Выбор прототипа и составление списка требований, формулировка задачи

2.         Выбор прототипа и составление списка требований, формулировка задачи

Основы создания патентоспособного технического объекта.

При предварительной постановке задачи дается методика постановки самого широкого класса задач инженерного творчества, когда требуется улучшить известное устройство, называемое прототипом, внеся в него определенные изменения.

Постановка задачи – нелегкая работа. Однако нужно всегда помнить, что правильная постановка творческой инженерной задачи – это половина её решения. Она часто связана с отсечением многих бесперспективных и тупиковых направлений поиска. Нередки случаи, когда решение задачи находят в процессе её постановки. Поэтому не следует экономить время на анализ и постановку задачи, которая во многих случаях может содержать следующие операции.

Операция 1. Описание проблемной ситуации.

Эта операция представляет собой самую краткую предварительную формулировку задачи, в которой должны содержаться ответы на следующие вопросы:

а). В чем состоит затруднение или проблемная ситуация и какова её предыстория?

б). Что требуется сделать для устранения проблемной ситуации, т.е. какую потребность нужно удовлетворить?

в). Что мешает устранению проблемной ситуации или достижению цели?

г). Что даёт решение задачи для людей, предприятия, народного хозяйства и т.д.?

Операция 2. Описание функции (назначения) технического объекта.

Описание содержит чёткую и краткую характеристику технического средства, с помощью которого можно удовлетворить возникшую потребность. При этом рекомендуется давать сначала качественно, а затем количественное описание функции, которую требуется реализовать с помощью разрабатываемого технического объекта.

Примеры описания функций, приведены в табл. 1, где для каждого технического объекта вначале дано качественное, а затем количественное описание функций в виде отдельных компонентов а, б, в, которые следует читать подряд как одно предложение.

Таблица 1. Примеры описания функций

Операция 3. Выбор прототипа и составление списка требований.

В описании проблемной ситуации часто указывают прототип, который требуется усовершенствовать. Этот исходный прототип обычно приходится брать за основу при поиске улучшенного решения. Кроме этого, рекомендуется выбрать еще 1–2 дополнительных прототипа, имеющих определенные достоинства по сравнению с исходным. При этом в первую очередь используются существующие в практике изделия на уровне лучших мировых образцов, аналогичные технические решения в ведущем классе технического объекта. Ведущий класс технического объекта по сравнению с рассматриваемым имеет близкую функцию и более высокий технический уровень. Например, для автомобилестроения ведущим классом может быть авиация, для строительства – машиностроение.

При выборе дополнительных прототипов рекомендуется использовать словари технических функций, МКИ (международную классификацию изобретений). Патентные описания за последние 5–10 лет (как по рассматриваемому, так и функционально близким классам технического объекта), каталоги выставок и т.д.

Иногда при выборе прототипа удается найти подходящее решение и тем самым снять проблемную ситуацию. В этом случае при дефиците времени и ресурсов можно прекратить решение задачи поиска улучшенного технического решения. Однако при наличии времени почти всегда имеет смысл и есть возможность улучшить найденное решение и тем самым отодвинуть время возникновения новой проблемной ситуации.

Операция 4. Составление списка недостатков прототипа.

Как следует из закона прогрессивной конструктивной эволюции технического объекта, каждый используемый технический объект обычно имеет некоторый список недостатков, устранение которых обеспечивает получение новой улучшенной модификации технического объекта. При выполнении этой операции необходимо стремиться выявить все недостатки прототипа, которые могут быть устранены в новом изделии, т.е. для каждого прототипа следует указать:

– критерии развития технического объекта;

– показатели, не соответствующие сформулированной функции;

– факторы, снижающие эффективность или затрудняющие использование прототипа;

– показатели, которые желательно улучшить.

Полученный список недостатков необходимо упорядочить по степени важности их устранения и выделить самые важные недостатки, устранение которых будем считать главными целями решения задачи.

Операция 5. Предварительная формулировка задачи.

Кратко обобщаются результаты, полученные при выполнении операций 1–4. При этом задача традиционно содержит две части: «дано» и «требуется». Такое обобщение дает комплексное и легко обозримое представление о задаче, что способствует продуктивной работе.

Дано:

а) качественное или количественное (в зависимости от характера задачи) описание функции и ограничений, накладываемых на реализацию функций;

б) перечень и описание возможных прототипов, и списки требований к ним;

в) списки недостатков прототипов.

