Методы анализа технических решений и создания изобретений

Методы анализа технических решений и создания изобретений

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

.СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ ПОИСКА НОВЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ

. МЕТОДЫ АНАЛИЗА ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ И СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЙ

.1 Закономерности существования и развития технических систем

.2 Теория решения изобретательских задач

.3 Противоречия в технических системах

.4 Вепольный анализ

.5 Алгоритм решения изобретательских задач

. ОТКРЫТИЕ И ИЗОБРЕТЕНИЕ, ПОЛЕЗНАЯ МОДЕЛЬ И ПРОМЫШЛЕННЫЙ ОБРАЗЕЦ, ФИРМЕННОЕ НАИМЕНОВАНИЕ И ТОВАРНЫЙ ЗНАК

. ПАТЕНТНАЯ ДОКУМЕНТАЦИЯ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ

Создание изобретений начинается с некоторой «идеи». А всякая идея является продуктом умственной работы. Оригинальная идея, воплощенная в конкретное содержание (определение) или получившее статус изобретения является собственностью автора (авторов).

Разработкой вопросов правовой охраны и защитой приоритета результатов умственного труда в технике занимается патентоведение.

Для развития техники наиболее существенными результатами умственного труда являются изобретения. Как правило, изобретение развивает и совершенствует уже известную техническую систему, придавая ей присущие ему свойства. Участие в творческом процессе огромного числа технических работников предопределило необходимость в четком определении самого понятия «изобретение» и разработки соответствующих правил в составлении описания предполагаемого изобретения и процедур анализа технического решения на предмет признания его изобретением.

По определению изобретение является техническим решением - то есть практическим средством удовлетворения определенных потребностей. Техническое решение должно обладать полнотой и завершенностью решения какой-либо задачи [2].

. СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ ПОИСКА НОВЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ

Цель методов - сделать процесс генерирования идей интенсивнее и повысить концентрацию «оригинальных» идей в общем их потоке.

Существуют два вида методов: рациональные и иррациональные.

Методы, основанные на использовании оптимальной логики анализа технического объекта, закономерностей его развития, называют рациональными. К ним относятся: морфологический анализ, функционально-физический метод конструирования и алгоритм решения изобретательских задач (АРИЗ).

Морфологический анализ - это метод нахождения всех вариантов решения проблемы. Он чаще применяется, когда требуется исследовать область возможных решений. Алгоритм поиска возможных решений следующий:

) определяем параметры, от которых зависит решение проблемы;

) после составления списка функциональных узлов выписываем возможные варианты их исполнения;

) на основе списков строится морфологический ящик в виде таблицы или морфологической матрицы;

) производится оценка и выбор наилучшего варианта.

За критерий качества принимают такой наиболее важный количественный показатель или параметр, с помощью которого из двух или нескольких допустимых вариантов технического решения выбирают наилучший. Допустимыми называют такие варианты решений, которые удовлетворяют основным требованиям.

Выбрать из морфологической таблицы наиболее приемлемые или эффективные комбинации технических решений нелегко из-за большого числа комбинаций. Поэтому сначала оценивают число возможных вариантов технических решений, которые можно получить (синтезировать) на основе морфологической таблицы: N = n1n2, ..., nm, где n - число альтернативных вариантов в столбце; m - число столбцов.

Наиболее эффективные технические решения из множества всех возможных вариантов можно выбрать путём последовательного сокращения этого множества за счёт исключения наименее эффективных и наименее перспективных технических решений.

Другой путь уменьшения числа N заключается в сокращении числа столбцов в морфологической таблице. При этом среди всех столбцов (функциональных элементов) выделяют главные или основные, которые решающим образом влияют на эффективность и качество изделия, а также второстепенные и малозначащие функциональные узлы, которые можно исключать.

Сокращение множества возможных вариантов технических решений можно проводить путём исключения наихудших комбинаций элементов. При выполнении этой процедуры образуют различные альтернативные комбинации из нескольких элементов и исключают из них наихудшие. К наихудшим относятся нереализуемые или несовместимые комбинации, трудно реализуемые и наиболее дорогие по затратам комбинации, а также комбинации, в наименьшей мере устраняющие недостатки прототипа или улучшающие критерий качества и т.п.

Преимущество морфологического анализа заключается в возможности выявления большого числа вариантов решения проблемы и их систематизации. Недостаток состоит в трудоёмкости анализа полученных вариантов.

Функционально-физический метод конструирования базируется на трёх принципах:

) анализ функций технических систем и её элементов;

) наличие систематизированного фонда физических эффектов;

) алгоритмоподобное описание процесса поиска конструируемых устройств.

Иррациональные методы опираются в основном на активизацию творческих способностей человека, его интуицию, фантазию, способность к аналогиям. К числу таких методов относятся: мозговой штурм, метод фокальных объектов - метод контрольных вопросов и синектика.

Преимущество иррациональных методов состоит в их простоте, доступности и универсальности. Недостатком является непригодность их для решения трудных задач.

Правила мозгового штурма следующие. Участники штурма делятся на две группы: «генераторов» (предлагают идеи, строго придерживаясь правила запрета критики) и «экспертов» (обсуждают и анализируют выдвинутые «генераторами» идеи). Хорошие результаты удаётся получить «штурмуя» не изобретения, а организационные проблемы и несложные технические задачи.

