4. Парадоксы и противоречия. Активация аналитического мышления Теперь мы потренируем левое полушарие мозга и расскажем о самом интересном, что неизбежно встречается на жизненном пути изобретателя, - о парадоксах и противоречиях! Только в последние сто лет прояснилась

Технические противоречия Попытаемся решить задачу о дождевателе обычными приемами. Нужно втрое увеличить размах крыльев; что ж, сделать трехсотметровую ферму технически вполне осуществимо. Что мы при этом проиграем? Возрастет вес. Если размах крыльев увеличить втрое,

Большая советская энциклопедия. - М.: Советская энциклопедия . 1969-1978 .

Смотреть что такое "Противоречие" в других словарях:

Противоречие … Орфографический словарь-справочник

Два высказывания, из которых одно является отрицанием другого. Напр.: «Латунь химический элемент» и «Латунь не является химическим элементом», «2 простое число» и «2 не является простым числом». В одном из противоречащих высказываний что то… … Философская энциклопедия

Противоречие - Противоречие ♦ Contradiction В философии под противоречием обычно понимают высказывание, содержащее собственное опровержение (одновременное заявление р и не р). Противоречие подразумевает речь. Действительно, настоящее противоречие возможно… … Философский словарь Спонвиля

Противоречия, ср. 1. Мысль или положение, несовместимое с другим, опровергающее другое, несогласованность в мыслях, высказываниях и поступках, нарушение логики или правды. Впасть в противоречие. Противоречие в теории. Противоречие в собственных… … Толковый словарь Ушакова

См … Словарь синонимов

Центральная категория диалектики. В принципе диалектика сводится к изучению П. в самой сущности предметов. Становление категории П. в истории философии связано с вопросом об источниках движения. При его обсуждении обнаружились две основные точки… … Новейший философский словарь

Противоречие (1)

Задача о шляпах (судя по письмам) оказалась для вас достаточно сложной. На то есть причины. Это типичный пример задачи с большим поисковым полем. Казалось бы должно быть много интересных идей, но их нет (или почти нет). По большей части все решения сводятся к увеличению наклона зала, введению различных санкций по отношению к дамам в шляпах или к различного вида поощрениям за снятие этих шляп. Поэтому решение этой задачи я пока рассказывать не буду. Подумайте еще. Понятно, что идеальное решение (идеальный конечный результат -ИКР) - это, когда дамы сами, без каких либо затрат со стороны кинотеатра, скандалов и других вредных последствий, снимают шляпы. ИКР довольно прозрачно указывает на то, что решение нужно искать в области психологии дам, а значит 100% результата добиться будет сложно. И даже после этой подсказки решение задачи (а их вполне может быть несколько) далеко не очевидно.
Необходимо сформулировать противоречие.

ПРОТИВОРЕЧИЕ - наша сегодняшняя тема. Это, пожалуй, ключевой вопрос, от понимания которого зависит успех решения задач. И лучший способ объяснения этой темы - конкретные примеры.

Практика решения реальных задач показывает, что за кажущейся простотой этого понятия, зачастую кроются значительные сложности в понимании сути противоречия. И это приводит к сбоям в решении задач. Поэтому сначала я предложу вам свой подход, который, на мой взгляд, позволяет наиболее просто объяснить, что следует понимать под противоречием и как его формулировать, а затем приведу выдержки из книг Г. Альтшуллера по ТРИЗ на эту тему.

Начнем с того, что противоречие - это продукт нашего мышления. Противоречий в реальной действительности не существует. Это плод наших размышлений.

Существует понятие диалектического противоречия. Его определение сформулировано в диалектической логике и выглядит примерно так.

Диалектическое противоречие представляет собой опосредствованное промежуточными звеньями единство противоположностей.

Я знаю, что от таких определений многим сразу становится тоскливо, поэтому лучше будет, если я попытаюсь объяснить все это своими словами.

Начнем с того, что выясним, что такое противоположности? Здесь лучше обратиться к примеру. Вот два высказывания:

А. Большой объем.
В. Высокая безопасность.

Эти высказывания представляются нам совершенно самостоятельными, между которыми нет никакой связи. Но достаточно отнести их к конкретному объекту и эта связь появится (в этом заключается опосредствованное единство).

