CC BY
118
Библиографический список
1. Махно Д.Е., Шадрин А.И., Авдеев А.Н., Макаров А.П. струкций // Горный журнал. 2011. № 8. С. 68-76. Хладноломкость и хладостойкость металлоконструкций гор- 3. Авдеев А.Н., Болотнев А.Ю., Унагаев Е.И. Распределение ных машин в условиях Севера: монография. Иркутск: Изд-во напряжений в базовых узлах карьерных экскаваторов и ИрГТУ, 2010. 230 с. хрупкие разрушения конструкций // Вестник Иркутского госу-
2. Махно Д.Е., Авдеев А.Н., Леоненко А.С. Принципы управ- дарственного технического университета. 2009. № 2. ления загрузкой приводов карьерных экскаваторов, обеспе- С. 17-19.
чивающие снижение вероятности хрупких разрушений кон-
УДК 62:378
ТРИЗ - МЕТОДОЛОГИЯ СТАНДАРТИЗАЦИИ КАК НАУКИ В ОБЛАСТИ СИСТЕМНОГО ИЗОБРЕТАТЕЛЬСКОГО МЫШЛЕНИЯ
1 л 4
© А.А Афанасьев1, Ю.А. Проскурин2, Г.Г. Афонин3
Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова, 308012, Россия, г. Белгород, ул. Костюкова, 46.
Изобретательство является высшей формой инженерной деятельности, чаще всего инженеров-машиностроителей. В ней большое внимание уделяется теории решения изобретательских задач - ТРИЗ. Созданная в России, она получила широкое распространение за рубежом как научная. В действительности, на основе анализа имеющегося материала и инструментария, ТРИЗ следует признать как научную стандартизацию, перенесенную со всей ее методологией и инструментарием впервые в область изобретательского мышления. Ил. 4. Библиогр. 9 назв.
Ключевые слова: изобретательство; ТРИЗ; теория решения изобретательских задач; Г. С. Альтшуллер; ве-польный анализ; проблема решения технических противоречий.
TRIZ - METHODOLOGY OF STANDARDIZATION AS A SCIENCE IN THE FIELD OF SYSTEM-RELATED INVENTIVE THINKING
A.A. Afanasiev, Yu. A. Proskurin, G.G. Afonin
Shukhov Belgorod State Technological University, 46 Kostyukov St, Belgorod, 308012, Russia.
Development of inventions is the highest form of engineering activity of mostly mechanical engineers. It focuses on the theory of inventive problem solving - TRIZ (TIPS). The theory created in Russia has become widely spread abroad and is positioned as a scientific theory. In fact, based on the analysis of the available material and tools, TRIZ should be recognized as a scientific standardization for the first time transferred with all its methodology and tools in the region of inventive thinking. 4 figures. 9 sources.
Key words: invention; theory of inventive problem solving (TRIZ/TIPS); Genrich Altshuller; vepol analysis (substance-field analysis;); problem of solving technical contradictions.
Введение. В настоящее время издано огромное количество литературы, посвященной ТРИЗ [1], начало которой положила деятельность известного изобретателя Г.С. Альтшуллера. Следует упомянуть первую публикацию «О психологии изобретательского творчества» авторов Г.С. Альтшуллера и Р.Б. Шапиро, посвященную ТРИЗ, в журнале "Вопросы психологии" № 6 в 1956 г. (с. 37-49). Постепенно нечастые сообщения о ТРИЗ превратились в информационный океан о его развитии и применении. Например, средства массовой информации сообщают, что ТРИЗ завоевывает мир. Разработаны и разрабатываются компьютерные программы по ТРИЗ. Созданы и создаются
фирмы, занимающиеся ТРИЗ. Теория решения изобретательских задач распространяется в США, Канаде, странах Европы, в Израиле, в Австралии, Японии, странах Юго-Восточной Азии и Южной Америки. Компании, специализирующиеся на применении и развитии ТРИЗ, работают во многих странах мира. Они прочно обосновались в США, Канаде, Германии, Англии, Франции, Швеции, Швейцарии, Австрии, Голландии, Финляндии, Италии, Израиле, Чехии, Японии, Южной Корее, России и других странах.
