции....184
Центробежная сила..........20
Центробежные силы
Трение..................46
Цепной веполь..........233
Цепной сложно-
форсированный веполь ...245
Электрет.......25, 34, 41, 318
Электрическое поле......21
Электролиз..............25
Электромагнитное поле...63
Электронный парамагнитный
резонанс.............303
Электростатическая левитация
......................34
Эффект безызносности....36
Эффект Джонсона-Рабека..50
Эффект обратимой памяти
формы...............62, 74
Эффект памяти формы....251
Эффект Ребиндера........25
Эффект Томса..........25, 39
Эффект точки Кюри.....75, 299
Ядерный магнитный резонанс
.....................303
398
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
Оглавление
Список сокращений.........................................3
Благодарности.............................................3
Введение..................................................4
1. Вступление...........................................4
2. Содержание учебников 1-4 уровней.....................5
3. Описание данного учебника............................6
Глава 1. Законы развития систем...........................8
1. 1. Структура законов развития систем.................8
1.2. Закон увеличения степени управляемости
и динамичности.........................................11
1.3. Самостоятельная работа............................12
1.3.1. Вопросы для самопроверки.......................12
1.3.2. Темы докладов и рефератов......................12
Глава 2. Переход к более управляемым полям...............13
2.1. Общие представления...............................13
2.2. Гравитационное поле...............................14
2.2.1. Движение с ускорением..........................15
2.2.2. Дополнительная масса...........................15
2.2.3. Импульс силы...................................16
2.2.4. Реактивная сила................................17
2.2.5. Вакуум.........................................17
2.2.6. Крыло и набегающий поток.......................19
2.2.7. Сила Архимеда..................................20
2.2.8. Центробежная сила..............................20
2.2.9. Магнитное поле.................................21
2.2.10. Электрическое поле............................21
2.3. Механическое поле.................................21
2.3.1. Сила инерции...................................21
2.3.2. Трение.........................................22
2.3.3. Давление.......................................52
2.3.4. Перемещение (движение).........................57
2.3.5. Колебание......................................60
2.4. Тепловое поле.....................................61
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
399
Оглавление
2.5. Электромагнитное поле....................................63
2.5.1. Магнитное поле........................................64
2.5.2. Электрическое поле....................................64
2.5.3. Оптическое поле.......................................65
2.6. Самостоятельная работа...................................65
2.6.1. Вопросы для самопроверки..............................65
2.6.2. Темы докладов и рефератов.............................66
2.6.3. Выполните задания.....................................66
Глава 3. Увеличения степени дробления...........................67
3.1. Общая тенденция увеличения степени дробления.............68
3.2. Твердый монолит (этап 1)................................ 72
3.3. Переход от твердого к гибкому состоянию................. 73
3.3.1. Общая последовательность..............................73
3.3.2. Присоединение вплотную частей друг к другу (этап 1.1).74
3.3.3. Соединение частей с помощью посредника (этап 1.2).....78
3.4. Гибкое состояние (этап 2)................................91
3.5. Переход от гибкого к порошкообразному состоянию....95
3.5.1. Общая последовательность..............................95
3.5.2. Гибкие части вплотную присоединяются друг к другу
(этап 2.1)...................................................96
3.5.3. Соединение гибких частей с помощью гибких связей
(этап 2.2)..................................................101
3.6. Порошкообразное состояние (этап 3)......................103
3.7. Гель (этап 4)...........................................104
3.8. Жидкое состояние (этап 5)...............................109
3.9. Аэрозоли (этап 6)........................................ПО
3.10. Газообразное состояние (этап 7)........................118
3.11. Поле (этап 8)..........................................118
3.12. Пена (этап 9)..........................................120
3.13. Комбинация (этап 10)...................................123
3.14. Эффекты (этап 11)......................................126
3.15. Область научных теорий (физика)........................130
3.16. Защита от взрывов......................................135
3.17. Тенденции развития уплотнителей........................144
3.18. Тенденции развития щеток электродвигателей.............157
400
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
Оглавление
3.19. Самостоятельная работа...................................................... 161
3.19.1. Вопросы для самопроверки..........................161
3.19.2. Темы докладов и рефератов.........................161
3.19.3. Выполните задания.................................162
