Правила Триза.Применение в сварочном производстве

Введение

Теория решения изобретательских задач, или ТРИЗ, – набор методов решения и усовершенствования технических задач и систем, с помощью нахождения и решения технических противоречий.Идея ТРИЗ заключается в том, что разные технические задачи являются техническими противоречиями, которые решаются одними и теми же методами. Для решения конкретной задачи пользователи ТРИЗа приводят задачу к обобщённому виду, обобщённую задачу пытаются решить подходящим общим методом, а позднее возвращаются к конкретной задаче и к ней пытаются применить найденное решение [1].Основу ТРИЗа составляют 40 общих изобретательских приёмов, 76 стандартных шаблонов решений и несколько других идей.Целью данной работы являлось изучение 40 правил ТРИЗа и их применения в сварочном производстве.1 Историческая справкаПервоначальная версия ТРИЗа была разработана советским инженером-изобретателем Генрихом Альтшуллером, который работал в патентном бюро и там проанализировал 40 тысяч патентов в попытке найти закономерности в процессе решения инженерных задач и появления новых идей. Работа над ТРИЗом была начата Альтшуллером в 1946 г., первая публикация была выпущена им и Рафаэлем Шапиро в 1956 г.В это время развитие ТРИЗа происходило не в рамках науки, рецензирование статей и научный метод не применялись, место полноценной научной дискуссии занимали активная общественная деятельность по популяризации ТРИЗа, публикация книг и проведение учебных семинаров. Так, Альтшуллер сам проводил занятия по ТРИЗу в 1948–1998 годах, а до 1970-х годов обучение ТРИЗу проходило преимущественно на экспериментальных семинарах.В советский период дискуссия вокруг ТРИЗа не выходила за рамки закрытой группы его создателей, потенциальные изменения в ТРИЗе одобрялись лично Альтшуллером. Несмотря на это, ТРИЗ использовался на практике – в СССР.В 1990-х годах ТРИЗ стал известен за пределами бывшего СССР, в том числе он начал применяться некоторыми международными компаниями, самый известный пример из которых –  HYPERLINK "https://ru.wikipedia.org/wiki/Samsung" \o "Samsung" Samsung. Эта компания активно использует его при создании инноваций.В 2000-х годах по ТРИЗу стали появляться научные статьи, однако он продолжает оставаться малоизвестным в академических кругах. Например, в технологических университетах, занимающих 30 первых мест по рейтингу QS World University Rankings, из 294 курсов, посвящённых инженерному проектированию и разработке новых продуктов, только два упоминают ТРИЗ в своей учебной программе.С одной стороны, ТРИЗ называют одним из наиболее развитых и результативных наборов методов, помогающих на начальном этапе инженерной деятельности; в то же время отмечается ограниченное применение ТРИЗа промышленными компаниями, а также слабая связь ТРИЗа с наукой.Альтшуллер считал, что первым шагом на пути к изобретению является формулировка ситуации таким образом, чтобы отсекались бесперспективные и неэффективные пути решения. После этого можно переформулировать изобретательскую ситуацию в стандартную мини-задачу: «всё должно остаться так, как было, но либо должно исчезнуть вредное, ненужное качество, либо появиться новое, полезное качество». Основная идея мини-задачи в том, чтобы избегать существенных (и дорогих) изменений и рассматривать в первую очередь простейшие решения.После того, как мини-задача сформулирована и система проанализирована, согласно теории Альтшуллера, должно обнаруживаться, что попытки изменений с целью улучшения одних параметров системы приводят к ухудшению других параметров.Г.С. Альтшуллер является автором таких всемирно известных работ как: алгоритм решения изобретательских задач (АРИЗ), теория решения изобретательских задач (ТРИЗ), теория развития творческой личности (ТРТЛ), теория развития технических систем (ТРТС) и др.В изобретательском мире Г.