Самый простой способ покраски деталей — опустить их в ванну с краской. Для автоматизации процесса покраски детали повесили на крючки, прикрепленные к конвейеру. Конвейер проходит над ванной и опускается так, чтобы деталь могла полностью окунуться в краску. Дальше конвейер опять поднимается и вынимает деталь из ванны.

Однако со временем уровень краски в ванне уменьшается, и деталь уже не погружается в ванну полностью. Чтобы поддерживать в ванне необходимый уровень краски, поставили поплавок, а к поплавку прикрепили рычаг, расположенный между контактами реле. Когда уровень краски понижался, вместе с ним опускался поплавок, поворачивая рычаг. При минимально допустимом уровне рычаг замыкал контакты и включал насос, который подкачивал краску. По мере наполнения ванны уровень краски поднимался, и вместе с ним поднимался поплавок, поворачивая рычаг в противоположную сторону. При максимально допустимом уровне краски рычаг нажимал на контакты, они размыкались, и насос отключался.

Но очень быстро система перестала работать: на поплавок налипла краска, засохла, поплавок потяжелел, утонул и замкнул контакты. Насос включился, краска перелилась через борт ванны и растеклась по цеху. Как быть?

Решение любой задачи по модернизации системы, как отмечалось в предыдущих главах, начинается (шаг 1 АРПС) с анализа ситуации: формулирования основной функции системы и определения ее основных элементов. А как сформулировать основную функцию этой системы? Какие элементы ее составляют? Возможны различные варианты решений:

а) Чтобы уровень краски в ванне поддерживался в необходимых пределах, нужно, чтобы поплавок тоже качался в этих же пределах в точном соответствии с уровнем краски. Если это условие будет выполняться, то система будет функционировать нормально и обеспечивать поддержание необходимого уровня своевременным включением и выключением насоса. Тогда шаг 1 можно сформулировать так:

1а. Техническая система для ОПРЕДЕЛЕНИЯ максимального и минимального уровней краски в ванне путем ОПРЕДЕЛЕНИЯ положения поплавка состоит из ванны, краски, поплавка, рычага и контактов реле.

б) Основную функцию и состав системы можно рассматривать несколько шире:

1б. Техническая система для ПОДДЕРЖАНИЯ в заданных пределах необходимого уровня краски в ванне путем ее ПОДКАЧКИ НАСОСОМ состоит из ванны, бочки с краской, поплавка, контактов реле, насоса и труб.

в) Еще шире:

1в. Техническая система для ПОДДЕРЖАНИЯ в заданных пределах необходимого уровня краски в ванне путем ее ПОДАЧИ в ванну состоит из ванны, бочки с краской, насоса и труб.

г) Еще шире:

1г. Техническая система для ПОКРЫТИЯ наружной поверхности детали путем ее ПОЛНОГО ПОГРУЖЕНИЯ в краску состоит из конвейера, крюка, детали и ванны с краской.

д) И совсем широко:

1д. Техническая система для ПОКРЫТИЯ наружной поверхности детали путем НАНЕСЕНИЯ на нее краски состоит из детали и краски.

А теперь разберемся, хотя бы частично, какие возможности предоставляет каждая формулировка, какие нежелательные эффекты возникают на каждом уровне и какие изменения в системе необходимо будет произвести, чтобы обеспечить ее нормальное функционирование и избежать перелива краски из ванны. Начнем с последнего варианта, наиболее общего.

Формулировка «для ПОКРЫТИЯ наружной поверхности детали путем НАНЕСЕНИЯ на нее краски» (вариант Д) в принципе намекает на необходимость проверить, так ли уж необходимо покрытие для наружной поверхности детали. И если «да», то обязательно ли покрывать ее краской...

Кроме того, формулировка ничего не говорит о СПОСОБЕ нанесения краски. А таких способов несколько. И совершенно очевидно, что если мы будем окрашивать наружную поверхность, например, пульверизатором или кистью, то никакой необходимости в ванне не будет, и проблема поддержания уровня краски отпадает сама собой. Правда, такое решение вызывает серьезный нежелательный эффект — необходимо будет менять всю технологию и перестраивать цех. Это решение для существующей технологии лежит на уровне надсистемы. Целесообразно ли оно? Вероятно, нет.

