1. Дробление
а) Разделить объект на независимые части.
Секционная шина
Предложена шина (патент США 2 859 791), состоящая из двенадцати секций. Теоретически в такой шине могли проколоться все 12 секций.
Секционная шина. Патент США 2 859 791
б) Сделать отдельные части объекта независимыми, заменяемыми, разборными, модулярными.
Грузовое судно
В патенте США 3 440 990 предложено грузовое судно сделать секционным (модульным) и в зависимости от потребностей менять грузовую часть судна.
Модульное грузовое судно. Патент США 3 440 990
Модульное грузовое судно
Модульная мебель
Модули компьютера
в) Увеличить степень дробления, независимости, изменяемости .
Сегодня все больше развивается тенденция увеличения независимости отдельных частей и их частей.
Автономные электростанции
При выходе из строя центральной электростанции или повреждения сети во многих случаях используют автономные электростанции. Прежде всего это касается организаций, где прекращение подачи электроэнергии может привести к несчастным случаям, авариям и т. п., например больницы. В этом случае используются автономные генераторы или мощные аккумуляторные системы.
Автономные электростанции
Дробление камней в почках лазером
Дробление лазером в основном назначается в запущенных случаях, когда ультразвуковая процедура бессильна. Часто такое дробление используют для удаления гигантских камней.
Дробление камней в почках лазером
Во время этой процедуры в поясничной области или мочевом пузыре пациенту делается точечный разрез, через который будет подводиться наконечник лазера. Затем включается лазер и, воздействуя на камень, полностью уничтожает его или превращает в пыль, которая в дальнейшем выходит во время мочеиспускания. Этот метод имеет ряд преимуществ:
— Он высокоэффективен даже при небольших камешках;
— После операции на теле не остается никаких следов;
— Применяется против гигантских камней и камней очень сложных пород;
— Одной процедуры вполне достаточно для полного излечения;
— Не требует анестезии.
2. Вынесение
Отделить от объекта «мешающую» часть («мешающее» свойство) или, наоборот, выделить единственно нужную часть (нужное свойство).
Задача. Футбольный стадион
Условия задачи
Футбольное поле покрыто травяным покровом, который требует тщательного ухода, доступа солнца и свежего воздуха. В плохих погодных условиях игрокам и болельщикам комфортнее быть в закрытом стадионе.
Как быть?
Разбор задачи
Имеется техническое противоречие между состоянием травяного покрова и комфортностью игроков и болельщиков. Это противоречие разрешается использованием приема 2. Принцип вынесения.
Решение
На крытом футбольном стадионе в немецком городе Гельзенкирхене сделано выдвижное футбольное поле.
Поле расположено на бетонной «тележке» массой 11 тысяч тонн с песчаной подстилкой и травяным покровом. После игры поле выдвигается гидравлическим механизмом из-под крыши, чтобы трава могла отдохнуть под солнцем, ветром и дождем. Пока трава «выгуливается», стадион превращается в гигантский многоцелевой зал.
Стадион имеет высотой 50 метров и вмещает 52 тысячи зрителей.
Футбольное поле внутри стадиона
Футбольное поле снаружи стадиона
Моющая машина
Чистая вода, энергетические ресурсы вынесены в отдельный блок. Туда поступает и грязная вода (патент США 6 598 262). Кроме того, эта система может подключаться к общей трубе вместо отдельного блока или блок может подключаться к этой трубе.
Моющая машина
Грабитель
Прежде чем проникнуть в квартиру, вор обычно звонит в звонок и смотрит в «глазок», чтобы убедиться в отсутствии кого-либо дома.
По сигналу звонка в прихожей зажигается свет и в глазке появляется изображение глаза.
Лай собаки
В Германии создали прибор, который издает звук лающей собаки, когда кто-то звонит в дверь.
Столкновение с птицами
Столкновения самолетов с птицами вызывают иногда тяжелые катастрофы.
Столкновение с птицами
В США запатентованы самые различные способы отпугивания птиц от аэродромов (механические чучела, распыление нафталина и т. д.).
Наилучшим оказалось громкое воспроизведение крика перепуганных птиц, записанное на магнитофонную ленту.
Отделить птичий крик от птиц — решение, характерное для принципа вынесения.
3. Местное качество
а) Перейти от однородной структуры 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.
Задача. Курение в кафе
Условия задачи
Курение запретили во всех общественных местах. Владельцы кафе не хотят терять клиентов, которые курят. Как быть?
Разбор задачи
Курение раздражает посетителей, которые не курят.
ТП между желанием курильщиков курить в кафе и раздражением некурящих посетителей.
Значит необходимо, чтобы сигаретный дым не распространялся от курящего.
Решение использованием приема 3. Принцип местного качества.
Во Франции нашли решение проблемы. В кафе сделали прозрачные опускающиеся колпаки с вытяжкой.
Курение в кафе
б) Разные части объекта должны иметь (выполнять) различные функции.
Ланчбокс
Подушка на все тело
Матрас для беременных
Задача. Фуршет
Условия задачи
Во время фуршета приглашенные едят стоя. Часто у них заняты обе руки. В одной тарелка, в другой бокал. Неудобно пользоваться вилкой и приветствовать друг друга рукопожатием. Как быть?
Разбор задачи
ТП между необходимостью держать тарелку, вилку и бокал и возможностью поздороваться.
Руку с рюмкой можно освободить. Решение использованием приема 3. Принцип местного качества.
Решение
Бокал вешается на шею
Фуршет
или укрепляется на тарелке.