Предположим, что таким объектом является резервуар с воздухом под высоким давлением. Теперь связь между высказываниями "А" и "В" обозначилась. Затем предположим, что оба эти высказывания имеют форму требований, одновременно предъявляемых к этому резервуару. Тогда становится понятным, что эти требования являются противоречивыми. Большой объем резервуара с воздухом под высоким давлением опасен, т. е. не обладает высокой безопасностью (в этом заключается противоположность).

Возможно, требуется пояснить, что большие объемы сжатого воздуха потенциально несут большую опасность. Разрыв такого резервуара со сжатым воздухом может создать ударную волну большой разрушительной силы.

Таким образом, получилось, что требования
А. Большой объем.
В. Высокая безопасность.
представляют собой единство (относятся к одному объекту - резервуару) противоположностей (не совмещаются в понятии резервуар высокого давления). А само понятие высокое давление, является тем звеном, которое опосредствует эти противоречивые требования.
Действительно, при нормальном давлении противоречия не возникает. Резервуар может иметь одновременно и большой объем и обладать высокой безопасностью.

1. Высказывания "А" и "В" являются противоположностями, если имеют форму одновременно предъявляемых к одному и тому же объекту ТРЕБОВАНИЙ, которые по существующим у нас на данный момент представлениям невозможно совместить.
2. Диалектические противоположности - это такие ТРЕБОВАНИЯ, МЕЖДУ КОТОРЫМИ НЕТ НЕПОСРЕДСТВЕННОЙ СВЯЗИ.

Чтобы было понятно, в чем заключается отличие связи опосредованной и непосредственной, приведу пример противоречивых требований, между которыми существует НЕПОСРЕДСТВЕННАЯ связь.

Резервуар большой, - резервуар небольшой.
Давление в резервуаре высокое, - давление в резервуаре невысокое. И т. д.
Т. е. первое требование непосредственно исключает второе и наоборот.

Но это пока не все. Дело в том, что структурно диалектическое противоречие включает в себя формально-логическое противоречие. Только при формулировке диалектических противоположностей и формально-логического противоречия полностью раскрывается суть противоречия.
Но об этой, второй части противоречия я расскажу в следующий раз.

А сейчас посмотрим, как формулируются диалектические противоположности (конфликтующие требования) в известных уже нам задачах.

Задача про жучков

Требование А: Высокая точность измерения температуры
Требование B: Простота измерительной аппаратуры

Ситуация предполагает противоречие (если решения еще не знаем):
Или имеем высокую точность измерения, но сложную аппаратуру,
или простую аппаратуру, но низкую точность измерения.
Совместить требование "А" и требование "В" - проблема.

Задача о композиции двух жидкостей.

Требование А: Высокое качество приготовления композиции из двух жидкостей
Требование В: Простота приготовления композиции

Опять (если не знаем решения):
Или имеем высокое качество композиции (слои четко разделены), но не имеем простоты ее приготовления,
или имеем простоту приготовления (быстро наливаем), но не имеем требуемого качества.

Проблема - совместить "А" и "В".

Задача про царя с камнями.

Требование А: Царевну получить

И это не правильно! Логика, как это было в предыдущих задачах, сейчас не соблюдается.
Если голову сохранить (не играть в камни), то царевну, ясное дело, не получишь, а голову не сохранишь (сыграешь в камни), то царевну все равно не видать.
Выходит - другое здесь противоречие.

А, если так.

Требование А: Честь не уронить (т. е. в камни сыграть, как договорено было)
Требование В: Голову сохранить

И что теперь?

Или честь держать, но голову потерять,
или голова на плечах, но честь уронить (отказаться от игры).
Теперь все логично.

Заметьте - царевна здесь оказалась ни при чем.

Вот еще один забавный пример формулировки противоречия, который я позаимствовал у одного автора.

"Вот я, мол, в жизни, например, столкнулся с нехваткой денег. А деньги нужны! Противоречие? Противоречие!
Обостряем. Денег нет совсем, а нужен миллион долларов. И что?
Где решение?" (Конец цитаты).

Почти, как в анекдоте.
1-я стадия - денег мало.
2-я стадия - денег нет.
3-я стадия - денег нет совсем.

Понятно, что, если так формулировать противоречие и потом пытаться его разрешить, то денег не будет.

Теперь задача о шляпах. Вот ее условие.

Задача о шляпах

Какие противоречивые требования существуют в этой ситуации?

Требование В: Не вызывать недовольства у дам.

Получаем:
Или оставить дам без шляп (используя, например, такие решения из ваших писем, как брать с дам в шляпах дополнительные деньги), но вызвать этим их недовольство,
или не вызывать недовольства дам, но тогда оставить их в шляпах.

