книги / Изобретеника наука об изобретениях, изучающая принципы и закономерности образования, строения, воплощения и функционирования признаков изобретения в объектах техники
..pdfв движение. не смотря на трудности в понимании устройства механизма и отсутствия многих частей, Кулибин смог в нём разобраться и несколько лет его реставрировал, после чего часы «Павлин» предстали в том виде, в котором они находятся теперь в Эрмитаже. Он стал фактически соавтором знаменитой механической птицы наряду с её автором Джеймсом Коксом, ибо никто из известных на тот момент иностранных механиков не брались за её починку. Воплотить то, что практически утрачено, не менее значимо, чем сделать дорогой автомат с нуля. Успех в работе Кулибина заключался в том, что он сохранил и бережно воплотил сущность технического решения автора механической птицы — искусного изобретателя, за что англичане должны быть ему благодарны.
ТеХнИЧеСКОе РеШенИе
Задача получения требуемой пользы появляется одновременно с возникновением потребности в данной пользе, когда имеющиеся технические возможности её производства не в состоянии обеспечить требуемый объём. Задача выглядит как противоречие между требуемой пользой и техническими возможностями её производства. Причины этого положения заложены в объектах изобретения имеющих самые эффективные технические возможности производства требуемой пользы на данный момент времени. Поэтому исследуются технические возможности именно этих объектов изобретения,у которых технические возможности уравновешены с размером получаемой пользы и соответствует ему.После установления всех причин ограниченности технических возможностей среди выбранных объектов изобретения ставится общая задача расширения их техническим способом. Это и есть практическая задача разработкитехнического решения способного статьизобретением.Причины ограниченности технических возможностей препятствуют необходимому техническому результату в деле производства требуемой пользы. Следовательно, задача разработки технического решения заключается в формировании логического перехода от причин ограниченности к причинам, условно говоря, неограниченности технических возможностей, которые способствуют получению требуемоготехнического результата.Под понятием «неограниченность технических возможностей» понимаются такие технические возможности у объекта изобретения, пределы которых не определены
170
и они не препятствуют производству большего объёма требуемой пользы. Исходя из этого, логическая задача разработки технического решения состоит в обращении причин ограниченности технических возможностей у выбранного объекта изобретения в причины их неограниченности. Всякий технический результат в изобретениях обеспечивается физическими возможностями всех свойств тех средств, которые задействованы в производстве необходимой пользы. Возможности свойств рассматриваемых средств имеют, как показывают результаты исследования, действующие предельные физические значения и образуют систему, препятствующую получению требуемого технического результата. А так как установленные предельные значения физических возможностей свойств исследованных средств ограничивают технические возможности, следовательно, именно они подлежат обращению в противоположные им физические предельные значения возможностей, чтобы таким способом изменить сущность ограничения технических возможностей на противоположную сущность— сущность их неограниченности. Такое обращение означает, что предельные значения физических возможностей всех свойств исследуемых средств, задействованных в обеспечении требуемого результата, переводятся в противоположную им сущность и, таким образом, формируется противоположная сущность причине ограниченности технических возможностей — причина их неограниченности. То есть, совокупность или система свойств ограничения технических возможностей обращается в совокупность или систему свойств их неограниченности. например,еслипричинойограниченноститехническихвозможностей является низкая температура, то причиной их неограниченности будет— высокая температура; или, если причиной ограниченности является значительное сопротивление, то причиной неограниченности будет ничтожное сопротивление. Этот логический переход называется обращением в противоположность или противоположением. Логический переход и есть тот самый естественный способ или метод отталкивания от сущности известного, прежнего, от прототипа. С помощью него определяется искомая сущность неизвестного,небывалого,изобретения.Эта сущностьпредставляется неким парадоксом по отношению к общепринятым, известным знаниям о технических возможностях выбранного объекта изобретения. Однако, это не парадокс, а новое прикладное техническое знание, пригодное для применения. Отсюда, решение задачи на преодоление
171
причин ограниченности технических возможностей начинается с логического их противоположения с целью установления противоположных предельных значений физических возможностей свойств тех средств, которые будут задействованы в производстве требуемого объёма пользы, чтобы обеспечивался требуемый технический результат. Значит, противоположение является способом логического определения причин неограниченности технических возможностей у объекта изобретения и эффективным способом получения знаний о сути неограниченности технических возможностей. Установленные с помощью такого действия иные предельные значения физических возможностей свойств рассматриваемых средств, задействованных в производстве требуемой пользы, образуют систему и являются в совокупности формой логического решения основной задачи изобретения: расширения технических возможностей объекта изобретения. Именно эта форма решения подлежит воплощению посредством технических, конструкторских и технологических методов. Полученное в итоге решение становится техническим решением и сущностью потенциального изобретения. например, причиной, ограничивающей технические возможности МЖУ в изобретении а. с. 653470, являлось незначительная величина неоднородности магнитного поля в зазоре. По существу это означало, что в зазоре имелось практически однородное, без градиента, магнитное поле. Количественное изменение напряжённости магнитного поля не меняет структуру магнитного поля, а значит и технические возможности уплотнения. Обращение в противоположность данного предельного значения физических возможностей свойств магнитного поля в зазоре заключалось в переходе от предельно однородного магнитного поля к предельно неоднородному магнитному полю. В результате, ограниченность технических возможностей уплотнения изменилась на их предельную неограниченность.