С. Альтшуллер больше всего известен работой ТРИЗ, которая используется для решения изобретательских задач такими всемирно известными компаниями, как: «Siemens», «General Motors», «Volkswagen» и мн. др. ТРИЗ не является строгой научной теорией, а скорее представляет собой обобщённый опыт изобретательства и изучения законов развития науки и техники.2 Сущность 40 правил ТризаТРИЗ включает список из 40 основных приёмов. Работа по составлению списка таких приёмов была начата Г. С. Альтшуллером ещё на ранних этапах становления теории решения изобретательских задач. Эти приёмы показывают лишь направление и область, где могут быть сильные решения. Конкретный же вариант решения они не выдают. Эта работа остаётся за человеком.Система приёмов, используемая в ТРИЗ, включает простые и парные (приём-антиприём).Простые приёмы позволяют разрешать технические противоречия. Среди простых приёмов ТРИЗа наиболее популярны 40 основных (типовых) приёмов (вместе с подприёмами – более 100).Парные приёмы состоят из приёма и антиприёма, с их помощью можно разрешать физические противоречия, так как при этом рассматривают два противоположных действия, состояния, свойства.Рассмотрим 40 основных приемов устранения технических противоречий.1. Принцип дробленияа) Разделить объект на независимые части.б) Выполнить объект разборным.в) Увеличить степень дробления объекта)2. Принцип вынесенияОтделить от объекта «мешающую» часть («мешающее» свойство) или, наоборот, выделить единственно нужную часть или нужное свойство.В отличие от предыдущего приема, в котором речь шла о делении объекта на одинаковые части, здесь предлагается делить объект на разные части.3. Принцип местного качестваа) Перейти от однородной структуры объекта или внешней среды (внешнего воздействия) к неоднородной.б) Разные части объекта должны выполнять различные функции.в) Каждая часть объекта должна находиться в условиях, наиболее благоприятных для ее работы.4. Принцип асимметрииа) Перейти от симметричной формы объекта к асимметричной.б) Если объект уже асимметричен, увеличить степень асимметрии.5. Принцип объединенияа) Соединить однородные или предназначенные для смежных операций объекты.б) Объединить во времени однородные или смежные операции. 6. Принцип универсальностиОбъект выполняет несколько разных функций, благодаря чему отпадает необходимость в других объектах.7. Принцип «матрешки»а) Один объект размещен внутри другого, который, в свою очередь, находится внутри третьего и т. д)б) Один объект проходит сквозь полость в другом объекте.8. Принцип антивесаа) Компенсировать вес объекта соединением с другим объектом обладающим подъемной силой.б) Компенсировать вес объекта взаимодействием со средой (преимущественно за счет аэро- и гидродинамических сил).9. Принцип предварительного антидействияЕсли по условиям задачи необходимо совершить какое-то действие, надо заранее совершить антидействие.10. Принцип предварительного действияа) Заранее выполнить требуемое действие (полностью или хотя бы частично).б) Заранее расставить объекты так, чтобы они могли вступить в действие без затрат времени на доставку и с наиболее удобного места)11. Принцип «заранее подложенной подушки»Компенсировать относительно невысокую надежность объекта заранее подготовленными аварийными средствами.12. Принцип эквипотенциальностиИзменить условия работы так, чтобы не приходилось поднимать или опускать объект.13. Принцип «наоборот»а) Вместо действия, диктуемого условиями задачи, осуществить обратное действие.б) Сделать движущуюся часть объекта или внешней среды неподвижной, а неподвижную – движущейся.в) Перевернуть объект «вверх ногами», вывернуть его.14. Принцип сфероидальностиа) Перейти от прямолинейных частей к криволинейным, от плоских поверхностей к сферическим, от частей, выполненных в виде куба или параллелепипеда, к шаровым конструкциям.б) Использовать ролики, шарики, спирали.в) Перейти от прямолинейного движения к вращательному, использовать центробежную силу.15. Принцип динамичностиа) Характеристики объекта (или внешней среды) должны меняться так, чтобы быть оптимальными на каждом этапе работы.б) Разделить объект на части, способные перемещаться относительно друг друга)в) Если объект в целом неподвижен, сделать его подвижным, перемещающимся.16. Принцип частичного или избыточного действияЕсли трудно получить 100 % требуемого эффекта, надо получить «чуть меньше» или «чуть больше» – задача при этом может существенно упроститься.17. Принцип перехода в другое измерениеа) Трудности, связанные с движением (или размещением) объекта по линии, устраняются, если объект приобретает возможность перемещаться в двух измерениях (т. е. на плоскости). Соответственно задачи, связанные с движением (или размещением) объектов в одной плоскости, устраняются при переходе к пространству трех измерений.