Проблема: - совместить требования "А" и "В", т. е. оставить дам без шляп и не вызвать у них недовольства.

Вариантов противоречивых требований для одной и той же задачи может быть сформулировано достаточно много. Но если эти варианты являются интерпретацией друг друга, то они, скорее всего, приведут к одному решению.
Вот еще один пример противоречивых требований для этой задачи.

Требование А: Оставить дам без шляп
Требование В: Не нести дополнительных расходов.

Еще раз хочу обратить ваше внимание на то, что формулирование диалектических противоположностей - это только первый шаг на пути формулирования противоречия. Но если здесь допущена логическая ошибка, двигаться дальше к решению задачи бессмысленно.

Теперь очередная и действительно интересная, на мой взгляд, задача.
Ее прислал Андрей (другой, не Борзых).

Задача о пескоструйной обработке

До следующей встречи.

Ревенков А.В.

Рассмотрим, как формулировка противоречий помогает в поиске решения задачи.

Следует отметить, что противоречия в задачах появляются в следующих случаях:

Когда не видно, как реализовать возникшую потребность (административные);

Когда стремление улучшить одни свойства объекта приводит к недопустимому ухудшению других свойств (технические);

Физические противоречия обнаруживаются в результате анализа технических противоречий, а также после формулирования ИКР и попытке приблизиться к нему.

В физическом противоречии формулируются требования, приводящие к несовместимым свойствам, которыми должен обладать объект. Раскрывая глубинную суть конфликта, формулировка ФП обладает эвристической ценностью. После формулировки физического противоречия необходимо провести его анализ и наметить прием его разрешения, и только после этого непосредственно осуществлять поиск самого решения.

Стремление же сразу искать ответ на поставленную задачу без такого анализа практически приводит к применению метода проб и ошибок. Поэтому наша задача отработать приемы поиска решения, сформировать навык применения приемов, которые рекомендуются в ТРИЗ.

Задача 7.1. Одно из чудес света - Александрийский маяк на египетском берегу Средиземного моря. Время разрушило маяк, но многие археологи утверждают, что он был высотой более 300 м.

Несколько веков простоял маяк с надписью на вершине: "Для богов и во имя спасения моряков построил Состратос из Книда, сын Дексифона". Так звали строителя, и люди запомнили его имя на века. Но история помнит и другое. Когда строительство маяка заканчивалось, Состратоса вызвал правитель и повелел: "Ты высечешь на маяке мое имя!".

Строителю было запрещено высекать свое имя, и он знал, что если он не выполнит приказа, то его казнят, а если выполнит, то потомки никогда не узнают имени настоящего автора маяка.

Строитель остался жив, но весь мир узнал его имя.

Как это могло произойти?

АП: Очень хочется увековечить свое имя, а правитель запретил это делать, - он хочет увековечить свое имя.

ТП-1: Если я выбью на стене свое имя, то увековечу его, что хорошо, но лишусь жизни, что недопустимо.

ТП-2: Если я выбью на стене имя правителя, то не увековечу своего имени, что плохо, но при этом останусь жить, что хорошо.

Таким образом, приходим к двум противоречащим высказываниям, которые и составляют физическое противоречие.

ФП: На стене должно быть мое имя, чтобы его увидели потомки, на стене не должно быть моего имени, а должно быть имя правителя, чтобы меня не казнили.

Эту задачу можно сформулировать следующим образом. Пока жив правитель, надпись должна быть одна, а после его смерти - другая.

Тогда ФП можно переформулировать: Надпись должна быть одна, чтобы ее увидел правитель, и надпись должна быть другая, чтобы ее увидели потомки. Как это сделать?

Из последней формулировки ФП видно, что для правителя надпись должна быть одна, чтобы он ее увидел, а для потомков должна быть другая, чтобы увековечить свое имя. То есть противоречащие требования, которые предъявляются к объекту, относятся к разным моментам времени.

Противоречие разрешается во времени введением в систему еще одного компонента - вещества, которое сначала должно быть, а потом исчезнуть.

Строитель вытесал на каменной стене свое имя, но закрыл его слоем известкового раствора, на котором написал имя правителя. Через несколько лет известняк выветрился и проступило имя "Состратос, сын Дексифона".

Задача 7.2. В экспериментальной лаборатории для испытания длительного действия кислот на поверхность образцов сплавов имеется установка, которая представляет собой герметичную камеру.