в) Каждая часть объекта должна находиться в условиях, наиболее благоприятных для ее работы.
Пример. Зонтики
Японцы предложили сделать зонтики для обуви.
Зонтики для обуви
Имеется зонтик для фотоаппарата.
Зонтик для фотоаппарата
Нанесение губной помады
Закапывание капель в глаза
Лампочки на тапках
Намордники для собак
4. Асимметрия
Перейти от симметричной формы объекта к асимметричной, от симметричных процессов к асимметричным .
Пример. Асимметричные фары автомобиля
Асимметричные фары автомобиля
Задача. Алгоритм архивирования
Условия задачи
Архивирование и разархивирование занимает много времени. Как убыстрить этот процесс?
Разбор задачи
ТП между временем, занимаемым на архивирование-разархивирование файла, и желанием пользователя получить материал как можно быстрее.
Пользователя больше всего раздражает время распаковки и почти не волнует время упаковки. Решение использованием приема 4. Принцип асимметрии.
Решение
Надо иметь быструю распаковку и неважно, какую упаковку. Упаковка может располагать большим временем работы и большими ресурсами, типа памяти. Зато коэффициент сжатия должен быть максимальным.
Наибольшей асимметричностью обладают алгоритмы семейства LZ77.
Пример. Асимметричные разъемы
Для безопасности сборки электронных приборов, например компьютеров, разъемы делают асимметричными.
Пример. Асимметричные шины
Асимметричный рисунок протектора оптимизирует площадь пятна контакта с дорогой на виражах и на мокрой дороге.
5. Объединение
а) Соединить однородные или предназначенные для смежных операций объекты.
б) Объединить во времени однородные или смежные операции.
Ложка-вилка
Нож с пилкой
Дробление + объединение
Свиток разрезали на листы и объединили в книгу
Унитаз с несколькими сидениями
6. Универсальность
Объект выполняет несколько разных функций, благодаря чему отпадает необходимость в других объектах. Операция выполняет несколько функций, благодаря чему отпадает необходимость в других процессах .
Универсальный фартук
Дверь — теннисный стол
Смена кузова автомобиля
Ложки — барабанные палочки
Бинокль — фотоаппарат
7. Матрешка
а) Один объект размещен внутри другого объекта, который, в свою очередь, находится внутри третьего, и т. д.;
в) Один процесс проходит во время действия или остановки другого процесса (параллельно или один процесс действует во время «бездействия» другого процесса).
г) Одни данные встроены (размещены) внутри «пустот» других данных.
д) Одни области хранения данных размещены внутри других.
е) Иерархические структуры.
ж) Масштабируемость.
Телескопическая антенна
Телескопическая крыша бассейна
Телескопический кожух для пилы
Пример. Складной самолет
В патенте США 5 645 250 описывается самолет с телескопическими крыльями. В данном решении использован прием 7. Принцип «матрешки».
Многоцелевой самолет. Патент США 5 645 250
В этом патенте предложено использовать это свойство в полете для изменение геометрии крыла. Самолет имеет возможность заменять шасси на понтоны или лыжи во время полета и садиться твердый грунт, воду или снег. Кроме того, может меняться расположение винтов. Все это позволяет сделать самолет более безопасным. Это соответствует приему 6. Принцип универсальности.
Пример. Складная гладильная доска
В патенте США 4 991 325 описывается гладильная доска, складывающаяся телескопически. В данном решении использован прием 7. Принцип «матрешки».
Складная гладильная доска. Патент США 4 991 325
8. Устранение нежелательных эффектов
а) Ликвидировать источник вредного действия, нежелательный эффект, последствия вредного действия.
б) Изолировать источник вредного действия и/или объект воздействия.
в) Компенсировать вредное действие воздействием на:
объект, вредное действие, последствия вредного действия.
В частности компенсировать вес:
— Компенсировать вес объекта соединением с другими
объектами, обладающими подъемной силой;
— Компенсировать вес объекта взаимодействием со средой (за счет аэро-, гидродинамических и других сил).
г) «Оттянуть» вредное действие или последствия вредного действия в безопасное место.
Дезинфекция
б) Изолировать источник вредного действия и/или объект воздействия.
Изоляция от излучения
Защитные костюмы
в) Компенсировать вредное действие воздействием на:
объект, вредное действие, последствия вредного действие.
В частности компенсировать вес:
— Компенсировать вес объекта соединением с другими
объектами, обладающими подъемной силой;
— Компенсировать вес объекта взаимодействием со средой (за счет аэро-, гидродинамических и других сил).
Пример. Компенсация веса (сила Архимеда)
Использование сила Архимеда.
Например, использование аэростатов, дирижаблей и воздушных шаров для подъема и транспортировки больших грузов, движение судов в воде, плавание различных буев на поверхности воды и т. п.
Воздушный шар
Аэростат
Дирижабль
Суперлайнер
Плавательная доска
Кресло для сидения в воде
Пробка для ванны
Пример. Компенсация веса (использование крыла и набегающего потока)
Использование подъемной силы за счет формы крыла и набегающего потока.
Например, движение самолета, вертолета, дельтаплана, судна на подводных крыльях и т. п.
