ВЕПОЛЬНЫЙ АНАЛИЗ –
метод функционально-структурного исследования

   

    О Г Л А В Л Е Н И Е

    1. Суть названия метода "вепольный анализ".

    2. Перечень полей, используемых изобретателями.

    3. Перечень типовых веществ, используемых изобретателями.

    4. Пример 1: решение задачи методом вепольного анализа.

    5. Пример 2: решение задачи методом вепольного анализа.

    6. Метод использования «вещественно-полевых ресурсов».

   
   

1. Суть названия метода "вепольный анализ".

Группа методов функционально-структурного исследования объектов завершается работой наших отечественных авторов Г.С. Альтшуллера, И.Б. Фликштейна, А.Г. Шахматова, которые в 1974 г. дали путевку в жизнь методу «вепольный анализ». Со временем этот метод стал одним из составляющих теорию решения изобретательских задач (ТРИЗ). Это, на первый взгляд непривычное название – "ВЕПОЛЬ", сложилось из сочетания "ВЕщества" (как обобщенного элемента) и "ПОЛя", воздействующего на него. Вместе со связями, взаимодействиями между ними, создается структурная модель технической системы.


2. Перечень полей, используемых изобретателями.

В физике и технике известно много полей, используемых изобретателями. Вот их краткий перечень: инерция, давление газа и жидкости (в струе или объеме), колебания, звук, температурное поле (нагревание и охлаждение), электростатическое, магнитное, радиоволны; свет, запах; силы: тяжести, упругости, центробежная, Архимеда, реактивная. Даже неполный список дает представление о широчайшем диапазоне вариантов. Но чтобы не забыть какое-нибудь поле, не пропустить его, можно воспользоваться аббревиатурой из начальных букв. Наиболее удачна аббревиатура МАТХЭМ .

М - механическое поле (взаимодействие). Его проявления и возможности чрезвычайно разнообразны: простые механические усилия и перемещения в различных направления, давление (повышение или сброс), инерционные, гравитационные, центробежные силы, вибрации, удары, аэро- и гидродинамические эффекты...
А - акустическое поле. Оно продолжает действие механического: колебания звуковые, ультразвук и инфразвук, стоячие волны, резонансные колебания.
Т - тепловое поле (нагрев или охлаждение).
Х - химическое поле (взаимодействие), характеризующееся использованием различных химических реакций.
Э - электрическое поле, в том числе электростатическое поле электрического тока (переменного или постоянного).
М - магнитное поле, создаваемое постоянными магнитами или электротоком.

Сами ТРИЗовцы считают, что аббревиатура требует дополнения, отражающего использование биохимии, биотехнологий. Вероятно, так и будет, если учесть, как все время пополняется инструментарий ТРИЗ.

 

3. Перечень типовых веществ, используемых изобретателями.

1. Вещества с фазовым переходом:

  • легкоиспаряемые (газотворные);
  • легкорастворимые (вытравляемые);
  • легкоплавящиеся;
  • легкосгораемые;
  • экзо- и эндотермические*;
  • вещества с эффектом памяти формы (металл, пластик);
  • вещества с эффектом Кюри**;
  • вещества, увеличивающий свой объем при замерзании;
  • полимеризующиеся вещества;
  • легкоразрушаемые вещества.

* Экзотермические (от греч. «вне», «наружу» и «теплота») - вещества, реакция с которыми характеризуется выделением теплоты, эндотермические (от греч. «внутри» и «теплота») - вещества, реакция с которыми характеризуется поглощением тепла из внешней среды.

** Кюри точка (названная по фамилии автора - физика П.Кюри) - температура, при которой металлы теряют особые магнитные свойства.

2. Обычно дешевые вещества:

  • пустота;
  • пена;
  • воздух, вода;
  • сыпучие тела;
  • отходы.

3. Прочие вещества:

  • ферромагнетики (монолит, порошок, жидкость);
  • капиллярно-пористые материалы;
  • вязкие вещества;
  • люминофоры;
  • вещества с выраженным вкусом и запахом.

Теперь в руках изобретателя так много рычагов, что как убежден Г.С. Альтшуллер и его многочисленные ученики и последователи, любая задача может быть решена направленно с оптимальным выбором решения.
Лучше всего знакомиться с вепольным анализом на примере, что и предлагает приведенная ниже ситуация.

 

4. Пример 1: решение задачи методом вепольного анализа.

Задача. Необходимо с помощью обычного жидкостного уровня проверить горизонтальность площадки в таком месте, где установить уровень можно, но увидеть его показания (даже зеркалом) нельзя. Вынимаем уровень - сбиваем его показания. Как быть?

Решение.
1. Выявляем физическое противоречие: жидкость в ампуле должна быть подвижной, чтобы пузырек воздуха показывал величину уклона, и на должна быть неподвижной, чтобы при выемке прибора сохранить его показания. Как этого достичь?

2. Производим вепольный анализ: в оперативной зоне есть два вещества В 1 (жидкость) и В 2 (пузырек воздуха), а также поле П г (гравитационное), которое устанавливает жидкость строго горизонтально. Система представляет собой полный веполь и прибор действительно хорошо работает, измеряя уклоны. Но мы желает добавить еще одну функцию - сохранение показаний прибора в нужный момент. При наклоне гравитационное поле П г вредно действует на жидкость В 1 . Нужно перебросить веполь, ввести в него другое поле, нейтрализующее действие первого. В известном изобретении так и сделано - применено тепловое поле.

3. Проводим анализ оптимальности варианта. Итак, обдув холодным воздухом или обложив сухим льдом, мы заморозили жидкость и удержали пузырек на месте. Теперь при выемке прибора показания не собьются.