Курс ТРИЗ читается в ряде университетов США, Канады, Франции, Англии, Германии, Швейцарии, Израиля, Японии и России.
1Афанасьев Александр Александрович, доктор технических наук, профессор кафедры стандартизации и управления качеством, тел.: B9192B0B124, e-mail: alexaf-12@mail.ru
Afanasyev Alexander, Doctor of technical sciences, Professor of the Department of Standardization and Quality Management, tel.: B9192B0B124, e-mail: alexaf-12@mail.ru
2Проскурин Юрий Анатольевич, аспирант, тел.: B9092096750, e-mail: meteormetal69@gmail.com Proskurin Yuri, Postgraduate, tel.: B9092096750, e-mail: meteormetal69@gmail.com
3Афонин Геннадий Герасимович, инженер, тел.: B91032542B5, e-mail: gennady.27@yandex.ru Afonin Gennady, Engineer, tel.: B91032542B5, e-mail: gennady.27@yandex.ru
ТРИЗ изучают инженеры и ученые, студенты университетов различных специальностей и школьники всех возрастов. Проводятся занятия с дошкольниками, начиная с трех лет. Имеются курсы для подготовки воспитателей детских садов, учителей школ и преподавателей ТРИЗ для университетов. Ведется большая работа по подготовке учебно-методических материалов.
В Internet имеется несколько сотен сайтов и более миллиона ссылок, посвященных ТРИЗ.
Проводятся международные конференции по ТРИЗ: в США Институтом Альтшуллера, в Европе МА ТРИЗ и ETRIA, в Японии ТРИЗ Форум .
Крупнейшие газеты и журналы США и других стран неоднократно писали о действенности потенциала ТРИЗ. Неоднократно были выступления по телевидению на ведущих каналах мира.
Вместе с тем вопрос о том, что собой представляет ТРИЗ, не решен до сих пор. Можно привести большое количество публикаций на тему: мое представление о ТРИЗ; что такое ТРИЗ; большое количество критического материала о том, что это не просто теория, а теория и методология [2]; что это набор практических приемов; что это искусственное объединение фундаментальных дисциплин; что это прикладная философия. Наконец, дан постулат, что фундаментом ТРИЗ являются объективные законы эволюции природы. Отсюда следует такое определение: ТРИЗ представляет собой теоретическую, методологическую и практическую часть общей теории эволюции техносферы. Другими словами, ТРИЗ родилась, развивается и используется как инструмент решения проблем в технике, в производстве, в обществе и в самой природе, т.е. это современный технический прогресс, современные инновации.
На фоне представления бесконечного многообразия форм ТРИЗ, демонстрации большого числа примеров полученных результатов изобретательства в подкрепление этой теории, интересно читать сообщения, что решатели изобретательских задач, профессионалы из разных стран мира постоянно подтверждают, что методики, основанные на ТРИЗ, действительно работают (вероятно, есть некоторое сомнение?) .
Методология. Известно, что стандартизация представляет собой установление и применение правил с целью упорядочения деятельности в определенной области на пользу и при участии всех заинтересованных сторон. Именно упорядочение человеческой деятельности сопровождает развитие цивилизации с момента ее зарождения до настоящего времени. Роль стандартизации в жизни человека трудно переоценить. Ее результаты явно и неявно присутствуют повсюду в техносфере, определяя ту или иную комфортность и условия безопасности жизнедеятельности человека, направления развития науки, техники и производства и обеспечивая творческую составляющую инновационной деятельности и научно-технического прогресса.
Простой сравнительный анализ всего, что сделано в области теории решения изобретательских задач,
результатов упорядочения в области изобретательства, в области технического регулирования интеллектуальных прав, простая проекция методов ТРИЗ на инструментарий стандартизации как науки, показывают, что деятельность по упорядочению теперь перенесена и на область мышления с целью достижения определенных или требуемых материальных результатов. Действительно, достигнутый уровень технического развития техносферы требует не только глубоких знаний фундаментальных инженерных дисциплин, но и методов применения их для достижения новых знаний. ТРИЗ является одним из важнейших методов упорядочения мыслительной деятельности в хаосе мысленных отражений достигнутых результатов изобретательства.