Глава 4. Переход к капиллярно-пористым
материалам (КПМ).............................................163
4.1. Общая тенденция перехода к КПМ........................164
4.1.1. Общая закономерность...............................164
4.1.2. Структурирование вещества..........................172
4.1.3. Заполнение веществом...............................174
4.1.4. Использование эффектов.............................183
4.1.5. Общая схема перехода к КПМ.........................191
4.1.6. КПМ................................................193
4.2. Использование КПМ в тепловых трубах...................198
4.2.1. Полость............................................198
4.2.2. Капилляры..........................................198
4.2.3. Структурирование капилляров........................200
4.2.4. Термокапиллярный эффект............................201
4.2.5. Осмос..............................................202
4.2.6. Электрокинетические явления........................204
4.2.7. Центробежные силы..................................209
4.2.8. Ультразвуковой капиллярный эффект..................211
4.2.9. Магнитное поле.....................................213
4.2.10. Эффект Томса......................................221
4.2.11. Комплексное использование эффектов................222
4.3. Тенденция развития автомобильных шин..................223
4.4. Самостоятельная работа................................226
4.4.1. Вопросы для самопроверки...........................226
4.4.2. Темы докладов и рефератов..........................226
4.4.3. Выполните задания..................................227
Глава 5. Увеличения степени вепольности......................228
5.7. Закон увеличения степени вепольности..................229
5.2. Форсированный веполь..................................234
5.2.1. Простой форсированный веполь.......................236
5.2.2. Комплексный форсированный веполь...................241
5.2.3. Сложный форсированный веполь.......................244
5.2.4. Общая схема закона увеличения степени вепольности..252
5.3. Самостоятельная работа................................253
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov 401
Оглавление
5.3.1. Вопросы для самопроверки.........................253
5.3.2. Темы докладов и рефератов........................254
5.3.3. Выполните задания................................254
Глава 6. Стандарты на решение изобретательских задач........255
6.1. Обзор стандартов....................................256
6.2. Класс 1. Построение и разрушение вепольных систем....258
6.2.1. Подкласс 1.1. Синтез веполей.....................258
6.2.2. Подкласс 1.2. Разрушение веполей.................269
6.3. Класс 2. Развитие вепольных систем..................274
6.3.1. Подкласс 2.1. Переход к сложным веполям..........274
6.3.2. Подкласс 2.2. Форсирование веполей...............278
6.3.3. Подкласс 2.3. Форсирование согласованием ритмики..287
6.3.4. Подкласс 2.4. Феполи (комплексно-форсированные веполи) .289
6.4. Класс 3. Переход к надсистеме и на макроуровень......305
6.4.1. Подкласс 3.1. Переход к бисистемам и полисистемам.305
6.4.2. Подкласс 3.2. Переход на микроуровень.............311
6.5. Класс 4. Стандарты на обнаружение и изменение
систем...................................................313
6.5.1. Подкласс 4.1. Обходные пути......................313
6.5.2. Подкласс 4.2. Синтез измерительных систем........318
6.5.3. Подкласс 4.3. Форсирование измерительных веполей.321
6.5.4. Подкласс 4.4. Переход к фепольным системам.......325
6.5.5. Подкласс 4.5. Направления развития измерительных систем..330
6.6. Класс 5. Стандарты на применение стандартов.........331
6.6.1. Подкласс 5.1. Введение веществ...................331
6.6.2. Подкласс 5.2. Введение полей.....................339
6.6.3. Подкласс 5.3. Фазовые переходы...................342
6.6.4. Подкласс 5.4. Особенности применения физэффектов.347
6.6.5. Подкласс 5.5. Экспериментальные стандарты........349
6.7. Алгоритм применения стандартов......................350
6.8. Самостоятельная работа..............................352
6.8.1. Вопросы для самопроверки.........................352
6.8.2. Темы докладов и рефератов........................352
6.8.3. Выполните задания................................352
Заключение.................................................353
1. Рекомендации по использованию описанных
инструментов ТРИЗ........................................353
402
Петров В. ТРИЗ. Уровень 5. Учебник
Оглавление
2. Рекомендации по совершенствованию изложенных
знаний и отработка навыков..........................354
3. Что дальше?......................................354
Приложения...........................................355
Приложение 1. Таблица применения 76 стандартов
на решение изобретательских задач...................355
Приложение 2. Список примеров, задач, иллюстраций
и формул............................................360
Список примеров....................................360
Список задач.......................................379
Список иллюстраций.................................381
Список формул......................................390
Алфавитный указатель.................................394
Copyright ©2018 by Vladimir Petrov
403
Владимир Петров
ТРИЗ
Теория решения
изобретательских задач
ТРИЗ от А до Я
Уровень 5.
