- •1.Основные принципы поиска и выбора технических решений
- •2.Методы решений задач
- •2.1.Постановка и анализ задачи
- •2.1.1.Предварительная постановка задачи
- •2.1.2.Уточненная постановка задачи
- •2.2. Эвристические методы решения задач
- •2.2.1. Обобщенный эвристический метод
- •2.2.2.Эвристический метод Альтшуллера г.С.
- •Часть 1. Выбор задачи
- •Часть 2. Построение модели задачи
- •Часть 3. Анализ модели задачи
- •Часть 4. Устранение физического противоречия
- •Часть 5. Предварительная оценка полученного решения
- •Часть 6. Развитие полученного ответа
- •Часть 7. Анализ хода решения
- •2.3. Морфологический анализ и синтез
- •2.4. Алгоритм решения изобретательских задач (ариз)
- •Часть 1. Анализ задачи
- •Часть 2. Анализ модели задачи
- •Часть 3. Определение икр и фп
- •Часть 4. Мобилизация и применение впр
- •Часть 5. Применение информфонда
- •Часть 6. Изменение или замена задачи
- •Часть 7. Анализ способа устранения фп
- •Часть 8. Применение полученного ответа
- •Часть 9. Анализ хода решения
- •3. Инженерные и творческие задачи
- •9. Перемешивание смеУльтразвук. Кавитация. Диффузия. Электрисей. Ческие поля. Магнитное поле в сочетании с Образование растворов ферромагнитным веществом. Электрофорез. Солюбилизация.
Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И.Носова»
В.П.Чернов, Л.Б.Долгополова, Е.В.Синицкий
«Решение инженерных и творческих задач» учебное пособие по курсу «Основы инженерного творчества» для студентов очной и заочной форм обучения направления 150400 – «Металлургия», профиля 150400.62 – «Технология литейных процессов»
Магнитогорск
2012 г.
УДК 621.74(076.1)
Составители: В.П.Чернов, Л.Б.Долгополова, Е.В.Синицкий
Решение инженерных и творческих задач: Учебное пособие по курсу “Основы инженерного творчества” для студентов очной и заочной форм обучения направления 150400 – «Металлургия», профиля 150400.62 – «Технология литейных процессов». – Магнитогорск: из-воМагнитогрского гос. техн. унив. им.Г.И.Носова, 2012. 170 с.
В пособии описаны основные принципы поиска и выбора технических решений, приведены методы постановки, анализа и решения задач. Приводится подборка задач охватывающие логические, математические, технические и технологические вопросы. В приложениях приведены:
фонд физико-технических эффектов; межотраслевой фонд эвристических приемов преобразований объекта; стандарты на решение задач; типовые модели изобретательских задач и их вепольные преобразования; применение некоторых физических эффектов и явлений при решении изобретательских задач.
Рецензенты:
Доктор технических наук, профессор, декан химикометаллургического факультета ФГБОУ ВПО «МГТУ им.Г.И.Носова», заведующий кафедрой металлургии черных металлов
В.А.Бигеев
Главный инженер ЗАО «Механоремонтный комплекс» ОАО «ММК», кандидат технических наук
А.П.Коток
© Чернов В.П. Долгополова Л.Б. Синицкий Е.В.
2
Содержание
ВВЕДЕНИЕ........................................................................................... |
4 |
1.Основные принципы поиска и выбора технических решений 4
2. |
Методы решений задач........... |
6 |
2.1. |
Постановка и анализ задачи............... |
6 |
2.1.1. |
Предварительная постановка задачи................ |
6 |
2.1.2. |
Уточненная постановка задачи......... |
8 |
2.2. Эвристические методы решения задач.................................... |
11 | |
2.2.1. Обобщенный эвристический метод....................................... |
11 | |
2.2.2. Эвристический метод Альтшуллера Г.С. .............................. |
19 | |
2.3. Морфологический анализ и синтез........................................... |
28 | |
2.4. Алгоритм решения изобретательских задач (АРИЗ)............... |
32 | |
3. Инженерные и творческие задачи .............. |
49 | |
Приложение 1...................................................... |
105 | |
Приложение 2........................ |
142 | |
Приложение 3................................... |
150 | |
Приложение 4............................................ |
153 | |
Приложение 5............................................ |
157 | |
Приложение 6........................................................ |
162 | |
Библиографический список ....... |
170 |
3
ВВЕДЕНИЕ
Один из недостатков в подготовке большинства выпускников инженерных специальностей - неумение самостоятельно ставить новые задачи, неумение решать задачи поиска новых конструкторскотехнологических решений на уровне изобретений.
