Решение нестандартных задач

Рыцарские доспехи (латы) тяжелые и в них ограничена подвижность, поэтому неудобно вести бой. Как быть?

Рис. 2.6. Рыцарские доспехи

Разбор задачи

ПП: Как улучшить подвижность рыцаря и облегчить доспехи?

ПТ: Противоречие между защитными свойствами доспехов и их весом, и удобством движения.

ПС: Доспехи должны быть легкими и гибкими, чтобы было удобней двигаться, и должны быть не гибкими и тяжелыми, чтобы обладать хорошими защитными свойствами.

Т. е. доспехи должны быть из единого куска металла (быть не гибким) и из многих кусков металла (быть гибким).

Решение задачи

Разрешим ПС, разделяя противоположные свойства:

В структуре.

Придумали кольчугу. Она состоит из отдельных колечек, соединенных вместе. Каждое колечко жесткое, а все вместе гибкие. Кроме того, в середине кольца нет металла, поэтому вес значительно уменьшается.

Рис. 2.7. Кольчуга

Светофор — это пример изменения по условию. Красный цвет — движения нет. Зеленый — движение разрешается.

Задача 2.8.Автомат по разливу жидкостей

Условие задачи

При отсутствии бутылки под краном, выливается лишняя жидкость. Как быть?

Разбор задачи

ПП: Как избежать потери жидкости?

ПТ: Противоречие между необходимостью заполнения бутылки жидкостью и потерей жидкости.

ПС: Жидкость не должна выливаться, чтобы не было потерь жидкости, и должна выливаться, чтобы заполнить бутылку.

Решение задачи

Разрешим ПС, разделяя противоположные свойства:

По условию.

Жидкость выливается только при наличии бутылки под краном.

Рис. 2.8. Автомат по разливу жидкостей

Это решение для любых упаковочных автоматов.

Задача 2.9.Мощный транзистор

Условие задачи

Неидеальность ключевых свойств мощных транзисторов и диодов являются причиной потерь электрической энергии, которая разогревает полупроводниковый прибор, ухудшая тепловой режим его работы. Как быть?

Разбор задачи

ПП₁: Необходимо улучшить тепловой режим транзисторного (диодного) ключа в электроаппаратуре, в которую он устанавливается.

ПП₂: Необходимо исключить перегрев силового транзистора.

В формулировке ПП₂ показывается улучшение, какое качество нужно улучшить, а в ПП₂ — нежелательный эффект (НЭ) — перегрев транзистора.

Это по существу изобретательская ситуация.

Устранение указанного административного противоречия может осуществляться путем:

— создания нового транзистора или

— применения радиатора, который улучшает тепловой режим работы транзистора, но увеличивает габариты аппаратуры.

В первом направлении необходимо проводить серьезную научно-исследовательскую и опытно-конструкторскую работу (НИОКР). Это занимает много времени и средств. Поэтому из изобретательской ситуации мы выбираем второй путь — изобретательский.

ПТ: Противоречие между температурой и габаритами или потерями энергии (мощности) и габаритами.

Улучшение теплоотвода приводит к необходимости увеличения площади радиатора, а снижение габаритов радиоаппаратуры требует уменьшения площади радиатора.

ПС: Площадь радиатора должна быть маленькой, чтобы радиоаппаратура была малых габаритов, и большой, чтобы улучшить отвод тепла.

Решение задачи

Такое противоречие можно разрешить:

В структуре, например, путем ее изменения.

1. На радиаторе делают ребра. Общая площадь радиатора увеличивается (увеличивается теплообмен), а габариты аппаратуры не увеличиваются и даже могут быть уменьшены. Ребра делают игольчатыми, чтобы еще больше увеличить площадь радиатора (площадь теплообмена).

Рис. 2.9. Радиатор для транзистора

2. Лепестки радиатора делают с эффектом памяти формы — из никелида титана — нитинола (а. с. 958 837). При нормальной температуре лепестки прижаты к транзистору, а при повышении температуры за пределы допустимой, они отгибаются, увеличивая площадь теплоотвода. Это разрешение противоречивых свойств не только в структуре, но и по условию (превышение температуры) или можно считать, что это разрешение во времени (во время превышения температуры).

3. Можно присоединить к транзистору элемент Пельтье, который будет охлаждать транзистор.

В пространстве

Радиатор вместе с транзистором размещают на наружной стенке блока, как это сделано в измерительных приборах: цифровых вольтметрах и частотомерах.

Рис. 2.10. Радиатор — наружная стенка прибора

Можно использовать тепловую трубу, позволяющую отвести локально выделяемое тепло на значительное расстояние от его источника или с помощью тепловых труб подводить холодный поток.

Рис. 2.11. Принцип работы тепловой трубы

2.12. Тепловые трубы присоединены к радиатору

Холодный поток можно получить от элемента Пельтье.

Глава 3. Идеальный конечный результат (ИКР)