Учебник
Ответственный за выпуск: В. Митин
Верстка: В. М. Петров
Обложка: СОЛОН-Пресс
ООО «СОЛОН-Пресс»
123001, г. Москва, а/я 82
Телефоны:(495) 617-39-64, (495) 617-39-65
E-mail: kniga@solon-press.ru,
www.solon-press.ru
ООО «СОЛОН-Пресс»
115487, г. Москва,
пр-кт Андропова, дом 38, помещение № 8, комната № 2.
Формат 60x88/16. Объем 22,25 п. л. Тираж 100 экз.
Об этой книге
Книга представляет 5-й уровень изучения ТРИЗ, описывает некоторые тенденции развития систем,
закон увеличения степени вепольности и стандарты на решение изобретательских задач.
Уровень 5 выпускается в виде двух книг: учебника и задачника с разбором задач.
Материал легко и быстро усваивается.
В книге приводится 540 примеров и 130 задач, около 400 иллюстраций и более 100 физических эф-
фектов.
Книга рассчитана на широкий круг читателей и будет особенно полезна тем, кто хочет быстро полу-
чать новые идеи.
Читатель! Решив все задачи из этой книги, вы сделаете серьезный шаг в развитии своей креативно-
сти, что обеспечит вам конкурентоспособность в любой области.
О ТРИЗ
Теория решения изобретательских задач —
ТРИЗ, разработанная советским ученым и изо-
бретателем Г. С. Альтшуллером во второй поло-
вине XX века, сегодня широко известна в мире
и используется ведущими мировыми компани-
ями (Samsung, Intel, Ford, LG и др.) для получе-
ния инновационных решений и развития креа-
тивности сотрудников.
ТРИЗ изучают как инженеры, бизнесмены, так и
школьники.
В Германии при участии автора создан стандарт
ТРИЗ для инженеров.
О серии книг «ТРИЗ от А до Я»
Книги серии последовательно расширяют и углу-
бляют знания читателя о ТРИЗ. В каждой книге
дается краткий обзор материала предыдущих
уровней. Для серьезного изучения ТРИЗ автор
рекомендует начать « азов» — первой книги.
В каждой книге — сотни оригинальных примеров
и задач из личной картотеки автора, решая кото-
рые читатель сможет освоить ТРИЗ с нуля до про-
фессионального уровня.
Об авторе
Профессор Владимир
Петров один из ведущих
специалистов ТРИЗ в ми-
ре. Он ученик Г. С. Аль-
тшуллера, обладатель
высшего звания — Ма-
стер ТРИЗ.
В. Петров известен свои-
ми инновационными разработками в ТРИЗ, та-
кими как законы развития систем, логика реше-
ния изобретательских задач и другими.
Автор имеет 45-летний опыт преподавания и
применения ТРИЗ.
Как консультант крупнейших компаний
(Samsung, Intel, General Motors, Bosch, Ford
Motors и других) решил более 5000 производ-
ственных задач. Как преподаватель в учебных
заведениях и компаниях обучил ТРИЗ более
6000 слушателей.
В. Петров — автор более 300 печатных работ,
учебников и учебных пособий по ТРИЗ, переве-
денных на английский, немецкий, испанский и
китайский языки.
«СОЛОН-Пресс»
123001, Москва, а/я 82.
Тел.: (495) 617-39-64, (495) 617-39-65
www.solon-press.ru
ISBN 978-5-91359-312-2
9 785913 593122