Kitabı oxu: «Структурный анализ систем. Вепольный анализ. ТРИЗ», səhifə 3

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.

Комплексный веполь на измененной внешней среде – это внешний комплексный веполь, где в качестве В₃ используется измененная внешняя среда В^'_ВС, которая может добавляться к В₁ (3.33) или к В₂ (3.32).

В^«_ВС – видоизмененное вещество внешней среды, В₃ = В^'_ВС.

Под измененной будет пониматься также разложение внешней среды на составляющие элементы и добавки во внешнюю среду.

Этот вид комплексного веполя целесообразно использовать, когда невозможно или нежелательно присоединять В₃ к имеющимся в системе веществам или внешнюю среду.

Задача 3.6. Измерение глубины реки

Условия задачи

При измерении глубины реки через ледяную поверхность необходимо обеспечить надежный контакт ультразвукового (УЗ) излучателя со льдом. На поверхности льда имеется снег, который предварительно расчищают. Лед имеет неровную поверхность и поэтому контакт излучателя со льдом получается в отдельных местах. Для улучшения контакта излучателя со льдом его выравнивают (рис. 3.9). Это трудоемко и требует значительных временных затрат. Как быть?

Рис. 3.9. Измерение глубины реки

Разбор задачи

Вепольную модель задачи можно представить в виде схемы (3.34).

Где:

В₁ – лед;

В₂ – ультразвуковой (УЗ) излучатель;

П₁ – ультразвуковое поле.

Одно из возможных решений – перейти к комплексному веполю на видоизмененной внешней среде (3.35).

Где:

В₁ – лед;

В₂ – излучатель;

П₁ – ультразвук;

В_ВС – снег;

В^«_ВС – уплотненный снег.

Плотный контакт излучателя со льдом можно обеспечить, если утрамбовать снег при помощи самого излучателя (а. с. 900 233).

Мы использовали ресурсы – снег и ультразвуковой излучатель, т. е. ресурсы вещества и поля (рис. 3.10).

Рис. 3.10. Уплотнение снега

Цепной веполь

Цепной веполь образуется соединением простых веполей. Схема цепного веполя представлена (3.36).

Цепной веполь – это комплексный веполь, в котором вещество В₂ развернуто в самостоятельный веполь, включающий П₂, В₃ и связи между ними.

В схеме 3.36 в скобках показан новый веполь, развернутый из вещества В₂.

Задача 3.7. Определение скрытых дефектов

Условия задачи

Как определить скрытые дефекты, например усталостные трещины в лопатках турбины авиадвигателя?

Разбор задачи

Необходимо выявить дефекты турбинной лопатки В₁. Можно подобрать поле П₁, на которое будет отзываться В₁.

Вепольная схема для поиска решения будет иметь вид (3.37).

К лопатке подводят источник, возбуждающий механические колебания (катушка индуктивности). Катушка через усилитель мощности соединена с генератором электрических колебаний. Меняя частоту колебаний генератора, доводят ее до резонансной частоты. Рядом с лопаткой ставят микрофон, передающий эти колебания в электрическом виде на осциллограф (рис. 3.11). По изменению формы колебаний судят о наличии усталостной трещины.

Рис. 3.11. Определение скрытых дефектов

Основное в данном решении – дефект определяют «по звуку». Лопатку приводят в колебательное движение с помощью соответствующего поля П₁. Описанное решение соответствует веполю (3.38), где:

П₁ – поле механических колебаний (его можно обозначить П_мех или П_кол);

В₁ – лопатка;

П₂ – звуковое поле – колебание воздуха (П_зв).

Тогда этот веполь можно изобразить (3.37).

Это же решение можно представить более сложным веполем, описанным схемой (3.39).

Где:

В₀ – генератор электрических колебаний;

П₀ – поле электрических колебаний;

В₂ – катушка индуктивности;

П₁ – переменное магнитное поле (генератор механических колебаний);

В₁ – лопатка;

П₂ – звуковое поле;

В₃ – микрофон;

П₃ – электрический сигнал;

В₄ – осциллограф;

П₄ – световой сигнал (изображение колебаний на экране осциллографа).

Такой веполь называется цепным.

При желании эту модель можно усложнить еще больше.

В веполе (3.39) представлено несколько различных систем:

В₀, П₀ – генератор электрических колебаний;

В₂, П₁ – электрическая катушка;

В₃, П₃ – микрофон;

В₄, П₄ – осциллограф.

Все эти системы вспомогательные. Главная идея – измерение «тона звука» П₂, которое получается в результате возбуждения полем П₁ лопатки В₂. Данное решение может быть осуществлено и другим образом, например, возбуждать и снимать колебания можно с помощью пьезопреобразователей.

Как было написано раньше – это задача на обнаружение (дефекта в лопатке), которое осуществляется измерением сигнала П₂, поэтому задача и на измерение тоже.

Двойной веполь

Двойной веполь образуется соединением простых веполей. Схема двойного веполя представлена схемой (3.40)

Задача 3.8. Разлив жидкого металла

Условия задачи

Разлив жидкого металла В₁ из ковша В₂ осуществляется из донного отверстия (рис. 3.12) под действием гравитации П₁. Вепольная структура данной системы представлена в виде (3.40).