«ПОКРЫТИЕ наружной поверхности детали путем ее ПОЛНОГО ПОГРУЖЕНИЯ в краску» (вариант Г) — один из способов покраски деталей, причем самый простой. Нежелательный эффект, который здесь возникает, четко указан в ситуации: по мере расходования краски ее уровень понижается, и деталь, висящая на конвейере, не погружается в краску полностью. Устранить этот нежелательный эффект можно, если деталь будет погружаться полностью в краску вне зависимости от уровня краски. Вполне реальная задача, решение которой будет показано ниже. Изменения, которые необходимо будет произвести, затронут в основном конвейер и ванну.

Вариант В — «для ПОДДЕРЖАНИЯ в заданных пределах необходимого уровня краски в ванне путем ее ПОДАЧИ в ванну» — ничего не говорит о СПОСОБЕ подачи краски и открывает широкое поле деятельности для поиска таких способов. Самый простой из них — самотеком из бочки, при этом объем подаваемой краски можно легко скоординировать со скоростью движения конвейера и расходом краски на покрытие деталей. Даже открывать и закрывать бочку можно командой на включение и выключение конвейера... Тогда и поплавок не понадобится... Есть и другие, более простые варианты...

Вариант Б — «для ПОДДЕРЖАНИЯ в заданных пределах необходимого уровня краски в ванне путем ее ПОДКАЧКИ НАСОСОМ» — уже требует, не затрагивая конвейера и детали, какого-то устройства для включения и выключения насоса. Поплавок здесь — ОДИН ИЗ ВОЗМОЖНЫХ ВАРИАНТОВ такого устройства, которое по замыслу конструкторов должно было обеспечивать надежное включение-выключение. Ненадежность такого способа включения-выключения как раз и вызывает нежелательный эффект.

В варианте А возможные решения затронут только контактирующие друг с другом поплавок и краску: здесь нежелательный эффект — налипание краски на поплавок и изменение его веса, что приводит к ложному срабатыванию реле и включению насоса.

Пять вариантов формулирования шага 1 определяют уровни возможных изменений и соответственно иерархию задач. Для удобства в качестве системы примем средний вариант — В. Тогда варианты Г и Д можно рассматривать как надсистему и наднадсистему, а варианты Б и А — как подсистему и подподсистему.

Проведенный разбор показывает, что уже на первом этапе анализа ситуации формулирование основной функции системы, ее принцип действия и состав определят тот уровень изменений, который необходимо будет внести в систему, чтобы устранить нежелательный эффект. Как указывалось выше, минимальные изменения затрагивают только подсистемы каждой системы, в этом случае система их «не замечает» и принцип ее действия не меняется. Поэтому, проанализировав ситуацию и выявив иерархию задач, лучше начинать с самого нижнего уровня. И только убедившись, что все ресурсы элементов использованы и система исчерпала свои возможности, переходить на более высокий уровень и менять существующий принцип действия.

И наоборот — при синтезе новой системы необходимо определить тот МАКСИМАЛЬНЫЙ уровень изменений, который должна обеспечить новая система по отношению к существующей, и подобрать такой принцип действия, который обеспечил бы все эти изменения. И заодно посмотреть, как в зависимости от уровня требований система обрастает подсистемами, обеспечивающими выполнение ее основной функции...

А теперь поищем решение для каждой задачи из полученной цепочки, начиная, как договорились, с самого низшего уровня.

Шаг 1а. Техническая система для ОПРЕДЕЛЕНИЯ максимального и минимального уровней краски в ванне путем ОПРЕДЕЛЕНИЯ соответствующего положения поплавка состоит из ванны, краски, поплавка, рычага и контактов реле.

В процессе выполнения основной функции возникает нежелательный эффект (НЭ1): на поплавок налипает краска, его вес увеличивается, он тонет и рычагом замыкает контакты, вызывая ложное включение подкачивающего насоса.

Так как средство устранения (СУ) в условии отсутствует, введем его сами. Используем радикальный прием, предложенный Г.С. Альтшуллером: исключим из системы элемент, который выполняет вспомогательную функцию и при этом вызывает НЭ1, т.е. уберем поплавок. Но тогда возникает НЭ2: нечем измерять уровень краски и поворачивать рычаг.

Схема задачи:

ОФ — определение максимального и минимального уровней краски в ванне.

ПД — определение соответствующего положения поплавка.

Состав системы — ванна, краска, поплавок, рычаг, контакты реле.

НЭ1 — налипание краски на поплавок.

CУ — устранение поплавка.

НЭ2 — не будет переключения контактов.

