Владимир Петров - Стандарты изобретательства

Известны счетное устройство Леонарда да Винчи, суммирующая машина Паскаля и другие.

Принцип действия этих машин механический . Они состояли из валов и шестерен. Постепенно эти части уменьшались в размерах и был разработан арифмометр. Их заменили электромеханические вычислительные машины. Механические части двигались с помощью электрических двигателей.

На следующем этапе была разработана вычислительная машина на вакуумных лампах.

Далее были использованы транзисторы, а затем и микросхемы.

Сегодня процессор содержит миллиарды транзисторов. При их изготовлении используется нанотехнологии.

Это типичный пример перехода на микроуровень .

На мироуровень перешел рабочий орган компьютера — процессор, но до сегодняшнего дня еще остались части, использующие механику, например жесткий диск, DVD-Rom, вентиляторы. Это пример закона неравномерности развития систем.

Имеются тенденции перехода этих частей на микроуровень.

Используются жесткие диски с флеш-памятью. Все чаще используются не DVD- диски, а флеш-память. Вентиляторы могут быть заменены элементом Пельтье и тепловыми трубами.

Стандарт 4.1.1. Вместо обнаружения и изменения — изменение систем

Если дана задача на обнаружение или измерение, целесообразно так изменить систему, чтобы вообще отпала необходимость в решении этой задачи.

Пример 6.1. Стабилизация температуры

Для стабилизации температуры необходимо ее измерять и управлять выключателем источника тепла.

Если в качестве выключателя использовать материал с точкой Кюри, равной температуре стабилизации, то можно исключить датчик температуры и систему управления выключателем источника тепла.

Стандарт 4.1.2. Использование копий

Если дана задача на обнаружение или измерение и при этом нельзя применить стандарт 4.1.1, то целесообразно заменить непосредственные операции над объектом операциями над его копией или снимком.

Задача 6.1. Защита от квартирных воров

Условие задачи

Воры, прежде чем забраться в квартиру звонят в звонок. Если ответа нет, то они делают задуманное.

Как сделать, чтобы воры не захотели забираться в дом?

Разбор задачи

Использовать стандарт 4.1.2.

Решение

Воры не будут забираться в дом, когда там кто-то есть. Необходимо создать видимость (модель), что при звонке в дверь что-то происходит за дверью.

Один из возможных вариантов: после звонка в дверь зажигается свет, а потом в дверном глазке появляется изображение глаза. Возможно, включать запись с вопросом.

Разработана система, включающая запись лая собаки при нажатии на звонок.

В стандарте 4.1.2. Использование копий рассмотрим подстандарт 4.1.2.1. Сравнивание объектов с эталоном:

Если нужно сравнить объект с эталоном с целью выявления отличий, то задача решается оптическим совмещением изображения объекта с эталоном или с изображением эталона, причем изображение объекта должно быть противоположно по окраске эталону или его изображению.

В качестве противоположных цветов могут быть взяты: белый — черный, желтый — синий, красный — синий, красный — желтый и т. д. Смешивание этих цветов дает другой цвет. Основных цветов по Иоганнесу Иттену существует три: красный, зеленый и синий. Остальные цвета образуются смешиванием этих.

Задача 6.2. Обнаружение новой звезды

Условия задачи

Астрономы наблюдают за звездным небом. С определенной периодичностью делают снимки участков неба (рис. 6.1). Чтобы обнаружить появление новой звезды на небе, снимки сравниваются. На снимке тысячи звезд и сравнивать снимки достаточно сложно. Как упростить этот процесс?

Рис. 6.1. Фотография звездного неба

Разбор задачи

Воспользуемся стандартом 4.1.2.1.

Решение

Сравнение производят путем наложения позитивного и негативного изображений. Одну из сравниваемых фотографий берут «позитив» (рис. 6.2а), а другую «негатив» (рис. 6.2б). При их совмещении будет виден только новый объект на звездном небе по а. с. 359 512 (рис. 6.2в). Сегодня сравнения могут проводиться совмещением электронных изображений.

Рис. 6.2. Обнаружение новой звезды

Пример 6.2. Контроль отверстий в печатной плате

Контроль отверстий, созданных в печатной плате, осуществляют сравнением с эталоном. Это достаточно утомительная операция.

Использование стандарта 4.1.2.1 позволяет значительно упростить эту операцию.

Через эталон пропускают желтый цвет, а через печатную плату — синий.

Если на экране появляется желтый цвет, значит, в печатной плате отсутствует отверстие. Появление синего цвета означает, что в печатной плате есть лишнее отверстие. Зеленый цвет — точное совпадение с эталоном. На совмещенном изображении могут быть определены и отклонения в диаметре и форме отверстия.

Стандарт 4.1.3. Измерение — два последовательных обнаружения

Если дана задача на измерение и нельзя применить стандарты 4.1.1 и 4.1.2, то целесообразно перевести ее в задачу на последовательное обнаружение изменения.

Переход от расплывчатого понятия «измерение» к четкой модели «два последовательных обнаружения» резко упрощает задачу.

Пример 6.3. Измерение температуры

Вместо измерения температуры в точке контакта пары трения (например, в шарикоподшипниках, коробке передач) в смазочную пленку вводятся мелкие ферромагнитные частицы с фиксированной точкой Кюри. После превышения точки Кюри некоторые частицы остаются парамагнитными даже после охлаждения благодаря эффекту гистерезиса. Анализируя образец смазки, можно идентифицировать изменения в магнитных свойствах частиц, а затем можно определить, какие температуры контакта возникают при определенных рабочих условиях.

Пример 6.4. Окружность колеса

Окружность качения автомобильных шин уменьшается при значительном падении давления и соответствующем увеличении числа оборотов. Если скорость каждого колеса оценивается по сигналам в антиблокировочной системе и записывается, можно определить среднее значение и определить любое большое отклонение (более 30%) давления отдельных шин.

Пример 6.5. Измерение скорости пули

В США разработан способ измерения скорости пули с помощью электретов 74 74 Электрет — это диэлектрик, способный находиться в наэлектризованном состоянии после снятия внешнего воздействия, вызвавшего поляризацию, в течение длительного времени. — Материал из Википедии. . Пуля, пролетая над двумя электретами, расположенными на заранее известном расстоянии, изменяет электрическое поле. Появляются два последовательных импульса (рис. 6.3). Скорость Vполета пули определяют делением расстояния l между электретами на время t и между появлением импульсов.