б) Использовать многоэтажную компоновку объектов вместо одноэтажной.в) Наклонить объект или положить его «набок».г) Использовать обратную сторону данной площади.д) Использовать оптические потоки, падающие на соседнюю площадь или на обратную сторону имеющейся площади. Прием 17, а можно объединить с приемами 7 и 15, в. Получается цепь, характеризующая общую тенденцию развития технических систем: от точки к линии, затем к плоскости, потом к объему и, наконец, к совмещению многих объемов)18. Использование механических колебанийа) Привести объект в колебательное движение.б) Если такое движение уже совершается, увеличить его частоту (вплоть до ультразвуковой).в) Использовать резонансную частоту.г) Применить вместо механических вибраторов пьезовибраторы.д) Использовать ультразвуковые колебания в сочетании с электромагнитными полями.19. Принцип периодического действияа) Перейти от непрерывного действия к периодическому (импульсному).б) Если действие уже осуществляется периодически, изменить периодичность.в) Использовать паузы между импульсами для другого действия.20. Принцип непрерывности полезного действияа) Вести работу непрерывно (все части объекта должны все время работать с полной нагрузкой).б) Устранить холостые и промежуточные ходы.21. Принцип проскокаВести процесс или отдельные его этапы (например, вредные или опасные) на большой скорости.22. Принцип «обратить вред в пользу»а) Использовать вредные факторы (в частности, вредное воздействие среды) для получения положительного эффекта)б) Устранить вредный фактор за счет сложения с другими вредными факторами.в) Усилить вредный фактор до такой степени, чтобы он перестал быть вредным.23. Принцип обратной связиа) Ввести обратную связь.б) Если обратная связь есть, изменить ее.24. Принцип «посредника»а) Использовать промежуточный объект, переносящий или передающий действие.б) На время присоединить к объекту другой (легкоудаляемый) объект.25. Принцип самообслуживанияа) Объект должен сам себя обслуживать, выполняя вспомогательные и ремонтные операции.б) Использовать отходы (энергии, вещества).26. Принцип копированияа) Вместо недоступного, сложного, дорогостоящего, неудобного или хрупкого объекта использовать его упрощенные и дешевые копии.б) Заменить объект или систему объектов их оптическими копиями (изображениями). Использовать при этом изменение масштаба (увеличить или уменьшить копии).в) Если используются видимые оптические копии, перейти к копиям инфракрасным или ультрафиолетовым.27. Дешевая недолговечность взамен дорогой долговечности. Заменить дорогой объект набором дешевых объектов, поступившись при этом некоторыми качествами (например, долговечностью).28. Замена механической схемыа) Заменить механическую схему оптической, акустической или «запаховой».б) Использовать электрические, магнитные и электромагнитные поля для взаимодействия с объектом.в) Перейти от неподвижных полей к движущимся, от фиксированных к меняющимся во времени, от неструктурных к имеющим определенную структуру.г) Использовать поля в сочетании с ферромагнитными частицами.29. Использование пневмо- и гидроконструкцийВместо твердых частей объекта использовать газообразные и жидкие: надувные и гидронаполняемые, воздушную подушку, гидростатические и гидрореактивные.30. Использование гибких оболочек и тонких пленока) Вместо обычных конструкций использовать гибкие оболочки и тонкие пленки.б) Изолировать объект от внешней среды с помощью гибких оболочек и тонких пленок.31. Применение пористых материалова) Выполнить объект пористым или использовать дополнительные пористые элементы (вставки, покрытия и т. д.).б) Если объект уже выполнен пористым, предварительно заполнить поры каким-то веществом.32. Принцип изменения окраскиа) Изменить окраску объекта или внешней среды.б) Изменить степень прозрачности объекта или внешней среды.в) Для наблюдения за плохо видимыми объектами или процессами использовать красящие добавки.