Патент. .trashed-1648901026-Чжан Цзюньхан ТРИЗ1.1.1. Закон согласованиярассогласования технических систем 8
 Скачать 187.74 Kb.
|
|
Чжан Цзюнхань «Бесконтактный кондуктометрический датчик» SU 1474532 СОДЕРЖАНИЕ1 Принцип действия устройства 3 2 Изучение законов развития технических систем (ЗРТС) и применение их к своему изобретению с целью получения новых решений 6 2.1 Анализ и синтез по закону полноты частей системы 6 2.2 Анализ и синтез по закону энергетической и информационной проводимости ТС 7 2.3 Закон согласования-рассогласования технических систем 8 2.4 Анализ и синтез ТС по закону увеличения степени идеальности 9 2.5 Закон неравномерного развития технических систем 10 2.6 Закон выполнения динамичности и управляемости ТС 11 2.7 Закон развертывания и свертывания ТС 12 2.8 Закон перехода ТС на микроуровень. Использования полей 13 3 Выявление противоречия системы и решение его по АРИЗу 15 3.1 Анализ задачи 15 3.2Анализ модели задачи 16 3.3 Определение идеального конечного результата и физических противоречий 16 3.4 Мобилизация и применение ВПР 17 4 Веполная структура. Синтез или разрушение веполей 18 5 Учебная формула изобретения 19 Список литературы 20 1 Принцип действия устройства  «Бесконтактный кондуктометрический датчик» SU 1474532 Вот Ваш вариант В описании к авторскому свидетельству № П 595668, МК G01 N 27/02 (по заявке № 2419917/18-25 от 12.11.76 г., авторы: Ю.В. Барсуков, С.С. Рыбак, Л.В. Сергеевич и Ю.Н. Стрельников) представлено устройство «Бесконтактный кондуктометрический датчик», схема предполагаемого датчика представлена на рисунке 1.  Рисунок 1 – Схема бесконтактного кондуктометрического датчика Питающая обмотка 1, намотанная на ферромагнитный сердечник 2, подключается к генератору 3 напряжения. Приёмная обмотка 4, намотанная на другой ферромагнитный сердечник 5, подключается к входу источника 6 напряжения, управляемого током. Связь между передающей и приемной обмотками создается жидкостным витком 7 связи. Выходное напряжения измеряется вольтметром 8. 2 Изучение законов развития технических систем (ЗРТС) и применение их к своему изобретению с целью получения новых решений 2.1 Анализ и синтез по закону полноты частей системы Закон формулируется следующим образом: необходимым условием принципиальной жизнеспособности ТС является наличие и минимальная работоспособность основных частей системы. Таких основных частей четыре: двигатель (Дв), трансмиссия (Тр) или передача, рабочий орган (Ро) и орган управления (Оу). Если хотя бы одна из них отсутствует, то это еще не ТС пли неполная система, если функцию каких-либо частей выполняет человек. Если хотя бы одна часть неработоспособна, то ТС не "выживет". Полную ТС можно представить в виде структурной схемы, как показано на рисунке 2, где ЕЭ - источник энергии, а Изд. - изделие. Рo - это то, что непосредственно взаимодействует с изделием, "обрабатывает" его, Тр подводит энергию к Ро от Дв, которых зачастую является и ИЭ или же преобразует энергию, поступающую от ИЭ. Оу управляет работой всех или хотя бы одной частью системы.  Рисунок 2 – Структурная схема полной технической системы Теперь по рисунку 1, на котором представлена схема датчика, определим, какие части являются основными. Так как целью изобретения является повышение точности измерения, то для того, чтобы достичь данную цель, то было введено устройство источника напряжения, управляемого током, подключенного между приемной обмоткой и измерительным прибором, на рисунке 1 данное устройство обозначено цифрой 6, поэтому рабочим органом будет источник 6 напряжения, управляемого током. Но устройство 6 выполняет не только роль Ро, но и роль Оу. Двигателем будет генератор напряжения 3, так как эта часть системы вырабатывает энергетику. Трансмиссией или передачей служат питающая обмотка 1, намотанная на ферромагнитный сердечник 2, приёмная обмотка 4, намотанная на другой ферромагнитный сердечник 5 и жидкостный виток 7 связи. Исходя из вышеописанного и исходя из закона полноты частей системы мы можем сказать, что система является полной. Для того чтобы получить новые технические решения с применением закона полноты частей системы, можно воспользоваться линией вытеснения человека из ТС. Вытеснения действий человека из ТС необходимо искать органах управления. В нашем случаем органом управления является устройство 6. Но данное устройство выполняется сразу две функции – это функция Оу и Ро. Ввиду того что устройство 6 выполняет сразу две функции, то система получается и автономной и нет. Рабочий орган 6 устанавливается человеком, поэтому вытеснить человека из ТС не получается. 