А как быть, если надо многократно производить фиксацию пузырька? И еще. Вода, конечно, замерзнет. Но в большинстве ампул находится спирт или антифриз, которые не просто заморозить. В этом случае надо формировать веполь. Это значит, что надо ввести новое вещество В 3 вместо В 1 , а вместо теплового ввести другое легкоуправляемое поле, например, магнитное П м .

4. Выберем окончательный вариант. Теперь, заполнив ампулу магнитной жидкостью В 3 , которая твердеет при воздействии на нее магнитного поля П м, мы получаем прибор, в котором легко «закрепляется» в любой момент пузырек воздуха и также легко освобождается. Понятно, что это несколько усложнит прибор, но в некоторых случаях решение может быть необходимым и единственно возможным, например, в различных геодезических приборах.
Осталось лишь отметить, что, так как веполь в качестве энергии и веществ включил в себя магнитное поле и ферровещество, он поменял имя. Теперь у него оно новое - феполь. Кстати, если бы победил первый вариант, он бы носил имя - теполь.

 

5. Пример 2: решение задачи методом вепольного анализа.

Задача . На одном курском заводе возникла необходимость профрезеровать паз в детали, которая было очень схожа с пчелиными сотами и по толщине стенок и по конфигурации. Даже закрепить ее в тисках было невозможно - она деформировалась. Магнитный прижим исключается - материал детали был немагнитным; вакуумный - тоже. Как быть?

Решение.
1. Выявляем физическое противоречие: деталь должна быть твердой, чтобы ее можно было закрепить и обработать и не должна быть твердой (в силу функционального назначения). Как этого достичь?

2. Проводим вепольный анализ: мы имеем вещества В 1 (материал детали), В 2 (воздух, заполняющий ячейки) и механическое поле П 1 (силы упругости). При воздействии сил зажима, В 2 не оказывает сопротивления и механическое поле вредно действует на В 1 . Необходимо ввести другое вещество В 2 . Таким может стать жидкость, практически несжимаемая. Но, ограниченная ячейками с боков, она может вытекать вниз, поэтому поле тоже требует замены.

3. Выбираем окончательный вариант. Замораживаем воду (тепловое поле), которая заполнив мельчайшие элементы детали, превращает последнюю в монолит. Теперь возможно, закрепив деталь в обычные тиски, спокойно профрезеровать паз. Такое решение проблемы и было принято на заводе.

 

6. Метод использования «вещественно-полевых ресурсов».

Заметьте, здесь использована замена одного вещества, которое дешево и всегда под рукой (воздух) на другое, такое же. Это называется использование ресурсов. Понятие «ресурс» («вещественно-полевые ресурсы») появилось в ТРИЗ в 1984 г . и сразу очень обогатило инструментарий изобретателей. Ресурсы могут быть не только вещественными, а и пространственными, энергетическими, информационными и т.д.

Вообще, ресурсами люди пользовались задолго до появления ТРИЗ, хотя они могли называться иначе: подручный материал и т.п. И чаще всего использовалось то, что дешево и доступно. Жители северных районов нашей планеты строят дома... из старого снега. Там он везде и его много. Под давлением сильных ветров снежинки спрессовываются в плотный фирн. Из него вырезаются блоки и складываются «иглу» - надежная защита от пурги.

Для спасения летчика, опустившегося на парашюте в море, был разработан специальный надувной плотик. Плотик имеет герметический отсек, застегивающийся на водонепроницаемую молнию, запас пресной воды, питание и необходимые средства сигнализации. Плотик непотопляем при любом шторме. Однако, при испытаниях у плотика выявился существенный недостаток - во время шторма плотик переворачивался. Как устранить этот недостаток? Увеличить вес плотика можно не более, чем на 3- 5 кг . На помощь пришли ресурсы. Внизу плотика был сделан отсек, заполненный водой. Когда плотик сложен, такой киль почти ничего не будет весить. А в рабочем состоянии отсек заполняется водой и препятствует переворачиванию.

Каждый из нас часто сталкивается с использованием ресурсов, иногда просто не задумываясь над этим. У самосвала, перевозящего зимой цементный раствор для стройки, делают двойными стенки кузова и пропускают через них горячие выхлопные газы. Ими же можно накачать прорезиненный мешок-домкрат для поднятия машины при смене колеса с проколотой покрышкой.

Использование солнечной энергии и энергии волн морей для получения электрического тока, обогрев домов в Исландии и на Камчатке термальными водами - примеры можно продолжать долго.

«Цепная реакция» решений, к которым приходят изобретатели, использующие ресурсы, может быть бесконечной. Как перевезти по железной дороге хрупкие стеклянные приборы? Можно в специальной и дорогой таре, а можно использовать для этого гибкие полиэтиленовые мешки: в них накачивается воздух и они плотно и мягко зажимают груз. «Мешок + воздух» - механизм очень простой и удобный. Неудивительно, что изобретатели стали применять его при решении самых различных задач, в которых требовалось один предмет плотно прижать к другому.

Нужно, например, зажать хрупкий предмет при распиловке - используется «воздушный мешок» (а.с. 409875). Потребовалось плотно прижать одну пластину сложного электропереключателя к другой - снова эта же идея (патент США № 3305652). Надо прижать магнитную ленту к ролику магнитофона - опять «воздушный мешок» (а.с. 268691). Даже врачи умудрились заменять тяжелые гипсовые повязки, накладываемые при переломах, «воздушными мешками».

Напомним, однако, что полное название ресурсов - вещественно-полевые. Следовательно, изменив вещество или поле, можно придать устройству новые качества. Так и сделали: внутрь воздушного мешка насыпали железный порошок, а снаружи на порошок стали воздействовать электромагнитным полем. У прижимного устройства появилось новое свойство - возможность плавной регулировки силы прижатия, а это позволяет применение в самом широком диапазоне.

Содержание