книги / Изобретеника наука об изобретениях, изучающая принципы и закономерности образования, строения, воплощения и функционирования признаков изобретения в объектах техники

прототипа и изобретения образует так называемую прерывистую функцию с одним качественным переходом (скачком). Каноническое графическое изображение прерывистой функции по форме напоминает скачок сигнала с низкого уровня на более высокий уровень или фигуру:

единичный качественный переход математически описывается прерывистой функцией представленной на указанном схематичномизображениикачественногоперехода(скачка).Переходсостоит из связанных функций технических возможностей прототипа и технических возможностей изобретения. Изображение единичного качественного перехода на координатной плоскости для объекта изобретения «устройство» представляет собой приближение реальной его траектории к выше указанной фигуре. В общем случае прерывистая функция единичного качественного перехода для объектов изобретения «устройство» математически описывается следующим образом.

210

Пусть функцией технических возможностей объекта изобретения является функция производства требуемой пользы. Ось абсцисс на координатной плоскости предназначена для размещения задаваемых значений аргумента производства требуемой пользы или периода времени задаваемых значений аргумента. например, это могут быть значения давления среды, удерживаемой магнитным жидкостным уплотнением. Ось ординат—для размещения значений произведённой пользы или значений некоторого качества средств объекта изобретения обеспечивающих производство требуемой пользы. например, это может быть значения напряжённости неоднородного магнитного поля, развиваемого магнитной системой магнитного жидкостного уплотнения. нижняя и верхняя горизонтальные линии изображения качественного перехода обозначают асимптоты или пределы технических возможностей соответственно исходного и конечного образца объекта техники или прототипа и изобретения, за пределами которых наступают необратимые изменения объекта изобретения.Асимптоты описываются соответственно функциями у = Вп и у = Ви. Пунктирная линия, соединяющая конец нижней асимптоты с началом верхней, представляет собой изображение скачка,разрыва прерывистой функции или качественного перехода суммирующего все изменениятехнических возможностей, произошедшие за весь период интенсивного изменения данного объекта техники, от исходного образца до состояния конечного образца. Сам переход описывается функцией вида

у = tg a (Хп – и), где tg a = Ви — Вп/Хи1 — Хп2 при этом значения В и Х переменные величины. нижняя асимптота у = Вп это предел

функции роста технических возможностей прототипа, от которого идёт восхождение к изобретению. Функция технических возможностей прототипа у = f (Хп) называется графиком функции «восхождения»пристремленииаргументапроизводствапользыэтойфункции к максимальным значениям от Хп1 к Хп2. С графика «восхождения» начинается путь к техническим возможностям изобретения. Протяжённость функции «восхождения» ограничена временем относительно длительного периода технического образования и разработки исходного образца техники для производства конкретной пользы, ставшей известной и необходимой обществу и промышленности. Это также может быть период постоянной эксплуатации известного изобретения взятого в качестве прототипа. Пунктирная линия скачка, соединяющая конец нижней асимптоты с началом

211

верхней, является касательной к графику функции, обозначающей подъём технических возможностей объекта изобретения в деле производства требуемого объёма пользы. Функция подъёма технических возможностей объекта изобретения описывается формулой вида у = tg a (Хп – и) при изменении угла а и Х и называется графиком функции «подъёма». Для единичного скачка функция «подъёма» совпадаетс касательной к её графику.Протяжённостьфункции «подъёма» ограничена временем относительно краткого периода конструкторских и технологических изменений исходного образца для приведения производства требуемой пользы до необходимых промышленности и обществу объёмов. Производная в точке касания равна угловому коэффициенту касательной к графику функции, величина которого стремится к бесконечности, к вертикальному разрыву линии функции. При этом разность пределов Ви — Вп стремится к максимуму, а разность между конечным аргументом прототипа и начальным аргументом изобретения Хи1 — Хп2 — к минимуму. Верхняя асимптота у = Ви это предел функции роста технических возможностей изобретения — окончательно отработанного образца техники. Функция технических возможностей изобретения у = f (Хи) называется графиком функции «стабилизации» при стремлении аргумента производства пользы этой функции к предельно допустимым значениям: от Хи1 к Хи2. Функция «стабилизации» это конечные значения технических возможностей изобретения. Протяжённость функции «стабилизации» ограничена временем сравнительно непродолжительного периода инженерного воплощения и применения изобретения, активного использования нового образца техники, применения эксплуатационных методов поддержания производства требуемой пользы на достигнутом уровне. В этот период область значений функции «стабилизации» располагается в окрестностях предела у = Ви технических возможностей эксплуатируемого образца техники. И,таким образом, функция «стабилизации» перестаёт быть зависимой переменной. При этом и аргумент производства требуемой пользы располагается в окрестности допустимого предела своих значений Хи2, переставая быть независимой переменной. Устанавливается уравновешенность между значением функции производства требуемой пользы и задаваемым аргументомпроизводстваэтойпользыиличтотожеихпрямоесоответствие друг другу. Потребность в большем объёме требуемой пользы при интенсификации эксплуатации объекта изобретения ограничена

