Радиосхемы собирали на печатных платах. Для этого каждый элемент (диод, резистор, микросхему) вставляли ножками в отверстия в плате и припаивали с противоположной стороны. Первое время все это делали вручную и поэтому очень медленно. Чтобы механизировать процесс монтажа плат, решили паять плату всю сразу — волной припоя. Для этого все элементы (150–200 шт.) устанавливали на плате так, чтобы их ножки выступали с противоположной стороны платы на 0,5 мм, собранную плату устанавливали над поверхностью ванны с расплавленным оловом и создавали в ванне «волны», чтобы расплав касался нижней поверхности платы. А чтобы олово надежно прилепилось к ножкам элементов, нижнюю поверхность вместе с ножками предварительно смачивали специальным составом — флюсом. Чтобы яснее представить себе ситуацию, возьмите дуршлаг и десяток спичек, можно сгоревших. Вставьте спички в отверстия дуршлага — и вы сразу поймете, в чем проблема: ножки радиоэлементов, как и спички, в отверстиях не держались — проваливались (диаметр отверстий под радиоэлементы — от 0,8 до 1,2 мм, толщина платы — 2 мм, диаметр ножек — 0,2–0,5 мм). Вместе с ножками проваливались и ложились на плату сами элементы, а они должны были стоять над платой на высоте 3–5 мм.

Предложили надевать (вручную!) на ножки трубочки определенной высоты. А как их потом снять? Расплавить?! Сделали трубочки из материала типа парафина. Собрали плату, сделали волну. Оказалось, что многие ножки не припаялись. При пайке флюс сгорал, образовывались газы, которым выходить было некуда: сверху отверстие закрыто вязкой парафиновой трубкой, снизу — волна припоя.

Трубка не годится. Стали изгибать ножки, чтобы они держались в отверстиях за счет трения. Сделали для этой операции специальный автомат. Но гетинакс (материал, из которого делали печатные платы) хрупкий, получить точное отверстие при толщине платы 2 мм трудно, изогнутые ножки то плохо вставлялись, то проваливались. Кроме того, изогнутая часть ножек заполняла отверстия, и газам от сгоревшего флюса опять было некуда выходить (рис. 9.1). Как тут быть?

С условием все ясно? Давайте кратко сформулируем проблему. В отверстия платы нужно было вставить ножки радиоэлементов так, чтобы они выступали с другой стороны платы на 0,5 мм, затем собранную плату перенести на ванну с оловом и запаять волной припоя, при этом положение элементов на плате не должно было изменяться.

Еще короче: вставить ножки в отверстия — выставить на 0,5 мм — удержать в данном положении — перенести на ванну — запаять волной.

Здесь ПЯТЬ операций, но задач может быть не ПЯТЬ, а значительно больше. Например, как создать волну припоя определенной высоты на всей длине ванны. Но мы ограничимся только двумя: выставить ножки на 0,5 мм и удержать в данном положении.

ТРИЗ требует решать задачи по одной. Но, чтобы решить первую, даже АРПС не понадобится. Нужен лишь дуршлаг и спички. Возьмите их и вставьте спички в отверстия дуршлага. Что нужно, чтобы спички выступали на нужное расстояние из отверстий? Правильно, поднять дуршлаг. И закрепить его в таком положении.

Остается вторая задача, значительно более сложная — удержать элементы в этом положении, когда мы будем переносить плату с места сборки на ванну. Применим для ее решения АРПС.

Шаг 1. ТС для удержания радиоэлементов в печатной плате состоит из платы, радиоэлементов и трубочек, которые надевают на ножки. Однако трубочки перекрывают отверстия, в которые вставляются ножки, и мешают выходу газов во время пайки.

Заменим термин «трубочки» понятием «удержалки».

Схема задачи.

ОФ — удерживать радиоэлементы над платой в фиксированном положении.

ПД — установка на ножки удержалок.

Состав системы — плата, радиоэлементы, трубочки-удержалки.

НЭ1 — невозможность выхода газов при пайке через отверстие.

СУ — снять удержалки с ножек.

НЭ2 — радиоэлементы в фиксированном положении не держатся.

Если удержалки снимать с ножек, то газы будут выходить через отверстия, но элементы не удержатся в фиксированном положении.

Если удержалки не снимать с ножек, то элементы удерживаются в фиксированном состоянии, но газы не выходят.

Шаг 2. Постановка изобретательской задачи:

Необходимо, не снимая удержалки и сохраняя таким образом их способность удерживать элементы в фиксированном положении, обеспечить возможность выхода газов через отверстия.

Шаг 3. Оперативная зона (ОЗ). Конфликт возникает из-за того, что торец «удержалки» перекрывает отверстие (рис. 9.1) и образовавшимся газам некуда выйти. Значит, ОЗ — зона контакта торца удержалки с отверстием в плате, в которое вставляется ножка радиоэлемента.

Шаг 4. Оперативное время (ОВ) включает:

Т1 — время конфликта, т.е. время пайки, когда образовавшимся газам некуда выйти.

Т2 — предконфликтное время, в период которого элементы устанавливают и закрепляют в отверстиях на плате.