Метод фокальных объектов состоит в том, что признаки нескольких случайно выбранных объектов переносят на совершенствуемый объект.

Метод контрольных вопросов заключается в ответе на списки вопросов, сгруппированных по определённому назначению. Потребность в ответах на списки различных вопросов возникает, как правило, тогда, когда все традиционные методы уже испробованы и не дали результатов. Поэтому применение списков иногда относят к методам ликвидации тупиковых ситуаций.

Синектика подразумевает использование различного рода аналогий при поиске нового технического решения.

Основные принципы использования аналогии:

) Выяснить основные принципы и конструктивные особенности

исследуемого объекта;

) выявить ведущую область техники по функции, которую выполняет этот объект;

) воспроизвести основной принцип и конструктивные особенности, используя опыт ведущих областей, на имеющихся элементах, материалах и технологиях. При этом что-то нужно будет придумать новое, учитывая недостатки прототипа. Таким образом, появится новое конкурентоспособное изделие.

Применяются четыре вида аналогий:

) прямая аналогия, когда рассматривается как аналогичная задача решается в других областях техники, либо в природе;

) личностная аналогия или эмпатия, когда человек отождествляет себя с техническим объектом и представляет себе, чтобы он сделал сам, если бы оказался на месте этого объекта;

) фантастическая аналогия;

) символическая аналогия, когда техническим объектам даются

символические характеристики. Например, храповой механизм - надёжная прерывистость, атом - энергичная незначительность.

Часто для поиска новых решений используется инверсия или обратная аналогия, что означает - выполнить что-нибудь наоборот (перевернуть вверх «ногами», вывернуть наизнанку, поменять местами и т.д.).

Рассмотрим различные виды инверсии.

) Функциональная инверсия (сделать функцию или действие обратным: Нагревание - охлаждение, притягивание - отталкивание, строить - ломать и т.д.).

) Структурная инверсия (в понятие структуры входит состав системы и её внутреннее устройство: много-мало элементов, однородные-разнородные элементы, сплошная-дискретная структура, монолитная-дисперсная-пустая, статичная-динамичная структура, линейная-нелинейная, иерархическая-одноуровневая и т.п.).

) Инверсия формы (выпуклая-вогнутая, толстая-тонкая, плоская-объёмная, шероховатая-гладкая, наружная-внутренняя поверхность, сплошная-разрывная и т.п.).

) Параметрическая инверсия (противоположные параметры:

проводник-диэлектрик, длинный-короткий, тёмный-светлый, твёрдый-мягкий).

) Инверсные связи (есть связь-нет связи, положительная-отрицательная связь).

) Инверсия пространства (изменение положения в пространстве на 90° и 180°).

) Инверсия времени (быстро-медленно, непрерывно во времени-квантовано, прошлое-настоящее-будущее).

Синектический поиск решения проводится в четыре этапа:

) формулировка и уточнение проблемы «как она дана» (ПКД). Особенность этого этапа заключается в том, что никто, кроме ведущего заседания не посвящён в конкретные условия задачи;

) формулировка проблемы «как её понимают» (ПКП).

Рассматривается возможность превратить незнакомую и непривычную проблему в ряд обычных задач;

) генерирование идей;

) перенос выявленных идей к ПКД или ПКП, при этом важным элементом является критическая оценка идей экспертами [1].

.1 Закономерности существования и развития технических систем

Создание изобретений направленно, прежде всего на совершенствование технической системы (ТС). Объективным критерием совершенства технического объекта является степень его приближения к идеальному решению (системе). В свою очередь идеальная техническая система (ИТС) это система которой нет, а функции её выполняются. Это ситуация при которой множество элементов системы заменяются либо одним элементом, либо свойственным полем, либо элементом другой системы (более высокого уровня).

Для целенаправленного совершенствования системы необходимо знать общие законы ее существования и функционирования. Рассмотрим некоторые из них.

) Закон полноты частей системы

Необходимым условием принципиальной жизнеспособности технической системы являются наличие и минимальная работоспособность ее основных частей: двигателя, трансмиссии, рабочего органа управления (рис. 2.1).

Рис. 2.1 - Структура технической системы

Двигатель-это элемент, в котором энергия преобразуется в нужный для системы вид. Трансмиссия-это элемент, по которому передается энергия от двигателя к рабочему органу. Рабочий орган - элемент, который выполняет основную функцию системы. Орган управления - это элемент, который оказывает влияние на выполнение другими элементами системы своих функций. Если в схему включить изделие, то получится полная принципиальная схема технической системы. Пунктиром обведен состав минимальной работоспособной системы. Если хотя бы одна часть отсутствует, то это еще не техническая система; если хотя бы одна часть неработоспособна, то такая система не выживет.

Следствие из закона полноты: чтобы техническая система была управляемой, необходимо, чтобы хотя бы одна ее часть была управляемой.

)Закон энергетической проводимости системы.

Необходимым условием принципиальной жизнеспособности технической системы является сквозной проход энергии по всем частям системы.