Изменим термины. Так как поплавок связан с рычагом и служит фактически для перемещения рычага между включающими и выключающими контактами реле, назовем его переключалкой.

Теперь сформулируем техническое противоречие в его противоположных состояниях:

Если переключалку убрать, то не будет налипания краски, но не будет и переключения контактов.

Если переключалку не убирать, то переключение контактов будет, но сохранится и налипание краски.

Шаг 2а. Даны переключалка и налипание краски. Переключалка обеспечивает переключение контактов, но не устраняет налипание краски.

Изобретательская задача:

Не убирая переключалку и тем самым сохраняя ее способность обеспечивать переключение контактов, устранить налипание краски.

Шаг 3а. Определение оперативной зоны (ОЗ).

Конфликт возникает из-за налипания краски на переключалку (поплавок) вследствие их контакта. Конфликтная зона, следовательно, — это зона соприкосновения нижней части поплавка и поверхности краски. Еще раз напомним, что именно благодаря соответствию между положением поплавка и уровнем краски происходит переключение контактов реле с помощью рычага.

Шаг 4а. Определение оперативного времени (ОВ).

Как только что отмечалось, конфликт возникает из-за налипания краски на переключалку (поплавок) вследствие их контакта. Конфликтное время, следовательно, начинается сразу же, как только поплавок касается поверхности краски, и заканчивается тогда, когда поплавок вследствие налипания краски теряет плавучесть и начинает тонуть. Таким образом, конфликтное время Т1 практически равно всему времени выполнения производственной функции Т3 — покраске деталей:

Т = Т1 = Т3.

Шаг 5а. Физическое противоречие на макроуровне: соприкосновение нижней части поплавка с поверхностью краски во время покраски деталей должно быть, чтобы обеспечивалась способность поплавка определять максимальный и минимальный уровни поверхности краски, и этого соприкосновения не должно быть, чтобы не происходило налипание краски на поплавок.

Шаг 6а. Физическое противоречие на микроуровне: между нижней поверхностью поплавка и поверхностью краски во время покраски деталей должны находиться частицы вещества, которые устраняют соприкосновение поплавка с поверхностью краски, чтобы не происходило налипания краски на поплавок, и в то же время обеспечивают соответствующее изменение положения поплавка при изменении уровня поверхности краски.

Шаг 7а. Идеальный конечный результат (ИКР): техническая система сама должна обеспечивать между поверхностью поплавка и поверхностью краски наличие частиц, которые устранили бы их соприкосновение и в то же время обеспечили бы соответствующее изменение положения поплавка при изменении уровня поверхности краски.

Иными словами, должен быть обеспечен «бесконтактный контакт»: поплавок должен все время находиться на постоянном расстоянии над поверхностью краски при любом изменении уровня ее поверхности.

Шаг 8а. Чтобы частицы вещества обеспечивали такой «бесконтактный контакт», они должны быть... Какими?

Промоделируем ситуацию. Над поверхностью одного тела (в данном случае — краски) на определенной высоте, например 5 мм, расположено второе тело (в данном случае — поплавок). Поплавок обладает весом и, естественно, стремится упасть. Значит, должна существовать какая-то сила, которая бы не позволяла поплавку упасть, а постоянно отталкивала бы его от поверхности краски. Но не выше 5 мм! Законы физики говорят, что такая сила должна быть постоянной и равной весу поплавка. (То же самое происходит, когда мы сидим на стуле! Его основная функция — создавать противодействующую силу, равную весу нашего тела.)

Итак, частицы, обеспечивающие «бесконтактный контакт», должны обладать способностью при воздействии на них весом поплавка создавать противодействующую силу. Такое свойство называется упругостью. Им обладают твердые тела, а также жидкости и газы, которые находятся в замкнутом объеме.

Чтобы твердое тело, лежащее на поверхности краски, не утонуло, его вес, по закону Архимеда, должен быть меньше веса вытесняемой им краски. И этот объемный вес не должен увеличиваться за счет налипания краски, иначе такое тело тоже утонет. Но если на это тело не будет налипать краска, то оно вполне может работать поплавком! Мы возвращаемся к исходной постановке задачи...

А как с жидкостью или газами? Можно ли создать замкнутый объем между поплавком и поверхностью краски? И если «да», то ведь этот объем своей нижней поверхностью все равно должен будет соприкасаться с поверхностью краски... Так что нам в таком варианте нужны будут не «сильные» частицы, отталкивающие поплавок от краски, а частицы, обладающие свойством неприлипучести к краске. Есть ли такие частицы в составе системы? И как их найти?

