Пуговица – необходимость обеспечения надежной и быстрой фиксации к элементам одежды

7. Модель задачи

 

Дан отсутствующий (упрощенный) крепежный элемент, крепящий пуговицу к детали одежды надежно и высокопроизводительно.

 

Кто-то может сказать, что, чтобы сделать такую формулировку, опять же не надо было городить такой огород. Но попробуйте отмотать свое представление о задаче на несколько шагов назад, и вы поймете, насколько были не упорядочены ваши представления о задаче.

 

 

3. Анализ модели задачи

 

Цель этого этапа – учет имеющихся ресурсов, которые можно использовать при решении задачи: ресурсов пространства, времени, веществ и полей. Необходимо проанализировать:

 

1. Определить оперативную зону (ОЗ) – пространство, в пределах которого возникает конфликт, указанный в модели задачи.

В нашем случае это участок одежды под пуговицей и необходимый зазор для «затекания» материала петли.

2. Определить оперативное время (ОВ) – время протекания процесса.

У нас это: время подготовки, время выполнения процесса крепления – влияющее на производительность.

3. Определить вещественно-полевые ресурсы (ВПР) рассматриваемой системы, внешней среды и изделия. Составить список ВПР:

а) внутрисистемные: ВПР изделия (одежда, материал крепежного элемента (если он есть) и ВПР инструмента);

б) внешнесистемные: ВПР среды, фоновые (гравитация, магнитное поле Земли и т.п.);

в) надсистемные: ВПР соседних сопряженных элементов (если они есть) или очень дешевые (ветер, солнечные лучи и т.п.).

В нашем случае вещества известны, а вот поля можно отметить только фоновые.

 

4. Формулировка ИКР и ФП

 

Определяется идеальный конечный результат (ИКР) и выявляется физическое противоречие (ФП), мешающее достижению ИКР. ИКР это некоторый икс-элемент, который абсолютно не усложняя систему и не вызывая вредных явлений, устраняет (указываются вредные действия) в течение оперативного времени в пределах оперативной зоны, сохраняя способность объекта совершать (указать полезное действие).

При поиске ИКР необходимо: определить условия усиления конфликта. Например, в нашем случае увеличение объема нитей ведет к упрочнению соединения, но сильно снижает производительность. Тогда, с позиции ИКР вводится некоторый икс-элемент, который:

• изменяет взаимодействие: большое количество нитей прикрепляется одновременно;
• изменяется свойство: нить одна, но ее прочность и ресурс возрастают;

 

• использование ВПР: вводится некоторое вещество или поле, которое изменяет:

а) производительность крепления;

б) прочность крепления;

• создание новой системы: пуговицы нет, есть другая система крепления, когда детали одежды крепятся сами собой;
• переход в надсистему;
• и т.п.

 

Здесь полезно помнить о закономерностях развития технических систем:

1) переход от моносистемы  → к бисистеме → к полисистеме: функция → две функции →  много функций, но с характеристиками: однородными, сдвинутыми, разными (например: однородные – блоки проката, смежные теплицы для уменьшения потерь тепла; разнородные – карандаш и циркуль; сдвинутые – растения в теплице одни выделяют СО, другие поглощают);

2) свертывание би(поли)системы  в моносистему следующего уровня и новый виток (например, фильтр: много трубочек – полисистема; много трубочек в блоке – свернутая полисистема; фильтр из пористого материала – моносистема следующего уровня; и т.д.);

3) усиление связей: нулевая  связь (куча) → жесткие связи → гибкие связи → поверхностные связи → нулевые связи на новом уровне → и т.д

В нашем случае: ИКР - икс-элемент, не усложняя систему и не вызывая вредных явлений, позволяет инструменту присоединить пуговицу к одежде в оперативной зоне за минимальное оперативное время (ОВ) и с высокой надежностью.

 

Физическим противоречием (ФП) называют противоположные требования к физическому состоянию оперативной зоны.

Крепежный элемент в оперативной зоне должен быть объемным и сплошным для обеспечения надежности и его не должно быть (или он должен быть минимальным) для обеспечения минимального оперативного времени.