Пример1.Авторыизобретенияа.с.475247на«Способсоединений деталей» изучали известный в механо-сборочной работе способ демонтажа деталей прессовых соединений из глухого гнезда. Он состоял из введения в гнездо рабочей среды и последующего воздействия ею на выпрессовываемую деталь. Данный способ, применённый для выпрессовки шарика из индикаторного наконечника измерительного прибора, не обеспечивал его качественного демонтажа: контактные поверхности гнезда повреждались, и, в результате, терялся требуемый натяг между деталями.Рисунок индикаторного наконечника.
172
Это исключало возможность восстановления индикаторных наконечников с шариком фиксированного диаметра. Требуемой пользой было многократное восстановление индикаторных наконечников без ухудшения их эксплуатационных качеств. Причиной ограниченности технических возможностей способа для наконечников измерительного прибора являлось то, что подвод рабочей среды к гнезду требовал выполнения в наконечнике технологического отверстия (что недопустимо), через которое с помощью рабочей среды значительного давления выталкивался шарик из гнезда наконечника, находящегося в холодном состоянии. Логической задачей являлось перевод предельных значений физических возможностей свойств наконечника, давления рабочей среды и способа её подвода в противоположные им предельные значения физических возможностей. Свойствами, ограничивающими технические возможности способа, являлись: холодное состояние наконечника, значительное давление рабочей среды и необходимость в технологическом отверстии для её подвода. Противоположение заключалось в переходе к нагретой детали, охватываемой шарик, к низкому давлению рабочей среды достаточного для выталкивания шарика и без технологического отверстия для подвода рабочей среды. Установление с помощью такого обращения указанных предельных значений физических возможностей свойств наконечника, рабочей среды и способа её подвода позволило авторам изобретения определить причины неограниченности технических возможностей иного способа и, затем, обеспечить требуемый технический результат— многократное восстановление индикаторных наконечников без снижения эксплуатационных качеств.
173
Пример 2. Авторы изобретения а.с. 518219 на «Устройство для микроинъекции жидкости» изучали известное устройство для микроинъекции,содержащеемикропипеткуспоршнемигерметизирующим затвором и средство для нагрева поршня.Рисунок микропипетки.
Причина, ограничивающая технические возможности известного устройства, обнаружилась при его эксплуатации. Как было установлено, бывали случаи отрыва кончика микропипетки. Отрыв кончика микропипетки обусловлен значительным гидродинамическим сопротивлением кончика микропипетки. Предельные значения физических возможностей свойств жидкости и кончика микропипетки ограничивали эксплуатационную надёжность устройства. Требуемой пользой являлось исключение отрыва кончика микропипетки в процессе эксплуатации.Причиной отрыва кончика микропипетки являлось разрушающее действие значительного рабочего давления жидкости, образующегося в результате значительного гидродинамического сопротивления кончика микропипетки движению жидкости. Рабочее давление, создаваемое нагревом поршня, в результате увеличения объёма поршня направляло течение жидкости через кончик микропипетки, где оно замедлялось, и скорость движения становилась ничтожно малой. Это приводило к отрыву кончика микропипетки. Свойствами, ограничивающими технические возможности устройства для микроинъекции, являлись: практически нулевая скорость течение жидкости через кончик микропипетки, значительное рабочее давление жидкости, значительный объём нагретого поршня, значительное гидродинамическое сопротивление
174
кончика микропипетки движению жидкости. Противоположение заключалось в переходе к максимальной скорости течения жидкости через кончик микропипетки, к низкому рабочему давлению жидкости, к незначительному объёму нагретого поршня, к низкому гидродинамическому сопротивлению кончика микропипетки движению жидкости. Установление с помощью такого обращения указанных предельных значений физических возможностей свойств жидкости, поршня и кончика микропипетки позволило авторам изобретения определить действительные причины неограниченности технических возможностей иного устройства и обеспечить требуемыйтехнический результат— исключитьвероятностьотрыва кончика микропипетки при эксплуатации.