Дельтаплан
Вертолет
Судно на подводных крыльях
Пример. Другие способы компенсации веса
Реактивная струя
SoloTrekXFV
Левитация
Поезд на магнитной подушке
Левитация автомобиля
Рычаг
Скамейка — качели
Танец под водой
Пример. Увеличение веса
Интересно рассмотреть и примеры на использование принципа противоположного подъемному крылу. Не компенсировать вес объекта, а создать дополнительный вес или прижимающую силу. Этот принцип используется в автомобилях (обратное крыло), для прижима их к дороге. Особенно это важно при больших скоростях движения в гоночных автомобилях, например, гоночные автомобили в Формуле-1 (англ. FIA Formula One World Championship) имеют переднее и заднее антикрылья. В скоростных поездах локомотив выполнен в виде обратного крыла и т. д.
Обратное крыло
г) «Оттянуть» вредное действие или последствия вредного действия в безопасное место.
Молниеотвод
Плавкий предохранитель
9. Предварительное антидействие
а) Заранее придать объекту свойства, противоположные недопустимым или нежелательным рабочим свойствам.
б) Если по условиям задачи необходимо совершить нежелательное действие, надо заранее совершить антидействие.
Задача. Бетон
Условие задачи
Бетон хорошо выдерживает большие нагрузки на сжатие, но не выдерживает нагрузки на растяжение.
Нагрузки на бетон
Металл хорошо выдерживает нагрузки на растяжение, но плохо на сжатие.
Нагрузки на металл
Как быть?
Разбор задачи
ИКР: Нужно, чтобы были только нужные свойства, а не нужные исчезли бы. Должны выдерживаться нагрузки на сжатие и на растяжение.
Использовали прием 5. Принцип объединения .
Решение
Придумали железобетон, который объединил эти качества — внутри бетона имеется стальная арматура. Сначала делают сооружение из стальной арматуры, а потом его заливают бетоном. Железобетон стал хорошо выдерживать оба вида нагрузок. Однако при значительных растягивающих напряжениях железобетон не выдерживает.
Как быть?
Использовали прием 9. Принцип предварительного антидействия .
Предварительное антидействие создали путем сжатия железобетона. Это осуществлялось путем растягивания арматуры, которую потом заливали бетоном. Когда бетон застывал (отвердевал), арматуру высвобождали. За счет упругих свойств арматуры она сжималась и напрягала (сжимала) бетон. Такой бетон получил название «предварительно напряженный железобетон».
Железобетон
Этот вид материала используют при необходимости выдерживания больших нагрузок, например в мостовых конструкциях, различных перекрытиях в высотных домах, стенках атомного реактора и т. д.
Задача. Останкинская башня
Условие задачи
Телевизионная башня телецентра в Останкино в Москве имеет высоту 540,1 м. Раскачивание ее вершины от вертикали при особо сильных порывах ветра может достигать 10 метров. В такие моменты посетители самой высокой смотровой площадки могут даже ощущать колебания. Кроме того, из-за одностороннего нагрева башни солнечными лучами происходит перемещение ее вершины. Таким образом, башня испытывает колоссальные нагрузки.
Как компенсировать их?
Останкинская башня
Разбор задачи
Использовали прием 9. Принцип предварительного антидействия.
Решение
Внутри башни имеется система натянутых тросов, с общей силой натяжения 10400 т. Эти тросы как бы сжимают башню изнутри.
Тросы внутри Останкинской башни
Пример. Струнный транспорт Юницкого (СТЮ)
Инженер А. Э. Юницкий разработал проект нового типа транспортного средства, передвигающегося по системе натянутых тросов между столбами. Эту систему тросов он назвал струнным рельсом.
Рельс-струна
1 — головка рельса; 2 — корпус; 3 — струна; 4 — бетон.
СТЮ
Пример. Тяжело в учении, легко в бою
Принцип предварительного антидействия широко используется в различных областях деятельности человека.
В армии постоянно проводятся различные учения в тяжелейших условиях. То же самое касается полиции и пожарных.
Спортсмены постоянно тренируются, чтобы на соревнованиях показать хорошие результаты.
Средства массовой информации нагнетают обстановку, чтобы подготовить народ к нежелательным событиям, и т. д.
10. Предварительное действие
а) Заранее выполнить требуемое изменение объекта (полностью или хотя бы частично).
б) Заранее расставить, распределить, доставить, преобразовать объекты, процессы, данные или области хранения данных так, чтобы они могли вступить в действие с наиболее удобного места в наиболее удобное время и без затрат времени на доставку.
Задача. Окраска древесины
Условия задачи
В детских садах и в школах желательно иметь разноцветную мебель. При изготовлении на дерево наносится несколько слоев краски. Но самую прочную краску можно содрать или поцарапать. А как повысить прочность окраски древесины?
Краска должна проникнуть внутрь дерева. После того, как дерево спилено, этого сделать нельзя — иначе бы и задачи не было.
Разбор задачи
ТП: Краска должна быть во всем объеме древесины, но это невозможно сделать технически.
Воспользуемся приемами 10. Принцип предварительного действия и 5. Принцип объединения.
Значит, красить надо заранее, когда что-то может проникнуть внутрь дерева и распределиться по всему дереву.
Решение
Поливать дерево водой с красящими добавками во время его роста, тогда оно все будет равномерно окрашено.
Пример. Занавеска
Японцы выпускают специальную «занавеску», которая одевается на голову, чтобы им не мешали другие спать в общественном транспорте. В данном решении использован прием 10. Принцип предварительного действия.
Пример. Федоровская «ромашка»
Академик Святослав Николаевич Федоров разделил процесс офтальмологических операций на части и создал конвейерный способ в хирургии глаза. Была создана так называемая ромашка Федорова. В данном решении использован прием 10. Принцип предварительного действия.