Практически на этом шаге мы входим в область сильных решений. Здесь заканчиваются аналитические возможности АРПС и начинается зона действия человека...

Шаг 9а. В состав системы (см. шаг 1) входят ванна, краска, поплавок, рычаг и контакты реле. Конфликт возникает между краской и поплавком. Еще раз тщательно проанализируем причину конфликта.

Краска налипает на поплавок, так как она обладает свойством «липучести». Но этим свойством обладает только ЖИДКАЯ краска! Противоречие выглядит вполне нормально и по сути таковым даже не является: краска должна быть, чтобы было что измерять, и краска не должна быть жидкой, чтобы не налипать на поплавок. Иными словами, твердая, засохшая краска к поплавку не прилипнет!

Эта же рекомендация, но в завуалированной форме дана в Стандартах — одном из инструментов ТРИЗ:

«Если между двумя веществами в веполе31 возникают сопряженные — полезное и вредное — действия, причем непосредственное соприкосновение веществ сохранять не обязательно, а использование посторонних веществ запрещено или нецелесообразно, задачу решают введением между двумя веществами третьего, являющегося их видоизменением» (Стандарт 1.2.2).

Как же реализовать эту идею? Тонкий слой засохшей краски обладает достаточной эластичностью, чтобы, плавая на поверхности, передавать изменения уровня жидкой краски в ванне. А чтобы он не «уплыл» из-под поплавка, его края можно приклеить к стенкам ванны.

Видоизмененное вещество может быть в виде пены (застывшая вспененная краска), пузырьков, пустоты...

Пустоты... По Стандарту 1.2.1 эта пустота может быть заполнена даровыми или достаточно дешевыми веществами. Но, как мы выяснили выше, эти вещества должны обладать упругостью.

Самые даровые вещества, которые чаще всего применяются в ТРИЗовских решениях, — это вода и воздух. Большинство красок, используемых в промышленности, тяжелее воды и с водой не смешиваются. Нальем тонкий слой воды на поверхность жидкой краски и тем самым отделим от нее поплавок. Задача решена?

Нет, если деталь, погружаясь в краску через слой воды, намокнет и не покрасится. Отказаться от идеи? При мозговом штурме чаще всего так и происходит: первое же препятствие создает впечатление, что идея неверна. И напрасно! ТРИЗ ТРЕБУЕТ решать новую — очень простую и очень красивую задачу, физическое противоречие в которой, если ее проанализировать по АРПС, будет звучать так: вода должна быть на поверхности жидкой краски в зоне действия поплавка, чтобы разделять поплавок и жидкую краску, и не должна быть в зоне погружения в краску детали, чтобы не нарушать процесс покраски. Подумайте над решением сами. Если не получится — загляните в учебник физики для 6–7-го класса. Или попросите помочь «маленьких человечков»...

А когда бывает «сильным» воздух? Когда он сжат или движется. Если подать сжатый воздух в поплавок, а снизу поплавка сделать отверстие, через которое этот воздух будет выходить, то появится «воздушная подушка» — реактивная сила, которая будет поддерживать поплавок на определенной высоте над уровнем поверхности краски...

Подведем итоги. При внедрении каждого из этих трех решений («твердая краска», водяная прослойка и сжатый воздух) все основные элементы нашей системы остаются без изменений. Не меняется и принцип действия системы для реализации ее основной функции — ОПРЕДЕЛЕНИЯ максимального и минимального уровней краски в ванне путем ОПРЕДЕЛЕНИЯ соответствующего положения поплавка. Но нежелательный эффект — налипание краски на поплавок — при этом устраняется. Поэтому все эти варианты можно рассматривать как решение мини-задачи.

Прежде чем разбираться, как на шаге 1 «возникает» (именно возникает!) макси-задача, т.е. задача, при решении которой изменится принцип действия существующей системы, еще раз вспомним состав компонентов, необходимых для формулировки этого шага. В него входят:

основная функция (ОФ) анализируемой (существующей!) системы;

принцип действия (ПД) ДАННОЙ системы;

элементы, которые образуют систему;

нежелательный эффект (НЭ1), создающий проблемную ситуацию;

средство устранения (СУ) этого нежелательного эффекта и

новый нежелательный эффект (НЭ2).