Если проще: крепежный элемент для крепления пуговицы к одежде должен быть объемным (прочным) и его не должно быть.

Тогда ИКР и ФП позволяют записать рабочую формулировку задачи:

Крепежный элемент должен быть объемным и прочным и его не должно быть в оперативной зоне, соединяя пуговицу с деталью одежды за минимальное время.

 

 

5. Мобилизация и применение ВПР

 

Для эффективного использования имеющихся веществ и ресурсов АРИЗ предлагает ряд правил, или стандартов. Например:

а) Разделение функций: если частицы А не справляются с действиями 1 и 2, то вводится частица Б так, что А выполняет действие 1, а Б – действие 2.

б) Разделение веществ:  если частица А не справляется с действиями 1 и 2, то ее делят на две части: часть А1 выполняет действие 1, часть А2 – действие 2.

в) Объединение веществ: если частицы А и Б раздельно не справляются с функцией 1, то надо объединить эти вещества.

 

Разделение и объединение возможно для веществ, полей, функций, оперативной зоны, оперативного времени и т.д. Разделение и объединение возможно на макро- и микроуровне (например, метод маленьких человечков – ММЧ). Разделение и объединение возможно между структурами, например вещество – пустота. Это могут быть: твердое тело – жидкость, твердое тело – газ, твердое тело – вакуум, жидкость – газ, жидкость – вакуум, газ – вакуум; то есть объединение структурно разнородных состояний вещества.

Если собственных ВПР недостаточно, вводятся внешние.

 

Попробуем несколько вариантов решения, используя вышеприведенные правила. В нашем случае функция соединения деталей одежды – внешняя, т.е. когда одежда носится человеком. В системе функция сохраняется только в соединении пуговицы с одеждой посредством крепежного элемента (или в его отсутствие). Поэтому функция одна – соединить.

По максимуму в нашей системе три вещества: пуговица, деталь одежды и крепежный элемент (при необходимости). В идеале – два вещества.

 

Попробуем деление вещества на две части:

1) Пуговица состоит из двух частей: часть 1 – пуговица, часть 2 – крепежный элемент (рисунок 1).

 

  а)     б)     в)

 

а) крепление расплавлением ножки; б) крепление скобкообразной ножкой; в) крепление с помощью клея

Рисунок 1 – Варианты исполнения пуговицы, состоящей из двух частей

Положительные свойства данного технического решения:

- отсутствует крепежный  элемент;

- высокопроизводительная  установка.

Отрицательные качества:

- требуется специальный  инструмент;

- отсутствие гибкости.

 

2) Деталь одежды состоит из двух частей (рисунок 2).

 

 

а)      б)

 

а) крепление декоративной булавкой; б) крепление декоративным зажимом

 

Рисунок 2 – Варианты исполнения детали одежды, состоящей из двух частей

 

 

 

Положительные свойства данного технического решения:

- деталь одежды сама – крепежный элемент;

- крепление высокопроизводительное.

Отрицательные качества:

• эстетически непригодно (только в специфических  приложениях);
• форма пуговицы конструктивно изменяется.

 

 

 

Пробуем объединение веществ: деталь одежды и пуговица – одно целое.

Пуговица исполняется как деталь одежды, например путем литья (рисунок 3).

 

Рисунок 3 – Деталь одежды и пуговица объединены

 

Положительные свойства данного технического решения:

- прочность высокая;

Отрицательные качества:

- постановка только при производстве;

- отсутствие технологической  гибкости (только одно положение).

 

 

Попробуем переход от макроуровня к микроуровню: соединяемая поверхность – вся пуговица (или крепежный элемент). Например, технология «репейника»-липучки (рисунок 4).

 

Рисунок 4 – Соединение деталей одежды липучкой

 

 

 

Для поиска способа крепления пуговицы и выбора крепежного элемента конфликт локализуется в паре деталь одежды – крепежный элемент. Основное противоречие – крепление должно быть простым и быстро устанавливаемым, но прочным и гибким.