На дно камеры устанавливаются образцы в виде кубиков. Камеру заполняют агрессивной жидкостью и создают необходимую температуру и давление.

Проблема заключается в том, что агрессивная жидкость действует не только на образцы, но и на стенки камеры, вызывая их коррозию. Камеру приходиться изготовлять из благородных металлов, что чрезвычайно дорого.

Таким образом, имеем АП: нужно снизить затраты на испытания, а как это сделать - неизвестно.

В задаче описана система, состоящая из трех компонентов, которые участвуют в конфликте: камера, образцы и агрессивная жидкость.

Соответственно имеются три пары взаимодействий (рис.7.1):

камера - жидкость;

камера - кубик;

жидкость - кубик.

Жидкость агрессивная и должным образом взаимодействует с образцом (кубиком) - цели испытаний достигаются. Но жидкость разрушает стенки камеры - плохое взаимодействие.

Жидкость должна быть агрессивной, но стенки камеры не должны разрушаться. Поэтому первая и третья пара взаимодействий находятся в конфликте между собой.

Г. С. Альтшуллер разбирал эту задачу на семинарах и писал, что "... за 1973-1982 гг. накопилась обширная статистика...

Слушатели, незнакомые с ТРИЗ, в 75% случаев выбирают в качестве конфликтующей пары "камера - жидкость", то есть ситуация переводится в задачу по борьбе с коррозией. Это крайне невыгодная стратегия: локальная задача по улучшению способа испытаний образцов заменяется несоизмеримо более общей и трудной задачей по защите металла от коррозии. В результате - 80% заведомо неверных решений и почти 20% весьма сомнительных и ненадежных (например, различные защитные покрытия камеры). Слушатели, знающие основы ТРИЗ, в 83% случаев выбирают пару "кубик - жидкость", что почти всегда приводит к правильному ответу".

Очевидно, это связано с тем, что в постановке задачи незримо присутствует вектор психологической инерции (ВПИ), который и нацеливает на решение именно этой проблемы.

Разработка модели задачи в виде сформулированных ТП позволяет избавиться от вектора психологической инерции (ВПИ).

Главная полезная функция (ГПФ) камеры - это создание необходимых условий для испытаний: размещение образцов, агрессивной жидкости, создание давления и температуры.

Камера должна быть, чтобы изолировать агрессивную среду и создать необходимые условия для проведения испытаний (температуру и давление). Но жидкость вредно действует на стенки камеры.

Поэтому в формулировке ТП нужно отразить конфликт совместного взаимодействия:

Но жидкость и образцы должны находиться в камере, значит, агрессивная жидкость будет взаимодействовать со стенками камеры.

ТП-1: Если жидкость будет находиться в камере, то будут соблюдены условия испытаний, но при этом стенки камеры будут разрушаться.

ТП-2: Если жидкость будет взаимодействовать с образцом вне камеры, то не будет и разрушительного действия жидкости на стенки камеры, но при этом не будут соблюдены условия испытаний.

Здесь следует отметить, что понятие "изменяемый параметр", участвующий в описании ТП? это не только количественные изменения в системе (например, увеличить, уменьшить), но и качественные изменения, наличие или отсутствие каких-то условий.

Понятие "функциональное свойство" (см. рис. 7.1) в данной задаче следующее:

Ф1 - условия проведения испытаний;

Ф2 - сохранение (неразрушение) стенок камеры.

В этой задаче целесообразно обратиться к формулированию ИКР - того идеального образа, к которому нужно стремиться.

ИКР: Жидкость сама нужным образом воздействует на образец и не оказывает вредного воздействия на камеру.

Достижению ИКР мешают реальные условия.

ФП: Жидкость должна быть агрессивной для образцов, чтобы достичь целей испытаний и не должна быть агрессивной для стенок камеры, чтобы они не разрушались.

После такой формулировки, естественно, возникает задача: "Как сделать так, чтобы жидкость, находясь в камере, не воздействовала на ее стенки агрессивно?"

Коррозия стенок камеры - это нежелательный эффект (НЭ). Следует обратить внимание, что после формулирования ФП задача получает другую направленность - не бороться с НЭ, а не допустить его появления.

Из противоречащих высказываний видно, что диктуемые требования относятся к объектам, которые расположены в разных точках пространства - агрессивная для образцов и не агрессивная для стенок камеры.

Таким образом, приходим к мысли, что противоречие можно разрешить в пространстве.

