Примеры применения приемов устранения технических противоречий Токарев А.С

творчества 2005/2006 Выпускная работа Часть 2

пешеходов.
Для того чтобы не допускать попадания снега на автостоянку необходимо

сделать некоторый навес, состоящий из крыши и опор. Для того, чтобы стоимость материалов крыши была минимальной при определенной площади, ее толщина должна быть минимальна (тоньше крыша – меньше материалов расходуется). При этом крыша должна удерживать большой вес снега.

ТП: если толщину крыши сделать большой, то крыша удержит вес снега, но получится очень дорогой; если толщину крыши сделать маленькой, то она будет дешевой, но не сможет удержать вес снега и разрушится.

б) Выполнить объект разборным;
в) Увеличить степень дробления объекта.

Адаптация:

разделить крышу на много маленьких крыш, стоящих на своих опорах. Тогда основную нагрузку веса снега будут нести опоры и крышу можно делать тонкой.

Решение: сделать крышу в виде множества маленьких крыш на своих опорах. Представленное решение промежуточное, так как сразу возникает проблема большого количества опор.

свойство) или, наоборот, выделить единственно нужную часть (нужное свойство).

Адаптация:

Мешающей частью является толщина крыши. Она появляется в основном из-за того, что нагрузка на крышу получается изгибающая и напряжения в материале весьма велики. Вот если бы удалось сделать нагрузку только растягивающую, то это значительно снизило бы напряжения.

Решение: Подвесить крышу на многочисленных тонких тросах, закрепленных на зданиях или высоких опорах.

объекта (или внешней среды, внешнего воздействия) к неоднородной. б) Разные

части объекта должны иметь (выполнять) различные функции. в) Каждая часть объекта должна находиться в условиях, наиболее благоприятных для ее работы. Адаптация: поскольку у крыши две функции - не пропускать снег и удерживать его вес, следует разделить ее на элементы, специализирующиеся на этих функциях.

Решение: Сделать крышу из двух слоев - один будет снегонепроницаемым, второй силовым, удерживающим весовую нагрузку.

к асимметричной. б) Если объект асимметричен, увеличить степень асимметрии. Адаптация:

Исходная ТС представлена как плоскость, лежащая на опорах. Придать ей ассиметричную форму можно наклонив эту плоскость.

Решение: Сделать крышу наклонной, уменьшив тем самым нагрузку на единицу площади крыши, а также с наклонной крыши снег будет скатываться и не будет накапливаться на ней, что тоже уменьшит нагрузку.

смежных операций объекты. б) Объединить во времени однородные или смежные

операции. Адаптация: следует соединить все соседние крыши между собой, уменьшив таким образом количество опор и увеличив надежность.

Решение: Делать крыши единым навесом используя в качестве опор все годные для этого сооружения (здания, столбы, киоски и пр.)

чему отпадает необходимость в других объектах. Адаптация: Следует добавить крыше

выполнение других функций, например быть полом.

Решение: Надстроить над автостоянкой один этаж, который использовать под офис или склад.

объекта, который, в свою очередь, находится внутри третьего и т.

д.; б) Один объект проходит сквозь полость в другом объекте. Адаптация: Разместить крышу внутри другой крыши.

Решение: Организовать автостоянку под имеющимися сооружениями - эстакадами, мостами, перекрытиями или заглубить автостоянку под землю.

Решение: Организовать автостоянку под имеющимися сооружениями - эстакадами, мостами, перекрытиями или заглубить автостоянку под землю.

другими объектами, обладающими подъемной силой. б) Компенсировать вес объекта взаимодействием

со средой (за счет аэро-, гидродинамических и других сил). Адаптация: Следует компенсировать вес снега соединением его или крыши с объектом, обладающим подъемной силой.

Решение: Прикрепить к крыше воздушный шар или дирижабль, который будет удерживать вес снега.

противоположные недопустимым или нежелательным рабочим напряжениям. б) Если по условиям

задачи необходимо совершить какое-то действие, надо заранее совершить антидействие.) Адаптация: Создать в крыше предварительные напряжения, которые использовать для сброса снега с крыши.

Решение: Сделать крышу в виде полотна закрепленного по периметру на пружинах (как в раскладной кровати или батуте). Перед падением снега прогнуть крышу вниз и закрепить. Когда накопится снег, крышу отпустить и тогда, под действием пружин, крыша взлетит вверх и сбросит снег с себя.

