CC BY
86
сопротивления давление рабочего тела над и под вытеснителем одно и то же, и при возвратно-поступательном движении вытеснитель не производит работы над газом, а лишь переталкивает газ из одной полости в другую.
Рассмотрим оппозитную холодильную машину Стирлинга. Это система, в которой угол между рядами цилиндров составляет 180°. В машине данного типа осуществляется четыре независимых термодинамических цикла с взаимно-фазовым сдвигом в четверть периода. Первый и третий циклы, второй и четвертый - в противофазе. Поэтому теплообмен между изохорными составляющими одного цикла можно заменить теплообменом между двумя разными циклами, но находящимися в противофазных состояниях. Достоинством такого конструктивного исполнения заключается в отсутствии аэродинамического сопротивления движению рабочего тела. У любой конструкции имеются свои достоинства и недостатки. На данный момент существует множество полезных моделей холодильных газовых машин Стирлинга, направленных на устранение основных недостатков ГХМ. В патенте №2464504 найдено решение для повышения КПД, упрощения конструкции, а также уменьшения потерь газа из рабочих полостей оппозитной холодильной машины Стирлинга [3, стр. 1].
В патенте № 2080527 описано создание условий облегчающих пуск и сокращающий время выхода за счет перепуска части рабочего газа из полости сжатия в картер, регулируя зазор между уплотнительным кольцом рабочего поршня и внутренней поверхностью цилиндра [4, стр. 1].
Проанализировав рассмотренные типы ГХМ Стирлинга, приходим к выводу, что разработка газовых холодильных машин является перспективной и на сегодняшний момент недостаточно развитой. Из рассмотренных конструктивных схем наиболее перспективными считаются а- и Р-модификации. Список использованной литературы:
1. Ридер Г. Двигатели Стирлинга: Пер. с англ. - М.: Мир, 1986. - 464 с., ил.
2. Трухов В.С., Турсунбаев И.А., Умаров Г.Я. Расчет параметров внутреннего теплообменного контура двигателя Стирлинга. Ташкент, «Фан», 1979,с.-80.
3. Патент 2464504 Российская Федерация. Холодильная установка с оппозитной тепловой машиной Стирлинга / Комов А.И., Мясников В.В., Варава А.Н.; заявитель и патентообладатель ГОУВПО «МЭИ (ТУ)». - опубл. 20.10.12.
4. Патент 2080527 Российская Федерация. / Шпырин Г.В., Кириллов Н.Г. - опубл. 27.05.1997.
© Е.Ф. Ильмурзина, С.Ф. Ильмурзина, 2015
УДК 21474
А.Г. Карлов
к.т.н., доцент
ФГБОУ ВО Севастопольский государственный университет,
Политехнический институт, г. Севастополь, Российская Федерация.
ИННОВАЦИОННЫЕ РЕШЕНИЯ ПРОЦЕССОВ АВТОМАТИЗАЦИИ ПОДАЧИ ИЗ СТОПЫ
АЛЮМИНИЕВЫХ ЛИСТОВ В ПРЕСС НА ОСНОВЕ МОДЕЛИ ОТСМ-ТРИЗ «КЛЕЩИ»
Аннотация
Представлена информация о ключевых инструментах решения изобретательских задач, приемах применения их при возникновении междисциплинарных потоков проблем при концептуальном проектировании новых технологий и изделий. Дан развернутый пример применения одного из популярных
инструментов ОТСМ-ТРИЗ - модели «КЛЕЩИ» в приложении к объекту реальной автоматизации технологических процессов в машиностроении.
Ключевые слова
ТРИЗ - Теория решения изобретательских задач; ОТСМ - Общая теория сильного мышления; МОДЕЛЬ ОТСМ-ТРИЗ «КЛЕЩИ»; АРИЗ - Алгоритм решения изобретательских задач; НЖР - наиболее
желаемый результат.
Развитие технологий и техники постоянно ускоряется, и метод проб и ошибок становится все менее пригодным. На основе изучения и использования законов природы современные ученые, изобретатели научились алгоритмизировать процессы поиска креативных решений и их дальнейшей реализации. В 50-е годы зародилась и продолжает развиваться такое направление научных исследований как ТРИЗ, автором которой является Альтшуллер Генрих Саулович [1,2,3].