Основная часть. Основные принципы и методы стандартизации совпадают с принципами и методами теории решения изобретательских задач. Главным принципом упорядочения изобретательской деятельности, конечно, является принцип системности, который заключается в том, что, согласно ему, все предметы и явления мира представляют собой системы той или иной степени целостности и сложности со всеми присущими им законами развития.
Традиционный стиль мышления сужает угол зрения при анализе, позволяет рассматривать состояние системы на одной стадии, соответствующей одному иерархическому уровню. В ТРИЗ разработан специальный метод моделирования системы в форме многоэкранной схемы для того, чтобы видеть ее проблемные ситуации комплексно, на нескольких иерархических уровнях в настоящем, прошлом и будущем [3]. Временное состояние рассматривается не только для системы, но и для надсистем и подсистем. Данный метод ТРИЗ для всего цикла существования варианта технической системы перекликается с межгосударственным стандартом ISO 9001:2008 (в государственной системе стандартов РФ ГОСТ ISO 9001-2011), включающем жизненный цикл продукции, начиная с маркетинга и проектирования и кончая обслуживанием и его утилизацией.
Вторым основополагающим принципом стандартизации и ТРИЗ является научный подход и использование передового опыта. Эти компоненты принципа устанавливают, что характеристики и требования, включаемые в исходные положения объекта рассмотрения, должны соответствовать передовому уровню науки и техники, основываться на результатах научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ. Поэтому разработка всех видов и категорий стандартов или положений ТРИЗ должна вестись с учетом и использованием научных достижений в соответствующих областях.
Вместе с тем в описаниях ТРИЗ постулировано, что ее теоретической основой является выявление общих направлений развития любых технических систем, что также совпадает с логикой развития стандартизации.
Вся практика вепольного анализа [4] ТРИЗ подкрепляет использование функций ТРИЗ как методологии стандартизации в области изобретательского
мышления. Веполь - неологизм, введенный в практику изобретательства родоначальником ТРИЗ Г.С. Альт-шуллером [5], по существу является результатом использования одного из научных методов стандартизации - агрегатирования [6]. Следует отметить также, что здесь можно было бы использовать метод диакоп-тики Габриэля Крона, американского инженера-электротехника, в основе которого лежит расчленение системы на части, анализ частей, агрегация и синтез частей в систему (Крон Г. Исследование сложных систем по частям (диакоптика). М.: Наука, 1972. 544 с.). Как известно, термин «веполь» произошел из объединения частей слов «вещество» и «поле». Веполь представляет собой агрегат двух и более материальных объектов и поля (энергии, силового влияния). Как и при агрегатировании в стандартизации на основе соединения нескольких объектов получается самостоятельное изделие, так и в ТРИЗ на основе объединения исходных данных как компонентов образуется структурная единица модели исследуемого объекта. Веполь как агрегат или структурная единица используется для анализа функционирования и разработки простых и сложных объектов как в статике, так и в динамике. Вепольный анализ (структурный вещественно-полевой анализ) позволяет представить структурную модель исходной технической системы, выявить ее свойства, с помощью специальных правил преобразовать модель задачи, получив тем самым структуру решения, которое устраняет недостатки исходной задачи.
Другими словами, вепольный анализ - это стандартизованный язык формул, с помощью которого легко описать любую техническую систему в виде определенной (структурной) модели. Построенную таким образом модель преобразуют по стандартным правилам и закономерностям, получая структурное решение задачи. Любой объект представляется в виде материального объекта (вещества) и обозначается буквой «В», а любое взаимодействие - в виде поля (силового влияния) и обозначается буквой «П». Тогда веполь (агрегат) может быть представлен в виде структуры (рис. 1), где линиями, стрелками и другими условными обозначениями показываются связи, действия, взаимодействия и др. В описании метода структурного вещественно-полевого анализа разработчиками использованы все необходимые условия стандартизации: дана классификация с использованием признаков, свойств, критериев веполей, полей, веществ, структур, связей и взаимодействий.
п
/ \
В!-в2
Рис. 1. Структура простого веполя: В1 и В2 - вещества; П - поле или силовое влияние
Вепольный анализ применяют для различных задач изобретательства. На рис. 2 показаны схемы веполей преобразования (а) и видоизменения (б) полей, полученных при добавлении вещества В1 к веществу В2 с целью обнаружения состояния вещества В1.