объекта (полностью или хотя бы частично). б) Заранее расставить объекты

так, чтобы они могли вступить в действие с наиболее удобного места и без затрат времени на доставку. Адаптация: Заранее уменьшить количество снега, падающего на крышу.

Решение: Сдувать падающий снег в сторону от крыши с помощью больших вентиляторов.

объекта заранее подготовленными аварийными средствами. Адаптация: Невысокая надежность крыши может

привести к ее обрушению. Следует позаботиться о предотвращении разрушительных последствий.

Решение: Крыша рассчитывается на средние нагрузки и при этом делается еще один уровень под ней на случай обрушения.

поднимать или опускать объект. Адаптация: снег не должен опускаться на

крышу, снег не должен покидать тучу.

Решение: Уничтожать снежные тучи или заставить снег идти в другом месте.

обратное действие (например, не охлаждать объект, а нагревать). б) Сделать

движущуюся часть объекта (или внешней среды) неподвижной, а неподвижную - движущейся. в) Перевернуть объект "вверх ногами". Адаптация: Перевернуть систему снег-крыша. Снег должен поддерживать крышу.

Решение: Сделать крышу в виде сетки, к которой с высокой частотой прикреплено большое количество нитей, свисающих с сетки вниз. Снег должен застревать между нитями, уплотняться и держать себя сам.

криволинейным, от плоских поверхностей к сферическим, от частей, выполненных в

виде куба или параллелепипеда, к шаровым конструкциям. б) Использовать ролики, шарики, спирали. в) Перейти к вращательному движению, использовать центробежную силу. Адаптация: перейти от плоской крыши к сферической. Решение: Сделать крышу в виде сферического или полуцилиндрического купола. Это уменьшит нагрузку на единицу поверхности крыши, а также будет способствовать скатыванию снега с крыши. Адаптация: перейти к вращательному движению крыши. Решение: Сделать крышу в виде вращающегося диска. Снег под действием центробежных сил будет слетать с крыши, уменьшая нагрузку. Кроме того. Центробежные силы будут растягивать саму крышу, компенсируя изгибающие нагрузки от веса снега.

меняться так, чтобы быть оптимальными на каждом этапе работы. б)

Разделить объект на части, способные перемещаться относительно друг друга; в) Если объект в целом неподвижен, сделать его подвижным, перемещающимся. Адаптация: сделать крышу подвижной.

Решение: сделать крышу в виде горизонтально расположенной транспортерной ленты. Когда начнет падать снег включить транспортер и тогда крыша будет сбрасывать снег в сторону.

требуемого эффекта, надо получить "чуть меньше" или "чуть больше". Задача

при этом может существенно упроститься. Адаптация: "Чуть меньше" означает, что крыша может задерживать не весь упавший на нее снег.

Решение: Сделать крышу с отверстиями, что снизит расход материала. Некоторое количество снега, выпадающего в отверстия не создаст серьезных проблем для движения на автопарковке и будет растоплено шинами и выхлопными газами.

движением (или размещением) объекта по линии, устраняются, если объект приобретает

возможность перемещаться в двух измерениях (то есть на плоскости). б) Многоэтажная компоновка объектов вместо одноэтажной. в) Наклонить объект или положить его "набок". г) Использовать обратную сторону данной площади. д) Использовать оптические потоки, падающие на соседнюю площадь или на обратную сторону имеющейся площади. Адаптация: Сделать крышу не из одного слоя, а из нескольких.

Решение: Сделать крышу в виде нескольких слоев сеток, расположенных на небольшом расстоянии друг от друга и имеющим разный размер ячейки - крупные ячейки выше, мелкие ниже.

б) Если такое движение уже совершается, увеличить его частоту (вплоть

до ультразвуковой). в) Использовать резонансную частоту. г) Применить вместо механических вибраторов пьезовибраторы. д) Использовать ультразвуковые колебания в сочетании с электромагнитными полями. Адаптация: привести крышу в колебательное движение.

Решение: Возбудить в крыше вертикальные колебания, что позволит поддерживать снег за счет динамических сил. Если при этом слегка наклонить крышу, то постепенно снег будет с нее сползать.

периодическому (импульсному). б) Если действие уже осуществляется периодически - изменить

периодичность. в) Использовать паузы между импульсами для другого действия.   Адаптация: крыша должна удерживать снег периодически, а периодически не удерживать снег. Крыша должна периодически очищаться от снега. Следует установить на ней периодический очиститель.

Решение: Установить на крыше надувную подушку, в которую периодически резко подавать газ. Надуваясь и увеличиваясь подушка будет сбрасывать снег с себя и крыши.