г) Если такие добавки уже применяются, использовать люминофоры.33. Принцип однородностиОбъекты, взаимодействующие с данным объектом, должны быть сделаны из того же материала (или близкого ему по свойствам).34. Принцип отброса и регенерация частейа) Выполнившая свое назначение или ставшая ненужной часть объекта должна быть отброшена (растворена, испарена и т. п.) или видоизменена непосредственно в ходе работы.б) Расходуемые части объекта должны быть восстановлены непосредственно в ходе работы.35. Изменение агрегатного состояния объектаСюда входят не только простые переходы, например, от твердого состояния к жидкому, но и переходы к «псевдосостояниям» («псевдожидкость») и промежуточным состояниям, например, использование эластичных твердых тел.36. Применение фазовых переходовИспользовать явления, возникающие при фазовых переходах, например, изменение объема, выделение или поглощение тепла и т. д)37. Применение теплового расширенияа) Использовать тепловое расширение (или сжатие) материалов.б) Использовать несколько материалов с разными коэффициентами теплового расширения.38. Применение сильных окислителейа) Заменить обычный воздух обогащенным.б) Заменить обогащенный воздух кислородом.в) Воздействовать на воздух или кислород ионизирующими излучениями.г) Использовать озонированный кислород)д) Заменить озонированный (или ионизированный) кислород озоном.39. Применение инертной средыа) Заменить обычную среду инертной.б) Вести процесс в вакууме.Этот прием можно считать антиподом предыдущего.40. Применение композиционных материаловПерейти от однородных материалов к композиционным.3 Применение правил Триза в сварочном производстве3.1 Прием 18. Использование механических колебаний Авторское свидетельство № 220380. Способ вибродуговой наплавки и сварки деталейИзвестный способ вибродуговой наплавки не всегда обеспечивает высокую плотность наплавленного металла и наиболее благоприятную его микроструктуру в виде зернистого строения.По предложенному способу накладывают ультразвуковые колебания с частотой порядка 20 кГц на сварочный электрод, который при обычной вибродуговой наплавке находится под воздействием колебаний порядка 120 кГц. В результате получается высокая плотность наплавленного металла при мелко. зернистой структуре, что сопровождается повышением износостойкости наплавленного изделия.Таким образом, в данном авторском свидетельстве представлен способ вибродуговой наплавки и сварки деталей под слоем флюса с низкочастотными колебаниями электрода, отличающийся тем, что, с целью повышения качества наплавленного металла, на низкочастотные колебания накладывают высокочастотные ультразвуковые колебания порядка, например, 20 кГц.3.2 Прием 19. Принцип периодического действияАвторское свидетельство № 267772. Известен способ исследования процесса дуговой сварки с использованием дополнительного осветителя. Однако при дополнительном освещении наряду с улучшением видимости твердого и жидкого материала, находящегося в области дуги, что уменьшает ценность исследований, ухудшается видимость плазменно-газовой фазы столба дуги (явно техническое противоречие!). Предложенный способ отличается от известного тем, что яркость дополнительного осветителя периодически изменяют от нуля до величины, превышающей яркость дуги. Это отличие позволяет совместить наблюдение как за самой дугой, так и за процессами плавления электрода и переноса металла с одновременной регистрацией этих наблюдений, например, с помощью скоростной киносъемки.Частоту изменения яркости дополнительного осветителя выбирают такой, чтобы в течение периода регистрации или периода перемещения материала электрода происходила многократная смена видимости дуги материала.При частоте более 16 кГц и наблюдении через соответствующие светофильтры с помощью предлагаемого способа можно добиться визуального наблюдения одновременно дуги и материала в дуге. При киносъемке смену объектов исследования можно производить с каждым кадром. Это позволяет при скоростной киносъемке практически одновременно регистрировать как расположение материала в дугe, так и наблюдать размеры столба дуги.