П1 /
а) В,-^В,-► Вг
\
П2 п /
б) В1:5—=>В!-►Вз
\
П"
Рис. 2. Веполь преобразования (а) и видоизменения (б) энергии: П и П - разные виды полей; П' и П " - поля
одной природы, но разные в количественном соотношении; вещество В1 добавляется к веществу В2; фигурная стрелка является знаком преобразования модели исходной технической системы на основе В1 в желательный веполь
Для определения допустимых напряжений в колонне (В1) механического пресса на нее прикрепляют тензометрический или пьезодатчик (В2), преобразующий деформацию колонны или механическое напряжение на датчик (П1 - механическое поле) в электрический сигнал (П2 - электрическое поле), который свидетельствует о состоянии колонны (В1).
Для определения расположения закрытых подземных дренажных устройств из конструкций, не имеющих металлических деталей в местах изменения направления и разветвления трасс дренажных труб В1, устанавливают подземные ферромагнитные метки В2 на глубине в пределах действия индукционных искателей, т.е. веполь образуют путем добавления к дренажным трубам В1 ферромагнитных меток В2. При поиске электромагнитное поле искателей П' с помощью магнитных меток В2 видоизменяется в электромагнитное поле П''. Место видоизменения электромагнитного поля будет свидетельствовать о нахождении дренажных труб.
С помощью вепольного анализа определяют вид технологического эффекта, необходимого для проведения технологической процедуры, модель которой представляют, например, в виде форсированного или комплексно-форсированного веполя. Форсированными веполями называют агрегаты компонентов структуры, включающие более управляемые вещества и поля по сравнению с исходным простым веполем. Кроме того, компоненты структуры согласованы между собой.
К примеру, следует определить вид технологического эффекта, который необходимо использовать, если вещество В1 преобразует одно поле - П1 в другое - П2, описанное веполем на рис. 3, а, или изменяет параметры поля П' на П'', описанное веполем на рис. 3, б.
Название определяемого технологического эффекта получают соединением полей. Если вещество В1 преобразует одно поле П1 в другое П2 , как на рис. 3,а, или изменяет параметры поля П' на П'', как на рис.
3, б, то название искомого технологического эффекта получают соединением этих полей. Сказанное можно иллюстрировать схемой на рис. 3.
П1
а) в2
Технологический эффект А
П2
б) в2
Технологический эффект В
П''
Рис. 3. Соединение полей для определения технологического эффекта
Соединением полей определяется не только вид технологического эффекта, но и структура будущего решения. Таким образом, вепольный анализ является инструментом для нахождения нужных технологических эффектов (физических, химических, биологических или геометрических [7]) при решении конкретных задач. Окончательный поиск нужного эффекта осуществляется с помощью указателей эффектов. В рассматриваемом случае на рис. 3 соединение полей дает электромеханический эффект. Электромеханические эффекты включают тензоэффект, пьезоэф-фект и другие.
ТРИЗ как методология процесса стандартизации имеет неоспоримые признаки упорядочения деятельности в области изобретательского мышления - стандарты на решение изобретательских задач, представляющие собой правила, нормы, приемы, алгоритмы, обобщения и др. По оформлению они отличаются от общепринятых государственных, национальных, региональных или стандартов организаций. Но они могут быть оформлены в соответствии с принятыми нормами разработки и использования стандартов и другой нормативной документации. Метод агрегатирования вполне соответствует своими принципами созданию веполей как агрегатированных систем (агрегатов) с последующим их анализом. Созданию стандартов ТРИЗ, как это происходит в стандартизации, предшествовали классификация, систематизация, типизация, ранжирование и другие действия.
В 1985 г. Г.С. Альтшуллер разработал систему, состоящую из 76 стандартов для решения изобретательских задач. До этого использовалась система из 69 стандартов, разработанных им же.
Система стандартов состоит из классов и подклассов.