Требуется:

В процессе решения задачи так изменить прототип, т.е. найти такое новое техническое решение, которое бы реализовало интересующую функцию и не имело (или имело в меньшей мере) недостатки, присущие прототипу.

При уточненной постановке задачи выполняют ряд последовательных операций.

Операция 6. Анализ функций прототипа и построение улучшенной конструктивной функциональной структуры. Анализ функций прототипа и построение его конструктивной функциональной структуры выполняется в соответствии с рекомендациями.

После этого проводят корректировку (улучшение) функциональной структуры, для чего необходимо ответить на вопросы:

а). Какие можно ввести новые функциональные элементы, обеспечивающие устранение недостатков прототипа или существенное повышение эффективности и качества технического объекта? Дают название таким элементам и описывают их функции.

б). Какие можно исключить элементы для устранения недостатков прототипа или повышения эффективности и качества технического объекта?

в). Какие элементы целесообразно исключить путем передачи их функций другим элементам?

г). Для каких элементов, имеющих несколько функций, целесообразно разделение функций и введение вместо одного и двух или более элементов? Дают названия новым элементам и описывают их функции.

После ответа на перечисленные вопросы строят улучшенную конструктивную функциональную структуру. При этом возможны ситуации, когда не удается изменить функциональную структуру прототипа или появляется несколько альтернативных улучшенных функциональных структур.

Операция 7. Анализ функций вышестоящей по иерархии системы.

Почти всегда рассматриваемый технический объект можно представить как элемент в другой, более сложной технической системе (например, деталь в узле, узел в машине, машина в технологической линии цеха и т.д.).

Для анализа необходимо:

1. Выделить вышестоящую по иерархии систему, в которой в качестве отдельных элементов (подсистем) выступают рассматриваемый технический объект и другие, смежные с ним объекты (другие технические объекты, окружающая среда, человек и т.д.).

2. Описать функции всех элементов, входящих в выделенную систему, и построить конструктивную функциональную структуру.

3. Выяснить возможность удовлетворения потребности, т.е. можно ли выполнить функцию рассматриваемого технического объекта путем внесения изменений в смежные объекты; нельзя ли какому-либо смежному объекту частично или полностью передать выполнение функции рассматриваемого технического объекта; что мешает внесению необходимых изменений и нельзя ли устранить мешающие факторы.

4. Сформулировать по аналогии с операцией 5 задачу внесения изменений в смежные объекты. Провести технико-экономическое сравнение первоначальной постановки задачи по операции 5 с задачей внесения изменения в смежные объекты. Если последняя более эффективна, то следует проработать ее по операциям 1–6.

Операция 8. Выявление причин возникновения недостатков.

Проводятся более углубленный анализ и изучение задачи в направлении выявления причин возникновения недостатков в прототипе, сформулированных при выполнении операции 4.

Следует сопоставить каждый недостаток и причину его возникновения и попытаться ответить на вопрос: можно ли полностью или частично избавиться от недостатка, исключив причину его возникновения?

Операция 9. Выявление и анализ противоречий развития. Улучшение во многих технических объектов связано с преодолением, так называемых противоречий развития, которые могут иметь место в следующей типичной ситуации.

Улучшение какого-либо желаемого показателя технического объекта приводит к существенному ухудшению одного или нескольких других важных показателей (например, увеличение грузоподъемности моста приводит к увеличению расхода материалов; снижение помех от деформации антенны радиотелескопа приводит к резкому повышению стоимости антенны).

Возможно и другое противоречие развития, когда улучшение желаемого показателя ограничено некоторым фактором, например, увеличение диаметра и частоты вращение бегуна и постава водяной мельницы в средние века ограничивалось прочностью и конструкцией деревянных водяных колес; возрастание быстродействия ЭВМ ограничено скоростью передачи сигналов внутри машины.

При выявлении и анализе противоречий развития выполняют следующие процедуры.

1. Из списка недостатков прототипа, выявленных в операции 4, выбирают недостатки, связанные с улучшением количественных показателей и в первую очередь относящиеся к критериям развития технического объекта.

2. При рассмотрении каждого такого показателя отвечают на вопросы: какой показатель технического объекта существенно ухудшается при улучшении рассматриваемого показателя;, какие факторы (константы, стандарты и т.д.) ограничивают улучшение желаемого показателя?