212

пределом технических возможностей данного образца техники Ви, при этом аргумент производства пользы стремится выйти за пределыдопустимых значений Хи2.Линия,ниспадающая отверхней асимптоты (предела Ви) к оси абсцисс, является касательной к графику функции снижения технических возможностей эксплуатируемого образца техники. Функция снижения технических возможностей эксплуатируемого образца называется графиком функции «нисхождения».Производнаявточкекасанияравнаугловомукоэффициенту касательной к графику этой функции,величина которого стремится к нулю. Протяжённость функции «нисхождения» ограничена временем относительно короткого периода экономической и технической нецелесообразности использования данного образца техники, пределом которого является принятие решений о разработке на его основе или на основе другого объекта нового образца техники для производства требуемой пользы в большем объёме. С этого момента линия функции «нисхождения» эксплуатируемого образца техники плавно переходит в линию графика функции «восхождения», характеризуемой новым периодом технической разработки и образования другого исходного образца техники для производства требуемой пользы предлагаемой обществу и промышленности. Технические возможности интенсивно эксплуатируемого образца техники при стремлении аргумента производства пользы за допустимые значения ограничены пределом функции эффективности его принципиальной схемы осуществляющей производство необходимого объёма и качества требуемой пользы. В этот период для целей получения большего объёма требуемой пользы основные части принципиальной схемы или иного образца техники переводятся

вположение аналогов и прототипов или исходных объектов изобретения и используются для технической разработки нового образца техники. С них начинается следующий этап восхождения к более высокому пределу технических возможностей объекта изобретения. Линия функции «восхождения» таких прототипов стремится к своему пределу технических возможностей и затем плавно переходит

влинию функции «подъёма», график которой достигает более высокого предела технических возможностей. Более высокий предел технических возможностей достигается посредством другого технического решения, воплощаемого с помощью конструкторских и технологических изменений пригодных для промышленного применения. новый принцип производства большего объёма и требуемого

213

качества пользы, которая востребована обществом и промышленностью, обеспечивается другим техническим решением, содержащим изменения конструкторского и технологического плана, формирующих новую принципиальную схему,функция эффективности которой стремится к более высокому пределу технических возможностей. Этот предел определяет технические возможности нового образца техники. Осуществлённые изменения в исходном прототипе составляют признаки изобретения пригодного к промышленному применению. Линия функции «подъёма» плавно переходит затем в линию функции «стабилизации» инженерного воплощения и активного применения данного изобретения.

Все точки линии функции «восхождения» у = f (Хп) это график эволюция параметров пользы, полученных при научных исследовательских, опытно — конструкторских и технологических работах в период разработки опытного образца техники от задаваемых значений аргумента производства этой пользы. её предел это технические возможности эксплуатации данного образца техники. график функции «восхождения» строится табличным способом по материалам испытаний ряда однотипных образцов или моделей опытного изделия, а также по материалам постоянной эксплуатации образца изделия взятого в качестве прототипа.Точки линии функции «подъёма» у = tg a (Хп – и) это график скачка прироста параметров пользы, полученного при конструкторском и технологическом воплощении технических решений умножения пользы, от задаваемых значений аргумента производства этой пользы при переходе от Хп2 к Хи1. график функции «подъёма» строится табличным способом по материалам опытных испытаний умножения технических возможностей разрабатываемого серийного изделия, суммирующего все его изменения,начиная с исходного изделия идо конечного образца,предлагаемого заказчику. Для единичного скачка умножение технических возможностей составляет один качественный переход от предела Вп к пределу Ви, для нескольких скачков — это сумма промежуточных пределов вплоть до предела технических возможностей изобретения у = Ви. Для объектов изобретения «способ» и «вещество» качественный переход к изобретению, как правило, обозначен одним скачком, для объектов изобретения «устройство» возможен качественный переход к нескольким изобретениям следующие друг за другом,который обозначен суммой соответствующих им скачков технических возможностей. Точки линии функции «стабилизации»