Анализ многочисленных работ, посвященных ТРИЗ, позволяет утверждать, что первая работа известного изобретателя и организатора работ по стандартизации в области изобретательского мышления Г.С. Альтшуллера положила начало упорядоченной деятельности в инновационной области инженерного творчества - изобретательстве. Были задействованы
все научные принципы и методы, свойственные традиционной стандартизации, для наиболее сложной творческой деятельности инженера на основе изобретательского мышления. Для приближения творческой мысли инженера к области освоения непознанного специально создаются базы приемов, стандартов и других данных, использование которых облегчается с помощью алгоритмов для решения не только технических, но и организационно-методических, экономических и социальных задач. Алгоритмы решения изобретательских задач (АРИЗ) с каждым годом усовершенствовались, обсуждались на научных конференциях, дополнялись новыми последовательностями выполнения стадий (шагов), но основные узловые моменты творческого процесса изобретательства оставались неизменными. К основным разделам АРИЗ [8] можно отнести такие виды творческой деятельности, как:
- использование образа идеального конечного результата;
- создание модели проблемной ситуации;
- выявление противоречия между идеальным и реальным состояниями рассматриваемого объекта с последующим его сглаживанием или даже устранением.
Идеальный конечный результат (ИКР) является базовым понятием ТРИЗ. Он представляет собой решение проблемы с минимальными затратами ресурсов - финансовых, информационных, человеческих, пространственно-временных, трудовых и других.
Определяющее значение имеет формулировка идеального конечного результата. Для этого следует определить главную полезную функцию системы, т.е. ответить на вопрос: «Для чего создана система?». Например, мобильный телефон был создан для двусторонней связи людей, находящихся в любом месте, а не там, где располагается стационарный аппарат. Идеальным конечным результатом было бы устройство, позволяющее вести разговор как при обычной беседе, т.е. видеть собеседника, разговаривать с ним, делать заметки и прочее. Как видно, пока мобильный телефон по техническому устройству ниже ИКР, но он идеальнее, чем стационарный телефон, так как выполняет большое количество функций (будильника, записной книжки, фотоаппарата, справочника, развлекательного устройства и т.д.).
Целью формулирования ИКР является достижение таких результатов, как:
- определение поиска решения;
- устранение перебора вариантов решений;
- достижение гарантии высокого качества решения проблемы.
Как и в основополагающих стандартах, значимое место здесь занимает раздел «Основные понятия, термины и определения» для того, чтобы однозначно использовать положения стандартов. В этой связи поучительно дать определения некоторым идеальным объектам при решении изобретательских задач.
Идеальная техническая система - это виртуальная, т.е. не существующая в реальности структура, а ее функции исполняются в полном объеме. Таким об-
П
разом, цели существования системы достигаются без средств обеспечения ее функций. Пример ИКР транспортного средства - транспортирование груза в отсутствии транспорта (груз сам передвигается в нужном направлении с необходимой скоростью). Влиянием сущностного определения идеального конечного результата объясняется образование многих терминов, содержащих часть речи (слово) сам. Например, самострел, самокат, самосвал, самовар, самолет и др.
Слово сам означает функционирующий объект без непосредственного участия человека. Раньше этому способствовала механизация, теперь автоматизация и кибернетизация, в частности, компьютеризация. Стиральная машина сама (по программе) выполняет необходимую работу. Компьютер сам переводит текст, делает мультфильмы или проектирует те или иные объекты.
Идеальное вещество - это виртуальное вещество, которое не существует в реальности, а свойства его (прочность, твердость, плотность, структура и т.д.) проявляются в полной мере. Именно поэтому в современном машиностроении, авиастроении и других отраслях производства существует направление использования все более легких и более прочных материалов, то есть материалов с большей удельной прочностью и жесткостью, чем ранее. В качестве примера использования идеального конечного результата можно привести решение проблемы отвода тепла при прохождении тока через мощный транзистор, проект которого разрабатывается. ИКР устройства для отведения тепла - виртуальный радиатор, т.е. отсутствующий рассеиватель тепла, но сохраняющий свою функцию. Вариантами формулирования ИКР могут быть следующие формулировки:
- радиатора не должно быть, а тепло должно отводиться самим транзистором;
- радиатор должен появляться только при начинающемся перегреве транзистора;
- радиатор должен быть вынесен за пределы данной радиоэлектроаппаратуры (РЭА);
- роль радиатора должен выполнять какой-то другой элемент.