Следствие из закона: чтобы часть системы была управляемой, необходимо обеспечить энергетическую проводимость между этой частью и органом управления. Если энергия не будет проходить сквозь всю систему, то она не будет работать.

Многие задачи сводятся к подбору, поля и вида передачи энергии, наиболее эффективных для данных условий. При этом следует руководствоваться тремя правилами:

при разработке системы надо стремиться к использованию одного поля (одного вида энергии) на все процессы работы и управления систем.

если система состоит из веществ, менять которые нельзя, то используется поле правило, которое хорошо проводится веществами частей системы.

если вещества частей системы можно менять, то плохо управляемое поле заменяют на хорошо управляемое по цепочке: гравитационное - механическое - тепловое - магнитное - электрическое - электромагнитное. Одновременно заменяют вещества или вводят в них добавки для обеспечения

проводимости в полях.

) Закон согласования ритмики частей системы

Этот закон обеспечивает жизнеспособность системы: необходимым условием является согласование (или сознательное рассогласование) частоты колебаний (периодичности работы) всех частей системы. Смысл закона состоит в том, чтобы не тратить энергию на гашение этих колебаний, а использовать их, направляя к рабочему органу.

) Закон неравномерности развития частей системы

Закон отражает общую диалектику развития частей системы. Одни части системы опережают в развитии другие, и между ними возникают противоречия, которые должен устранить изобретатель. Противоречия, проявляющиеся в технической системе в виде ухудшения одного ее качества при улучшении другого качества - называются техническими противоречиями.

Стремясь убрать конфликтующие, противоречивые отношения между внешними сторонами системы, получают противоречие внутри системы, на уровне свойств и взаимодействия элементов - это уже физические противоречия.

)Закон увеличения степени идеальности системы

Закон отражает общую идеологию совершенствования систем. Развитие системы должно быть направлено к максимальному приближению к идеальной системе, которая в свою очередь может исчезать, превращаясь в другую систему или совмещая свои функции с другой системой. Развитие любой технической системы обусловлено увеличением её главной полезной функции (ГПФ). Закономерность развития технической системы объективна и состоит из нескольких характерных этапов.

Начиная с момента возникновения системы, увеличение ГПФ идет по пути искажения системы, за счет увеличения элементов и связей, или подсистем - этот период называется развертыванием системы (рис. 2.2). Затем развитие технической системы наталкивается на объективные ограничения роста сложности и начинается период свертывания с увеличением полезной функции.

Рис. 2.2 - Развитие системы

Это сопровождается упрощением технической системы за счет использования иных, более эффективных физических эффектов и совмещения нескольких функций в одном элементе, использования энергетических и “вещественных” полей.

Потребность в совершенствовании технических систем заключается в возникновении противоречия: необходимость увеличения полезной функции ухудшает какую либо часть системы. И появление изобретения - это всегда преодоление и разрешение противоречия с целью повышения полезной функции.

Обычно одно и тоже противоречие можно решить несколькими способами. И не всегда очевидно преимущество какого либо решения. В теории изобретательства выделяют главный ориентир при создании новой системы - идеальный конечный результат (ИКР) - воображаемый абсолютный итог решения поставленной задачи. Идеальный результат обеспечивает разрешение противоречия без введения дополнительных элементов в систему, без её усложнений, а в “идеале” и без привлечения дополнительной энергии. Конечно, реально достигнуть ИКР трудно или невозможно, но “идеальный” эффект помогает найти наиболее эффективное и рациональное («сильное») изобретательное решение.

Теория решения изобретательских задач предлагает систему стандартов, при помощи которой можно найти эффективные решения технических проблем [2].

.2 Теория решения изобретательских задач

Смысл теории решения изобретательских задач (ТРИЗ) сводится к нахождению модели идеального решения рассматриваемой задачи и, на основе законов развития технических систем, подтягивания к нему реального решения. Совершенствование систем предполагается проводить по заранее сформулированным правилам - алгоритму решения изобретательских задач (АРИЗ).

АРИЗ - единая система, состоящая из взаимосвязанных между собой разделов, основными из которых являются:

) Вепольный анализ, который рассматривает в системе нарушения взаимосвязей между веществом (ве) и энергией (полем) - (веполь).

) Стандарты - конкретные пути восстановления работоспособности системы с позиции вепольного анализа.

) Информационный фонд- набор эвристических приемов устранения технических противоречий, задачи-аналоги, физико-химические, геометрические и другие эффекты.

ТРИЗ является следствием системного подхода, который рассматривает любой технический объект, как систему, то есть совокупность отдельных относительно неделимых элементов. Элементы организованы в пространстве и между собой таким образом, что в состоянии обеспечивать достижение определенной цели системы - главной полезной функции (ГПФ).

Важной характеристикой любой системы является ее структура - устойчивая связь между элементами системы, отражающая форму расположения элементов и характер взаимодействия их сторон и свойств. Вепольный анализ направлен на выявление определенных связей отдельных элементов системы с энергетическим ресурсом.

Как и физические законы, которые одинаково проявляются в различных ситуациях, так и законы развития техники едины для всех ее систем и позволяют предсказать "поведение" ее элементов. На этом и основаны "изобретательские" стандарты.