Федоровская «ромашка» — операционный конвейер
Офтальмологическая операция
Накидка для защиты от рентгеновского излучения
Антивирус
Защита компьютера
Пример. Приготовление хлеба
Процесс приготовления хлеба
11. «Заранее подложенная подушка»
Компенсировать относительно невысокую надежность
объекта заранее подготовленными «аварийными» средствами.
Пример. Ремень безопасности
В автомобиле были введены ремни безопасности.
Ремень безопасности
Пример. Подушки безопасности
Чтобы обеспечить защиту головы от ударов при столкновениях, создали подушки безопасности, а при боковом столкновении, компания Volvo разработала дополнительные надуваемые занавески. Это новый тип надувного мешка, который крепится вне поля зрения вдоль боковой стороны крыши. Он обеспечивает равную защиту независимо от того, сидите ли вы спереди или сзади. Если автомобиль ударяется боковой стороной, то занавеска надувается за несколько тысячных долей секунды.
Подушки и зановески безопасности
Пример. Система WHIPS
Удары сзади даже на низких скоростях часто приводят к травмам спины и шеи. Такие «плетевые» травмы могут быть причиной очень длительных страданий. Система WHIPS (Whiplash Protection System) разработана компанией Volvo и встроена в оба передних сидения (рис. 7.24). WHIPS срабатывает мгновенно, если ваш автомобиль получает удар сзади, уменьшает нагрузки на спину и шею.
Система срабатывает в двух фазах. В первой фазе механизм предотвращает слишком глубокое вдавливание сидящего в спинку сидения. Она также обеспечивает поддержку позвоночника и предотвращает его от излишнего изгибания. В то же самое время, WHIPS позволяет всей спинке в целом двигаться назад, предохраняя пассажира от продвижения вперед. Верхняя часть спинки движется вверх и вперед, заставляя подголовник лучше поддерживать шею и голову. Во второй фазе механизм WHIPS позволяет спинке еще отклониться назад, поглощая энергию удара и снижая опасный эффект катапульты. WHIPS создана для того, чтобы обеспечить защиту на скоростях до 30 км/ч, именно на этих низких скоростях причиняются т. н. плетевые травмы.
Система WHIPS
Пример. Детское кресло безопасности
Разработано безопасное детское кресло.
Детское кресло безопасности
Детское кресло безопасности
Пример. Корпус автомобиля
Корпус современного автомобиля имеет жесткую капсулу внутри, зоны деформации для снижения силы удара, элементы, отклоняющие и рассеивающие силы удара, усилители для предотвращения проникновения передних колес в пассажирское пространство, деформируемая при фронтальном столкновении рулевая колонка.
Корпус автомобиля
Корпус автомобиля
Мягкий корпус автомобиля
Пример. Система защиты пешеходов
При столкновении автомобиля с пешеходом происходит не только первичный удар пешехода автомобилем, но и вторичный удар пешехода об асфальт или другой объект. Это может привести к серьезным травмам.
Предложена система, предотвращающая пешехода от вторичного удара. Патент США 9 340 178.
Система включает специальный клейкий слой, нанесенный на капот, передний бампер, передние боковые панели транспортного средства. Сверху клеящего слоя нанесен слой защитного покрытия. При столкновении с пешеходом покрытие разбивается, обнажая клеящий слой, прикрепляя пешехода к транспортному средству таким образом, что пешеход остается с транспортным средством, пока он не остановится и не будет отброшен автомобилем, предотвращая тем самым вторичное столкновение пешехода с поверхностью дороги или другим объектом.
Система защиты пешеходов. Патент США 9 340 178
Средства индивидуальной безопасности
Забор безопасности
Перстень со слезоточивой жидкостью
Электрошокер Iphone 4S
Средства индивидуальной безопасности
12. Эквипотенциальность
Изменить условия работы так, чтобы не затрачивать лишнюю энергию или информацию .
В частности:
— создать условия, когда не нужно поднимать или опускать объект.
Коляска — самокат
Велоход
Задача. Перевозка большого колокола
Условие задачи
Весной 1688 года потребовалось перевести колокол, весивший две тысячи пудов (32 т) на расстояние 300 км по грязным дорогам.
Задача казалась невозможной.
По расчетам инженеров, требовалось 80 лошадей. Тяговое усилие лошадей не увеличивается, если их одновременно впрягать более 75. Инженеры не могли придумать рационального решения.
Валдайский мещанин объявил, что он привезет колокол на четырех лошадях.
Как он поступил?
Разбор задачи
Использовали прием 12. Принцип эквипотенциальности.
Решение
Валдайский мещанин предложил сделать четыре обода диаметром немного больше диаметра нижней части колокола. Обшить их досками. В боковых стенках сделать оси и катить колокол, как бочку. При такой транспортировке заодно была укатана дорога.
Пример. Камень на дороге
Альпинисты или горные туристы пытаются максимально экономно расходовать свои силы. Они не поднимаются на встречающиеся по дороге камни и бугорки, а обходят или перешагивают их.
Пример. Грабли на колесиках
Такие грабли выпустили в Англии. Их преимущество, что при работе можно не отрывать грабли от земли, а значит, тратить меньше сил. Зубья укреплены на шарнирах так, что когда грабли двигаешь вперед, они откидываются и беспрепятственно проезжают над кучами собранного мусора.
Грабли на колесиках
13. Наоборот
а) Вместо действия, диктуемого условиями задачи, осуществить 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».
г) Провести процесс в обратном порядке полностью или хотя бы частично.
д) Изменить данные на противоположные.