2.2 Анализ и синтез по закону энергетической и информационной проводимости ТС Закон формулируется следующим образом: необходимым условием принципиальной жизнеспособности ТС является сквозной проход энергии и информации по всем частям технической системы. Так как перенос информации неизбежно связан с переносом энергии, то в дальнейшем будем говорить только об энергетической проводимости. Для того чтобы правильно провести анализ и синтез необходимо построить линию или линии сквозного прохода энергии, это связано с законом полноты частей системы. Это необходимо ввиду того, что энергия от двигателя проходит через трансмиссию к рабочему органу. Проведем анализ нашего бесконтактного кондуктометрического датчика. Синусоидальное напряжение от генераторов 3 через виток связи возбуждает в обмотке ток, амплитуда которого пропорциональна проводимости жидкости, в которую погружены сердечники. Источник 6 напряжения, управляемый током, преобразует этот ток в напряжение, амплитуда которого измеряется вольтметром 8. Степень влияния температурной и временной нестабильности магнитной проницаемости сердечника приемной обмотки тем меньше, чем меньше входное сопротивления источника напряжения, управляемого током. Как мы можем заметить, то в основном здесь преобладает перенос энергии. Затем после переноса энергии происходит сбор информации с вольтметра 8, который стоит после устройства 6. Приблизительная линия прохода моет быть построена следующим образом (см. рисунок 3)  Рисунок 3 – Линия прохода энергии/информации Как можно заметить, то задействованы все элементы. В следствии этого можно сказать, что при уменьшении или увеличении значения электрического поля мы получим разную информацию по выходу из системы. 2.3 Закон согласования-рассогласования технических систем Составляющие техническую систему части должны быть согласованы или, наоборот, рассогласованы между собой. Под согласованием понимается придание основным параметрам частей системы определенных, соответствующих основным параметрам других частей, значений. Под рассогласованием понимается целенаправленное нарушение соответствия различных частей ТС по каким-либо параметрам, позволяющее улучшить ее работу. В нашем изобретении используются питающие и принимающие обмотки с ферромагнитными сердечниками т.е. за счет этого у нас есть и согласование по магнитным и рассогласование по электрическим параметрам. Для согласования по магнитным параметрам входной и выходной обмоток электрических трансформаторов используются ферромагнитные сердечники, по которым замыкается магнитный поток. Сердечники обычно изготавливаются из электротехнических сталей, обладающих относительно невысоким электрическим сопротивлением. Чтобы избежать потерь от вихревых токов, прибегают к рассогласованию по электрическим параметрам путем изготовления сердечников из отдельных пластин, изолированных друг от друга. 2.4 Анализ и синтез ТС по закону увеличения степени идеальности Закон повышения степени идеальности является одним из основных законов развития ТС. Под увеличением степени идеальности И в ТРИЗ понимается рост отношения суммы выполняемых системой полезных функций Фп к сумме факторов расплаты Фр:  Закон гласит, что в процессе развития степень идеальности увеличивается либо за счет увеличения выполняемых системой, функций (полезных), либо за счет уменьшения факторов расплаты (либо соответствующего изменения того и другого одновременно). Факторы расплаты включают затраты на создание, эксплуатацию, утилизацию системы, а также все создаваемые системой вредные функции. Попробуем увеличить знаменатель, то есть придать системе дополнительные полезные функции, не увеличивая факторы расплаты. В описании патента заявлено, что бесконтактный кондуктометрический датчик используется для определения электропроводности морской воды при гидрофизических исследованиях. В нашем случае можно попробовать использовать датчик не только для морской воды, но и пресной. Помимо придания дополнительных функций, так же можно уменьшить факторы расплаты, то есть избавиться от какой-либо части системы. В нашем случае данный способ не подходит так как все части из которых состоит ТС необходимы. 