Как видно из перечня, ПД в такую систему уже заложен, но при его реализации возникает НЭ1. Поэтому, как было разобрано выше, мини-задача — это задача усовершенствования, модификации системы, и поиск решения сводится к устранению НЭ1 таким образом, чтобы не возникало НЭ2.

Если же мы хотим создать — СИНТЕЗИРОВАТЬ! — новую систему, то должны записать только ОФ системы, т.е. ЧТО такая система должна выполнять, и принцип ее действия — КАК. Конкретный же СПОСОБ реализации такого ПД неизвестен и будет выполнять роль НЭ132. А старый ПД будет выступать в качестве СУ и создавать тот НЭ2, который нас как раз и не устраивает.

Тогда шаг 1 можно сформулировать так:

Шаг 1б. Техническая система для ПОДДЕРЖАНИЯ в заданных пределах необходимого уровня краски в ванне путем ее периодической ПОДКАЧКИ НАСОСОМ состоит из ванны, бочки с краской, контактов реле, насоса и труб. При минимальном уровне краски контакты реле должны замыкаться и включать насос, который будет подкачивать краску в ванну, а при максимальном уровне контакты должны размыкаться и этот насос выключать.

Чтобы обеспечить такое включение и выключение насоса, поставили поплавок, связанный с рычагом, который и должен переключать контакты реле. Однако на поплавок налипает краска, он становится тяжелее, тонет и не отключает вовремя насос, в результате краска переливается из ванны и заливает цех.

Схема задачи:

ОФ — поддержание в заданных пределах необходимого уровня краски в ванне.

ПД — подкачка краски насосом.

Состав системы — ванна, краска, насос, контакты.

НЭ1 — нет переключалки для контактов.

СУ — установить поплавок с рычагом.

НЭ2 — ложное включение насоса.

Теперь сформулируем техническое противоречие в его противоположных состояниях:

Если ввести поплавок с рычагом, то контакты будут переключаться, но будет и ложное включение насоса.

Если поплавок не вводить, то ложного включения насоса не будет, но не будет и переключения контактов.

Шаг 2б. Даны отсутствующий поплавок с рычагом и невозможность переключения контактов. Отсутствующий поплавок не создает ложного включения насоса, но и не обеспечивает переключения контактов.

Изобретательская задача:

Не вводя поплавок с рычагом и тем самым сохраняя способность отсутствующего поплавка не создавать ложное включение насоса, обеспечить переключение контактов.

(Фактически анализ ситуации по шагу 1 АРПС не дал ничего нового, только лишний раз подчеркнул задачу. В этом и заключается особенность задач на синтез систем. Но отказываться от его проведения, особенно в начале обучения, не следует: формулирование изобретательской задачи резко сужает зону поиска решения и не позволяет выходить за ее пределы.)

Шаг 3б. Оперативная зона (ОЗ).

По условиям задачи необходимо, чтобы уровень краски в ванне не падал ниже минимального и не поднимался выше максимального. Эти уровни и будут определять нам ДВЕ границы оперативной зоны — ее минимальный (ОЗ-1) и максимальный (ОЗ-2) уровни. В этом случае задачи на ИЗМЕРЕНИЕ уровня можно, в соответствии с рекомендациями ТРИЗ, перевести в две задачи — на ОБНАРУЖЕНИЕ каждого предельного уровня.

Шаг 4б. Оперативное время (ОВ).

Конфликт возникнет, если в любое время уровень краски упадет ниже минимального или поднимется выше максимального уровней. Таким образом, цель синтезируемой системы — до начала работы (время Т2) и во время Т3 выполнения основной функции не допустить возникновения Т1:

Т = Т2 + T3.

Физические противоречия и ИКР сформулируем для каждой границы оперативной зоны. При этом необходимо принять во внимание, что в задачах на синтез систем исходная система отсутствует. Поэтому привычное для задач на модификацию системы требование к объекту — находиться в противоположных физических состояниях — здесь не возникает и обычно сводится к условному противоречию — между необходимостью выполнять основную функцию и отсутствием конкретного механизма, способного реализовать такое выполнение. При этом происходит детализация условий и выявление тех параметров, различие в которых должно обеспечить наилучшее выполнение основной функции.

Для данной задачи различие в формулировках связано только с уровнями краски и командами на переключение контактов, поэтому запишем их совместно:

Шаг 5б. Нижний (верхний) уровень краски должен воздействовать на контакты, чтобы обеспечить включение (выключение) насоса, и не может на них воздействовать, так как не соприкасается с ними (или — так как между ними нет непосредственной связи).