ТРИЗ - теория решения изобретательских задач - наука изобретать. Хотя изобретательство известно из глубокой древности, научная теория этого вида творческой деятельности формируется только сегодня. Основные постулаты ТРИЗ часто представляют в следующей редакции:
- развитие технических систем происходит не спонтанно и не по воле людей, их создающих, а в соответствии с объективно существующими и познаваемыми законами развития технических систем;
- знание законов развития технических систем и их анализ на основе мирового патентного фонда позволяет разрабатывать обобщенные методы решения любых изобретательских задач вне зависимости от их отраслевой принадлежности. Таким образом, удается алгоритмизировать и формализовать процесс поиска новых технических решений, превращая, таким образом, техническое творчество в точную науку;
- способность человека изобретать есть не столько врожденное качество, сколько продукт его творческой деятельности.
ТРИЗ (TRIZ) теория решения изобретательских задач, ориентированная на решение инженерных задач. ОТСМ-ТРИЗ (OTSM-TRIZ) одна из ветвей классической ТРИЗ. Область деятельности ОТСМ-ТРИЗ
- исследования и разработка механизмов анализа проблем и синтеза их решений. Эти механизмы не зависят от природы предметной области, в которой возникла проблема. По аналогии с математикой или логикой, которые оперируют данными независимо от природы этих данных знаний [4,6,7].
В середине семидесятых годов период построения Классической ТРИЗ был, в основном завершен. В свою очередь встал вопрос о дальнейшей эволюции ТРИЗ, расширении области применения инструментария ТРИЗ за пределы технических проблем. Автор ТРИЗ назвал новое направление её развития
- Общая Теория Сильного Мышления (ОТСМ) и предложил начальные идеи по его разработке. В середине восьмидесятых годов прошлого века ученик и последователь Генриха Альтшуллера - Николай Хоменко присоединился к этим работам и под руководством и регулярном непосредственном контакте с Автором ТРИЗ начал развивать предложенные начальные идеи.
В 1997 году Г.С. Альтшуллер высоко и позитивно оценил достигнутые результаты по созданию первого поколения ОТСМ и ее инструментов и дал
разрешение Николаю Хоменко использовать предложенный автором ТРИЗ термин ОТСМ для создаваемой им теории разработки универсальных инструментов разрешения сложных междисциплинарных проблемных ситуаций.
Известные компании такие как, Boeing, Peugeot-Citroen, Nissan, Renault, Salomon, Proctor & Gamble, Samsung Electronics, Mitsubishi, SAAB, Master Food, LG Electronics, Исследовательские Центры Европы и Азии, успешно применяют ТРИЗ-технологии. Этот список можно значительно расширить. По данным [4], около 100 компаний, лидирующих в разных областях и работающих в разных регионах мира, которые производят продукты-бренды, попадают в этот список. По данным других авторов таких компаний сейчас уже более 2000. Что объединяет все эти компании? Почему в продолжение этого списка попадают университеты из Европы и США, Японии и Южной Кореи, и даже школы и детские сады?
Все эти компании, исследовательские центры, университеты и школы инженеров имеют разный профиль деятельности и расположены в разных странах на разных континентах.
Все эти организации используют ТРИЗ для:
• проведения исследований и разработки новых продуктов;
• повышения качества и снижения себестоимости продукции;
• обучения и подготовки кадров, способных решать сложные проблемы.
Эксперименты по раннему обучению ТРИЗ ведутся на территории бывшего СССР уже более 40 лет и дают позитивные результаты. Но образование на базе ТРИЗ вступает в конфликт с официальной образовательной системой. В чем суть этого конфликта?
В современном нам обществе профессионал - это человек, изучивший во время учебы и накопивший в течение своей жизни некоторое множество типовых решений проблем из своей области. На этом построено большинство учебных курсов и тренингов современной системы образования, цель которой -показать, какие есть типовые проблемы и как их обычно решают специалисты в той или иной области. Чем больше примеров, тем лучше.
