Использование законов развития технических систем в инженерном творчестве

МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

 

НАУЧНО ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ МЕХАНИКИ И ОПТИКИ

 

 

 

Кафедра

Систем Управления и Информатики

Группа

4148

 

 

 

 

 

 

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовому проекту

Использование законов  развития технических систем в инженерном творчестве

в рамках курса «Основы  научно-технического творчества»

 

Автор    курсового  проекта		Смирнов Сергей Александрович	(подпись)
(фамилия, и.о.)
Руководитель	Бушуев Александр Борисович		(подпись)
(фамилия, и.о.)

 

 

 

 

 

 

 

“

“

20

г.                                      Санкт-Петербург, 20

г.

 

 

 

 

 

Курсовой проект выполнен с оценкой
Дата защиты     “		“		20		г.

 

Содержание   Задание …………………………………………………………………………………….……. 3 Принцип работы устройства……………………………………………………………............4 Анализ устройства по законам развития технических систем ……………………………....6  3.1 Анализ и синтез по закону полноты частей системы……………………………………. 6  3.2 Анализ и синтез по закону энергетической и           информационной проводимости…………………………………………………………. 6  3.3 Анализ и синтез по закону согласования-рассогласования………………………………7  3.4 Анализ и синтез ТС с точки зрения увеличения степени            идеальности. Разрешение ТП по АРИЗ …………………………………………………..7   3.5 Анализ и синтез по закону неравномерного развития ТС ……………………………….8  3.6 Анализ и синтез по закону повышения динамичности и          управляемости ТС…………………………………………………………………………. 8  3.7 Анализ и синтез по закону развертывания-свертывания………………………………… 8 Решение ТП по АРИЗу………………………………………………………………………….9 Вепольный анализ ……………………………………………………………………………..12 Анализ с помощью оператора «РВС»…………………………………………………………12 Учебная формула изобретения  ……………………………………………………………….13 Статическая модель технического противоречия. Катастрофа типа сборка………………………………………………………………………………………13 Динамическая модель…………………………………………………………………………..15 Морфологический анализ……………………………………………………………………….22 Литература………………………………………………………………………………………..23
					КСУИ.220200.4148.003 ПЗ
Изм	Лист	№ док	Подпись	Дата
Разработал		Смирнов				Литера			Лист	Листов
Проверил		Бушуев							2	23
						НИУ ИТМО Кафедра СУИ

1 Задание

1. Внимательно ознакомиться с описанием изобретения и уяснить принцип действия устройства или устройства, реализующего способ.
2. Изложить принцип действия устройства в пояснительной записке (ПЗ) с приведением всех необходимых рисунков и графиков.
3. Проанализировать устройство с точки зрения проявления основных законов развития технических систем (ТС), а именно: 
   – закона полноты частей системы 
   – закона энергетической и информационной проводимости ТС 
   – закона согласования-рассогласования ТС 
   – закона увеличения степени идеальности ТС 
   – закона неравномерности развития ТС 
   – закона повышения динамичности и управляемости ТС 
   – закона развертывания и свертывания ТС
4. На основе анализа и синтеза выявить несколько технических противоречий в ТС. Выбрать одно из них и разрешить его по алгоритму решения изобретательских задач.
5. Построить вепольную структуру всех рассматриваемых задач. Произвести синтез или разрушение веполей.
6. Произвести морфологический анализ одной из задач. Получить и проанализировать наиболее интересные 2-3 решения.
7. Проанализировать одну из задач при помощи оператора “размеры-время-стоимость”.
8. На основания решения полученного в пункте 5 составить описание учебного изобретения и необходимыми чертежами.

 

2 Принцип работы устройства

В описании к авторскому свидетельству № 559177 (авторы О.И.Жолондковский, А.Г.Заболотский) представлен тахометр, функциональная схема которого представлена на рисунке 2.1.

Изобретение относится к  измерительной  технике, в частности к измерению  числа оборотов валов различных  машин. Тахометр, содержащий корпус, подвижный  стержень и направляющую, в которой установлен шарик, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, стержень закреплен на герметично выполненном и заполненном жидкостью корпусе, в котором через сальник введен неподвижный вал, жестко связанный с направляющей, на которой свободно размещен шарик.

 

Рисунок 2.1 – Функциональная схема  тахометра

Тахометр работает следующим образом. К вращающемуся валу, число оборотов которого нужно определить, через  стержень 3 подключается корпус  1 с  жидкостью, например с глицерином. В  корпус неподвижно, относительно вращающегося вала, помещена

направляющая 6. Вращаясь, корпус передаёт вращение жидкости. Поскольку груз – шарик 7, будучи заторможен направляющей 6, не препятствующей вращению жидкости, сам не имеет окружной скорости, он не имеет центробежной силы, а жидкость, вращаясь вместе с корпусом, оказывает на груз воздействие, направленное к центру вращения. В зависимости от числа оборотов груз (шарик)перемещается от периферии к центру. Каждому числу оборотов соответствует определенное место шарика на направляющей. Замер осуществляется считыванием положения шарика относительно шкалы.

 

3 Анализ устройства  по законам развития технических  систем

3.1 Закон полноты частей  системы

Необходимым условием принципиальной жизнеспособности ТС является наличие и минимальная работоспособность основных частей системы. Таких основных частей четыре: двигатель (Дв), трансмиссия (Тр) или передача, рабочий орган (Ро) и орган управления (Оу). Если хотя бы одна из них отсутствует или функцию каких-либо частей выполняет человек, то это неполная система. Если хотя бы одна часть неработоспособна, то ТС не "выживет".