Ресурсы для изменения системных свойств объекта:

Изменение изделия или инструмента;

Введение веществ, полей;

Изменение формы компонентов системы.

Основное требование для проведения испытаний - жидкость должна контактировать с образцами.

Возможные решения

Каждый образец с жидкостью изолируется от камеры, например, устанавливается в сосуд или мешок, сделанный из пленки. Эти дополнительно введенные компоненты должны быть сделаны из материалов, которые выдерживают действие жидкости и температуры, при которых проводятся испытания.

При этом можно добиться дополнительного эффекта, чтобы стенки камеры не взаимодействовали с парaми агрессивной жидкости.

Жидкость удерживается самим образцом. Для этого его надо сделать с полостью.

Следует отметить, что препятствием для получения последнего решения является заданный в условии задачи ВПИ, который создается тем, что испытуемый образец называется кубиком.

Задача 7.3. При наклеивании новых обоев из стен удаляют шурупы, на которых крепились ковры, книжные полки и т. д. Возможно, что придется вернуть некоторые предметы на старое место. Как найти отверстия в стене?

ТП: Чтобы найти отверстие, нужно на обоях сделать какую-то метку, например, вставить в отверстие спичку, которая при наклейке обоев проткнет их и будет выступать. Это неважно, если точно известно, что это отверстие будет использовано. А если неизвестно, какие отверстия понадобятся, а какие нет, то это портит внешний вид стены.

Таким образом, необходимо предложить простой способ отыскания отверстий в стене после наклейки обоев, но такой, чтобы внешний вид стены не был испорчен.

ФП: Метка на стене должна быть, чтобы знать, куда вставить шуруп, и метки быть не должно, так как она портит внешний вид стены.

Из этой формулировки, естественно, формулируется задача, что метка должна быть такой, чтобы ее не было видно.

Из формулировки ФП видно, что противоречащие требования к метке относятся к различным моментам времени. Метка должна появляться только тогда, когда в ней возникает потребность, а когда такой потребности нет, то нет и метки.

Система: стена, обои, отверстия в стене (пустые или с установленными в них вставками - пластмассовыми или деревянными).

Следует вспомнить, что разрешение противоречия во времени предусматривает введение в имеющуюся систему веществ, полей или того и другого, а также использование приема динамизации компонентов и связей между ними. Все эти мероприятия приводят к изменению системных свойств. Какие из перечисленных ресурсов можно использовать для решения задачи?

Для поиска ресурсов сначала нужно понять, какими свойствами обладают компоненты системы, которые проявляются в связях между ними или с компонентами надсистемы. Если эти свойства не удается использовать, то подумать, как их усилить или изменить.

Если отверстие большое и примерно известно его расположение, то можно, ощупывая пальцами стенку, найти место, где обои прогибаются. Можно найти место отверстия, постукивая легким предметом по стенке. Там, где пустота, - будет другой звук. Но это все сложно.

Поэтому нужно подумать, какие вещества и поля можно ввести в имеющуюся систему.

Возможные решения

В отверстие установить маленький магнит или намагнитить шуруп и завернуть его до конца, вровень со стенкой. Для поиска этого магнита использовать железные опилки. Как? Например, перемещать полиэтиленовый пакетик с опилками и смотреть, как они будут себя вести.

Можно в отверстие поместить железосодержащую деталь (гайку, гвоздь) и использовать намагниченные опилки.

А если известно, что этот поиск нужно будет сделать в ближайшие дни, то заложить в отверстие ватку, смоченную валерианкой и использовать кошку?

Задача 7.4. На одной из метеостанций требовалось зимой, в лютые морозы четыре раза в сутки опускать в прорубь приборы для замеров параметров воды и взятия пробы. Работа осложнялась тем, что прорубь через 2? 4 ч полностью замерзала и ее приходилось ломом пробивать заново. Никаких сложных механизмов на метеостанции нет. Как освободить работника метеостанции от ручной работы по пробиванию проруби?

Следует обратить внимание на то, что в условии задачи присутствует ВПИ. В задаче дается ориентировка на создание устройства по пробиванию проруби.

Поэтому целесообразно дать эту задачу для самостоятельного решения. Посмотреть, в каком направлении будут сделаны попытки ее решения. Затем провести анализ сделанных попыток, выяснить причины неудач. Чаще всего это связано с тем, что задачу пытаются решать методом проб и ошибок, не применяя предлагаемый подход, через формулировку противоречия и определения приемов его разрешения.