214

у = f (Хи) это график параметров пользы, полученный за всё время востребованности, эксплуатации и активного использования серийного изделия содержащего изобретение и его модификаций у заказчика,отзначений аргумента производства этой пользы,задаваемых на протяжении всего времени востребованности данного изделия. график функции «стабилизации» это временной график и строится на отрезке всего времени востребованности активно используемого изделия по наиболее доступным материалам: сведений об эксплуатации, по приёмо-сдаточным, ресурсным и периодическим испытаниям, по регулярным испытаниям на надёжность данного образца изделия. Данные материалы доступны и подтверждают надёжность

истабильность технических возможностей эксплуатируемого образца техники. если данный образец изделия становится прототипом для создания другого изобретения, то график функции «стабилизации» принимается в качестве графика функции «восхождения» этого изделия как прототипа другого изобретения. Точки линии функции «нисхождения» это график падения технических возможностей эксплуатируемого образца техники, снижения его надёжности в производстве требуемой пользы при интенсивной эксплуатации изделия, снижения уровня качественных характеристик изделия при эксплуатационном росте значений аргумента производства пользы, снижения спроса, вплоть до отказа, на любые модификации изделия. график функции «нисхождения» это временной график и строится по материалам претензий и иных документов эксплуатирующих предприятий с момента начала выходов изделия из строя при эксплуатационном увеличении значений аргумента производства пользы вплоть до прекращения промышленного использования данной модификации изделия. Это самый трудный

ипроблематичный отрезок графической работы, обусловленный отсутствием или труднодоступностью необходимых сведений. наиболее реалистичным может быть график снижения спроса на любые модификации данного изделия, ибо сведения о спросе и предложениях являются более доступными материалами для анализа.

Ось абсцисс от начала функции «восхождения» у = f (Хп) до начала функции «подъёма» у = tg a (Хп – и) содержит область определения функции «восхождения», обозначенную диапазоном значений

аргумента производства пользы от исходного Хп1 до конечного Хп2. Ось абсцисс от начала функции «подъёма» у = tg a (Хп – и) до начала функции «стабилизации» у = f (Хи) содержит область определения

215

функции «подъёма», обозначенную значениями конечного аргумента прототипа Хп2 и начальным аргументом изобретения Хи1.Для единичного перехода эти аргументы определяют пределы Вп и Ви. Ось абсцисс от начала функции «стабилизации» у = f (Хи) до начала функции «нисхождения» содержитобластьопределения функции «стабилизации», обозначенную диапазоном или периодом времени, где значения аргумента производства пользы практически неизменны или медленно приближаются к своему допустимому пределу Хи2. Ось абсцисс от начала функции «нисхождения» содержит областьопределения этой функции,обозначенную периодом времени, где значения аргумента производства пользы выходят за допустимые пределы технических возможностей эксплуатируемого изделия, приводящие его к выходу из строя.

ТеХНОЛОгИя ИзОБреТаТеЛьСТВа

То, что рассматривалось ранее необходимо для общего понимания как изучать, исследовать и анализировать технические решения в изобретениях. Однако, для создания изобретений этого недостаточно, требуются знания технологии изобретательства. Для успешного изобретательства необходимы также знания той области, к которой принадлежит объект изобретения. В качестве примера технологии изобретательства рассмотрим систему кондиционирования воздуха (СКВ) на летательных аппаратах (ЛА). Рисунок фрагмента общей схемы СКВ.

216

Известно, что атмосфера Земли обильно насыщена влагой. И это представляет серьезную угрозу для агрегатов и аппаратуры летательных аппаратов, пересекающих воздушный океан нашей планеты. От сырости и увлажнения усиливаются процессы коррозии, существенно изменяются параметры электрической и радиотехнической аппаратуры, что может спровоцировать выход их из строя. наиболее простым способом удаления влаги из воздушных потоков является механический способ («Система кондиционирования воздуха на летательных аппаратах», г. И. Воронин — М, 1973). Процесс механической сепарации влаги, находящейся в жидкой фазе, основан на принципах инерционного её вынесения из потока влажного воздуха в поле центробежных сил. Центробежные силы создаются аксиальным многолопастным винтом (завихрителем). В качестве практики рассмотрим конструкцию центробежного сепаратора (влагоотделителя) а. с. 792024. Рисунок сепаратора.