Стандарты делятся на пять больших классов:

) Построение и разрушение вепольных систем.

) Развитие вепольных систем.

) Переход к надсистеме и на микроуровень.

) Стандарты на обнаружение и изменение систем.

) Стандарты на применение стандартов.

Каждый из этих классов разделен на подклассы и группы. Для решения задачи необходимо определить класс, к которому она относится, провести вепольный анализ, выявить подкласс и группу.

Нахождение идеального решения технической задачи невозможно без четкого представления об «идеальности системы». Принципы идеальности технической системы можно сформулировать следующим образом:

) Полезный результат получается от действия или средства без самого действия ("получить даром").

) В каждый момент времени и в каждой точке пространства в технической системе должны быть только те свойства и взаимодействия, которые необходимы для получения полезного результата ("ничего лишнего");

) Необходимо максимально использовать имеющиеся свойства и взаимодействия элементов системы и ее окружения, устранять потери и отходы ("из лишнего - максимальную пользу");

) Необходимо доводить до минимума затраты времени на получение полезного результата ("получить сразу, мгновенно").

Второй принцип ориентирует на создание технической системы лишенной избыточности. В соответствии с ним ищется решение технических противоречий в пространстве и во времени.

Третий принцип идеальности ориентирует на максимальное использование всех резервов системы. Он применяется наиболее часто, поскольку совершенно не избыточных систем не бывает.

Четвертый принцип идеальности соответствует повышению эффективности происходящих в системе процессов. Основной путь его реализации, кроме интенсификации процессов, - сокращение числа операций и совмещение их в пространстве и во времени.

Так как новое техническое решение практически всегда основано на известном аналоге, то возникает вопрос о путях повышения степени идеальности системы. В этом направлении так же выработаны некоторые формальные приемы.

Первое: сохраняя функцию неизменной, техническая система упрощается, уменьшается в габаритах, облегчается, уменьшается потребление энергии.

Второе: техническая система увеличивает количество функций, но при этом не увеличивается в габаритах, остается в той же массе и потребляет то же количество энергии.

Важный этап в совершенствовании технической системы заключается в четком описании того действия которое ведет к достижению желаемого результата. При этом общая схема составления формулировки идеально-конечного результата (ИКР) может выглядеть следующим образом:

ИКР - элемент, абсолютно не усложняя систему и не вызывая вредных явлений, устраняет (указать вредное действия) в течение (указать время действия) и в пределах (указать место и зону действия), сохраняет способность (указать рассматриваемый элемент) совершать (указать необходимое полезное действие) [2].

.3 Противоречия в технических системах

Развитие любой технической системы характеризуется одним общим признаком - качественное её улучшение становится возможным только через преодоление противоречий.

Выделяют три типа противоречий: административное (АП), техническое (ТП), физическое (ФП).

Административное, как правило, порождает сам человек, точнее те организационные обстоятельства, которые он создал.

Техническое противоречие возникает между параметрами системы, её узлами или группами деталей и сопровождается ухудшением одного показателя при улучшении другого.

Физическое противоречие возникает не между параметрами технической системы, а внутри её в каком-либо одном элементе или даже в части его. Выявление физического противоречия ведет к установлению методов совершенствования системы. На этом этапе окончательно завершается постановка задачи, и можно переходить к ее решению. Создание изобретения есть последовательное выявление и преодоление возникающих в системе противоречий.

В методике АРИЗ сформулированы основные принципы устранения технических противоречий:

. Принцип дробления:

разделить объект на независимые части;

выполнить объект разборным;

. Принцип вынесения:

отделить от объекта "мешающую" часть ("мешающее" свойство) или, наоборот выделить единственно нужную часть или нужное свойство.

. Принцип местного качества:

перейти от однородной структуры объекта или внешней среды (внешнего воздействия) к неоднородной;

разные части объекта должны выполнять различные функции;

каждая часть объекта должна находится в условиях, наиболее благоприятных для ее работы.

. Принцип симметрии:

перейти от симметрической формы объекта к асимметрической;

если объект уже асимметричен, увеличить степень асимметрии.

. Принцип объединения:

соединить однородные или предназначенные для смежных операций объекты;

объединить во времени однородные или смежные операции.

. Принцип "матрешки":

один объект размешен внутри другого, который, в свою очередь. находится внутри третьего и т.д.;

один объект проходит сквозь полость в другом объекте.

. Принцип антивеса:

компенсировать вес объекта соединением с другим объектом, обладающим подъемной силой;

компенсировать вес объекта взаимодействием со средой преимущественно за счет аэро- и гидродинамических сил.

. Принцип предварительного антидействия:

если по условиям задачи необходимо совершать какое-то действие, надо заранее совершить антидействие.

. Принцип предварительного действия:

заранее выполнить требуемое действие (полностью или хотя бы частично);

заранее расставить объекты так, чтобы они могли

вступить в действие без затрат времени на доставку и с наиболее удобного места.

. Принцип "заранее подложенной подушки":

компенсировать относительно невысокую надежность объекта заранее подготовленными аварийными средствами.

. Принцип эквипотенциальности:

изменить условия работы так, чтобы не приходилось поднимать или опускать предмет.