Рис. 3.12. Разлив жидкого металла

Такой разлив осуществляется неравномерно, так как зависит от высоты h столба жидкого металла (от гидростатического напора). Как сделать разлив равномерным?

Разбор задачи

Чтобы сделать разлив равномерным, необходимо компенсировать действие силы гравитации, т. е. воздействовать еще одним полем П₂ – перейти к двойному веполю (3.42).

Гидростатический напор регулируют высотой h столба жидкого металла над отверстием разливочного ковша, вращая П₂ металл в ковше (рис. 3.13), например, электромагнитным полем⁸.

При вращении металла в ковше в зависимости от скорости вращения образуются параболы различной формы (пунктирные линии на рис. 3.13). Максимальная высота h_max, когда нет вращения (скорость вращения V_o = 0). Максимальной скорости вращения (V_max) должна соответствовать усеченная парабола, когда над отверстием отсутствует металл (h_min = 0) и, следовательно, он не выливается. Таким образом, можно регулировать расход металла через донное отверстие разливочного ковша.

Рис. 3.13. Вращение жидкого металла

Смешанный веполь

Смешанный веполь представляет собой сочетание цепного (3.36) и двойного (3.40) веполей или соединение двух двойных веполей (3.40).

Переход от цепного веполя к смешанному показан на схеме (3.43), а переход от двойного к смешанному – на схеме (3.44).

Пример 3.9. Фильтр

Для очистки воздуха в производственных помещениях используют громоздкие фильтры. В вепольном виде это можно представить (3.45).

Где:

В₁ – воздух;

В₂ – пыль;

П₁ – воздушный поток;

В₃ – фильтр.

Это модель внутреннего комплексного веполя.

Следующий шаг в развитии систем очистки воздуха – это использование циклона (рис. 3.14). В циклоне загрязненный воздух раскручивается с большой скоростью, частички пыли, висящие в воздухе, отбрасываются к стенкам за счет центробежных сил, ударяются о них и падают в пылесборник.

Рис. 5.10. Циклон

В этом решении использован двойной веполь, по схеме (3.40).

Где:

В₁ – воздух;

В₂ – пыль;

П₁ – воздушный поток;

П₂ – центробежные силы.

Можно усовершенствовать это решение.

Недостаток рассмотренного циклона состоит в том, что мелкая пыль не долетает до пылесборника, а оседает на стенках вытяжной трубы (вытяжки). Поэтому приходится циклон время от времени останавливать и чистить трубу.

Попробуем перейти к смешанному веполю (3.43), т. е. добавим П₃, воздействующее на В_2, генерирующее поле П₄, которое действует на пыль В₂ (3.47).

Чтобы пыль не засоряла вытяжку, всю трубу превратили в электрод – полый цилиндр из металла, утыканный иголками, располагающимися на выходе трубы. На электрод подается электрическое поле, которое отталкивает пыль от вытяжной трубы (рис. 3.15). Таким образом, пыль оказывается в пылесборнике.

Где:

В₁ – воздух;

В₂ – пыль;

П₁ – воздушный поток;

П₂ – центробежные силы;

П₃ – электрическое поле;

В₄ – иголочки на трубе;

П₄ – статическое электричество (электрическое поле).

Рис. 3.15. Электрофильтр (коническая часть циклона – рис. 3.14)

Глава 4. Устранение вредных связей

4.1. Тенденции устранения вредных связей

Довольно значительный класс задач связан с нежелательным эффектом, представляющим собой вредную связь вещества с веществом, поля с веществом или вредное воздействие полей.

Устранение вредных связей осуществляется с помощью определенных закономерностей (см. рис. 4.1 – 4.3):

1. Вредная связь между веществами (рис. 4.1):

– введением третьего вещества В₃ – схема (4.1);

– введением третьего вещества В_3, которое является видоизменением имеющихся веществ В₁ и В₂ (В₃=В^'₁, В^'₂) или самими веществами (В₃=В₁, В₂) – схема (4.4);

– введением третьего вещества В₃=В^'₁, В^'₂ (В₃=В₁, В₂) и поля П₂, которое воздействуя на В₁ или В₂ видоизменяет его В₁^» или В₂^» – схема (4.5);

2. Вредная связь между полем и веществам (рис. 4.2):

– «оттягивание» вредного действия – схема (4.7);

– введением второго поля П₂ – схема (4.8);

– введением третьего вещества В₃, которое генерирует П₂ – схема (4.11);

– введением третьего вещества В₃, которое генерирует П₂ под воздействием П₃ – схема (4.13).

3. Вредная связь между веществом и полем (рис. 4.3). Управление выходным полем:

– введением дополнительных вещества В₂ и поля П₂ – схемы (4.16) – (4.18);

– заменой имеющегося вещества В₁ на В₂ и введением дополнительного поля П₃, которое управляет выходным полем П₂ – схемы (4.20) – (4.21);

Рис. 4.1. Тенденция устранения вредных связей между веществами

Рис. 4.2. Тенденция устранения вредных связей полем и веществом

Рис. 4.3. Тенденция устранения вредных связей полем и веществом

Цель третьей группы управлять выходным полем П_2.