Пример 3. Авторы изобретения а. с. 424238 на «Устройство для малых установочных перемещений» изучали технические возможностиизвестногоустройствадлямалыхустановочныхперемещений узлов приборов, содержавшее регулировочные винты и возвратные пружины,взаимодействующиесперемещаемымузломилидеталью прибора. Рисунок устройства.
Причиной, ограничивающей технические возможности устройства, была невозможность осуществления перемещений детали в долях микрона. Требуемой пользой было осуществление установочныхперемещенийдеталейприбороввдоляхмикрона.Причиной ограниченности технических возможностей известного устройства
175
являлось предельный угол подъёма витков резьбы регулировочного винта, изменение которого недопустимо, и предельные колебания внешней температуры, которые вызывали линейное расширениесжатие регулировочного винта,в результате чего становилосьневозможным установление с помощью винта требуемого недостающего малого перемещения детали прибора. Следовательно, основным свойством, ограничивающим технические возможности устройства, являлось неконтролируемое температурное линейное расширениесжатие регулировочного винта при эксплуатации. Противоположение заключалось в переходе к контролируемому температурному расширению-сжатию регулировочного винта. Полученное с помощью такого обращения иное предельное значение физических возможностей регулировочного винта позволило авторам изобретения установить причины неограниченности технических возможностей иного устройства и обеспечить требуемый технический результат— осуществить установочные перемещения деталей приборов в долях микрона.
Пример 4.Авторы изобретения а. с. 518591 на «Мальтийский механизм» изучали известный мальтийский механизм, содержащий ведущее звено с поводком и ведомое звено— мальтийский крест, взаимодействующий с поводком ведущего звена, для преобразования непрерывного вращательного движения в прерывистое движение. Рисунок мальтийского механизма.
Причиной, ограничивающей технические возможности известного мальтийского механизма, являлся повышенный износ взаимодействующих звеньев, сокращающий срок службы механизма. Требуемой пользой являлся длительный срок службы мальтийского механизма. Причиной ограниченности технических возможностей известного механизма являлось предельное значение контактного трения между по-
176
водком и пазом креста,создающее предельно повышенный уровень шума при работе механизма. Контактное трение происходило при непосредственном, без зазора, контакте трущихся поверхностей звеньев механизма. Свойством, ограничивающим технические возможности механизма, являлось контактное, без зазора, движение поверхности поводка по поверхности паза креста. Логическое противоположение заключалось в переходе к бесконтактной, с зазором, передаче движения от поверхности поводка к поверхности паза креста. Полученное в результате противоположения иное предельное значение физических возможностей взаимодействия поводка с пазом креста позволило авторам изобретения установить причины неограниченности технических возможностей иного механизма
иобеспечить требуемый технический результат—длительный срок службы практически бесшумного мальтийского механизма.
Пример 5. Авторы изобретения а. с. 247159 на «Способ направленного бурения скважин» изучали технические возможности известных способов направленного бурения скважин с применением искусственных отклонителей. Технические возможности процесса отклонения бурового инструмента связаны с нагрузкой на долото, давлением в системе и ограниченны предельными значениями физических возможностей свойств известных применяемых отклонителей. Это снижало эффективность их применения, когда требовалось изменить угол отклонения бурового инструмента для снижения нагрузки на долото. Причиной, ограничивающей технические возможности известного способа бурения, являлось предельное
инеизменное значение угла набора кривизны для ствола скважины в процессе бурения. Требуемой пользой являлось изменяемое значение угла набора кривизны для ствола скважины. Причиной ограниченности технических возможностей известных отклонителей являлось невозможность регулирования ими угла набора кривизны для ствола скважины в процессе бурения. Свойством, ограничивающим технические возможности отклонителей, являлась предельная жёсткость искусственного отклонителя в виде сжатия с одной стороны и растяжения с противоположной стороны материала отклонителя формирующая угол набора кривизны для ствола. Противоположение заключалось в переходе к изменяемому и регулируемому сжатию-растяжению противоположных сторон поверхностей отклонителя формирующих угол набора кривизны для ствола скважины. Полученное в результате такого обращения иное предельное
177
значение физических возможностей свойства отклонителя позволило авторам изобретения установить причины неограниченности технических возможностей иного способа и обеспечить получение требуемого технического результата — регулирование в процессе бурения угла набора кривизны для ствола скважины.
