ПОСТРОЕНИЕ И ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ВЕПОЛЕЙ

Задача 12

Задача 11

Задача 10

Задача 9

ПРИНЦИПЫ ВЕПОЛЬНОГО АНАЛИЗА

ВЕПОЛЬ —МИНИМАЛЬНАЯ ТЕХНИЧЕСКАЯ СИСТЕМА

Рассмотрим несколько изобретательских задач.

Нужен способ, позволяющий быстро и точно обнаруживать, в холодильных агрегатах не плотности, через которые просачивается жидкость (фреон, масло, водоеммиачлый раствор).

Как определить степень затвердевания полимерного состава при изго­товлении изделий из полимеров? Непосредственно измерить («пощупать») невоз­можно

Как контролировать интенсивность движения частиц сыпучего материала при псевдоожижении?

Нужно предложить легко извлекаемый клин.

Задачи относятся к разным отраслям техники и описывают разные ситуации, в каждой из которых свои трудности. В задаче 9 требуется быстро и точно оты­скать маленькие капельки жидкости «быстро» конфликтует с «точно». В задаче 10 надо ввести датчик в середину затвердевающей массы — и нельзя этого делать, поскольку датчик не должен там оставаться. В задаче 11 датчик можно поместить в сыпучий материал, но какой именно датчик? При одном и том же давлении сы­пучие материалы могут двигаться с разной интенсивностью Задача 12 заставляет сразу подумать о различных механизмах, встроенных в клин. Отчетливо видно техническое противоречие: выигрыш в силе, необходимой для извлечения клина, оплачивается усложнением устройства механизированного клина.

Что общего в этих задачах?

Разумеется, все задачи содержат технические и физические противоречия. Но на этом видимое сходство заканчивается, потому что противоречия в задачах разные.

Сравним теперь изобретения, являющиеся решениями этих задач.

Ответ к задаче 9: «Способ обнаружения не плотностей в холодильных агрегатах, запол­няемых фреоном и маслом (преимущественно домашних холодильников), отличающийся тем, что с целью повышения точности определения мест утечки в агрегат вместе с маслом вводят люминофор, освещают агрегат в затемненном помещении ультрафиолетовыми лучами и опре­деляют места утечки по свечению люминофора в просачивающемся через не плотности масле» (а с № 277805).

Ответ к задаче 10: «Способ определения степени затвердевания (размягчения) полимер­ных составов, отличающийся тем, что с целью не разрушаемого контроля в состав вводят маг­нитный порошок и измеряют изменение магнитной проницаемости состава в процессе его за­твердевания» (а с № 239 633).

Ответ к задаче 11: «Акустический способ индикации псевдоожижения сыпучих мате­риалов, отличающийся тем, что с целью непосредственного контроля начала и интенсивности

движения частиц в среду сыпучего материала вводят металлический стержень — звукопровод, являющийся датчиком звуковых колебаний, которые преобразуются в электромагнитные» (а. с. №318404).

Ответ к задаче 12: «Устройство для заклинивания, содержащее клин и клиновую про­кладку, обличающееся тем, что с целью облегчения извлечения клина клиновая прокладка вы­полнена из двух частей, одна из которых легкоплавкая» (а. с. № 4281119).

Попробуем сопоставить то, что дано в условиях задач, с тем, что получено в результате решения.

В условиях задачи 9 дано вещество (капелька жидкости). В решении введено второе вещество (люминофор) и поле (ультрафиолетовое излучение). Аналогичная ситуация и в задаче 10: дано вещество (полимер), введено второе вещество (фер­ромагнитный порошок) и поле (магнитное). Та .же картина в двух других задачах: добавлено второе вещество (стержень, прокладка) и поле (акустическое, тепло­вое).

Получается, что каждый раз, когда дано одно вещество, приходится добав­лять второе вещество и поле. Зачем?

Ответить на этот вопрос нетрудно: чтобы поле через второе вещество воз­действовало на первое вещество или, наоборот, чтобы первое вещество через вто­рое давало на выходе поле, несущее информацию.

В самом деле, очевидно, что нет ноля, которое умело бы обнаруживать ма­ленькие капельки фреона или масла. Но есть ультрафиолетовое излучение, кото­рое легко обнаруживает даже ничтожные количества люминофоров, и вот мы вво­дим эту пару — поле и второе вещество, связывающее поле с первым (исходным) веществом.

Обозначим поле буквой П, первое вещество б! второе вещество— В₂ Связи будем обозначать стрелками. Тогда для задачи 9 можно написать схему решения (двойная стрелка направлена от «дано» к «получено»):

 

У задачи 10 такая же схема решения, но вещество В₂ само создает поле, за­висящее от состояния В₂, которое, в свою очередь, зависит от состояния Вь Соответственно схемы решения задач 11 и 12 запишем так: В решениях взятых нами задач присутствуют три «действующих лица»: ве­щество В_ь которое надо менять, обрабатывать, перемещать, обнаруживать, кон­тролировать и т. д.; вещество В₂ — «инструменту осуществляющий необходимое действие; поле П, которое дает энергию, силу, т. е. обеспечивает воздействие В₂ на В] (или их взаимодействие). Нетрудно заметить, что эти три «действующих лица» необходимы и достаточны для получения требуемого в задаче результата. Само по себе поле или сами по себе вещества никакого действия не производят. Чтобы сделать что-то с веществом В] нужны инструмент (вещество В₂) и энергия (поле П).