“Изобрести” - значит применить к решению задачи принцип, в корне отличающийся от всего, что использовалось для этой цели ранее, принцип, к которому нельзя прийти в ходе логического рассуждения.
Поэтому в дополнение к приобретению навыков решения теоретических и практических задач с известными алгоритмами их решения будущий специалист обязан овладеть знаниями и навыками решения творческих задач, в которых нет готовой постановки, неизвестен способ решения аналогичных задач, а преподавателю - неизвестен ответ, обычно имеющий несколько вариантов.
В данном учебном пособии сделана попытка сформировать комплекс задач, позволяющий студентам развивать навыки решения творческих проблем.
1.Основные принципы поиска и выбора технических решений
При разработке любого технического объекта, когда ставится цель получить изделия выше уровня лучших мировых образцов, изобретателю (конструктору) предстоит решить иерархическую последовательность задач выбора проектно-конструкторских решений. Такая последовательность может быть представлена следующим образом /1/.
1.Составление или уточнение описания потребности (функции). Наряду с качественным описанием указывают основные количественные характеристики действия, объекта, условий и ограничений.
2.Выбор физической операции. Чаще всего для реализации одной и той же потребности существует несколько альтернативных физических операций. Изобретателю (проектировщику) предстоит выбрать наиболее перспективные из них.
3.Выбор функциональной структуры. Для реализации одной и той же технической функции, исходя из описаний потребности и физической операции, и с учетом функциональных структур близких и аналогичных технических объектов, возможно построение нескольких альтернативных функциональных структур, из которых также предстоит выбрать наиболее рациональную.
4
4.Выбор физического принципа действия. У одной и той же потоковой функциональной структуры различные элементы могут быть реализованы на основе различных физико-технических эффектов, В связи с этим иногда может быть синтезировано большое количество возможных физических принципов действия, из которых необходимо найти наиболее эффективный вариант.
5.Выбор технического решения. Один и тот же физический принцип действия может быть реализован несколькими, а иногда очень большим числом практически приемлемых вариантов технических решений, из которых предстоит выбрать лучшее.
6.Выбор параметров технического объекта и его элементов. При решении этой задачи ставят и решают иерархическую последовательность подзадач и выбора оптимальных параметров ТО и его элементов. В каждой такой подзадаче производится выбор по существу на бесконечном множестве возможных вариантов. Графически иерархия выбора решений представлена на Рис. 1.1.
7.С повышением уровня задачи (от типа 6 до типа 1) ее успешное решение дает больший экономический эффект, вызывает более заметный технический прогресс в данной области и обеспечивает разработку изделий с большим сроком морального старения. Так, например, решение задачи 6 обычно улучшает технико-экономические показатели изделия на10-15%,решение задачи 5 на20-30%,задачи 4 - на40-50%(иногда в несколько раз). Еще более важным является изобретение и обоснование новых физических операций и потребностей.
8.С точки зрения патентоведения решение задач 4-1,как правило, приводит к созданию новых изобретений, за которыми следуют серии изобретений, как результат решения задачи типа 5. Решение задач 6- го типа также иногда приводит к патентоспособным решениям, отличающимся новыми эффективными соотношениями геометрических или физических параметров. Методика решения этих задач подробно описана в книгах Половинкина А.И. /1, 2/.
5
Рис. 1.1. адач выбора проектно-конструкторских решений: ФО - физическая операция; ФС - функциональная структура; ФПД - физический принцип действия; ТР - техническое решение; X - параметры