е) Ликвидировать (убрать) области хранения данных.
Пикассо наоборот
Мама папа
Люди глазами животных
Зебра
Корриду смотрят быки
Кентавр
Жизнь наоборот
Пример. Радар
Появились радары, измеряющие скорость движения автомобиля, и автоматизированные камеры, фиксирующие нарушение. С появлением радара возникла потребность у водителей знать, когда полиция фиксирует скорость движения его автомобиля. Появились детекторы, оповещающие об этом. Кроме того, появились средства предупреждения превышения скорости.
Первоначально полиция боролась с людьми, приобретавшими детекторы радара. Затем полиция не только разрешила, а даже настаивала на приобретении детектора. На дорогах поставили генераторы, имитирующие сигнал радара. Водители, услышавшие такой сигнал, тут же снижают скорость.
Пример. Тренировка бегунов
Спортсмены тренируются, бегая по беговой дорожке на стадионе. Сейчас имеются движущиеся беговые дорожки и тренажеры, в которых можно задавать скорость движения ленты, ее наклон и другие параметры. Движется лента, а спортсмен находится на одном месте.
Бег на месте
Тренировка собак
Пример. Тренировка пловцов
Создано устройство для тренировки пловца. Это небольшой бассейн. Пловец на месте, а движется вода.
Тренировка пловцов
Невеста поняла, что теперь все будет вверх ногами, и решила начинать привыкать
Цветы, растущие вверх ногами, потребляют воду на 90% меньше
Зонт наоборот
Зонт для собаки
Перевернутый дом в Тироле
Пример. Сканер
В обычных сканерах лист с изображением кладется лицевой стороной вниз и накрывается крышкой. Это не дает возможности точно расположить изображение относительно стекла. В сканер Hewlett-Packard ScanJet 4600 лист с изображением кладется лицевой стороной вверх.
Сканер
Пример. Зоопарк
Зоопарк наоборот
Зоопарк наоборот
Пример. Подводная обсерватория
Подводная обсерватория
14. Закругление, зацикливание
а) Использовать вместо линейных структур объектов кольцевые (цикличные).
В частности:
— Перейти от прямолинейных частей объекта к криволинейным, от плоских поверхностей к сферическим, от частей, выполненных в виде куба или параллелепипеда, к шаровым конструкциям.
— Использовать ролики, шарики, спирали.
— Перейти к вращательному движению, использовать центробежную силу.
Пример. Купол
Купольные — это несущие конструкции, которые перекрывают преимущественно круглые в плане помещения и позволяют перекрывать значительные пространства без дополнительных промежуточных опор.
Купол заменил плоские перекрытия с дополнительными опорами.
Купол
Пример. Колесо
Изобретение колеса изменило способы перемещения и многие другие технологические процессы.
То же самое относится к шарикам и спиралям, например изобретение шарикоподшипника.
Шарикоподшипник
Шины автомобиля
Компания Goodyear разработала концепцию инновационных шин под названием Eagle-360, имеющих сферическую форму.
Шина Eagle-360
Шариковая мышка
Ролики
Пример. Вращательное движение
Вращательное движение широко распространено в жизни и технике.
Вращение земли вокруг своей оси и вокруг солнца, вращение других планет по своим арбитрам.
У животных и человека практически все суставы описывают вращательное движение.
Трудно найти область техники, где не используется вращательное движение.
Пример. Центрифуга
Центрифуги используются для создания центробежных сил.
В бытовых приборах центрифуги используют в стиральных машинах для удаления воды из белья, в соковыжималках, мельницах и т. д.
Имеются центрифуги для лабораторных целей, например при анализе крови, обогащение урана и т. д.
Центрифуга для лабораторных исследований
Центрифугу используют для испытания на перегрузки космонавтов и летчиков.
Центрифуга в Центре подготовки космонавтов им. Ю. А. Гагарина
15. Динамичность
а) Изменить параметры, структуру (в частности, форму) объекта, алгоритм, принцип действия, функции системы в пространстве и во времени. Изменить данные в пространстве и во времени.
б) Разделить объект на части, способные более гибко осуществлять необходимые действия .
в) Перейти от неуправляемого объекта к управляемому, от неавтоматического управления к автоматическому, от проводного управления к беспроводному, от непосредственного управления к дистанционному.
г) Сделать объект адаптивным, самонастраивающимся, самообучающимся, самоорганизующимся, саморазвивающимся, самовоспроизводящимся.
Пример. Динамичный пешеходный переход
Японцы создали пешеходный переход, который может появляться там, где захотел пешеход. Он сделан в виде разворачивающейся ленты.
Пешеходный переход
Задача. Динамичный автомобиль
Условия задачи
На крутых поворотах на большой скорости автомобиль заносит в сторону.
Как предотвратить заносы?
Разбор задачи
ТП. Противоречие между центробежными силами, возникающими на поворотах и создающими занос машины, и необходимостью удержать машину на полосе трассы.
Воспользуемся приемом 15. Принцип динамичности.
Решение
Разработали автомобиль с динамичной подвеской. При поворотах корпус и колеса наклоняется в сторону к центру окружности поворота, подобно велосипедисту или мотоциклисту.
Динамичный автомобиль
Динамичный бак
Динамичная ванна
Динамичный мост
Gateshead millennium bridge, Newcastle
Динамичный балкон
16. Частичного или избыточного действия
Если трудно получить 100% требуемого эффекта, надо получить «чуть меньше» или «чуть больше». Задача при этом может существенно упроститься.