Примерно так же тысячи лет назад мастера передавали свой опыт подмастерьям... Как видим, с тех пор мало что изменилось. Бывает даже наоборот - преподаватели сами имеют небольшой опыт практической работы.
Фундаментом такого образования служит опыт типовых решений предыдущих поколений профессионалов, накопленный и систематизированный. Соответственно, чем лучше мы хотим подготовить специалиста, и чем больше знаний накоплено в профессиональной области, тем дольше должно быть обучение, тем сильнее должна быть память у студентов, чтобы удержать все типовые решения. То есть эволюция образования идет в сторону интенсификации и автоматизации процесса перебора вариантов с целью подобрать подходящий вариант для возникшей проблемы. С точки зрения нашего подхода эта задача может быть переформулирована следующим образом: обеспечить выход на типовое решение типовой проблемы в данной предметной области.
Очевидно, компьютеризированные базы данных или экспертные системы, построенные на базах знаний, не смогут привнести нового качества в технологии решения проблем, т.к. они ориентированы лишь на механизмы поиска среди уже известных решений. Ситуация осложняется еще и тем, что непрерывно появляются новые знания и новые области их применения. Может наступить время, когда отрасль родится и отомрет до того, как удастся построить экспертную систему или соответствующую базу данных.
ОТСМ и ТРИЗ технологии позволяют выходить за пределы собственных знаний и могут служить языком междисциплинарного общения между специалистами самых разных областей деятельности. Цель этого общения - коллективная работа над сложной многогранной проблемой. Такие чрезвычайно сложные проблемы и есть тот новый горизонт творчества, который открывается людям, успешно освоившим подходы ТРИЗ как в теории, так и на практике.
ТРИЗ не убивает творчество, а лишь переводит его на качественно новую ступень, дает качественно иное понимание того, что есть творчество.
Таким образом, ТРИЗ соответствует еще одному требованию к методологии анализа и решения сложных проблем: заменяет случайный перебор вариантов системой шагов и этапов, на которых четко задается направление движения мысли решателя. Причем отличительной особенностью ТРИЗ является то, что эти шаги и система их выполнения базируются на объективных научных законах эволюции систем.
Ниже представлен один из самых простых инструментов ОТСМ-ТРИЗ - модель «КЛЕЩИ» (Tongs).
Несмотря на простоту, модель «КЛЕЩИ» обеспечивает универсальный способ формулирования и изучения изобретательских технологических проблем. Новички в ТРИЗ могут очень быстро изучить и начать применять модель «КЛЕЩИ». Более продвинутым пользователям ТРИЗ модель «КЛЕЩИ» позволит поставить отдельные инструменты ТРИЗ в общий контекст или выстроить процесс решения задачи по АРИЗ (Алгоритм решения изобретательских задач) и СПП (ОТСМ-подход «Сети Потоков Проблем»).
Более подробную историю модели процесса решения проблем «Клещи» можно посмотреть в работе Н.Н. Хоменко [6]. Инструмент ОТСМ-ТРИЗ «Клещи» прост в освоении и может получить дальнейшее развитие, подготавливая студента для глубокого изучения АРИЗ Альтшуллера. Шаг за шагом студенты могут узнать все о моделях ТРИЗ и ОТСМ и их реализации в конкретных ситуациях. Модель «КЛЕЩИ» также полезна для развития многих навыков, которые необходимы, чтобы понять и изучить современные
инструменты классической ТРИЗ и ОТСМ. Модель «КЛЕЩИ» можно рассматривать также и как «рамку» для более глубокого изучения каждого инструмента, его компонентов и шагов. На рис. 1 - общая схема модели процесса решения проблем «КЛЕЩИ»
Рисунок 1 - Общая схема модели процесса решения проблем «КЛЕЩИ»
Пример применения модели «КЛЕЩИ» к реальной проблеме автоматизации технологических процессов.