. Принцип "наоборот":

вместо действия, диктуемого условиями задачи, осуществить обратное действие;

сделать движущуюся часть объекта или внешней среды неподвижной, а неподвижную - движущейся;

повернуть объект "вверх ногами", вывернуть его.

. Принцип сфероидальности:

перейти от прямолинейных частей к криволинейным от плоских поверхностей к сферическим, от частей выполненных в виде куба или параллелепипеда к шаровым конструкциям;

использовать ролики, шарики, спирали;

перейти от прямолинейного движения вращательному, использовать центробежную силу.

. Принцип динамичности:

характеристики объема (или внешней среды) должны меняться так, чтобы быть оптимальными на каждом этапе работы;

разделить объект на части, способные перемещаться относительно друг друга;

если объект в целом неподвижен, сделать его подвижным, перемещающимся.

. Принцип частичного или избыточного действия;

если трудно получить 100% требуемого эффекта, надо получить "чуть меньше" или "чуть больше" - задача при этом может существенно упростится.

. Принцип перехода в другое измерение:

трудности, связанные с движением (или размещением) объекта по линии, устраняются, если объект приобретает возможность перемещаться в двух-трех измерениях.

использовать многоэтажную компоновку объектов вместо одноэтажной;

наклонить объект или положить его "набок";

использовать обратную сторону данной площади;

использовать оптические потоки, падающие на соседнюю площадь или обратную сторону имеющейся площади;

. Использование механических колебаний:

привести объект в колебательное движение;

если такое движение уже совершается, увеличить его частоту (вплоть до ультразвукового);

использовать резонансную частоту;

применять вместо механических вибраторов пьезовибраторы;

использовать ультразвуковые колебания в сочетании с электромагнитными полями.

. Принцип периодического действия:

перейти от непрерывного действия к периодическому (импульсному);

если действие уже осуществляется периодически, изменить периодичность;

использовать паузы между импульсами для другого действия.

. Принцип непрерывности полезного действия:

вести работу непрерывно (все части объекта должны все время работать с полной нагрузкой);

устранить холостые и промежуточные ходы.

. Принцип проскока.

вести процесс или отдельные его части (например, вредные или опасные) на большей скорости;

. Принцип "обратить вред в ползу":

использовать вредные факторы (в частности, вредное воздействие среды) для получения положительного эффекта;

устранить вредный фактор за счет сложения с другими вредными факторами;

усилить вредный фактор до такой степени, чтобы он перестал быть вредным.

. Принцип обратной связи:

ввести обратную связь;

если обратная связь есть, изменить ее.

использовать промежуточный объект, переносящий или передающий действие;

на время присоединить к объекту другой (легкоудаляемый) объект.

. Принцип самообслуживания:

объект должен сам себя обслуживать, выполняя вспомогательные и ремонтные операции;

использовать отходы (энергии, вещества).

. Принцип копирования:

вместо недоступного, сложного, дорогостоящего, неудобного или хрупкого объекта использовать его упрощенные и дешевые копии;

заменить объект или систему объектов их оптическими копиями (изображениями). Использовать при этом изменение масштаба (увеличить или уменьшить копии);

если используются видимые оптические копии, перейти к копиям инфракрасным или ультрафиолетовым.

. Дешевая недолговечность взамен дорогой долговечности:

заменить дорогой объект набором дешевых объектов, поступившись при этом некоторыми качествами (например, долговечностью).

. Замена механической схемы:

заменить механическую схему оптической, акустической или "запаховой";

использовать электрические, магнитные и электромагнитные поля дня взаимодействия с объектом;

перейти от неподвижных полей к движущимся, от фиксированных к меняющимся во времени, от неструктурных к имеющим определенную структуру;

использовать поля в сочетании с феромагнитными частицами.

. Использование пневмо- и гидроконструкций:

а) вместо твердых частей объекта использовать газообразные и жидкие: надувные и гидронаполняемые, воздушную подушку, гидростатические и гидрореактнвные.

. Использование гибких оболочек и тонких пленок:

вместо обычных конструкций использовать гибкие оболочки и тонкие пленки;

изолировать объект от внешней среды с помощью гибких оболочек и тонких пленок;

. Применение пористых материалов:

выполнить объект пористым или использовать дополнительные пористые элементы (вставки, покрытия и т.д.),

если объект уже выполнен пористым, предварительно заполнить поры каким-то веществом;

. Принцип изменения окраски:

изменить окраску объекта или внешней среды;

изменить степень прозрачности объекта или внешней среды;

для наблюдений за плохо видными объектами или процессами использовать красящие добавки;

если такие добавки уже применяются, использовать люминофоры;

. Принцип однородности:

объекты, взаимодействующие с данным объектом, должны быть сделаны из того же материала (или близкого ему по свойствам).

. Принцип отброса и регенерации частей:

выполнившая свое назначение и ставшая ненужной часть объекта должна быть отброшена (растворена, испарена и т.д.) или видоизменена, непосредственно в ходе работы;

расходуемые части объекта должны быть восстановлены непосредственно в ходе работы.