Устройство предназначено  для измерения скорости вращения вала, т.е. для обработки некой  информации. Частью системы, непосредственно  представляющей нам эту информация, т.е. рабочим органом, является шарик (7). Трансмиссией являются жидкость с глицерином и корпус , а двигателем – стержень (3), подключаемый к валу (ИЭ). Орган управления – направляющая 6, реализующая действие центробежной силы на шарик. Т.о. с точки зрения закона система является полной.

Чтобы получить новые технические  решения с использованием закона полноты частей системы, можно использовать линию на вытеснение человека из ТС. При использовании устройства в текущем виде, наблюдение за положением шарика  осуществляется человеком. Для вытеснения этой функции человека можно добавить техническую подсистему, которая самостоятельно отслеживала положение шарика на шкале и контролировала скорость вращения вала.

3.2 Закон энергетической  и информационной проводимости

Закон формулируется следующим  образом: необходимым условием принципиальной жизнеспособности ТС является сквозной проход энергии и информации по всем частям технической системы. Для анализа ТС по этому закону построим линию сквозного прохода энергии через систему.

 

Проанализируем систему (рисунок 2.1) по закону энергетической проводимости. Энергия от вала поступает на стержень устройства, затем передается жидкости и шарику, движению которого мешает давление направляющей. Линия прохода энергии может быть выстроена следующим образом (рисунок 3.2.1).

 

 

 

 

 

 

Рисунок 3.2.1 - Линии прохода энергии через части системы

Для синтеза новых устройств можно добавить техническую подсистему, которая самостоятельно отслеживала положение шарика на шкале и контролировала скорость вращения вала, замыкая таким образом энергетическую схему системы.

 

3.3 Закон согласования-рассогласования

Составляющие части технической  системы должны быть согласованы  или, наоборот, рассогласованы между  собой по тем или иным параметрам.

Согласно данному закону, представленная система согласована.

 

3.4 Закон увеличения  степени идеальности

Закон повышения степени идеальности  является одним из основных законов  развития ТС. Под увеличением степени  идеальности И в ТРИЗ понимается рост отношения суммы выполняемых системой полезных функций Ф_п к сумме факторов расплаты

  

Закон гласит, что в  процессе развития степень идеальности  увеличивается либо за счет увеличения выполняемых системой, функций (полезных), либо за счет уменьшения

факторов расплаты (либо соответствующего изменения того и  другого одновременно).

Факторы расплаты включают затраты на создание, эксплуатацию, утилизацию системы, а также все создаваемые системой вредные функции.

Повышение идеальности ТС может  происходить как в рамках существующей конструктивной концепции, так и в результате ее радикального изменения, перехода к новому принципу действия.

В данной нам системе  нет частей, которые можно было бы удалить. Нанеся специальные метки  на стержень устройства, можно было бы определять с его помощью направление  вращения вала.

 

3.5 Анализ и синтез ТС по закону неравномерного развития ТС

В развитии технической системы  в соответствии с законами диалектики происходит чередование этапов количественного роста и качественных скачков. В процессе количественного роста в результате неравномерного развития характеристик технической системы появляются противоречия: административные, технические, физические. В процессе количественного роста происходит накопление и обострение противоречий. Скачок в развитии - это преодоление, разрешение в определенной степени того или иного противоречия, т.е. появление нового технического решения.

Для повышения функциональности устройства можно добавить элемент, который надёжно закреплял бы устройство на валу с целью недопущения его разбалтывания и отклонения.

 

3.6 Анализ и синтез ТС по закону повышения динамичности и управляемости

Закон заключается в том, что  в процессе развития ТС повышается способность ее к целенаправленным изменениям, обеспечивающим наилучшее приспособление к изменяющейся внешней среде. Система как бы "встраивается" в окружающую среду с наименьшими затратами, "притирается" к ней.

С точки зрения закона повышения  управляемости улучшить систему  можно следующим образом: можно добавить техническую подсистему, которая самостоятельно отслеживала положение шарика на шкале и контролировала скорость вращения вала.

.

3.7 Анализ и синтез ТС по закону развертывания-свертывания

Повышение идеальности ТС осуществляется путем развертывания – увеличения

количества и качества выполняемых функций, приносящих пользу, но за счет увеличения сложности системы, и свертывания - упрощения системы при сохранении или увеличении количества и качества полезных функций.

Добавим техническую подсистему, которая самостоятельно отслеживала положение шарика на шкале и контролировала скорость вращения вала. В этом проявляется закон развертывания.

4 Решение ТП по АРИЗу

Будем рассматривать следующее  противоречие, выведенное в ходе анализа  технической системы в предыдущем пункте:

При высокой скорости вращения вала тахометр разбалтывается и отклоняется от оси вращения.

I часть.

1. Анализ прототипа

Дана технологическая  система для измерения скорости вращения вала. Нежелательным эффектом является неточность и неустойчивость системы .

2. Конфликтная пара

Инструмент – механическое вращение

Изделие – стержень тахометра

3. Графическая схема ТП

ТП-1      ТП-2

 

 

Вращение >                            Вращение <

4. Выбор одного из ТП

Выбираем ТП-1.

5. Усиление конфликта

ТП-1, сильно увеличиваем вращение вала.

6. Модель мини-задачи

Дана техническая система  для измерения скорости вращения вала, включающая очень большую скорость вращения и вращаемый стержень.

Необходимо ввести Х-элемент  такой, который бы не мешал хорошему действию выполняться и устранил вредное действие.

 

 

 

 

II часть.

1. Анализ оперативной зоны

Оперативная зона – место стыковки вала и стержня.

2. Оперативное время

ОВ=Т1

Т1 – вращение вала (конфликт)

3. Анализ вещественно-полевых ресурсов

1. системные ресурсы

инструмент – механическое поле

изделие – вещество

2. внесистемные ресурсы

инженер

3. дешевые ресурсы