В связи с требованием сделать автомобили более экономичными, автопроизводители в срочном порядке ищут способы снизить вес транспортного средства. Одной из областей, которая находится в стадии активного исследования, является использование алюминия в панели кузова для замены стали. Более того, некоторые производители автомобилей, такие как Audi и Jaguar уже используют это решение в своих наиболее дорогих моделях. Для того, чтобы придать форму панели кузова, плоские листы металла подаются из стопки листов в пресс (рис. 2). Стальные листы можно подавать очень быстро с помощью этого метода - каждые две секунды, но алюминиевые листы могут подаваться только по восемь в минуту. Есть испытанные и проверенные методы для разделения стальных листов с помощью магнитов, но они не работают для алюминия, т.к. он немагнитен. Кроме того, алюминиевые листы покрыты липкой пленкой масла, которая необходима для предыдущего шага процесса и не может быть легко удалена. Запрос компании был представлен на сайте (http://www.ninesigma.com), где была сформулирована проблема и требованию к решениям, которые позволили бы удвоить скорость подачи алюминиевых листов. На рис. 3 показано расположение системы подачи листа алюминия.
• 1. Формулирование Исходной Ситуации (ИС-0):
В этой задаче первоначальная ситуация дает основной негативный эффект: «если листы подаются слишком быстро, второй лист прилипает к первому листу и останавливает подачу листов в пресс».
Рисунок 2 - Устройство для расстыковки листов.
Рисунок 3 - Макет подачи листов алюминия.
76
Применение модели «КЛЕЩИ» к этой проблеме:
• 2. Формулирование Наиболее Желаемого Результата (НЖР-0):
Для ситуации подачи листа, НЖР может быть таким: «над верхним листом появляются вакуумные присоски, верхний лист сразу же отделяется от второго листа и движется в сторону присоски».
• 3а. Формулирование Барьера:
В этой задаче, основной барьер видится в том, что листы не могут разделиться, потому что воздух не имеет достаточно времени, чтобы попасть между верхним и вторым листами и атмосферное давление держит два листа вместе.
• 3б. Переформулирование Барьера:
Как противоречие между человеческим желанием и природными законами или другими объективными факторами (ОТСМ аксиома корня проблемы):
В этой задаче объективный фактор, который находится в корне проблемы, в том, что воздуху требуется определенное время, чтобы пройти между двумя листами, но нам нужно, чтобы это произошло быстрее.
• 4а. Определение решения с точки зрения здравого смысла:
Как эту заново переформулированную проблему можно было бы решить
полностью или частично с точки зрения здравого смысла и с профессиональной точки зрения? Возможно, частичным решением, позволяющим заставить воздух двигаться быстрее между двумя верхними листами, является подача воздуха под давлением и направление струи воздуха в зазор между двумя листами. Тестируя это решение с точки зрения НЖР, мы видим, что она дает позитивный эффект разделения двух верхних слоев, но в то же время усложняет систему. Чтобы продолжить анализ, мы делаем следующую итерацию по модели «КЛЕЩИ», используя это частичное решение.
Итерация 1:
• 1. Формулирование Исходной Ситуации (ИС-1):
В этой задаче исходная ситуация, когда основной негативный эффект в том, что обдувание воздухом усложняет подачу листов.
• 2. Формулирование Наиболее Желаемого Результата (НЖР-1):
Для задачи подачи листа, НЖР может заключаться в том, что как только
вакуумные присоски появляются выше верхнего листа, верхний лист сразу же отделяет себя от второго листа и движется без присоски.
• 3а. Формулирование Барьера: «не усложнять систему». В этой задаче, основной барьер видится так: «мне нужно что-то, чтобы форсировать проход воздуха через прослойку масла между двумя верхними листами».
• 3б. Переформулирование Барьера как противоречия:
Какой объективный (природный) фактор стоит за проблемой, заявленной в исходной ситуации? Переформулируем проблему, как новую исходную ситуацию с новым отрицательным эффектом.
В этой задаче объективный фактор, который находится в корне проблемы, состоит в том, что смазка мешает воздуху перемещаться между двумя верхними листами.
• 4а. Определение решения с точки зрения здравого смысла.