Шаг 6б. В момент появления краски на нижнем (верхнем) уровне в нем должны находиться частицы вещества, воздействующие на контакты, и эти частицы должны исчезать при уходе краски с этого уровня.

Шаг 7б. Краска должна сама обеспечивать появление частиц на верхнем и нижнем уровнях и их исчезновение на всех промежуточных уровнях.

Какими же наиболее характерными элементами, которые можно использовать для воздействия на контакты, обладает краска? Их как минимум три:

физико-химические свойства краски (и их отличие от физико-химических свойств воздуха, который вытесняется слоем краски при ее перемещении вверх и заменяет этот слой краски при его перемещении вниз);

поверхность краски;

объем слоя краски между верхним и нижним уровнями и свойства этого объема.

На различии физико-химических свойств двух веществ основаны принципы действия многих датчиков: емкостных, индуктивных, оптических и т.д. Емкостной датчик в самом общем виде представляет собой две пластины конденсатора, между которыми перемещаются эти вещества. Различие в свойствах этих веществ, выполняющих роль изолятора (диэлектрика), вызывает изменение емкости конденсатора в определенных пределах. Настроив датчик на минимальный и максимальный уровни этого изменения — так называемый пороговый режим, можно получить команды для управления исполнительными механизмами, в данном случае — на включение и выключение насоса.

Индуктивный датчик представляет собой катушку индуктивности, внутри которой перемещается сердечник. Изменение положения сердечника, который плавает на поверхности краски, относительно катушки вызовет изменение магнитного поля и соответственно сопротивления катушки. Различие в величинах сопротивления катушки также может быть использовано как управляющие команды.

Оптические датчики чаще всего используют различие в прозрачности — способности веществ пропускать световой луч.

Теоретически каждый из этих принципов может быть использован для создания датчика уровня краски. Практически же надежность таких датчиков будет невысокой все из-за того же свойства жидкой краски — налипать на поверхность приборов и постепенно искажать их показания. Поэтому опять-таки лучше, чтобы связь прибора с краской была «бесконтактной».

Для этого связь должна быть не вещественной, а полевой. Вариантов много, один из них — использовать поверхность краски в качестве отражающего «зеркала». Отражать можно, например, световой луч: при максимальном и минимальном уровнях краски «зайчик» попадает на соответствующие фотоприемники.

При изменении уровней происходит также изменение объема краски, а это — прежде всего изменение ее веса. Значит, можно использовать тензометрические датчики, установив их, например, на борт ванны, на ее дно (варианты Г.И. Иванова) или под ножки.

Несколько вариантов предложил Р. Аминов33 (г. Дзержинск). Например, сделать дно всей ванны или какой-то ее части эластичным и в этом месте установить контакты. Или использовать перемещение уровня краски как поршня, меняющего давление воздуха в закрытом объеме (принцип чернильницы-невыливайки). Предельные величины давлений — максимальное и минимальное — будут переключать контакты манометра и управлять насосом.

Огромное количество вариантов датчиков самого различного типа можно построить на изменении веса краски, а значит, и ванны с краской, если установить или подвесить ванну на пружинах. Перемещение одной точки на самой ванне или на пружинах можно использовать для перемещения рычага, изменения емкости или индуктивности, переключения оптического датчика и т.д.

В варианте А мы боролись с поплавком, точнее, с налипанием на него краски, не трогая надсистему и ее ПД (рычаг переключает контакты). В варианте Б мы поднялись на ступеньку выше и боролись с рычагом, отбросив поплавок. При этом принципе действия (подкачка краски насосом) важен сам факт включения-выключения насоса вне зависимости от того, каким образом срабатывают контакты. Но цель, которой нужно добиться, — основная функция системы — не срабатывание контактов, а поддержание в заданных пределах необходимого уровня краски в ванне. Суть постановки задачи в варианте В — достичь этой цели без насоса, тогда не нужны будут ни контакты, ни поплавок и рычаг. Итак:

Шаг 1в. Техническая система для ПОДДЕРЖАНИЯ в заданных пределах необходимого уровня краски в ванне путем ее ПОДАЧИ в ванну состоит из ванны и бочки с краской.

