Валерий Попов - Мыслительное карате. Методология научно-технического творчества и концептуального проектирования

Рисунок 25. Спираль Архимеда: а – правая (вращение против часовой стрелки); б – левая (вращение по часовой стрелке)

Сочетания геометрических характеристик объектов, порождающие новые функции и свойства ТС, называют геометрическими эффектами . Так, плоский клин может изменить направление движения и величину передаваемого усилия (рис. 22), а винтовой клин (винт) – дополнительно преобразовать вращательное движение в поступательное и наоборот (рис. 23). С помощью простейшего рычага можно эффективно изменять величину передаваемого усилия и перемещения (рис. 24). Многим известен афоризм, приписываемый Архимеду: «Дайте мне точку опоры, и я переверну Землю», характеризующий высокую эффективность рычага.

Рисунок 26. Примеры использования спирали Архимеда в технической сфере: а – винтовая лестница; б – нагревательный элемент электроплиты; в – часовая пружина

Большую известность имеет спираль Архимеда, в которой расстояние по нормали между соседними витками является постоянной величиной (рис. 25). «Кривой жизни» называл спираль Гёте. Как ни странно, но в природе форму спирали Архимеда имеет большинство морских и речных раковин, ураган закручивается спиралью, очевидцы говорят, что по спирали разбегается стадо оленей, двойной спиралью закручена молекула ДНК, геометрия расположения объектов в Галактике – тоже спираль 40 40 Спирали Архимеда [Электронный ресурс] // Великие физики: [сайт]. 2012. URL: http://www.phisiki.com/arhimed/63-spirali-archimeda . Примеры использования спирали Архимеда в технической сфере даны на рис. 26.

Рисунок 27. Лента Мёбиуса

Еще один яркий пример геометрического эффекта – лента Мёбиуса (один из объектов с односторонней поверхностью). Такие объекты имеют множество практических применений в технике, архитектуре и других областях (рис. 27). Ленту Мёбиуса легко сделать самостоятельно: надо взять достаточно длинную бумажную полоску и склеить противоположные концы, предварительно повернув один из них. В качестве примеров использования геометрического эффекта ленты Мёбиуса можно привести ленту конвейера для транспорта абразивного сыпучего материала, шлифовальную ленту, ленточную пилу (рис. 28), срок эксплуатации которых увеличивается в два раза. Известны и другие односторонние поверхности.

Рисунок 28. Примеры использования геометрического эффекта ленты Мёбиуса: а – лента конвейера; б – шлифовальная лента; в – ленточная пила

Разумеется, все геометрические эффекты реализуются в физических принципах действия.

Создание концептуально новых технологий и поколений техники требует разработки и использования новых принципов действия. При этом наиболее существенные практические результаты фиксируются при включении в структуру принципа действия эффектов, ранее не применявшихся в данной предметной области. Например, электрическое освещение возникло на основе принципа действия, включающего новые (по сравнению с принципом действия свечи) эффекты и их новые сочетания.

Задача построения принципа действия обладает большой комбинаторной сложностью. Вследствие этого, даже располагая информацией о значительном числе эффектов, специалист не в состоянии «вручную» (без использования компьютеров) эффективно комбинировать их, выбирая оптимальные с точки зрения заданных критериев сочетания 41 41 Попов В. В. и др. О системе [Электронный ресурс] // Межотраслевая Интернет-система поиска и синтеза физических принципов действия преобразователей энергии: [сайт]. 2008. URL: http://www.heuristic.su/home/ .

Под моим руководством разработана автоматизированная система поиска и синтеза принципов действия ТС, основанная на логике, сущность которой раскрыта в разделе 6.3.6.

1.4.5. Формирование технических решений

Принцип действия ТС может быть конкретизирован во множестве технических решений (ТР).

В Большом энциклопедическом политехническом словаре ТР определяется как «устройство, сооружение, изделие, являющееся конструктивным элементом или совокупностью конструктивных элементов, находящихся в функционально-конструктивном единстве; способ, процесс выполнения взаимосвязанных действий над материальным объектом и с помощью материальных объектов; вещество, искусственно созданное материальное образование, являющееся совокупностью взаимосвязанных элементов, ингредиентов (к веществам относятся, например, материалы для изготовления предметов, сооружений, употребляемые для покрытий, изоляции, амортизации, используемые в качестве проводников энергии, лечебные, косметические, пищевые, вкусовые вещества, кормовые продукты, химические реагенты, вещества-излучатели и вещества-поглотители излучений, поверхностно-активные, биологически активные вещества, в том числе ядохимикаты, стимуляторы роста)» 42 42 Большой энциклопедический политехнический словарь [Электронный ресурс]. М.: Изд-во «Мультигрейд», 2004. 1 электрон. опт. диск (CD-ROM). . С большим уважением относясь к Большому энциклопедическому политехническому словарю и принимая практически полностью это определение, я вместе с авторами 43 43 Техническое творчество: Теория, методология, практика. Энциклопедический словарь-справочник / Под ред. А. И. Половинкина, В. В. Попова. М.: НПО «Информ-система», 1995. считаю необходимым подчеркнуть, что ТР – это не устройство, сооружение, изделие и так далее, а его описание.

Технические решения можно разделить на три основные группы: конструктивные, технологические и другие ТР, при этом к последней можно отнести вещества, биологические объекты, топологии интегральных микросхем и др.

Описание ТР, как правило, дополняется графическим изображением. Около 95% всех изобретений – это ТР, менее 5% – описания принципов действия ТС. И хотя описания многих ТР не имеют никаких количественных характеристик, специалист, как правило, может оценить различие в потенциальной эффективности ТР из одной области.

Ниже приведен пример конструктивного ТР.