Для запайки ампул с лекарством их устанавливают в квадратный ящик с ячейками (25 × 25 = 625 ампул) и на конвейере подают к газовой горелке. Горелка представляет собой трубу с отверстиями (как в нагревателях горячей воды или в газовых духовках), расположенную на некоторой высоте поперек конвейера. Из отверстий вниз выбиваются языки пламени. Эти языки пламени при прохождении ящика с ампулами нагревают шейку ампулы. При нагреве шейка оплавляется, стекло стекает вниз и ампулы запаиваются, герметизируя лекарство.

Но при горении газа длина языков пламени меняется, и не все шейки ампул успевают нагреться до такой температуры, чтобы оплавиться и закупорить лекарство. Часть ампул не запаивается, получается брак. Можно уменьшить скорость движения конвейера, но тогда падает производительность труда. Поэтому попробовали увеличить подачу газа в горелки. Длина языков пламени увеличилась, и все ампулы стали прекрасно запаиваться. Но длинные языки пламени начали касаться и тела ампулы, в котором находится лекарство (рис. 7.2). Лекарство при нагреве портится, опять получается брак. Как быть?

В этой проблеме определение основной функции обычно затруднений не вызывает: ОФ — запайка ампул с целью герметизации лекарства. А вот при записи принципа действия (ПД — нагрев языком пламени) обычно упускают одну очень важную деталь — не указывают, при каких условиях ОФ выполняется наилучшим образом (вспомните задачу о температуре химического раствора!). И тогда возникают затруднения в выборе средства устранения и, соответственно, второго нежелательного эффекта. Между тем и то, и другое будут четко определены, если в условии отметить, что 100-процентная герметизация происходит в длинном языке пламени.

Шаг 1. Техническая система для запайки ампул путем нагрева шейки ампулы длинным языком пламени состоит из конвейера, ящика с ампулами и газовой горелки с длинными языками пламени. В процессе выполнения запайки возникает нежелательный эффект (НЭ1) — нагрев тела ампулы с лекарством. Чтобы устранить НЭ1 — нагрев тела ампулы с лекарством, — можно использовать средство устранения (СУ) — уменьшить длину языка пламени. Однако при этом возникает новый нежелательный эффект (НЭ2) — не все ампулы запаиваются.

Схема задачи:

ОФ — запайка шейки ампул.

ПД — нагрев шейки ампулы длинным языком пламени.

Состав системы — ампула, лекарство, горелка, ящик, конвейер.

НЭ1 — нагрев лекарства.

СУ — уменьшить длину языка пламени.

НЭ2 — нет полной запайки ампул.

Варианты технических противоречий в их крайних состояниях:

Если уменьшить длину языка пламени, то нагрев лекарства исчезает, но появляется неполная запайка ампул.

Если же длину языка пламени не уменьшать, то неполная запайка ампул не возникает, но сохраняется нагрев лекарства.

Шаг 2. Постановка изобретательской задачи:

Не уменьшая длину языка пламени и обеспечивая тем самым полную запайку ампул, устранить нагрев лекарства.

Шаг 3. Определяем оперативную зону (ОЗ) — зону, где происходит конфликт. Для этого еще раз вспомним, что суть конфликта — в нагреве лекарства длинным языком пламени. Таким образом, конфликтная зона — это зона контакта длинного языка пламени с телом ампулы, с той ее частью, в которой находится лекарство. Ситуация аналогична той, которая возникла в задаче о мешалке для расплава стали: тепло от пламени к лекарству передается через стеклянное тело ампулы. И если мы сумеем отделить ту часть длинного языка пламени, которая находится ниже шейки ампулы, от соприкосновения с поверхностью тела ампулы, то лекарство нагреваться не будет.

Шаг 4. Определяем оперативное время (ОВ). Это время Т состоит из времени выполнения основной функции T3, которое полностью совпадает с временем конфликта Т1, так как нагрев лекарства происходит одновременно с запайкой ампул.

Т = T1 = T3.

Как видно из проведенного анализа, в этой задаче все пространство делится на две части, две зоны: в одной — верхней — осуществляется реализация основной функции (запайка шейки), в другой — нижней — возникает НЭ1 (нагрев лекарства). А наличие двух зон фактически исключает возможность возникновения противоречия, так как появляется возможность эти зоны просто отделить одну от другой даже в том случае, если эти действия происходят одновременно. (Детальный анализ возможных вариантов сочетаний элементов ОЗ и ОВ проводится при изучении методики решения сложных технических задач и выходит за рамки данного пособия.)