(Этот вариант, как отмечалось выше, ничего не говорит о СПОСОБЕ подачи краски. Принцип действия системы сформулирован как постановка задачи — подать краску. Чтобы его реализовать, нужно синтезировать новую систему. Используем прием, предложенный в предыдущем варианте: новый ПД неизвестен, это и будет НЭ1, а известная конструкция выступает в качестве СУ и создает НЭ2).

Для подачи краски установили насос (СУ), который включается — подает краску из бочки — при ее минимальном уровне и выключается при максимальном уровне. Однако контакты для включения-выключения насоса работают ненадежно (НЭ2), возникает ложное срабатывание, из-за которого насос не выключается, краска переливается из ванны и заливает цех.

Схема задачи:

ОФ — поддержание в заданных пределах необходимого уровня краски в ванне.

ПД — подача краски в ванну.

Состав системы — ванна, бочка с краской.

НЭ1– краска не подается в ванну.

СУ — установить насос, который включается и выключается контактами.

НЭ2 — ненадежность работы контактов включения-выключения насоса.

Если проанализировать функцию насоса в этой системе, то становится ясно, что насос по сути выполняет функцию крана на пути поступления краски из бочки в ванну — либо открывает трубу, либо закрывает ее. Иными словами, нам необходима перекрывалка.

Для сокращения записи опустим формулировку ТП и запишем сразу изобретательскую задачу:

Шаг 2в. Не устанавливая насос, который включается и выключается контактами, и тем самым сохраняя возможность обходиться без контактов для его включения-выключения, обеспечить открывание-закрывание перекрывалки.

Шаг 3в. Оперативная зона, как и в предыдущем варианте, будет определяться границами уровней краски в ванне.

Шаг 4в. Оперативное время в данном варианте тоже совпадает с предыдущим вариантом: не допустить возникновения Т1.

Физическое противоречие на макроуровне можно сформулировать по-разному. Например, так:

Шаг 5в-1. Перекрывалка должна быть открытой, чтобы подавать краску в ванну при минимальном уровне, и должна быть закрытой при максимальном уровне и выше его.

Или так:

Шаг 5в-2. Перекрывалка должна быть, чтобы обеспечивать открывание-закрывание потока краски из бочки в ванну, и ее не должно быть, чтобы не нужны были команды на ее открывание-закрывание.

Тогда ФП на микроуровне сформулируется так:

Шаг 6в. Между максимальным и минимальным уровнями должны быть частицы вещества, открывающие перекрывалку при минимальном уровне и закрывающие ее при максимальном.

Шаг 7в. Краска должна сама выполнять функцию перекрывалки потока краски при ее поступлении в ванну.

Как же обеспечить выполнение ИКР? Чтобы краска из бочки без насоса — сама — поступала в ванну, бочка должна быть просто расположена выше ванны. Чтобы иметь возможность перекрывать поток краски, она должна поступать по трубе, при этом сама краска должна остановить поток и закрыть трубу. Для этого конец трубы опускают в ванну так, чтобы он был ниже максимального уровня, но выше минимального (вариант Г.И. Иванова).

Для этого варианта ситуацию формулируют следующим образом:

Шаг 1г. Техническая система для ПОКРЫТИЯ наружной поверхности детали путем ее ПОЛНОГО ПОГРУЖЕНИЯ в краску состоит из конвейера, крюка, детали и ванны с краской.

В такой формулировке, как видно, уже нет не только поплавка, контактов и рычага, но и насоса. Анализ, проведенный аналогично вариантам Б и В, позволяет построить схему задачи следующим образом:

ОФ — покрытие наружной поверхности детали.

ПД — полное погружение детали в краску.

Состав системы — конвейер, крюк, деталь, ванна с краской.

НЭ1 — понижение уровня краски в ванне в результате ее рас- хода.

СУ — подача краски по мере ее расходования.

НЭ2 — нет устройства для подачи.

Из схемы ясно, что в изобретательской задаче нужно будет обеспечивать полное погружение детали в ванну вне зависимости от уровня краски. Только в таком случае можно будет подавать краску в ванну не по мере ее расходования (тогда не нужно будет вводить СУ), а периодически, например два-три раза в смену. Но в этом случае необходимо увеличить емкость ванны за счет ее глубины. Но если рассчитывать глубину ванны под, условно говоря, последние детали, после покрытия которых необходимо будет подавать краску, то первые детали после подачи новой порции краски погрузятся слишком глубоко. Возникает новое ТП:

Если подавать слишком много краски, то ее хватит на большое количество деталей без подкачки, но тогда первые детали погружаются слишком глубоко.