Идеальная форма - это теоретическая (абстрактная) форма, обеспечивающая максимум полезного эффекта для поставленной цели. Примером является обеспечение требуемой прочности при минимальном расходе используемого материала.
Идеальный процесс - это виртуальный процесс, обеспечивающий мгновенное получение результата. Сокращение длительности процесса изготовления изделий представляет цель любой прогрессивной технологии. Так, секционный способ сборки судов заменен более прогрессивным - блочным. При секционном способе сначала на стапеле из отдельных секций (палубных, бортовых, днищевых и т.д.) собирают корпус судна, а затем ведут монтаж оборудования. Блочный способ сборки заключается в том, что на стапель подают блоки, представляющие собой крупные объемные части судна с вмонтированным оборудованием. Блоки собирают в сборочном цехе из отдельных секций. Тут же устанавливают необходимое оборудо-
вание. Таким образом, на стапеле остается только состыковать отдельные блоки. Постоянная борьба за повышение скорости транспортировки груза также характеризует тенденцию стремления к идеальному процессу. Увеличение скорости транспортировки груза добиваются неуклонным ростом скорости транспортных средств и сокращением времени на погрузочно-разгрузочные операции.
Идеализация может относиться к любым объектам: конструкциям, веществам, действиям, энергии и другим предметам в зависимости от того, что находится в центре внимания изобретателя.
Развитие степени идеализации можно рассмотреть на примере появления современной одноразовой посуды. Раньше посуду мыли вручную. Особо грязные места приходилось долго оттирать щеткой. При этом полированная посуда портилась. Затем развитие этого процесса осуществлялось в нескольких направлениях. Например, появились различные моющие средства, убыстряющие и улучшающие процесс мытья. После нанесения таких средств нужно было только смыть грязь. Появились посудомоечные машины. Наконец появилась и одноразовая посуда. В последнем случае не нужен ни процесс мытья, ни сама функция - очистка посуды. Таким образом, процесс мытья стал идеальным - он перестал существовать.
Модель проблемной ситуации и принятие решений. Идеология ТРИЗ во многом построена на анализе проблемной ситуации, т.е. совокупности обстоятельств, в которой могут содержаться или проявляться один или несколько нежелательных эффектов. Инженеру известна цель разработки какого-либо объекта, но достижению ее препятствуют факторы, которые часто находятся во взаимно исключающей связи. Анализ проблемной ситуации позволяет выявить (уточнить) условия для решения изобретательской задачи или для приближения этого решения.
Предварительное описание проблемной ситуации включает два этапа:
- формирование структурной модели ситуации, обычно связывающей главное противоречие с порожденными им и связанными с ним другими противоречиями;
- оценка параметров проблемной ситуации и уточнение среды, окружающей место возникновения нежелательных эффектов.
Основными элементами описания проблемной ситуации являются ответы на вопросы, отражающие такие аспекты, как:
- сущность проблемной ситуации (Что? Где? Кто? Почему? С какой целью?);
- возникновение и развитие проблемной ситуации (Когда?);
- основные факторы и условия (При каких условиях?);
- актуальность и срочность решения проблемной ситуации;
- степень полноты и достоверности информации.
Выявление противоречия между идеальным и реальным состояниями рассматриваемого объекта
с последующим его сглаживанием или даже устранением. Одним из основных разделом до настоящего времени, несмотря на заметное развитие ТРИЗ, по-прежнему остается описание приемов устранения технических противоречий [9]. Техническое противоречие представляет собой ситуацию, в которой попытка улучшить одну характеристику системы приводит к ухудшению другой ее характеристики. Устранение противоречий подразумевает выполнение таких действий, которые обеспечивают исчезновение нежелательного эффекта при преобразовании системы. Источником формирования схем устранения противоречий являлся патентный фонд.
На основе изучения и обобщения большого объема патентной информации были сформулированы сорок приемов устранения ТП. Специально для практического их использования составлены специальные таблицы. Эти таблицы часто ассоциируются у пользователей с собственно теорией решения изобретательских задач.
Дальнейшее углубление ТРИЗ привело к выявлению еще десяти дополнительных приемов, которые описаны в литературе, но широкого распространения в практике не получили.