Устройство для сна
Тарелка с зеркалом, визуально увеличивающая количество еды
Избыточное решение
Билет для матрешки
Задача. Корчевание пней
Условия задачи
После корчевания пней остается большая и глубокая яма, так как корни могут уходить на несколько метров вглубь и в стороны.
Корчевание пней
Как быть?
Разбор задачи
Для решения задачи воспользуемся приемом 16. Принцип частичного или избыточного решения.
Будем убирать только главную часть пня — его середину (частичное решение).
Решение
Создали бур, который вырезает только середину пня — сам ствол.
Вырезание пней
17. Переход в другое измерение
а) Увеличить или уменьшить число измерений объекта, процесса, данных или областей хранения данных. Изменить пространство представлений (например, Фурье).
б) Осуществить переход: точка→ линия →плоскость → объем → псевдо-объем или обратный переход от объема к точке.
в) Действие может осуществляться по прямой линии, по кривой линии на плоскости и по линии в объеме (пространстве).
г) Использовать обратную сторону плоскости, перейти к ленте Мёбиуса.
д) Использовать внутренний объем — переход к «Матрешке» (прием 7), перейти к трехмерной ленте Мёбиуса, бутылке Клейна, к ленте Киселева.
В частности:
— Многоэтажная компоновка объектов вместо одноэтажной.
— Наклонить объект или положить его «набок».
— Использовать оптические потоки, падающие на соседнюю площадь или на обратную сторону имеющейся площади.
3D-принтер
Задача. Стрельба из-за угла
Условия задачи
Стрельба из-за угла требует посмотреть, куда нужно стрелять. В это время противник может поразить стреляющего.
Как быть?
Разбор задачи
ТП. Стрельба из-за угла требует выглянуть, что может привести к поражению стреляющего.
Воспользуемся приемом 17. Принцип перехода в другое измерение.
Решение
Разработан автомат, передняя часть которого имеет шарнир и может загибаться вправо или влево. На подвижной части установлена камера, и стреляющий видит, что происходит за углом, не высовываясь.
Стрельба из-за угла
Пример. «Падающая» дверь автомобиля
Дверь открывается вниз — «падает» — убирается в дно автомобиля. Патент США 4940282 и 5 524 960.
Автомобиль Lincoln Mark VIII
Патент США 4 940 282
Патент США 5 524 960
Лестничные перила
Многоярусные парковки
Кухня
18. Активизация, рандомизация
а) Активизировать действие объекта или процесса.
В частности:
— Использование рандомизации в процессах.
— Использование рандомизации данных.
б) Если такое действие уже совершается, увеличить активность объекта или процесса.
В частности:
— Привести объект в колебательное движение.
— Если такое движение уже совершается, увеличить его частоту (вплоть до ультразвуковой).
— Использовать резонансную частоту.
— Применить вместо механических вибраторов пьезовибраторы.
в) Увеличить активность объекта или процесса до максимума.
г) При необходимости заменить объект или процесс на более активный.
Вибродозатор
Пример. Стирка
Рассмотрим развитие процесса стирки белья.
Сначала белье замачивают (не двигают).
Затем при стирке его начинают двигать (приводить в колебательное движение) — как при стирке вручную, так и в стиральной машине.
Далее появились ультразвуковые стиральные машины.
Пока еще нет стиральных машин, создающих колебания, соответствующие собственным колебаниям белья, чтобы создать резонансную частоту. Пьезовибраторы используются в ультразвуковой стиральной машине, а ультразвуковые колебания в сочетании с электромагнитными полями, пока еще нет.
Пример. Очистка деталей
Имеется ультразвуковая очистка различных деталей.
Ультразвуковая очистка деталей
Пример. Вибрационный насос
Создан вибрационный насос для перекачки жидкостей. В жидкости создают колебания ультразвуковой частоты, которые снижают трение жидкости о соприкасающуюся поверхность, и скорость перекачки возрастает.
Ультразвуковая чистка зубов
Ультразвуковые исследования
19. Периодическое действие
а) Перейти от непрерывного действия к периодическому (импульсному).
б) Если действие уже осуществляется периодически — изменить периодичность.
в) Использовать паузы между импульсами или в процессах для осуществления другого действия.
Дым уходит кольцами вверх
Перистальтический насос
Принцип работы радиолокатора.
Измерение времени между излучением и приемом радиоимпульса
20. Непрерывность полезного действия
а) Вести работу непрерывно (все части объекта должны все время работать с полной нагрузкой).
б) Устранить холостые и промежуточные ходы.
Туалетная бумага — самоучитель
Зонт собирает воду.
Японцы предложили зонт, который кроме своей основной функции, собирает дождевую воду
Ползунки
Домашние тапочки
Перевозка автомобиля на большое растояние вместе с водителем и пассажирами
Автоцементовоз
21. Проскок
Вести процесс или отдельные его этапы (например, вредные или опасные) на большой скорости.
Скорая помощь и смерть
Прыжок с трамплина
Резка труб
При резке труб нож сминает края. Предложено резку труб осуществлять на большой скорости.
Резка труб
Каскадеры
Каскадер проезжает через огонь на очень большой скорости.
Каскадеры
Проскок разрыва на большой скорости
22. Обратить вред в пользу
а) Использовать вредные факторы (в частности, вредное воздействие среды), вредные процессы для получения положительного эффекта.
б) Устранить вредный фактор (процесс) за счет сложения с другим вредным фактором (процессом).
в) Усилить вредный фактор (процесс) до такой степени, чтобы он перестал быть вредным.