2.5 Закон неравномерного развития технических систем В развитии технической системы в соответствии с законами диалектики происходит чередование этапов количественного роста и качественных скачков (закон взаимного перехода количественных и качественных изменений). В процессе количественного роста в результате неравномерного развития характеристик технической системы появляются противоречия: административные, технические, физические. В процессе количественного роста происходит накопление и обострение противоречий. Скачок в развитии – это преодоление, разрешение в определенной степени того или иного противоречия, т.е. появление нового технического решения. Содержание противоречия проявляется в характеристиках, параметрах, свойствах технической системы, а форма противоречия – в конкретной конструкции технической системы. Необходимо найти противоречие между содержанием и формой, т.е. между характеристиками, параметрами, свойствами и конструкцией, частями технической системы. Противоречие необходимо сформулировать и решить по АРИЗу. Сначала необходимо выбрать содержательную характеристику, которую будем улучшать, т.е. цель. Для задач автоматики, электромеханики, измерительной техники чаще всего встречаются цели: повышение точности, чувствительности, быстродействия, кпд, надежности ТС, упрощение конструкции, расширение динамического диапазона работы, расширение функциональных возможностей и некоторые другие. Самым лучшим улучшением для датчиков является повышение точности измерения, но если обратится к рассматриваемому патенту, то мы можем увидеть, что данное изобретение уже выполняет данныую задачу, а именно повышает точность измерения, за счет добавления источника напряжения, управляемого током. Что бы улучшить уже имеющиеся характеристики, можно применить источник напряжения, управляемый током, более высокого класса точности. 2.6 Закон выполнения динамичности и управляемости ТС Закон заключается в том, что в процессе развития ТС повышается способность ее к целенаправленным изменениям, обеспечивающим наилучшее приспособление к изменяющейся внешней среде. Система как бы "встраивается" в окружающую среду с наименьшими затратами, "притирается" к ней. Главное проявление этого закона и разрешение противоречий, возникающих при встраивании развивающейся системы в среду ее функционирования, заключается в превращении неизменных прежде параметра, свойства, характеристики, части системы в изменяющиеся согласно нашим требованиям. Тем самым повышается и идеальность системы. Основные линии проявления закона: Переход к мультифункциональности: заключается в переходах к сменяемым элементам в системе или в переходах к системе с изменяемым элементом. Увеличение числа степеней свободы: а) на макроуровне – за счет создания механически измеряемых систем; б) на микроуровне – за счет использования свойств, входящих в систему веществ; в) на микроуровне – за счет использования свойств полей. Повышение управляемости за счет введения: а) программного управления, т.е. введения в систему извне управляющего сигнала в виде веществ или полей (разомкнутая система управления); б) управление с обратной связью (замкнутые системы автоматического управления). Рассмотрим применение законов на бесконтактном кондуктометрическом датчике. С точки зрения перехода к мультифункциональности рассматриваемый нами датчик можно снабдить еще одним жидкостным витком, который позволит измерять электропроводность не только морской воды, но и пресной. Можно увеличить число степеней свободы на микроуровне, за счет использования свойств, входящих в систему веществ. Например, использовать источник напряжения, управляемого током, более высокого класса точности. 