А слишком глубокое погружение — это налипание краски и на крюк, что вряд ли желательно. Избежать глубокого погружения можно, если для первых деталей конвейер поднять, а потом постепенно — по мере понижения уровня краски в ванне — опускать его. Но реализовать этот вариант технически очень сложно.

Из этого рассуждения четко просматривается оперативная зона — расстояние между точками подвески конвейера и уровнем краски в ванне. Конфликт возникает в момент погружения детали в краску.

Четко формулируется и ФП: расстояние между конвейером и уровнем краски в ванне должно быть переменным, чтобы обеспечить погружение в ванну только детали (без крюка) в промежутке между периодической подачей краски, и должно быть постоянным, чтобы не менять конструкцию конвейера.

ФП можно сформулировать и более конкретно, если рассматривать не весь конвейер, а только одну его часть — крюк, на котором висит деталь: расстояние между крюком и поверхностью краски должно быть переменным, чтобы деталь не погружалась в краску глубоко, и не может быть переменным, так как подвеска крюка жесткая.

ИКР может быть получен, если расстояние между конвейером (или крюком) и уровнем краски — при погружении в нее детали! — будет постоянным независимо от уровня краски в ванне.

Обеспечить постоянное расстояние между конвейером и уровнем краски можно, если по мере расходования краски ванна будет САМА подниматься к конвейеру. Причиной такого подъема должно быть только уменьшение веса самой ванны. Значит, должна существовать сила, направленная вверх и приложенная к ванне. Такую силу можно создать, если установить ванну на пружинах или других упругих элементах. В качестве упругого элемента можно использовать и сжатый воздух…

Красивый вариант предложила инженер Е. Кладницкая (Сент-Пол, США): установить ванну с краской... в ванну с водой и использовать закон Архимеда.

Выталкивающую силу самой краски можно использовать, если подвесить детали не на жестких крюках, а на пружинах: потеря веса детали в краске не даст ей погрузиться слишком глубоко.

Вариант Д — покрытие наружной поверхности детали путем нанесения краски на поверхность — достаточно подробно был рассмотрен в начале главы.

В варианте А в качестве ОФ заявлено определение уровня краски, а в качестве ПД выбрано воздействие поплавка на контакты через рычаг. Поэтому в каждом из предложенных решений остались и поплавок, и рычаг для переключения контактов. Чтобы внедрить каждое из этих решений, необходимо произвести минимальные изменения. Такие изменения, кстати, по классификации Г.С. Альтшуллера составляют группу решений первого уровня.

В варианте Б в качестве ОФ заявлено поддержание в заданных пределах необходимого уровня краски, а в качестве ПД — способ: путем ее ПОДКАЧКИ НАСОСОМ. Здесь изменения более существенны. Они не затрагивают принцип действия системы — включения насоса с помощью контактов, но меняют способ воздействия на контакты (решение второго уровня).

В варианте В синтезируется новая система, основная функция которой — обеспечить поддержание нужного уровня краски, при этом способ подачи краски заявлен обобщенно — насосом. Значит, нужно определить принцип действия всей системы регулирования. При такой постановке проблемы вспомогательную функцию выполняют не только поплавок и контакты, но и насос. Теоретически это решение третьего уровня, но по масштабу реализуемой задачи ближе ко второму.

В варианте Г по существу предлагается принцип действия системы (полное погружение детали в краску), который обеспечивает реализацию ОФ — покрытие ее наружной поверхности. При этом поддержание нужного уровня краски в ванне рассматривается как проблема, которую нужно решить для того, чтобы ОФ выполнялась наилучшим образом. В целом решение этой задачи — на третьем уровне.

Вариант Д определяет потребность — защитить наружную поверхность детали — и ставит задачу (формулирует ОФ) в самом общем виде: путем нанесения на нее краски. И проблемы возникнут тогда, когда мы выберем принцип действия этой системы и начнем подбирать элементы, которые обеспечат реализацию ОФ. От выбора принципа действия будет зависеть и уровень решения — третий или четвертый.

Выбор уровня решаемой задачи (в том числе при синтезе новой системы), таким образом, закладывается:

при формулировании потребности и ОФ системы, реализующей эту потребность;

при выборе принципа действия системы и элементов, которые, выполняя вспомогательные функции, создадут системный эффект и обеспечат реализацию ОФ всей системы.