Кормушка для птицы
Антидот
Пожар гасят встречным огнем
Туман в аэропорту. С туманом борются, распыляя искусственный туман, насыщаемый заряженными частицами аэрозоля. Капли естественного тумана соединяются с искусственными, образуя дождь
23. Обратная связь
а) Ввести обратную связь.
б) Если обратная связь есть — изменить ее — сделать более управляемой.
Обратная связь
Зубная щетка
Сливной бачок
Регулятор Уатта
Автопилот
Схема управления самолетом по курсу
24. Посредник
а) Использовать промежуточный объект, переносящий или передающий действие.
б) На время присоединить к объекту другой (легкоудаляемый) объект.
Подставка для сна
Держатель страниц
Стекло для подсветки страницы книги
Нанесение масла на сковородку
Кукурузочистка
Средство для одевания чулок
Средство для застегивания пуговиц
Рулетка — циркуль
Дюбель. Патент Англии 22 680 (1911 г.)
Задача. Глухой охотник
Условия задачи
На белок охотятся с помощью собаки, которая загоняет животное на дерево и лает.
Охотник оглох и не слышал лая собаки.
Как быть охотнику?
Разбор задачи
ТП. Охотник должен слышать лай собаки, чтобы идти на ее голос, но он оглох и не может слышать лай.
Используем прием 24. Принцип «посредника».
Решение
Охотник приобрел еще одну собаку и держал ее на коротком поводке. Когда эта собака слышала лай другой собаки, то она приводила охотника к другой собаке.
Задача. Чистка трубы
Условия задачи
Физику Роберту Вуду нужно было чистить от пыли и паутины спектроскоп (деревянная труба 20 метров длиной и 15 см в диаметре).
Разбор задачи
Используем прием 24. Принцип «посредника».
Решение
Он использовал своего кота, запустив его в трубу, и блокировал вход. Кот выполз из другого конца, вытянув за собой длинный хвост паутины.
25. Самообслуживание
а) Объекты должны сами себя обслуживать, выполняя вспомогательные и ремонтные операции.
б) Использовать отходы (энергии, вещества).
Самообслуживание лампочки
Самообслуживание рыб
Самоохлаждение
Пример. Очистка железнодорожных путей
Очистку железнодорожных путей можно проводить набегающим на локомотив потоком воздуха, направляя его в нужное место с помощью специальных экранов и отверстий. Каждый локомотив может быть снабжен при изготовлении таким приспособлением
(а. с. 1 054 483). Тогда железнодорожные пути не нужно будет специально очищать.
В этом изобретении использовали ресурсы — набегающий поток воздуха.
Очистка железнодорожных путей
1 — шасси; 2—4 —воздуховоды; 2 — заборный воздуховод; 3 — направляющий воздуховод; 4 — вспомогательный воздуховод; 5 — передние стенки воздуховода; 6 — боковые стенки воздуховода; 7 — выпускные окна
Пример. Ткань для автомобильных кресел
В автомобильных креслах разводятся клещи. Компания Toyota разработала ткань, которая препятствует аллергенам клеща становиться активными в салоне транспортного средства. Этой тканью будут покрываться автомобильные кресла. Ткань содержит вещество, способное нейтрализовать 98% аллергенов клещей. Это вещество не влияет на цвет или структуру ткани. Принцип работы антиаллергена показан на рисунке.
Ткань для автомобильных кресел
Пример. Посадка-высадка из автомобиля
Удобство посадки-высадки значительно усовершенствовано в некоторых автомобилях. В автомобиле Toyota-PM-Personal-Mobility корпус максимально поднят, а кресло выдвигается вперед. У автомобиля Toyota Fine-X concept две боковые широкие двери, которые поднимаются наверх, полностью освобождая пространство для входа и выхода. На парковке пол опускается на 20 сантиметров, а кресла разворачиваются на 90 градусов к выходу, немного выступая за пределы автомобиля, облегчая посадку-высадку. В автомобиле Nissan Pivo 2 разворачивается кабина на 90 градусов.
Toyota-PM-Personal-Mobility
Toyota Fine-X concept
Nissan Pivo 2
26. Копирование
а) Вместо недоступного, сложного, дорогостоящего, неудобного 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).
Силуэт полицейской машины из фанеры
Клин для двери
Система автоматизированного проектирования
7D-кино
7D-кино
Инфракрасная копия
Определение следов крови с помощью ультрафиолета
Идентификация денежных купюр с помощью ультрафиолета
Рука мамы
Рука друга
Колени подруги
27. Дешевая недолговечность взамен дорогой долговечности
Заменить дорогой объект набором дешевых объектов, поступившись при этом некоторыми качествами (например, долговечностью).
Одноразовая посуда
Перчатки для очистки картошки
Очистка апельсин
Пример. Обучение парикмахеров
Мыльную пену наносят на воздушный шарик.
Если обучающийся сделает ошибку, то шарик лопнет.
Обучение парикмахеров
28. Замена механической схемы
а) Заменить механическую систему оптической, 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.
Управление телевизором
Пример. Запах по электронной почте
Японская компания Chaku Perfume Co. Ltd. создала приставку Chat Perf для iPhone, которая позволяет сообщениям и уведомлениям по электронной почте сопровождаться запахом. Внутри него имеются емкости с определенными запахами. При получении или отправлении сообщений можно будет почувствовать определенный тонкий аромат из резервуара, присоединенного к телефону.
Выпустили и другую подобную приставку Scentee.