2.7 Закон развертывания и свертывания ТС Повышение идеальности технической системы осуществляется путем развертывания – увеличения количества и качества выполняемых функций, приносящих пользу, но за счет увеличения сложности системы, и свертывания – упрощения системы при сохранении или увеличения количества и качества полезных функций. Развертывание технической системы начинается с создания функционального центра – минимально необходимого для выполнения основной функции совокупности подсистем (элементов). В простейшем случае функциональный центр определяется законом полноты частей системы. Развертывание технической системы происходит от функционального центра к периферии и предусматривает введение дополнительных подсистем, которые выполняют новые полезные функции или повышают качество уже выполняемых полезных функций. Проведем развертывание рассматриваемой системы от первой питающей обмотки 1, намотанной на ферромагнитный сердечник 2, которая находится после генератора напряжения 3. Можно ввести подсистему, которая будет содержать в себе несколько таких обмоток и использовать их не только в морской воде, но и в пресной. Свертывание обычно начинается с совмещения функций: одна из подсистем начинает выполнять функцию соседней, которая исчезает за ненадобностью, и, в конечном итоге, завершается заменой всей системы некоторым идеальным веществом (или полем). В нашем случае данное свертывание недопустимо так как мы не моем избавиться от какой-либо составляющей рассматриваемой нами системы. 2.8 Закон перехода ТС на микроуровень. Использования полей Переход на микроуровень – это основной путь свертывания технических систем, вообще развитие техники в целом идет в направлении все большего использования глубинных уровней строения материи. Можно выделить ряд уровней строения систем, отличающихся размерами типовых элементов, видами связи между ними, применяемыми эффектами и явлениями: макроуровень – системы из элементов специальной геометрической формы (стержень, шестеренка, катушка, магнит, рычаг и т.п.); полисистемы из элементов специальной геометрической формы (конструкции из нитей, шариков, листов металла и т.п.); полисистемы из высокодисперсных элементов (порошки, эмульсии, аэрозоли, суспензии); системы на надмолекулярном уровне, использующие физические эффекты, связанные со структурой веществ – кристаллические перестройки, фазовые переходы; системы на молекулярном уровне, использующие различные химические превращения; системы на атомном уровне, использующие физические эффекты, связанные с изменением атомарных состояний (ионные, электронные, радиоактивные и прочие явления); системы с использованием вместо веществ физических полей – тепла, света, радиоволн и т.п. Понятие «поля» в ТРИЗ имеет несколько иное значение, чем в физике. Под ним понимается любое взаимодействие между объектами. Анализ патентного фонда позволяет выявить ряд наиболее эффективных в технике полей, а также определенную последовательность их применения по мере развития технических систем: Механические поля – перемещение объектов, гравитационные, центробежные силы, давление, механическое напряжение, трение, акустика и т.д. Тепловые поля – нагрев, охлаждение. Химические поля – синтез и разрешение молекул, использование особо активных инертных веществ, запах, вкусовые ощущения. Электрическое поле – электростатика, электрический ток. Магнитное поле. Рассматриваемая нами система – это система с использованием вместо веществ физических полей, так как в нашей системе происходит взаимодействие электрического поля, а именно передача тока через намотки на ферромагнитном сердечнике. 3 Выявление противоречия системы и решение его по АРИЗу 3.1 Анализ задачи 1 Дана техническая система бесконтактного кондуктометрического датчика. Рассмотрим взаимодействие влияние индуктивности приемной обмотки и входного сопротивления источника напряжения, управляемого током. Противоречие: Высокое сопротивление источника напряжения, управляемого током, приводит к влиянию изменений индуктивности приёмной обмотки на точность результатов измерения. 2 Конфликтующая пара Сопротивление источника напряжения – индуктивность приемной обмотки. 