Шаг 5. Физическое противоречие на макроуровне (М-ФП).

Выше отмечалось, что выполнение ОФ и возникновение НЭ1 происходят в различных частях пространства, поэтому формулирование физического противоречия на макроуровне должно устранить возникновение НЭ1 и может выглядеть так: длинный язык пламени должен касаться тела ампулы, поскольку он обеспечивает полную их запайку, и не должен ее касаться, чтобы не нагревать лекарство.

Шаг 6. Физическое противоречие на микроуровне (μ-ФП), таким образом, сводится к формулированию требований к частицам, которые должны находиться в оперативной зоне:

между телом ампулы и длинным языком пламени во время действия длинного языка пламени должны находиться частицы вещества, которые не будут пропускать пламя к телу ампулы.

Шаг 7. Идеальный конечный результат (ИКР): техническая система должна сама обеспечивать в пространстве между языком пламени и телом ампулы во время запайки наличие частиц, которые не пропустят пламя к телу ампулы.

Шаг 8. Определим свойства, которым должны удовлетворять частицы, чтобы обеспечивались необходимые по шагу 7 требования. Частицы должны:

создавать сплошную отсекающую поверхность, через которую не сможет пробиться пламя;

быть негорючими и нетеплопроводными;

быть подвижными — быстро и легко появляться только возле тела ампулы (а не возле шейки!) и также быстро и легко удаляться;

не попадать в открытые ампулы, чтобы не засорять лекарство;

быть дешевыми.

Если требование к подвижности частиц распространить на весь ящик, то мы приходим к необходимости обеспечить наличие некоей горизонтальной плоскости из защитных частиц, расположенной как минимум на уровне лекарства в ампулах.

В систему входят, как вы помните, конвейер, ящик с ампулами и газовая горелка с длинным языком пламени. Обеспечить (шаг 9 по шагу 1) сформулированные на шаге 8 свойства эти элементы не могут. Поэтому попробуем по нужным свойствам подобрать подходящее вещество. Подбор вещества рекомендуем начинать с определения его агрегатного состояния.

Сплошным, через которое не сможет пробиться пламя, вещество может быть либо в твердом, либо в жидком состоянии. Значит, все газообразные вещества сразу отпадают.

Негорючих и нетеплопроводных веществ как твердых, так и жидких, много. Но обеспечить подвижность твердое вещество может только в том случае, если оно раздроблено до песчинок. Засыпать ящик с ампулами песком в принципе можно, но песок придется сыпать сверху — и он может попасть в открытые ампулы с лекарством. Кроме того, создавать с помощью песчинок ровную поверхность, да еще на нужном уровне, очень сложно, жидкость же это сделает САМА. И самая дешевая жидкость — это вода.

Вся задача фактически свелась к вопросу: КАК подавать воду в ящики перед запайкой и удалять ее после запайки ампул. Чтобы удовлетворить еще одно требование — не засорять лекарство — вода должна подаваться снизу. В идеале (ИКР!) — сама и в нужном количестве. Сделать это довольно просто: дырявый ящик нужно ставить в воду на определенную глубину. Для этого лента конвейера часть пути проходит через ванну с определенным уровнем воды. А ванна, естественно, расположена как раз под горелками с длинными языками пламени (рис. 7.3)...

А теперь сравните, какую задачу вы начинали решать и какую фактически решали. Не надо? Ну не надо! Но путь к «воде» все-таки проанализируем и обобщим.

Для поиска вещества, тем более «на стороне», нужно, исходя из основной функции, которую должно выполнять это вещество, прежде всего сформулировать главные свойства, которые обеспечат выполнение этой функции. Посмотрите, как мы искали подходящие вещества в предыдущих задачах, и, наверное, согласитесь, что чаще всего первое главное свойство связано с их агрегатным состоянием. Их всего три: твердое, жидкое и газообразное (плазму как состояние вещества рассматривать не будем). И после первого же нашего хода одна треть, а то и сразу две трети возможных кандидатов отпадает. А с ними и соответствующее число «пустых» вариантов.

А дальше нужно максимально детализировать требования к свойствам вещества. И каждое новое требование будет отбрасывать какие-то вещества, которые нужными свойствами не обладают. Так что чем полнее и конкретнее этот перечень, тем меньше число «участников», и на площади поля, где находятся возможные решения, остаются только самые сильные и надежные. А из них выбрать можно...