части объекта должны все время работать с полной нагрузкой). б)

устранить холостые и промежуточные ходы. Адаптация: Исходя из этого приема, крыша должна непрерывно находиться под максимальной нагрузкой. Но снег падает периодически, значит нагрузку надо добавить. Например, собрать на крышу весь снег из соседних участков. Тогда оправдано сделать крышу толстой.

Решение: Сделать толстую крышу в виде хранилища снега, куда собирать его со всех соседних участков.

вредные или опасные) на большой скорости. Адаптация: Вредным является процесс

удержания снега. Его нужно осуществлять так быстро, чтобы нагрузка на крышу не превзошла критическую. Крыша должна появляться на некоторое время, в течение которого она начнет деформироваться под действием нагрузки, но недостаточное для развития разрушающих деформаций. После чего на ее месте должна оказываться другая, недеформированная крыша.

Решение: Крыша должна представлять собой ленту, движущуюся с огромной скоростью так, чтобы ее участок, на котором лежит снег, не успел деформироваться до разрушающих нагрузок.

(в частности, вредное воздействие среды) для получения положительного эффекта. б)

Устранить вредный фактор за счет сложения с другим вредным фактором. в) Усилить вредный фактор до такой степени, чтобы он перестал быть вредным. Адаптация: Вредным фактором является снег. Усилить его - значит увеличить его количество. Если увеличить количество снега аж до самой земли, то он начнет держать себя сам.

Решение: Сделать крышу в виде перевернутых конусов, опирающихся на землю. Снег заполняя конусы будет частично поддерживать себя.

обратная связь есть - изменить ее. Адаптация: обратная связь в

нашем случае может быть записана так: чем больше снега - тем толще нужна крыша или чем больше снега - тем быстрее его надо убирать. Используя полученное ранее решение с наклоном крыши можно получить его модификацию.

Решение: Наклон крыши увеличивается по мере усиления снегопада.

действие. б) На время присоединить к объекту другой (легко удаляемый)

объект. Адаптация: На время присоединить к крыше элементы, помогающие ей удерживать снег.

Решение: В случае большого количества снега на крыше устанавливать дополнительные опоры, которые убирать после очистки крыши от снега.

вспомогательные и ремонтные операции. б) Использовать отходы (энергии, вещества). Адаптация:

крыша сама должна себя обслуживать. Так как снег она не пропускает (по условию задачи), то обслуживание может заключаться в самоочистке от снега. У крыши должны быть элементы, помогающие ей очиститься от снега. Желательно за счет самого снега.

Решение: Сделать крышу из пружинящих лепестков. Падающий снег, накапливаясь, будет сжимать пружинистые лепестки, которые распрямляясь будут отбрасывать снег в сторону от крыши.

или хрупкого объекта использовать его упрощенные и дешевые копии. б)

Заменить объект или систему объектов их оптическими копиями (изображениями). Использовать при этом изменение масштаба (увеличить или уменьшить копии). в) Если используются видимые оптические копии, перейти к копиям инфракрасным или ультрафиолетовым. Адаптация: оптическая копия крыши - это голограмма. Голограмма выполняется с помощью лазерного луча. Если мощность луча достаточно велика, то такая "лазерная" крыша может плавить снег сама.

Решение: Крыша в виде лазерного луча, организованного в плоскость и имеющего достаточную мощность для плавления падающего снега.

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

Адаптация: крыша должна стать одноразовой и уничтожаться после каждого снегопада.

Решение: Сделать крышу в виде ковра, к которому прилипает снег. После снегопада ковер со снегом скатать в рулон и отправить на снегоплавильную станцию или складировать до весны, а на крыше расстелить новый ковер.

акустической или "запаховой". б) Использовать электрические, магнитные и электромагнитные поля

для взаимодействия с объектом. в) Перейти от неподвижных полей к движущимся, от фиксированных - к меняющимся по времени, от неструктурных - к имеющим определенную структуру. г) Использовать поля в сочетании с ферромагнитными частицами. Адаптация: применить для удержания снега электростатические или магнитные поля.

Решение: Перед подлетом снега к крыше его следует электростатически зарядить или намагнитить и далее удерживать или менять траекторию падения с помощью электростатических или магнитных полей.

использовать газообразные и жидкие: надувные и гидронаполняемые, воздушную подушку, гидростатические

и гидрореактивные. Адаптация: использовать надувные конструкции крыши.