Вывод: основой технического решения является логическое противополагающее обращение, которое устанавливает совокупность причин неограниченности технических возможностей у объекта изобретения. Указанные причины представляются в виде совокупности или системы тех предельных значений физических свойств возможностей средств, которые задействованы в производстве требуемой пользы. Именно они подлежат воплощению с помощью технических, конструкторских и технологических средств и методов, чтобы обеспечивался требуемый технический результат. Следовательно, техническое решение состоит из логического противополагающего обращения и воплощения результата обращения с помощью технических, конструкторских и технологических средств
иметодов.Воплощение причин неограниченноститехнических возможностей в прототипе с помощью технических, конструкторских
итехнологических средств формирует совокупность существенных признаков, достаточных для достижения требуемого технического результата. Они составляют сущность потенциального изобретения. А преобразованный таким образом объект изобретения содержит все требуемые причинные механизмы широких технических возможностей.
ПОСЛеДОВАТеЛьнОСТь РАЗРАБОТКИ ТеХнИЧеСКОгО РеШенИЯ ИЗОБРеТАТеЛьСКАЯ ЛОгИКА
на основании всех материалов исследований выбранных аналогов и прототипов объекта изобретения следует составить теоретическую модель помех техническим возможностям прототипа или схему причин препятствий техническому результату в деле производства требуемой пользы. Теоретическая модель помех представляет собой схематичную модель взаимосвязей свойств физических возможностей средств, предназначенных для производства требуемой пользы, с получаемым техническим результатом. Эта схема может быть представлена в любой удобной форме, достаточно что-
178
бы она была простой, понятной и содержала полную информацию о сути ограниченности технических возможностей. Такая модель или схема взаимосвязей позволяет учитывать все ограничения техническим возможностям и, значит, может служить исходным материалом для перехода к иной теоретической модели или схеме связей, где нет ограничений техническим возможностям, а есть только простор или свобода для их расширения.Составление схемы целесообразно для множества связей,для одного–двух связей составление схемы необязательно, вполне достаточно лишь мысленного представления о них. например, равномерное течение жидкости препятствует получению требуемой пользы. Известно, что равномерное течение связано с симметричной формой канала на всём его протяжении.если свойство симметричности канала является причиной равномерного течения жидкости, то оно препятствует получению требуемой пользы. Для перехода к физическому свойству, обеспечивающему получениетребуемой пользы,необходимо идостаточно подвергнуть противоположению свойство симметричности канала. Противоположное физическое свойство канала это его криволинейная форма, и именно она становится причиной, способствующей получениютребуемой пользы — неравномерноготечения жидкости.
Причины, препятствующие получению требуемой пользы, проявляются в объекте техники в виде их активного противодействия или реагирования на обеспечение требуемого объёма пользы в заданных или экстремальных условиях. Противодействие имеет разнообразную природу: разрушение, выход из строя, снижение эффективности и эксплуатационных характеристик, остановку производственного процесса,усложнения технологии или конструкции, снижение КПД, увеличение затрат, потерь и т.д. Каждый вид противодействия имеет вполне определяемую причину его возникновения, которая исследуется всеми доступными методами. границы ограниченности технических возможностей определяются с помощью экспериментальных исследований, опытно-конструкторских работ, опытных и производственных испытаний, коммерческих и показательных демонстраций, штатной и интенсивной эксплуатации объекта техники, изменений внешних условий. Материалами, указывающими на границы технических возможностей, являются протоколы испытаний, различные формы записи изучаемых процессов, акты технического осмотра после разрушающих и ресурсных испытаний, акты материаловедческого контроля, обзоры
179