. Принцип изменения агрегатного состояния объекта:

сюда входят не только простые переходы, например, от твердого состояния к жидкому, но и переходы к "псевдосостояниям" ("псевдожидкость") и промежуточным состояниям, например использование эластичных твердых тел.

. Принцип фазовых переходов:

использовать явления, возникающие при фазовых переходах, например изменение объема, выделение или поглощение тепла и т.д.;

. Применение теплового расширения:

использовать тепловое расширение (или сжатие) материалов;

использовать несколько материалов с разными коэффициентами теплового расширения.

. Применение сильных окислителей:

заменить обычный воздух обогащенным;

заменить обогащенный воздух кислородом;

воздействовать на воздух или кислород ионизирующими излучениями;

использовать озонированный кислород;

заменить озонированный (или ионизированный) кислород озоном.

. Применение инертной среды:

заменить общую среду инертной;

вести процесс в вакууме.

. Применение композиционных материалов:

перейти от однородных материалов к композиционным [2].

.4 Вепольный анализ

В решении изобретательской задачи необходимо стремиться к тому, чтобы рассматривать в ней только несколько элементов или даже один из них, который испытывает противоречивые физические требования.

Выявление и разрешение технического противоречия ведется с помощью анализа взаимосвязей, имеющихся в системе веществ и энергетических полей - так называемый вепольный анализ (слово "веполь" образованно от слов "вещество" и "поле").

Под веществом понимается часть системы (в частности, элемент), имеющий массу и способную излучать, поглощать и преобразовывать энергию. А полем называется форма взаимодействия веществ, эквивалент энергообмена. Поле характеризуется отсутствием массы, видом энергии и интенсивностью энергообмена [2].

Рассмотрим далее основные принципы вепольного анализа.

Пусть В1 - вещество, которое надо менять, обрабатывать, перемещать, обнаруживать, контролировать; В2 - вещество-«инструмент», осуществляющий необходимое действие; П - поле, которое обеспечивает воздействие В2 на В1 (или их взаимодействие). Наличие трёх этих составляющих необходимо и достаточно для получения требуемого в задаче результата. Такая система называется веполем (рис.2.3) [1].

технический решение изобретение вепольный

Рис. 2.3 - Веполь в общем виде [2].

Для построения и преобразования веполей необходимо пользоваться следующими правилами:

правило достройки веполя. Невепольные системы (один элемент-вещество или поле) и непольные вепольные системы (два элемента - поле и вещество, два вещества) необходимо для повышения эффективности и управляемости достраивать до полного веполя (два вещества и поле). Данное правило включает также указания на преодоления противоречия: поле должно действовать на вещество В1 и поле не должно (не умеет) действовать на это вещество. Вводя вещество В2 и действуя через него на В1, мы тем самым преодолеваем противоречие;

правило разрушения веполя. Самым эффективным решением оказывается введение третьего вещества, являющегося видоизменением одного из двух имеющихся. Нужно, чтобы третье вещество было и чтобы его не было; тогда оно не сломается, не удорожит систему, не нарушит её работу. Правило, указывая на необходимость использования видоизменённых веществ, подсказывает, как преодолеть противоречие «третье вещество есть и третьего вещества нет»;

правило построения вепольных цепей. Часто приходится решать задачи, в которых противоречие возникает из-за того, что нужно сохранить имеющийся веполь и в то же время ввести новое взаимодействие.

Суть решения состоит в том, что В2 (инструмент) разворачивается в веполь, присоединённый к имеющемуся веполю. Иногда В3 в свою очередь разворачивается в веполь, продолжающий цепь [1].

Общая линия развития веполей выглядит следующий образом:

неполный веполь ---- полный веполь ---- цепной (сложный веполь ---- форсированный веполь ( дробление, динамизация, переход к простым веществам, согласование ритмики) ---- феполь ---- форсированный феполь.

Четыре элементарных структурных звена (ЭС) соответствуют четырём типам энергетических превращений и с помощью введённых обозначений изображаются следующим образом:

-е звено. Вещество - источник поля ("излучение" поля) ЭС1≡В→ П

-е звено. Вещество - преобразователь поля по виду ЭСЗ≡П1→В→ П2

-е звено. Вещество- "приёмник" поля ("восприятие", "поглощение" поля) ЭС4≡П→ В [2].

.5 Алгоритм решения изобретательских задач

Практическое значение теории решения изобретательских задач выражается в соответствующем методе или алгоритме (АРИЗ) [2].

АРИЗ основан на диалектическом подходе к процессу изобретательства, на использовании не только объективных закономерностей развития техники, но и информации из различных областей знаний.

АРИЗ является ядром теории решения изобретательских задач (ТРИЗ).

Главные (узловые) понятия АРИЗ - это понятия «противоречие», «идеальный конечный результат» и «принцип разрешения противоречия» [1].

Алгоритм решения включает следующие основные этапы:

постановка и анализ задачи;

анализ модели задачи;

определение идеального конечного результата и выявление физического противоречия;

определение и применение вещественно-полевых ресурсов (ВПР);

применение информационного фонда;

изменение и/или замена задачи;

анализ способа устранения физического противоречия;

применение полученного решения;

анализ решения задачи и оценка результата [2].