Возможно частичное решение, позволяющее избежать остановки смазки воздухом, оно состоит в том, чтобы избавиться от смазки полностью. Если мы протестируем это решение с позиции НЖР, мы теперь имеем гораздо более простое решение, но мы потеряли важные функции, а именно - защиту алюминиевых листов. Теперь проведем следующую итерацию по модели «клещи» с использованием этого нового частичного решения.
Итерация 2:
• 1. Формулирование исходной ситуации (ИС-2):
В этой задаче исходная ситуация, когда основной отрицательный эффект в том, что без покрытия маслом алюминиевые листы должным образом не защищены.
• 2. Формулирование наиболее желаемого результата (НЖР-2):
Для задачи подачи листа, НЖР мы могли бы сформулировать так: «как только вакуумные присоски появляются выше верхнего листа, верхний лист сразу же отделяет себя от второго листа и движется без присоски, без усложнения системы и сохраняя алюминиевые листы полностью защищенными». Как мы видим, каждая из итераций дает нам новые знания о контексте конкретной ситуации. Таким образом, модель «КЛЕЩИ», как нам кажется, является инструментом для применения Третьего постулата классической ТРИЗ о контексте конкретной ситуации [2,3,4,5,7].
• 3а. Формулирование барьера:
В этой задаче основной барьер в том, что мне нужно что-то для защиты алюминиевых листов, но я не могу использовать масло.
• 3б. Переформулирование барьера как противоречия:
В этой задаче объективный фактор, который находится в корне проблемы, в том, что масло должно прекратить подход воздуха для защиты поверхности листа, но не должно останавливать движение воздуха между двумя верхними листами.
• 4а. Определение решения с точки зрения здравого смысла.
Предлагаемое здесь направление решения может состоять в том, что что-то должно произойти с маслом. Но что бы это могло быть? Теперь мы перейдем к стадии б) для завершения анализа:
• 4б. Определение решения с использованием ОТСМ-ТРИЗ принципов разрешения технического или физического противоречия или с помощью системы стандартов из классической ТРИЗ.
«Какие приемы разрешения технического противоречия могут быть полезными для решения технических противоречий в этой проблеме?»
Возможные конфликты у нас находятся между скоростью и потерей вещества, скоростью и вредными последствиями от действия системы, а также между производительностью и потерей вещества. Повторяется прием номер 35, изменение параметра.
«Какие принципы ОТСМ-ТРИЗ могут быть использованы для удовлетворения противоположных требований для одного и того же параметра?»
Для предъявления физического противоречия к смазке (маслу) мы можем установить полезное действие «защищает алюминиевый лист» и вредное действие «останавливает воздух, проходящий между первым и вторым листами». В целях сохранения полезного действия масло должно быть текучим - жидкость.
В целях предотвращения вредного воздействия масло не должно быть текучим - идеально это твердое вещество.
Мы можем разделить противоречие во времени и использовать «масло с низкой температурой плавления», которое может обтекать листы, чтобы защитить их, а затем затвердеть перед помещением листов под пресс так, что воздух может свободно перемещаться между листами. Другими словами, листы должны быть покрыты воском.
Если мы тестируем это решение на идеальность, сейчас у нас сравнительно простое решение, и мы все же можем в полной мере защитить алюминиевые листы. Для этого примера мы можем принять решение о прекращении анализа.
Выводы по модели «Клещи». Несколько десятков лет использования модели «КЛЕЩИ» на практике для решения задач в ТРИЗ делает эту модель очень полезной для изучения новичками, профессионалами и разработчиками инструментов для решения проблем. Это универсальный, метапредметный инструмент, который можно использовать сразу во многих областях человеческой деятельности. С другой стороны это дает гораздо больше свободы начинающим, чем изучение других простых эмпирических инструментов классической ТРИЗ, таких как матрица и 40 принципов, которые появились до того, как ТРИЗ сформировались в качестве зрелой теории. С моделью «КЛЕЩИ» многие упрощенные инструменты могут быть использованы более эффективно, потому что она помогает нам правильно поставить задачу прежде, чем начать ее непосредственное решение. Как мы знаем, большинство начинающих пытаются решать проблемы сразу, как только они слышат первоначальное описание проблемы. С моделью «КЛЕЩИ» они осознают всю важность НЖР как проводника к приемлемому решению, который помогает уменьшить количество бесполезных проб и ошибок. Каждая итерация модели «КЛЕЩИ» приводит нас к лучшему описанию НЖР, и мы можем поставить задачу и правильно применить соответствующие инструменты. С этой позиции, трудно переоценить значение модели «КЛЕЩИ» для обучения ТРИЗ и ОТСМ.