Часто учащиеся начинают решать задачу, не вникнув полностью в условия, не поняв до конца физические процессы, происходящие в описываемом явлении. А это весьма важно для поиска ресурсов при решении задачи. Поэтому целесообразно выяснить, насколько глубоко учащиеся вникли в существо происходящих явлений, и эту часть задачи разобрать более подробно.

Охлаждение воды происходит за счет конвективного теплообмена с холодным воздухом и за счет испарения.

Усиливают охлаждение воды низкая температура воздуха и ветер.

Препятствует охлаждению воды конвективный теплообмен в толще воды. Известно, что вода максимальную плотность имеет при температуре около 40С. Поэтому вода, охладившись до этой температуры, как имеющая бoльшую плотность, опускается вниз. Снизу поднимается более теплая вода.

Система: вода, лед, лом. Надсистема (НС) - холодный воздух, глубинные слои воды.

В этой задаче под функциональными свойствами, которые приводят к возникновению ТП, понимаются потребности (см. рис. 7.1). С одной стороны, прорубь нужна для выполнения некоторых работ. С другой стороны, очень не хочется систематически заниматься работой по пробиванию проруби.

Таким образом, ТП: Прорубь пробивать нужно для взятия проб воды. И этого делать не нужно, потому что это тяжелая работа.

Следует отметить, что после такой формулировки задача начинает получать несколько иную направленность, чем была в исходной постановке. И это особенно становится заметным после формулировки ИКР.

ИКР: ТС обладает таким свойством, что сама не дает воде замерзать.

Достижению ИКР препятствуют природные процессы. Это и обуславливает физическое противоречие.

ФП: вода в проруби должна замерзать, так как взаимодействует с холодным воздухом, но она не должна замерзать, чтобы не пробивать ломом каждый раз прорубь (не ломать лед).

Следует подчеркнуть, что формулировка ИКР и ФП определяет направление поиска решения - не разрабатывать устройство для прорубания, а не допускать замерзания воды.

Изменение системных свойств рассматриваемого объекта можно сделать введением дополнительных компонентов (веществ или полей).

Какие вещества и поля можно ввести в систему, чтобы вода не замерзала?

Какими свойствами должны обладать эти вещества?

Какие ресурсы можно почерпнуть из НС?

Возможные решения

В лед вмораживают металлическую трубу (рис.7.2.) Нижние слои воды более теплые. Металл хорошо проводит тепло.

На поверхность воды, в трубу наливают жидкость с низкой температурой замерзания, которая не смешивается с ней и легче воды (например, бензин, керосин, масло).

Труба дает еще один эффект - при наличии течения не вымывает эту жидкость.

Для уменьшения конвективного теплообмена с воздухом прорубь можно накрыть крышкой из теплоизоляционного материала (например, из пенопласта) или палаткой.

Задача 7.5. Из замкнутого резервуара с непрозрачными стенками в химический реактор поступает агрессивная и ядовитая жидкость. Требуется измерять скорость истечения этой жидкости, однако никаких измерительных устройств на пути этой жидкости ставить нельзя (рис. 7.3).

Состав системы: резервуар, расходный трубопровод, агрессивная и ядовитая жидкость.

Задача на измерение, обнаружение.

ТП: Измеряющее устройство должно быть для осуществления контроля расхода жидкости, но его нельзя установить внутри расходного трубопровода.

Переход от ТП к ФП в этой задаче встречает определенные трудности. Это связано с тем, что в условии задачи не объясняются причины

запрета устанавливать его в потоке жидкости. Вероятно, что детали измерительного устройства не могут вступать в контакт с жидкостью.

Следовательно, нужно поискать обходные пути.

Здесь можно наметить два пути решения проблемы.

Измерительное устройство (ИУ) поставить снаружи расходной трубы.

Вместо прямого измерения попытаться применить косвенное измерение. То есть измерять не расход жидкости, а какой-то другой параметр, по которому можно было бы определять расход.

Можно ли ИУ поставить не на расходную трубу, а в другое место?

Рассмотрим первый путь.

Если измерительное устройство поставить снаружи расходной трубы, то пока непонятно, как измерять расход, на каком физическом принципе действия может работать такое устройство.

В трубопроводе имеется жидкость. Надо измерять некоторые свойства этой жидкости, в частности, ее скорость. Измерительное устройство и жидкость разделены стенкой трубы.