Например, АРИЗ-85В состоит из нескольких частей.

В первой части проводится анализ задачи. Основная цель первой части АРИЗ - переход от расплывчатой изобретательской ситуации к чётко построенной и предельно простой схеме (модели) задачи.

Анализ задачи по первой части АРИЗ и построение модели существенно проясняют задачу и во многих случаях позволяют увидеть стандартные черты в нестандартных задачах. Это открывает возможность более эффективного использования стандартов, чем при применении их в исходной формулировке задачи.

Цель второй части АРИЗ - учёт имеющихся ресурсов, которые можно использовать при решении задачи: ресурсов пространства, времени, вещества и полей.

В результате применения третьей части АРИЗ должен формулироваться образ идеального решения (ИКР). Определяется также и физическое противоречие (ФП), мешающее достижению ИКР.

Три первые части АРИЗ существенно перестраивают исходную задачу.

Четвёртая часть АРИЗ включает планомерные операции по увеличению ресурсов. Используя метод ММЧ (моделирование «маленькими человечками»), строится схема конфликта и осуществляется переход к технической схеме. Во многих случаях четвёртая часть АРИЗ приводит к решению задачи. В таких случаях можно переходить к седьмой части.

Цель пятой части АРИЗ - использование опыта, концентрированного в информационном фонде ТРИЗ. К моменту ввода в пятую часть АРИЗ задача существенно проясняется - становится возможным её прямое решение с помощью информационного фонда.

В шестой части проводится изменение или замена задачи.

Главная цель седьмой части АРИЗ - проверка качества полученного ответа. Физическое противоречие должно быть устранено почти идеально, «без ничего».

В восьмой части осуществляется поиск возможного применения полученного ответа.

Каждая решённая по АРИЗ задача должна повышать творческий потенциал человека. Но для этого необходимо тщательно проанализировать ход решения. В этом смысл девятой (завершающей) части АРИЗ.

АРИЗ-96 - это переходная от человеческой к человеко-машинной модификация.

Решение задач по АРИЗ-96 состоит из четырёх этапов (анализ изобретательской ситуации, построение модели задачи, анализ модели задачи, синтез технического решения), позволяющих усовершенствовать старый (создать новый) технический или технологический объект в соответствии с целями его функционирования (при одновременном устранении нежелательных эффектов, выявленных в изобретательской ситуации).

Ближайшее развитие АРИЗ будет происходить в направлении увеличения, с одной стороны, количества, а с другой стороны, систематизации информации и переводу этой информации в ТРИЗ-фонд (классификаторы, указатели и банки). Классификаторы, указатели и банки (ресурсов, принципов, эффектов и приёмов) приобретут вид компьютерных баз данных. Это объективная тенденция развития самого АРИЗ.

В дальнейшем все тонкости АРИЗ будут скрыты от глаз решателей подобно тому, как тонкости работы компьютерных программ (например, текстового редактора) скрыты от пользователя. Это так называемый дружественный интерфейс. Использование компьютерного варианта АРИЗ позволит объединить в единый процесс изобретательство, проектирование и технологическую подготовку производства новых изделий, что будет способствовать более полному раскрытию творческих возможностей человека в управлении производством и развитии техники.

Интеллектуальные компьютерные системы для изобретательства и проектирования технических объектов приведут к изменению функций прикладных научно-исследовательских институтов и опытно-конструкторских бюро, которые в основном будут заняты пополнением и потреблением компьютерных баз знаний интеллектуальных систем на соответствующих уровнях.

Распространение интеллектуальных компьютерных систем АРИЗ будет иметь большие научно-технические и социальные последствия.

Использование интеллектуальных, в том числе экспертных, систем приведёт, во-первых, к росту профессиональной изобретательской культуры, поскольку знания квалифицированных изобретателей будут доступны широкому кругу специалистов, а во-вторых, - к сокращению сроков подготовки специалистов для тех сфер деятельности, где компетентность определяется накоплением опытных знаний: инженерное дело, проектирование, рационализация и изобретательство, физика и т.п [1].

3. ОТКРЫТИЕ И ИЗОБРЕТЕНИЕ, ПОЛЕЗНАЯ МОДЕЛЬ И ПРОМЫШЛЕННЫЙ ОБРАЗЕЦ, ФИРМЕННОЕ НАИМЕНОВАНИЕ И ТОВАРНЫЙ ЗНАК

Результаты умственного труда условно делят на открытия, изобретения, полезные модели, промышленные образцы, товарные знаки, фирменные наименования.

Фирменные наименования - наименование изделия по каталогу фирмы-изготовителя.

Полезная модель - отличающаяся новизной решения технической задачи, относящееся к устройству и имеющее явно выраженные пространственные формы (объем, компоновку) [2]. Полезная модель признаётся соответствующей условиям патентоспособности, если она является новой и промышленно применимой [1].

Промышленный образец - обеспечение особенного внешнего вида промышленного изделия, которое обеспечивается промышленным путем, придающее изделию ярко выраженные художественные достоинства и обладающие новизной и оригинальностью [2]. К существенным признакам промышленного образца относятся признаки, определяющие эстетические и (или) эргономические особенности внешнего вида изделия, в частности форма, конфигурация, орнамент и сочетание цветов [1].