Способ исследования процесса дуговой сварки с использованием дополнительного осветителя отличается тем, что, с целью совмещения наблюдения как за самой дугой, так и за процессами плавления электрода и переноса металла, яркость дополнительного осветителя периодически изменяют от нуля до величины, превышающей яркость дуги.3.3 Прием 33. Принцип однородностиАвторское свидетельство № 259298. Известен способ сварки металлов, при котором свариваемые кромки устанавливают с зазором и подают в него присадочный материал с последующим нагревом свариваемых кромок.Предложенный способ отличается от известного тем, что в качестве присадочного материала используют летучие соединения тех же металлов, что и свариваемые, причем соединяемые кромки нагревают до температуры термической диссоциации летучего соединения. Это позволяет получить соединения с минимальным содержанием газов и примесей в шве и околошовной зоне и, следовательно, повысить пластичность и коррозионную стойкость сварного соединения. Сущность способа заключается в следующем.У подготовленных для соединения деталей нагревают кромки до температуры, при которой происходит разложение (термическая диссоциация) летучего соединения того же металла, из которого изготовлены соединяемые детали (например, для соединения деталей из циркония берут йодид циркония).В зазор между нагретыми до указанной температуры кромками пропускают соответствующее летучее соединение, которое разлагается на газообразную составляющую и чистый металл. Последний откладывается на кромках соединяемых деталей равномерным слоем и, заполняя зазор, соединяет эти детали, не вызывая их расплавления. Температура нагрева кромок должна соответствовать температуре разложения применяемого летучего соединения (например, для йодида циркония температура разложения находится в интервале 1200 – 1400 оС).Способ сварки металлов, при котором свариваемые кромки устанавливают с зазором и подают в него присадочный материал с последующим нагревом свариваемых кромок, отличающийся тем, что, с целью повышения качества сварки, в качестве присадочного материала используют летучие соединения тех же металлов, что и свариваемые, причем соединяемые кромки нагревают до температуры термической диссоциации летучего соединения.

Заключение

В данной работе рассмотрены 40 правил ТРИЗа. Альтшуллер, будучи учёным, задался целью выявить, как делаются изобретения, и есть ли у творчества свои закономерности. Для этой цели он исследовал свыше 40 тысяч патентов и авторских свидетельств, выделив 40 стандартных приёмов, используемых изобретателями.Перечень типовых приемов - это своего рода настольный справочник изобретателя, но справочник особого рода: изобретатель должен рассматривать его как основу, которую необходимо самостоятельно пополнять по новым техническим и патентным публикациям. В работе также представлены примеры использования некоторых правил ТРИЗа в сварочном производстве.
Список использованных источников

1. Альтшуллер Г. С. Найти идею: Введение в ТРИЗ – теорию решения изобретательских задач, 3-е изд. – М.: Альпина Паблишер, 2010. – 392 с.2. Альтшуллер Г. С. Алгоритм изобретения, Моск. рабочий, 1973. – 296 с.3. Соболев, П. А. Как научиться изобретать. – Ужгород: Карпати, 1973. – 128 с.4. Половинкин, А. И. Основы инженерного творчества: Учеб. пособие для студентов втузов / Приложение 2. Межотраслевой фонд эвристических приёмов преобразования объекта. – Москва: Машиностроение, 1988. – 368 с.5. Альтшуллер Г. С. Найти идею. – Новосибирск: Наука, 1986 (1-е изд.), 1991. 395 с.6. Шпаковский, Н. А. ОТСМ-ТРИЗ: подходы и практика применения: учебное пособие: для студентов высших учебных заведений, обучающихся по техническим специальностям (квалификация (степень) «инженер») / Н. А. Шпаковский. – Москва: Инфра-М, 2019. – 502 с.7. Умаржанов, А. А. Использование современной теории решения изобретательских задач для разработки эффективных инженерных конструкций / А. А. Умаржанов, Б. Х. Абдуллозода // Современные наукоемкие технологии. – 2019. – № 6. – С. 217–222.8. Хомутский, Д. Ю. Применение инструментов ТРИЗ в инновационных процессах промышленного предприятия / Д. Ю. Хомутский, Г. С. Андреев // Генеральный директор. Управление промышленным предприятием. – 2019. – № 6 – С. 22-27.9. Орлов, М. А. Первичные инструменты ТРИЗ = TRIZ Primary Tools: справочник практика для создания инновационных идей и решений / Михаил Орлов. – Москва: Солон Пресс, 2019. – 127 с.