3 Составим схемы конфликтов:  Рисунок 4 - Схема противоречия 4 Укажем предельное состояние элементов: Высокое сопротивление источника напряжения, управляемого током, влияет на точность результатов измерения. 5 Запишем формулировку модели задачи: Конфликтующая пара: Сопротивление источника напряжения – индуктивность приемной обмотки. Усиленная формулировка конфликта: сопротивление источника напряжения, которое намного выше индуктивности приемной обмотки, что ведет к уменьшению точности результатов измерений. 1. Определим оперативную зону – это точка, когда ток с принимающей обмотки доходит до источника напряжения 6. 2. Определим оперативное время. Т1 – конфликтное время – время поступления тока в источник напряжения. Т2 – отсутствует. 3. Определим вещественно-полевые ресурсы системы, внешней среды и изделия. Внутрисистемные: намотки, ферромагнитные сердечники, смеси, давление. Внешнесистемные: материалы конструктивных элементов, электрический ток, напряжение. Дешёвые: пустота, отходы производства. 3.3 Определение идеального конечного результата и физических противоречий Сформулируем идеальный конечный результат: X-элемент, абсолютно не усложняя систему и вызывая вредных явлений, обеспечивает то, что сопротивление источника напряжения намного меньше чем индуктивность принимающей катушки. Усиливаем формулировку ИКР дополнительным требованием: использовать можно только внутренние ресурсы системы. Запишем формулировку физического противоречия на макроуровне. В оперативной зоне в оперативное время мы должны знать, что сопротивление источника напряжения 6 должно быть намного меньше индуктивности принимающей катушки. 3.4 Мобилизация и применение ВПР В этой части АРИЗ применяется метод «маленьких человечков». Условно изобразим «маленькими человечками» Х-элемент.  Рисунок 5 – Применение метода маленьких человечков Решением данного противоречия по АРИЗу будет заранее известное сопротивление источника напряжения, управляемого током и знание индуктивности приемной катушки. Знание этих величин приведет к тому, что мы получим более точные результаты измерений без температурной и временной нестабильности магнитной проницаемости. 4 Веполная структура. Синтез или разрушение веполей Веполь - минимально управляемая техническая система, состоящая из двух взаимодействующих объектов и энергии их взаимодействия. Вепольный анализ (от слов вещество и поле) – еще один метод решения изобретательских задач. Представляет собой структурный метод решения изобретательских задач. Простейшая структура представляется веполем, состоящим из 3-х элементов. Взаимодействующие объекты условно называют веществами и обозначают: В1 и В2. Энергию взаимодействия называют полем: П. В ТРИЗ существуют два основных метода синтеза вепольных структур: 1) достройка неполной триады до полного треугольника; 2) разрушение старой треугольной структуры и постройка новой. Определим веполь в рассматриваемой системе. П – ток, В1 – приёмная обмотка 4, намотанная на другой ферромагнитный сердечник 5. В2 – Питающая обмотка 1, намотанная на ферромагнитный сердечник 2. На рисунке 6 и рисунке 7 приведены схемы неполного и полного веполей соответственно:  Рисунок 6 – Неполный веполь  Рисунок 7 – Полный веполь 5 Учебная формула изобретения Бесконтактный кондуктометрический датчик состоит из следующих элементов: - два сердечника с обмотками; - источник напряжения; - измерительный прибор. Одна обмотка соединена с источником напряжения, другая – с измерительным прибором, отличающийся тем, что с целью повышения точности измерения, управляемый током, вход которого соединен с обмоткой, подключенной к измерительному прибору, а выход – с измерительным прибором. Список литературы 1. А. Б. Бушуев, Ю. В. Литвинов. Моделирование процессов технического творчества. – СПб: Университет ИТМО, 2016. – 39с 2. А. Б. Бушуев, Ю. В. Литвинов. Математическое моделирование процессов технического творчества. – СПб: СПбГУ ИТМО, 2010. – 181с. 3. А. Б. Бушуев, Ю. В. Литвинов. Функционально-структурное моделирование технических систем. – СПб: Университет ИТМО, 2019. – 28с. 4. А. Б. Бушуев. Применение методов технического творчества в инновационной деятельности. – СПб: СПбГУ ИТМО, 2010. – 124с. |