Запах по электронной почте
Видимо, в дальнейшем появится возможность передачи тактильной, температурной, вкусовой и других видов информации.
Резка по линии лазера
Вращающееся магнитное поле
Принцип действия электродвигателя постоянного тока
Линейное магнитное поле
Принцип действия магнитной подушки
Поезд на магнитной подушке
Аэропоезд. Магнитная подушка и экранный эффект
Стоячие волны
Стоячие волны в бассейне
Магнитная жидкость
29. Использование пневмо- и гидроконструкций
а) Вместо твердых частей объекта использовать газообразные и жидкие: надувные и гидронаполняемые, воздушную подушку, гидростатические и гидрореактивные.
Надувная ванна
Надувные конструкции
Гидравлическая тележка
Гидравлический привод для крыла
30. Использование гибких оболочек и тонких пленок
а) Вместо обычных конструкций использовать гибкие оболочки и тонкие пленки.
б) Изолировать объект от внешней среды с помощью гибких оболочек и тонких пленок.
Пример. Гибкий сканер
Такао Сомея (Takao Someya) из университета Токио создал гибкий сканер, представляющий собой прозрачную, тонкую полимерную пленку. В одном слое имплантированы тысячи органических транзисторов, а в другом — фотодетекторы.
Гибкий сканер
Пример. Зеркало телескопа
В NASA создали из тончайшей пленки (в три раза тоньше листа бумаги) мембрану, диаметром 5 м, которая растягивается с помощью надуваемого тора, диаметром 6,4 м. Эта мембрана может использоваться в космосе, как зеркало телескопа, концентратор солнечной энергии, антенна связи и т. д.
Зеркало телескопа
Изоляция людей
Фольгированная теплоизоляция
31. Применение пористых материалов
а) Выполнить объект пористым или использовать дополнительные пористые элементы (вставки, покрытия и т. п.).
б) Если объект уже выполнен пористым, предварительно заполнить поры каким-то веществом.
Пористые коврики
Пример. Шина с пенополиуританом
Имеются шины, заполненные пенополиуританом. Такие шины не боятся прокола.
Шина с пенополиуританом
Тепловая труба
32. Изменение окраски
а) Изменить окраску объекта или 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.
Хамелион
Чашка меняет цвет от температуры
Таймер для варки яиц
Зонт с прозрачной пленкой
Тостер
Чтение книги
Прозрачная лодка
Пакет для бутербродов
Прозрачный планшет
Прозрачный утюг B-IRON 725
Красители
Покраска автомобиля
Радиоактивные исследования
33. Однородность
Объекты, взаимодействующие с данным объектом, должны быть сделаны из того же материала (или близкого ему по свойствам).
Пример. Иглу
Северные народы делают жилье из снега, выпиливая из него блоки.
Иглу
Деревянный стол
34. Отброс и регенерация частей
а) Выполнившая свое назначение или ставшая ненужной часть объекта должна быть отброшена (растворена, испарена, и т. п.) или видоизменена непосредственно в ходе работы.
б) Расходуемые части объекта должны быть восстановлены непосредственно в ходе работы.
Ящерица
Многоступенчатая ракета
Заправка автомобиля бензином
Зарядка батареи
Картридж принтера
Лезвия бритвы
35. Изменение физико-химических параметров объекта
а) Изменить агрегатное состояние объекта.
в) Изменить степень гибкости.
г) Изменить температуру.
Агрегатные состояния
Изменение концентрации
Изменение консистенции
Изменение гибкости
Изменение температуры
36. Фазовые переходы
Использовать явления, возникающие при фазовых переходах, например изменение объема, выделение или поглощение тепла и т. д.
Фазовая диаграмма воды
Эффект памяти формы
Баллончик со сжатым углекислым газом
37. Применение термического расширения
а) Использовать термическое расширение (или сжатие) материалов.
б) Если термическое расширение уже используется, применить несколько материалов с разными коэффициентами термического расширения.
Термометр
Термическое расширение и компенсация
Термоусаживание
Термопара
Пример. Биметаллическая труба
Предложен способ получения биметаллических труб путем применения металлов, резко увеличивающихся в объеме при нагревании. В качестве расширителя используют кремний, германий, галлий и т. п.
Пример. Крыша парника
Крышу парников предложено делать из шарнирно закрепленных пустотелых труб, внутри которых находится легко расширяющаяся жидкость. При изменении температуры меняется центр тяжести труб, поэтому они сами поднимаются и опускаются.
Термоизоляция
38. Применение сильных окислителей
а) Заменить обычный воздух обогащенным.
б) Заменить обогащенный воздух кислородом.
в) Воздействовать на воздух или кислород ионизирующими излучениями.
г) Использовать озонированный кислород.
д) Заменить озонированный (или ионизированный) кислород озоном.
Пример. Шина Goodyear Oxygene
В боковых стенках шины помещен живой мох, который впитывает влагу на дорогах при движении, осуществляет фотосинтез, поглощая углекислый газ и вырабатывая кислород.
Шина Goodyear Oxygene
Искусственные жабры
Кислородный концентратор
Генератор аэроионов
Озонотерапия
Озонная машина
39. Применение инертной среды
а) Заменить обычную среду инертной.
б) Вести процесс в вакууме.
Аргонно-дуговая сварка
Камера вакуумной сушки
Вакуумная упаковка
40. Применение композиционных материалов
а) Перейти от однородных материалов к композиционным.
Композиционные материалы имеют характеристики, значительно превосходящие традиционные материалы.
Композит
Нанокомпозиты