Воздушный поток,насыщенный капельной влагой,направляется и движется слева направо через входной патрубок, многолопастной винт и далее в выходной патрубок.Из закрученного винтом воздушного потока влага отбрасывается к внутренней поверхности входного патрубка, где из нее формируется подвижная жидкая пленка влаги. Пленочный поток влаги, движимый закрученным воздушным потоком по спиральной траектории, улавливается специальным сепарационным каналом или зазором между входным и выходным патрубками, установленным на его пути. Из канала влага поступает в собирающую емкость, где она накапливается, а затем в виде

217

жидкости через дренажный штуцер в нижней части ёмкости удаляется за пределы ЛА. Требуемой пользой являлось получение воздушного потока без капельной влаги находящейся в жидкой фазе. Процесс получения пользы это инерционное отделение жидкой капельной влаги от потока воздуха помощью центробежных сил образующихся во влажном воздухе, закрученном многолопастным винтом. Основное средство для получения пользы это многолопастной винт на пути потока влажного воздуха. Установлено, что действие центробежных сил предельно избыточно, что обусловлено неизменной и заданной для всех режимов сепарации кривизной поверхностей лопаток винта, и, как результат, предельно избыточно и гидравлическое сопротивление движению потока воздуха, как при отсутствии, так и при наличии в нём капельной влаги. гидравлическое сопротивление потоку усиливается молекулярными силами, образующимися на смоченных влагой поверхностях винта. Силы поверхностного натяжения, капиллярности, адгезии активно противодействуют движению воздушного потока. Такие силы возникают на внешних поверхностях винта при образовании, перемещении, срыве пленочной влаги и дроблении ее на фрагменты, в результате чего избыточная доля мелкодисперсной влаги выносится воздушным потоком в полость выходного патрубка, ухудшая параметры осушенного воздуха. В совокупности все указанные предельные физические свойства смоченного влагой винта составили причину ограниченности технических возможностей центробежного сепаратора, в частности эффективности его работы. Предельно избыточное действие поля центробежных сил обусловлено неизменной и заданной кривизной лопастей винта, как при отсутствии, так и при наличии в воздушном потоке капельной влаги. Активное сопротивление потоку воздуха всех молекулярных сил, образующихся на смоченных влагой поверхностях винта, связано со сплошным, непроницаемым для воздушного потока и влаги материалом винта. Плёночные фрагменты влаги обнаженные напору воздушного потока создают активное сопротивление потоку воздуха. Из этого следовало, что предел свойств физических возможностей средства для производства требуемой пользы обусловлен свойствами сплошной непроницаемой структуры материала винта. Свойства сплошной непроницаемой структуры материала винта являлись причиной ограниченности технических возможностей сепаратора или причиной, препятствующей получению требуемого технического резуль-

218

тата. Требуемый технический результат это центробежное осушение воздушного потока при наличии в потоке влаги в жидкой фазе с любой дисперсностью. Последовательность логических тождеств из выявленных причин в модели помех схематично представляется в следующем виде:

Неэффективная работа сепаратора = избыточному действию центробежных сил = избыточному гидравлическому сопротив- лению сплошных непроницаемых лопастей винта и молекуляр- ных сил на них = действию сплошной непроницаемой для воз- душного потока и влаги структуре материала лопастей винта.

Отсюда, неэффективная работа сепаратора = действию

сплошной непроницаемой для воздушного потока и влаги структуре материала лопастей винта.

Это есть основная причина инициирующая ограниченность технических возможностей сепаратора. Характеристика причины достаточно технически точная. Модель или схема простора (свободы) техническим возможностям работы сепаратора представляется следующей последовательностью логических тождеств содержащих обращённые причины:

Эффективная работа сепаратора = дозированному действию центробежных сил = минимальному гидравлическому сопро- тивлению не сплошных, проницаемых лопастей винта и моле- кулярныхсилнаних=действиюнесплошной,проницаемойдля воздушного потока и влаги структуре материала лопастей винта.

Отсюда,эффективнаяработасепаратора=действиюнесплош-

ной, проницаемой для воздушного потока и влаги структуре материала лопастей винта.

Это есть основная причина инициирующая обеспечение неограниченности технических возможностей такого сепаратора. Техническая суть её заключается в характеристике материала лопастей винта, которая подлежит уточняющей конкретизации. Для технического оформления полученной сущности обращённой причины необходимо осуществить конструктивно-технологическое разворачивание модели или схемы простора (свободы) техническим возможностям сепаратора обеспечивающее эффективное осушение воздушного потока. Разворачивание осуществлялось с помощью логических уточняющих тождеств. То есть, сущности каждого признака или понятия в определении обращённой причины устанавливался соответствующий реальный материальный и физический аналог:

219