Товарный знак - графическое обозначение на товарах, отличающее данный товар от аналогичных товаров других изготовителей [2]. В качестве товарных знаков могут быть зарегистрированы словесные, изобразительные, объёмные и другие обозначения или их комбинации [1].

Изобретение - новое и обладающее существенными отличиями техническое решение задачи, дающее положительный эффект [2]. Изобретению предоставляется правовая охрана, если оно является новым, имеет изобретательский уровень и промышленно применимо [1].

Открытие - установление неизвестных ранее объективно

существующих закономерностей, свойств и явлений материального мира, вносящих коренные изменения в уровень познания [2].

. ПАТЕНТНАЯ ДОКУМЕНТАЦИЯ

Под патентной документацией понимаются официальные публикации патентных ведомств: патентные бюллетени; описания к заявкам на изобретения, и т.п.

Особенностью патентной документацией является использование специальных систем упорядочения патентных документов - классификаций изобретений.

Классификация изобретений распределяет технические решения по тематическим рубрикам с целью обеспечения поиска.

Классификация изобретений - многоступенчатая система, организованная по принципу от общего к частному.

В большинстве стран используется международная классификация изобретений - МКИ. Система классификации: 8 разрядов, 118 классов, 617 подклассов [2].

Пока нет единого мирового стандарта на составление описания изобретения. Рекомендуется следующая последовательность:

название изобретения;

область техники, к которой относится изобретение;

преимущественная область использования;

характеристики аналогов;

характеристика прототипа;

недостатки прототипа;

цель, достигаемая изобретением;

сущность изобретения, его отличие от прототипа;

примеры конкретного выполнения;

предполагаемый полезный эффект;

формула изобретения.

При составлении заявки особое внимание следует уделять формуле изобретения, так как именно она определяет новизну изобретения и его сущность. Начиная составлять формулу изобретения следует помнить, что

название изобретения должно дословно совпадать с начальными словами формулы изобретения. Вся формула изобретения состоит из трёх частей, как правило, образующих одно предложение.

Часть первая называется доотличительной, т.е. предшествующей слову «отличающийся» в формуле изобретения. В ней излагается то, что было известно до описываемого изобретения, т.е. фиксируются главные черты прототипа (известного технического решения, наиболее близкого к найденному новому решению).

Часть вторая, неукоснительно начинающаяся словами «отличающееся тем, что с целью...», формулирует цель, достигаемую применением изобретения.

В третьей части формулы кратко описывается то, что отличает описываемое изобретение от прототипа, т.е. с помощью какого технического новшества достигается сформулированная во второй части цель.

Заявка на выдачу патента должна включать следующие документы (в трёх экземплярах); заявление о выдаче авторского свидетельства или патента; описание изобретения с формулой изобретения; чертежи, схемы, акт испытаний и другие материалы, иллюстрирующие предполагаемое изобретение, если они необходимы для более полного раскрытия сущности и значительности изобретения; справку о творческом участии каждого из соавторов в создании изобретения; аннотацию; заключение о новизне технического решения (включая сведения о проведённых патентных исследованиях), с указанием возможных областей его применения в народном хозяйстве и ожидаемого технико-экономического или иного эффекта.

Материалами, иллюстрирующими изобретение, могут быть чертежи, схемы, рисунки, фотографии, графики, акты испытаний. Каждый из этих материалов должен удовлетворять определённым требованиям.

В случае необходимости (например, для подтверждения эффективности изобретения) к материалам заявки прилагается акт испытаний заявленного изобретения, заверенный и подписанный в установленном в данной организации порядке.

В акте экспертизы приводятся сведения о возможности открытой

публикации сведений об изобретении [1].

При разработке нового объекта техники неизбежно использование в нем уже известных решений. Поэтому необходимо решать вопросы о соблюдении прав патентовладельца либо предусмотреть мероприятия по беспрепятственной реализации технического решения: приобретение лицензии; опротестование патента, использование другого решения [2].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Изобретательская деятельность многогранна, это не только решение задач. Нужно найти задачу, решить ее, превратить новую идею в работоспособную конструкцию, внедрить новую машину, прибор или способ.

Главная ее особенность состоит в том, что она имеет дело с функционально-морфологическими представлениями и не руководствуется, точнее, по своему принципу не всегда может руководствоваться естественнонаучными моделями, налагающими ограничения на создаваемую комбинацию элементов.

Планирование изобретательской деятельности имеет целью направить творческие усилия изобретателей и рационализаторов на решение актуальных задач совершенствования строительства, обеспечить своевременное и широкое использование эффективных изобретений и рационализаторских предложений, развитие технического творчества трудящихся и вовлечение их в активную изобретательскую и рационализаторскую работу.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Научные исследования в технологии машиностроения: учебное пособие / В.А. Ванин, В.Г. Однолько, С.И. Пестрецов, В.Х. Фидаров, А.Н. Колодин. - Тамбов : Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2009. - 232 с.

С.И. Кузьмин/ Методы научных исследований в технических задачах. Учебное пособие для студентов технических специальностей/ Ангарск, 2010 - 247 с.