Если измерять свойство вещества нельзя прямым контактом, значит, нужно использовать поля, которые могут проникать сквозь стенку трубы. Такими полями могут быть звуковые и ультразвуковые, электромагнитные волны.

Из физики известен эффект Доплера - изменение частоты колебаний, воспринимаемой наблюдателем при движении источника колебаний. Применяется для измерения скорости потока гетерогенных (неоднородных по составу) тел.

ФП: Для применения эффекта Доплера в трубе должна быть гетерогенная среда, но из резервуара течет однородная жидкость.

Как сделать поток гетерогенным? Очевидно, нужно ввести в систему еще одно вещество.

Возможные решения

Ультразвуковыми колебаниями создать явление кавитации или вдувать в расходную трубу газ, например, воздух, чтобы по трубе перемещались пузырьки. Использовать эффект Доплера.

Устройство сложное.

Рассмотрим второй путь - косвенное измерение.

Для решения задачи нужно понять, как изменяются связи между компонентами системы, когда происходит истечение жидкости (рис. 7.4).

Из задачи понятно, что при истечении жидкости взаимодействия между резервуаром и расходным трубопроводом 1, а также между жидкостью и расходным трубопроводом 2 не изменяются. А взаимодействия между жидкостью и резервуаром 3 изменяются - уменьшается уровень жидкости. Каким образом можно использовать это обстоятельство?

Очевидно, измеряя скорость изменения уровня жидкости, можно получить скорость жидкости в расходной трубе. Для этого достаточно знать, как меняется площадь поперечного сечения резервуара по высоте.

Если вводить вещества в контакт с агрессивной жидкостью нельзя, значит, нужно использовать поля, например, ультразвуковое для измерения положения границы раздела между жидкостью и воздушной прослойкой в резервуаре. Можно использовать оптические методы.

Кроме того, нужно посмотреть, какие еще свойства изменяются при уменьшении уровня жидкости.

Изменяются вес резервуара, объем воздуха над жидкостью. Значит, можно производить измерение этих параметров.

Возможное решение

Вместо скорости истечения агрессивной жидкости измерять скорость поступления воздуха в резервуар. Для повышения точности измерения, возможно, придется контролировать еще давление воздуха внутри резервуара, атмосферное давление, а также температуру воздуха.

Задача 7.6. При приземлении самолета можно наблюдать, что в момент касания колес с бетонным покрытием аэродрома появляется легкий дымок. Это результат динамического взаимодействия резины колес с аэродромным покрытием, который приводит к интенсивному износу покрышек. Как устранить это явление?

В этой задаче формулировка противоречий не столько помогает выйти на тот или иной прием его разрешения, сколько помогает глубже вникнуть в суть явления и осуществить целенаправленный поиск решения.

Состав системы: шасси, колесо самолета. Надсистема - воздух, бетонное покрытие.

Конфликтующая пара: колесо самолета и бетонное покрытие.

Анализ явления. Посадочная скорость самолета большая. В момент касания бетонного покрытия колесо неподвижно. Из-за большого момента инерции оно не может мгновенно раскрутиться и какое-то время скользит. В этот момент происходит значительное истирание покрышки.

Износа покрышки не будет, если нижняя точка колеса будет иметь такую же скорость, что и самолет.

Следовательно, нужно устройство для раскручивания колеса, но такое, которое бы не усложняло систему, чтобы его масса, габариты и энергоемкость стремились к нулю.

Например, ставить на каждое колесо двигатель для его раскручивания недопустимо - это значительно усложняет конструкцию, увеличивает вес конструкции.

ТП: Если на шасси установить специальное устройство для раскручивания колеса, то это усложнит систему, но устранит нежелательное явление - износ покрышки.

ФП: Устройство для раскручивания колеса должно быть. И его быть не должно, чтобы не усложнять систему и не увеличивать ее массу.

ОЗ - колесо, покрытие взлетно-посадочной полосы (ВПП), ОВ - момент касания ВПП и время, когда самолет идет на посадку.

Следуя принципу идеальности, нужно при минимальных усложнениях в системе обеспечить требуемое свойство.

Значит, нужно попытаться использовать имеющиеся ресурсы в рассматриваемой ТС или НС.

Во-первых, найти энергию, и, во-вторых, найти способ ее использования для преобразования в механическое движение - вращение колеса.

Здесь целесообразно сформулировать ИКР.

ИКР: Колесо само раскручивается до встречи с бетонным покрытием.