 

 

 

 

 

Для устранения этих противоречий можно воспользоваться рядом приемов:

1. Принцип матрешки (рисунок 5);

 

Рисунок 5 – Сборно-разборное крепление пуговицы

 

2. Принцип предварительного исполнения (рисунок 6):

 

а)       б)

 

а) при изготовлении одежды петля вклеивается или вшивается; б) пуговица с лабиринтной петлей

Рисунок 6 – Предварительное изготовление элементов крепления пуговицы

 

 

3) Принцип наоборот (рисунок 7):

Не пуговица пришивается к одежде, а одежда цепляется к пуговице.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 7 – Упругая фиксация пуговицы

 

 

 

 

3. Принцип использования физических эффектов, например, памяти формы. Здесь пуговица выполняется с ножками, выполненными из материала с памятью формы. Тогда при нагреве пуговицы в момент постановки ножки сворачиваются, закрепляя пуговицу (рисунок 8):

 

Рисунок 8 – Закрепление пуговицы с ножками, выполненными из материала с памятью формы

 

 

 

6. Оформление технического решения

 

Различные варианты технических решений анализируются с точки зрения максимального приближения к ИКР. Возможно, что среди этих решений окажется решение, имеющее мировую новизну, т.е. соответствующее защищаемому объекту – изобретение. Опуская все детали оформления заявки на изобретение, рассмотрим только этап описания технического решения, в котором для защищаемого устройства должно быть описано его конструктивное исполнение, говорят «описание объекта в статике», и описан принцип действия устройства, его работа, или говорят «описание объекта в динамике».

 

1. Описание объекта в статике

 

Возьмем, например, решение, основанное на применении принципа «матрешки» (рисунок 5).

 

Пуговица состоит из двух элементов: верхней части 1 и нижней части 2 (рисунок 9). Верхняя часть 1 включает функциональную декоративную поверхность, ножку 3 и полость 4, имеющую тороидальную форму. С торцевой стороны поверхности ножки 3 может быть выполнен кольцевой прилив 7, расширяющий поверхность контакта ножки с тканевой поверхностью детали одежды 6.

Нижняя часть 2 выполнена в виде плоской площадки 8, перпендикулярно которой расположен фиксирующий стержень 5, имеющий на торце тороидальный наплыв с формой и размерами, допускающими упругий контакт с ответной полостью 4 верхней части 1. Стержень 5 имеет на торце заостренную часть 9, позволяющую проникновение стержня сквозь тканевую основу детали одежды 6. При установке пуговицы на деталь одежды нижнюю часть пуговицы 2 располагают на жесткой поверхности 10.

 

 

 

 

 

 

Рисунок 9 – Конструктивное исполнение пуговицы

 

2. Описание объекта в динамике

 

Разъемная часть 2 устанавливается на детали одежды 6 в позиции, определенной функциональным назначением детали одежды, путем прокола тканевой основы до соприкосновения площадки 8 с тканевой поверхностью. После этого площадка 8 вместе с деталью одежды 6 устанавливается на жесткую неподвижную основу 10, затем верхняя часть 1 устанавливается так, что ее полость 4 вводится на стержень 5. Прилагается усилие Р вдоль оси сопрягаемой пары такой величины, которая позволяет произвести упругую деформацию материала частей 1 и 2.

Для предотвращения деформации тканевой основы детали одежды в точке установки пуговицы поверхность контактного трения тканевой основы и ножки 3 увеличивается за счет кольцевого буртика 7.

Для компенсации различной толщины детали одежды стержень 5 выполнен из пластичного материала, допускающего упругую деформацию растяжения в пределах 1..2d, где d – диаметр стержня 5.

 

 

 

 

3. Формула изобретения

 

П.1. Пуговица, состоящая из двух частей, расположенных по обеим сторонам тканевой основы детали одежды с возможностью проникновения одной из частей сквозь ткань с изнаночной стороны и силового замыкания ответной части за счет упругой деформации частей в сопрягаемой зоне, отличающаяся тем, что стержень проникающей части пуговицы выполнен из эластичного материала с возможностью упругой деформации растяжения.

П.2. Пуговица по П.1, отличающаяся тем, что на торцевой части замыкающей части пуговицы выполнен кольцеобразный прилив.