Исторически сложилось, что интерес к теории решения изобретательских задач впоследствии снизился, приемы устранения технических противоречий не получили развития, и это привело к сохранению изначально появившихся недостатков:
- не определены правила выбора приема для устранения конкретного противоречия;
- приемы не структурированы;
- приемы имеют разный уровень обобщения;
- не установлено сходство ТРИЗ с основами научной стандартизации.
Пример целевого создания технического решения. Анализ ситуации. Рассмотрение современного состояния техники в области проектирования и изготовления энергетических трубопроводов показывает, что в настоящее время для компенсации осевых, угловых и сдвиговых перемещений существуют осевые, угловые и сдвиговые компенсаторы, однако для восприятия крутильных деформаций металлические компенсаторы не изготавливаются. На предприятиях, производящих сильфонные компенсаторы, России и известных зарубежных фирм Witzenmann, Вигдтап, Ве1тап, Р!ехота^ не существует промышленного производства компенсаторов для компенсации крутильных перемещений. Решается указанная проблема применением комбинации существующих компенсаторов или созданием искусственных условий, исключающих возникновение крутильных перемещений, что требует значительных материальных затрат. Таким образом, существует проблема создания компенсатора крутильных перемещений. Если какая-то часть трубопровода закручивается относительно другой, то между ними должно находиться устройство, которое компенсирует это вращение. Из литературы известно, что труба, подвергаемая кручению, имеет возможность закручиваться при приложении к ней крутящего момента за счет упругих деформаций (Феодосьев В.И.
Сопротивление материалов. М.: Наука, 1999. 592 с.). Самокомпенсация закручивания трубы за счет упругого деформирования имеет противоречие: упругое закручивание трубы может быть осуществлено в небольших пределах, недостаточных для реального компенсирования. Увеличение угла закручивания трубы за пределы упругого деформирования ведет к пластическому деформированию и последующему ее разрушению.
Таким образом, возникает техническая проблема увеличения компенсирующей способности устройства при увеличении угла закручивания одной части трубопровода относительно другой на основе эффекта упругого закручивания трубы. Для реального компенсирования угла скручивания (6-10°) потребовалась бы труба длиной 10-15 м. Устройство для практического использования должно быть длиной в пределах 1-1,2 м. Здесь применим принцип соединения коротких участков труб, вставленных друг в друга и образующих блок цилиндрических обечаек из единичных тонкостенных труб с одинаковой или разной толщиной стенок, вставленных концентрично друг в друга. Эти трубы последовательно соединяются между собой торцами с помощью, например, сварки, и образуют непрерывные, меняющиеся направления: на противоположное у торцов, внутреннюю и внешнюю поверхности. Необходимая величина угла закручивания достигается за счет суммирования углов поворота единичных обечаек - труб, вставленных друг в друга. В необходимых случаях, для обеспечения равных по величине углов закручивания единичных обечаек, они делаются разнотолщинными, но с равными статическими моментами инерции.
Патентный поиск устройств для компенсации упругого закручивания участков труб выявил существование компенсатора продольных перемещений, допускающего некоторое скручивание одной части относительно другой (изобретение РФ № 1820146 МПК Р161. 51/03). Данный компенсатор в своем составе имеет две гибкие гофрированные винтообразные оболочки, являющиеся компенсирующими элементами с разнонаправленными углами наклона винтовой линии. Наличие двух смежных разнонаправленных винтообразных участков позволяет компенсировать, кроме продольных, также и крутильные перемещения, но в небольших пределах, недостаточных для реальных скручиваний.
Применение основных приемов теории решения изобретательских задач привело к созданию компенсатора новой конструкции, в котором схема основной части - компенсирующего блока - показана на рис. 4.
1
/
3
2
/
Рис. 4. Компенсирующий блок из цилиндрических обечаек: 1, 2 - участки трубопровода;
3 - блок единичных обечаек
Следует отметить, что при изготовлении компенсатора пришлось преодолеть ряд технологических затруднений, связанных с последовательностью выполнения целого ряда операций.
Предлагаемую конструкцию устройства для ком-
пенсации перемещения при кручении можно использовать на трубопроводах, используемых для передачи энергоносителей, газовых и жидких сред.