Самолет идет на посадку с большой скоростью, торможение происходит за счет аэродинамических сил. Таким образом, имеется бесплатная энергия - скоростной напор воздушной среды (рис. 7.5, а). Как его можно использовать для раскручивания колеса?

Если свободно подвешенное на оси колесо находится в воздушном потоке, то из-за симметричности обтекания оно вращаться не будет.

Получаем ФП: Колесо должно вращаться, чтобы в момент касания оно не скользило по бетону, и оно не будет вращаться, так как нет условий для возникновения крутящего момента.

Значит, нужно создать крутящий момент. Из приведенной схемы видно, что при симметричном обтекании момента не возникает. Следовательно, нужно сделать так, чтобы сумма аэродинамических сил, действующая на нижнюю часть колеса, была больше, чем на верхнюю часть.

Выберем изменяемый элемент. Очевидно, что он должен быть на самолете. Это может быть либо элемент рассматриваемой системы, то есть колесо, либо ближайшей надсистемы, в которую входит колесо, то есть шасси.

Возможные решения

Ввести еще один компонент в систему.

На стойку шасси закрепить крыло, которое сделает несимметричным обтекание колеса воздушным потоком (см. рис. 7.5, б).

Изменить форму имеющегося компонента.

Для согласования скоростей вращения колес и скорости полета самолета французский изобретатель Х. Оливье предложил раскручивать колеса в полете. Для этого на боковой поверхности колес установить лопатки, которые позволяют раскрутить колеса под действием набегающего воздушного потока (рис. 7.5, в).

Можно привлечь аналогию - вертушка анемометра, прибора для измерения скорости ветра.

Задача 7.7. На кораблях, особенно военных, каждый квадратный метр площади на счету. Особенно важно, чтобы любые сооружения занимали как можно меньше места. Но весьма трудно сократить вылет трапа, потому что он зависит от высоты и глубины ступенек. Сделать каждую ступеньку выше (тогда их потребуется меньше) нельзя - затрудняется хождение. А сделать каждую ступеньку?же тоже нельзя, так как на ней должна уместиться ступня.

Как сократить вылет трапа L (рис. 7.6, а)?

Рассматриваемая система - трап состоит из однородных компонентов - ступенек, которые характеризуются двумя важными для поставленной проблемы параметрами: высотой h и шириной b ступеньки.

ТП: Если ступеньки стандартной ширины b и высоты h, то удобно ходить, но при этом трап занимает много места, имеет большой вылет L.

Из этого ТП можно сформулировать два физических противоречия.

ФП-1: Ступенька должна быть высокой, чтобы сократить вылет трапа, и она не должна быть высокой, чтобы удобно было ходить.

ФП-2: Ширина ступеньки должна быть маленькой, чтобы сократить вылет трапа, и она должна быть большой, чтобы удобно было ходить.

Противоречия в задаче обусловлены двумя требованиями, с одной стороны, минимальный вылет трапа (размерная характеристика) и, с другой стороны, удобством хождения, то есть антропологическим фактором.

Первое требование ориентирует на поиск решения путем пространственных преобразований или применения принципа динамизации (аналогия - складывающаяся стремянка).

Второе - на анализ потребительных свойств этого устройства при использовании его по прямому назначению человеком, то есть выявление тех свойств трапа, которые были бы достаточны для удобного спуска и подъема.

Здесь целесообразно обратиться к функциональному анализу ступенек - дать оценку уровня выполнения ими своих функций, например, по трехбалльной шкале: адекватно, недостаточно или избыточно.

Если создаваемая лестница не предназначена для организации встречного движения пешеходов, то каждая ступенька поднимающимся или спускающимся человеком используется не в полной мере. Действительно, ведь человек ставит ногу только на одну ступеньку, если он не решил по дороге отдохнуть или не затеял на лестнице разговор.

Таким образом, длина ступеньки избыточна по выполняемой функции, для перемещения по лестнице. И ее можно сократить, например, вдвое.

Таким образом, мы получили ресурс для решения задачи. Возникает вопрос: можно ли эту избыточность использовать для решения поставленной проблемы?

Избыточная длина "подсказывает" использовать пространственный ресурс.

Если длина ступеньки уменьшилась, то на ее место можно поставить следующую ступеньку.

Таким образом, ступеньки можно расположить в шахматном порядке. Вылет трапа уменьшится вдвое при сохранении удобства перемещения (см. рис. 7.6, б)