Понимание модели «КЛЕЩИ» позволяет специалистам использовать существующие инструменты более эффективно и быть более свободными в применении различных средств из инструментария ОТСМ-ТРИЗ. Не в последнюю очередь, мы должны подчеркнуть, что модель «КЛЕЩИ» является мощным метапредметным образовательным инструментом для преподавателей ОТСМ-ТРИЗ, позволяя им сократить общее время, необходимое для обучения студентов на хорошем профессиональном уровне. Модель «КЛЕЩИ» формирует способность студентов и специалистов к решению задач, основанную на классической идеологии ТРИЗ, с самых первых шагов их образования [7,8,9]. Использование модели в практическом проектировании обеспечивает основу для изучения более продвинутых моделей и инструментов для решения проблем с точки зрения, как контекста самой проблемы, так и оценки наиболее сильных решений.
Список использованной литературы:
1. Алгоритм изобретения /Г.С. Альтшуллер. - 2-е изд., испр. и доп. - М.: Моск. рабочий, 1973. - 296 с.
2. Альтшуллер Г.С. Поиск новых идей: от озарения к технологии: (Теория и практика решения изобретательских задач). /Г.С. Альтшуллер, Б.Л. Злотин, А.В. Зусман, В.И. Филатов. - Кишинев: Картя молдовеняскэ, 1989.- 382 с.
3. Петров В.М. Фундаментальные основы Теории решения изобретательских задач. Учебное пособие. Тель-Авив, 2003 - 583 с.
4. Хоменко Н.Н. Решение проблем с позиций ОТСМ-ТРИЗ (50 стр.) / Архив Н.Н. Хоменко. Редакторы: Алла Нестеренко, Галина Терехова / Деп. в ЧОУНБ 20.10.12 № 3558. http://otsm-triz.org
5. Сидорчук Т.А., Хоменко Н.Н., Карлов А.Г. О проблемах и новых подходах к процессам развития креативного мышления начинающих изобретателей на базе ТРИЗ-ОТСМ-технологий в рамках проекта «Джонатан Ливингстон».
Сборник научных статей "Причинные аспекты развития живых систем-IX". Под ред. В.П. Гоча. -Севастополь: Издатель Карпин, 2006, с. 302-309.
6. Н. Хоменко, Дж. Кук. Решение изобретательской задачи с использованием модели из ОТСМ-ТРИЗ «КЛЕЩИ» http://otsm-triz.org
7. Хоменко Н.Н., Аштиани М. Классическая ТРИЗ и ОТСМ как теоретическая основа инструментов для решения нестандартных проблем. /
http://www.jlproj .org/this_bibl/KNN_ETRIA.RUS11.pdf
8. Карлов А.Г. Способ развития изобретательского мышления школьников и студентов технических вузов на основе проекта Джонатан Ливингстон. Сборник статей (каталог) 10-го Международного Салона изобретений и новых технологий «Новое время», Севастополь, 25-27 сентября 2014 г., с.121-123.
9. Методические указания к выполнению курсовой работы по дисциплине «Теория решения изобретательских задач» для студентов направления - 15.03.04 - «Автоматизация технологических процессов и производств». / Сост. А.Г. Карлов - Севастополь: Изд-во СевГУ, 2014. - 57 с.
© А.Г. Карлов, 2015
УДК 621.311
С. Г.Кашеваров, Магистрант Факультет агротехники и энергообеспечения Орловский государственный аграрный университет г. Орел, Российская Федерация
АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКИХ И ОРГАНИЗАЦИОННЫХ РЕШЕНИЙ КОНТРОЛЯ СИЛОВЫХ КАБЕЛЬНЫХ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ
Аннотация
Рассмотрены технические параметры и состояние распределительных сетей. Приведена