Можно сказать иначе. В любой изобретательской задаче есть объект: в зада­че 9 — капельки жидкости, в задаче 10 — полимер и т. д. Этот объект не может осуществлять требуемого действия сам по себе, он должен взаимодействовать с внешней средой (или с другим объектом). При этом любое изменение сопровож­дается выделением, поглощением или преобразованием энергии.

Два вещества и поле могут быть самыми различными, но они необходимы и достаточны для образования минимальной технической системы, получившей на­звание веполь (от слов «вещество» и «поле»).

Вводя понятие о веполе, мы используем три термина: вещество, поле, взаи­модействие (воздействие, действие, связь). Под термином «вещество» понимаются любые объекты независимо от степени их сложности. Лед и ледокол, винт и гайка, трос и груз — все эго «вещества». Взаимодействие — всеобщая форма связи тел или явлений, осуществляющаяся в их взаимном изменении. Четкую характеристи­ку взаимодействия дал Ф. Энгельс: «Взаимодействие— вот первое, что выступает перед нами, когда мы рассматриваем движущуюся материю в целом с точки зре­ния теперешнего естествознания. Мы наблюдаем ряд форм движения: механиче­ское движение, теплоту, свет, электричество, магнетизм, химическое соединение и разложение, переходы агрегатных состояний, органическую жизнь, которые все — если исключить пока органическую жизнь — переходят друг в друга, обусловли­вают взаимно друг друга, являясь здесь причиной, там действием...» (К. Маркс, Ф. Энгельс. Соч., т. 20, с. 544).

Сложнее обстоит дело с определением понятия поля. В физике полем назы­вают форму материи, осуществляющую взаимодействие между частицами веще­ства. Различают четыре вида полей; электромагнитное, гравитационное, поле сильных и слабых взаимодействий. В технике термин «поле» используют шире: это пространство, каждой точке которого поставлена в соответствие некоторая векторная или скалярная величина. Подобные поля часто связаны с веществами — носителями векторных или скалярных величин. Например, поле температур (тепловое поле), поле центробежных сил, мы будем применять термин «поле» очень широко, рассматривая наряду с «законными» физическими полями и всевозможные «технические» поля – тепловое, механическое, акустическое и т.д.

В решении задачи 12 тепловое поле действует на В2, меняя механическое взаимодействие между В2 и В1;

 

П

 

 

В2 В1

Может возникнуть вопрос: почему тепловое поле показано в формуле веполя, а механического поля взаимодействия между В2 и В1 в формуле нет? Разумеется можно было бы записать и так:

П1

 

 

В1 В2

 

 

П2

где П1 – тепловое поле, П2 – механическое поле

В вепольных формулах обычно записывают только поля на входе и выходе, поля которыми по условиям, данной задачи можно непосредственно управлять, вводить, обнаруживать, изменять, измерять. Взаимодействие между веществами указывают без детализации вида взаимодействия (тепловое, механическое)

Принятые обозначения

- Веполь (в общем виде) ;

-Действие или взаимодействие

-Действие

- - -Действие или взаимодействие, которое надо ввести по условию задачи

П -Поле на входе «поле действует

П -Поле на выходе «поле хорошо поддается действию

П’ -Состояние поля на входе

П’’ -Состояние того же поля на выходе

В вепольных формулах вещества надо записывать в строчку, а поля сверху и снизу; это позволяет нагляднее отразить действие нескольких полей на одно и то же вещество.

На первых порах представление технических систем в виде веполей натал­кивается на чисто психологические трудности. Нечто подобное наблюдается при освоении ребенком понятия «треугольник». Почему три яблока, лежащие в сумке, это не треугольник, а те же три яблока, расположенные на столе, образуют тре­угольник? Почему три точки дают треугольник и три дома тоже дают треуголь­ник, хотя точки очень маленькие, а дома очень большие?.. Эти затруднения до­вольно быстро преодолеваются.

Кстати, об аналогии с геометрией. Треугольник — минимальная геометри­ческая фигура. Любую более сложную фигуру (квадрат, ромб, четырехугольник и т. д.) можно свести к сумме треугольников. Именно поэтому изучение свойств треугольника выделено в особую науку — тригонометрию Веполь — система из трех элементов В] В2 и П — играет в технике такую же фундаментальную роль, какую треугольник играет в геометрии. Точно так же, зная правила построения и преобразования веполей, можно легко решать многие труд­ные изобретательские задачи.

Первое правило, с которым мы уже познакомились, состоит в том, что неве-польные системы (один элемент — вещество или поле) и неполные вепольные системы (два элемента — поле и вещество, два вещества) необходимо — для по­вышения эффективности и управляемости — достраивать до полного веполя (три элемента — два вещества и поле).

Выше была приведена задача 3 о разделении щепы древесины и коры. В ней даны два вещества, и, следовательно, для достройки веполя необходимо ввести поле. Огромное поисковое пространство резко сужается; нужно рассмотреть всего несколько вариантов. В сущности, если отбросить поля сильных и слабых взаимо­действий (в данной задаче они явно ведут к слишком, сложным решениям), оста­ются два «законных» поля: электромагнитное и гравитационное. Учитывая ни­чтожную разницу в удельном весе щепок, следует сразу отбросить и гравитацион­ное поле. Остается одно поле—электромагнитное, Поскольку магнитное поле не действует на кору и древесину, можно сразу ставить решающий эксперимент:

 

 

 

 

поле (экранирование, замыкание магнитных линий шунтом – перемычкой

между полосами).