Т3 — время выполнения основной функции, т.е. период, когда элементы надо удерживать в фиксированном состоянии. Это время от момента закрепления элемента на плате до окончания пайки. Очевидно, что Т1 и Т2 являются частями Т3:

Т = Т3 = Т1 + Т2.

Шаг 5. Физическое противоречие на макроуровне (М-ФП): между торцом «удержалки» и платой должен быть зазор, чтобы обеспечить возможность прохождения газов, и зазора быть не должно, так как в это же время элементы должны надежно опираться на плату! Прекрасное физическое противоречие!

Что же делать? Еще раз внимательно присмотримся к оперативной зоне. Конфликт возник, так как торец «удержалок» (трубочек из парафина) плотно, без зазоров, прилегал к поверхности платы и даже склеивался с ней. Значит, их нужно разделить и ввести между ними вещество, которое было бы прочным, как парафин, чтобы удерживать элементы, и в то же время проницаемым для газов, чтобы пайка получалась качественной. Это и будет формулировкой шага 6 — физическое противоречие на микроуровне (μ-ФП): пространство между торцом «удержалки» и платой должно быть заполнено средой, проницаемой для газов во время пайки (время Т1), причем среда должна быть прочной, чтобы поддерживать элементы с момента их установки до окончания пайки (время Т3). А с учетом того, что Т1 является частью Т3, мы можем с полным правом сказать, что среда должна быть и прочной, и проницаемой в течение периода времени Т3.

В этом месте было бы очень полезно вспомнить лампу Бабакина и хирургическую иглу. Зачем? Если между торцом удержалки и платой вводится новая среда, которая должна обладать свойством «быть прочной», тогда для чего нужна удержалка?! Пусть новая среда выполняет по совместительству и функцию удержалки!

Шаг 7. Идеальный конечный результат (ИКР) в этом случае будет выглядеть так: техническая система должна сама обеспечивать между радиоэлементами и платой наличие частиц, удерживающих радиоэлементы от момента их установки до конца пайки и пропускающих газы во время пайки.

Что же изменилось в задаче? Раньше элементы опирались на плату трубочками, и эти трубочки удерживали элементы в фиксированном состоянии. Теперь функцию — удерживать элементы в фиксированном состоянии — мы передали частицам, на которые опирается сам элемент. Отверстия свободны, и газы свободно пройдут через них. Осталось лишь подобрать частицы.

Шаг 8. Сформулируем условия, которым должны удовлетворять частицы, чтобы обеспечивались необходимые по шагу 7 противоположные физические состояния. Какими же они должны быть?

Для этого вернемся к первой половине задачи — установке элементов так, чтобы ножки торчали на 0,5 мм из платы. И помогут нам в этом МЧ — «маленькие человечки»!

Итак, между нижней поверхностью платы и опорной поверхностью должен быть образован зазор в 0,5 мм, тогда ножки элементов вылезут из платы как раз на эту длину. Теперь должны прибежать «человечки», схватить элементы и держать их так крепко, чтобы они не упали и не сдвинулись при переноске платы на оловянную ванну. Во время пайки «человечки» должны свободно пропустить через себя газы, а когда припаянные элементы будут держаться сами, «человечки» должны убежать.

Теперь технологический процесс будет выглядеть так: установка платы на приспособление — установка элементов — заполнение пространства между элементами и платой «человечками» — перенос платы на ванну — пайка — удаление «человечков».

Требования к «человечкам»:

по агрегатному состоянию они должны представлять собой твердое вещество, так как газообразные «человечки» не удержат элементы на весу в фиксированном положении, а жидкие «человечки» не пропустят газы, да еще и сами «удерут» через отверстия;

по структуре это должны быть частицы, так как обладать подвижностью, чтобы залезть под каждый элемент и плотно схватить его, могут только твердые вещества в сыпучем состоянии. По размеру они должны быть достаточно большими, чтобы не высыпаться в щель между ножкой и стенкой отверстия, и достаточно маленькими, чтобы подлезть под каждый элемент и плотно его охватить.

Форма частиц определяется требованием: через них должны свободно проходить газы. Исключим даже такой невероятный случай: прямоугольные частицы улягутся плотным ровным слоем без зазоров на поверхность платы, поэтому выберем частицы круглой или овальной формы.

И еще одно очень важное условие: «человечки» должны, хотя бы на короткое время, выдерживать высокую температуру расплавленного олова.

Шаг 9. Анализ состава системы показывает, что элементов, обладающих сформулированными на шаге 8 свойствами, в ее составе нет.

Рассказывают забавный эпизод, связанный с этой задачей. Она возникла на заводе по выпуску радиоприборов, и над ней долго бились, пока не применили ТРИЗ. Дело было вечером, и поиск подходящего материала решили отложить на утро. А дома начальник цеха, в котором выпускали эти платы, перечислил жене требования к материалу. «Возьмите ПШЕНО!» — тут же предложила жена. Немая сцена...

Утром первые платы, засыпанные пшеном, прекрасно пропаялись. При этом, чтобы «человечки» не разбегались, плату со всех сторон оградили стенкой (рис. 9.2). В дальнейшем подобрали другой материал, более технический...

И еще одна проблема, решенная с помощью «маленьких человечков», в которой возможности этого метода проявляются особенно ярко. Называется она по имени автора, который ее впервые поставил и решил.