Статья поступила 22.09.2014 г.
Библиографический список
1. Орлов М.А. Основы классической ТРИЗ. Вводный курс высокоэффективного инновационного мышления. 3-е изд. М.: СОЛОН-ПРЕСС, 2010. 432 с.
2. Петров В. Базовый курс по теории решения изобретательских задач. Тель-Авив, 2002. 75 с.
3. Шпаковский Н.А. ТРИЗ. Практика целевого изобретательства: учеб. пособие. М.: ФОРУМ, 2011. 336 с.
4. Петров В. Структурный вещественно-полевой анализ. М.: Ттг, 2002. 75 с.
5. Альтшуллер Г. Найти идею: введение в ТРИЗ - теорию решения изобретательских задач. М.: Альпина паблишерз,
2011. 400 с.
6. Глаголев С.Н. Ресурсосберегающие модули для комплексной утилизации техногенных материалов // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. 2013. № 6. С. 102-106.
7. Афанасьев А.А. Физические основы измерений: учебник. М.: ИЦ «Академия», 2010. 240 с.
8. Орлов М.А. Первичные инструменты ТРИЗ: справочник практика. М.: СОЛОН-ПРЕСС, 2010. 128 с.
9. Шимукович П.Н. ТРИЗ - противоречия в инновационных решениях. РИ-метод. М.: Книжный дом «Либроком», 2013. 216 с.
УДК 621 . 757
ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНО-ГЕОМЕТРИЧЕСКИЙ ПОДХОД ДЛЯ АНАЛИЗА ТРЕХМЕРНЫХ РАЗМЕРНЫХ ЦЕПЕЙ
© М.А. Гаер1, Д.А. Журавлёв2, Л.Ф. Хващевская3
Иркутский государственный технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Предложен дифференциально-геометрический подход для исследуемых трехмерных размерных цепей: рассматриваются линейные, плоские и пространственные размерные цепи с точки зрения дифференциальной геометрии. Выведена функциональная зависимость между номинальными длинами отрезков и их допустимыми пространственными отклонениями, разработан алгоритм расчета замыкающего звена анализируемых цепей. Ил. 8. Библиогр. 3 назв.
Ключевые слова: пространственные допуски деталей и сборок; сборка с учетом трехмерных отклонений; анализ сборок с учетом допусков; размерные цепи.
DIFFERENTIAL AND GEOMETRIC APPROACH TO ANALYZE THREE-DIMENSIONAL CHAINS M.A. Gaer, D.A. Zhuravlev, L.F. Khvashchevskaya
Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia.
The article proposes a differential and geometric approach for the three-dimensional chains under investigation. Consideration is given to the linear, flat and spatial dimensional chains from the point of view of differential geometry. The authors derive a functional relationship between the nominal lengths of segments and their admissible spatial deviations. The algorithm for calculating the master link of the analyzed chains is developed as well. 8 figures. 3 sources.
Key words: spatial tolerances of parts and assemblies; assembly with regard to dimensional variations; tolerance analysis of assemblies; dimensional chains.
При проектировании технологических процессов изготовления изделий в современном производстве значительную и все возрастающую роль играют размерные расчеты выходных параметров и оценка точ-
ности технологического процесса в целом. Вместе с тем, как показывает практика, проектные технологические процессы всегда требуют доработок в больших объемах, а значит, и дополнительных расходов.
1Гаер Максим Александрович, кандидат технических наук, доцент кафедры технологии машиностроения Института авиамашиностроения и транспорта, тел.: 89021709580, e-mail: magaer38@gmail.com
Gaer Maxim, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Machine-Building Technology of the Institute of Aircraft Construction and Transport, tel.: 89021709580, e-mail: magaer38@gmail.com
2Журавлёв Диомид Алексеевич, доктор технических наук, профессор кафедры технологии машиностроения Института авиамашиностроения и транспорта.
Zhuravlev Diomid, Doctor of technical sciences, Professor of the Department of Machine-Building Technology of the Institute of Aircraft Construction and Transport.
3Хващевская Любовь Федоровна, магистрант. Khvashchevskaya Lyubov, Master's Degree student.