Решение: Сделать крышу в виде надувной подушки с постоянным давлением. В этом случае основную нагрузку будет держать газ, а нагрузка на оболочку, работающую только на растяжение будет заметно снижена.

обычных конструкций использовать гибкие оболочки и тонкие пленки. б) Изолировать

объект от внешней среды с помощью гибких оболочек и тонких пленок. Адаптация: Так как исходная задача уже подразумевает крышу, как плоскость не имеющую толщины, применение этого приема "в лоб" не даст ничего нового. Значит надо посмотреть на ситуацию по-другому. Пленка - это не обязательно пленка вещества, это может быть пленка воздуха.

Решение: Установить по всей поверхности крыши сопла, подающие воздух. Снег будет или динамически поддерживаться в воздухе или сдуваться в сторону, если крышу или сопла наклонить.

использовать дополнительные пористые элементы (вставки, покрытия и т. п.) б)

Если объект уже выполнен пористым, предварительно заполнить поры каким-то веществом. Адаптация: крыша должна быть пористой

Решение: Сделать толстую крышу из легкого пористого материала с крупными порами. Снег забиваясь в поры будет формировать массу, способную нести силовую нагрузку.

внешней среды. б) Изменить степень прозрачности объекта или внешней среды.

в) Для наблюдения за плохо видимыми объектами или процессами использовать красящие добавки. г) Если такие добавки уже применяются, использовать меченые атомы. Адаптация: изменить окраску крыши или снега.

Решение: Если распылить на выпавший снег черную краску, то это будет способствовать быстрейшему его таянию под воздействием солнечных лучей.

быть сделаны из того же материала (или близкого ему по

свойствам). Адаптация: крыша должна быть сделана из снега.

Решение: Сделать крышу ледяной либо из первого выпавшего снега, либо предварительно соорудить ледяную конструкцию.

назначение или ставшая ненужной часть объекта должна быть отброшена (растворена,

испарена и т. д.) или видоизменена непосредственно в ходе работы. б) Расходуемые части объекта должны быть восстановлены непосредственно в ходе работы. Адаптация: крыша должна исчезать выполнив свою функцию - не дать снегу упасть на автостоянку. Тогда она должна исчезать вместе со снегом. Это похоже на непрерывный поток.

Решение: Пустить по наклонной крыше теплую воду, которая стекая, будет забирать с собой падающий на нее снег.

объекта. б) Изменить концентрацию или консистенцию. в) Изменить степень гибкости.

г) Изменить температуру. Адаптация: изменить агрегатное состояние снега.

Решение: Подогреть крышу и снег лежащий на ней, чтобы он превратился в воду. Тогда он сможет сам стечь с нее уменьшив нагрузку.

переходах, например изменение объема, выделение или поглощение тепла и т.

д. Адаптация: Процесс уплотнения снега при его длительном лежании приводит к повышению плотности и прочности снега. Этот эффект можно использовать для поддержания прочности крыши.

Решение: Сделать крышу в виде толстой арочной конструкции с радиальными каналами. Снег заполняя каналы будет спрессовываться по мере приближения к геометрическому центру и станет способен выдерживать силовую нагрузку.

сжатие) материалов. б) Если термическое расширение уже используется, применить несколько

материалов с разными коэффициентами термического расширения. Адаптация: можно использовать термическое расширение материала крыши для выравнивания нагрузки на нее.

Решение: Сделать крышу из двух листов с разным коэффициентом термического расширения. В результате выпадения снега температурное поле на крыше будет меняться и в крыше будут возникать напряжения, которые можно использовать для компенсации веса снега.

б) Заменить обогащенный воздух кислородом. в) Воздействовать на воздух или

кислород ионизирующими излучениями. г) Использовать озонированный кислород. д) Заменить озонированный (или ионизированный) кислород озоном. Основная цель этой цепи приемов - повысить интенсивность процессов. Адаптация: можно повысить интенсивность таяния или растворения снега.

Решение: Подавать на поверхность крыши специальные химические реагенты, растворяющие снег или переводящие его в жидкое состояние.

б) Вести процесс в вакууме. Адаптация: Понятие "инертный" означает -

не реагирующий. Следует сделать снег не реагирующим с крышей, например, исключить или значительно ослабить силу притяжения или удельный вес снега. Это возможно, если превратить его в пар.

Решение: При подлете снега к крыше следует превратить его в пар путем нагревания тепловыми или СВЧ установками.

композиционным. Решение: Сделать крышу из композиционного материала.