Горно-металлургический институт Таджикистана поставил высокие цели развития – разработку и поэтапное внедрение новых образовательных программ, соответствующих принципам Болонского процесса и отвечающих европейским стандартам обеспечения качества инженерного образования EUR-ACE Framework Standards for Accreditation of Engineering Programmes. В связи с этим назрела потребность в практико-ориентированной подготовке бакалавров и магистров, интегрирующая изучение ТРИЗ – теории решения изобретательских задач с другими дисциплинами, с проектной деятельностью и научно-техническим творчеством.
Актуальность исследуемых в настоящей статье задач обусловлена тем, что инженерное проектирование является ключевой компонентой инженерного образования, и повышение его эффективности с использованием ТРИЗ технологий способствует повышению качества подготовки нового поколения инженеров для инновационной экономики Республики Таджикистан.
Профессиональную подготовку будущих инженеров можно качественно улучшить путем приобщения студентов к изобретательству. Изобретательство, как процесс решения инженерных задач, характеризует собой высший уровень инженерного творчества и поэтому должно стать частью подготовки высококвалифицированных специалистов для инновационной экономики Республики Таджикистан.
Как подготовить инновационных инженеров, как повысить КПД образовательного процесса в инженерном вузе? Ответ на эти вопросы можно сформулировать следующим образом: срочное внедрение в образовательные программы вузов Республики Таджикистан технологии обучения будущих инженеров основам современной теории решения изобретательских задач – ТРИЗ, или в брендовом варианте – Модерн ТРИЗ.
ТРИЗ-технология имеет мировое признание и применяется как высокоэффективный инструмент решения творческих задач во многих областях инженерной деятельности: начиная с ситуационных задач и заканчивая конструированием и проектированием технических систем и инновационных технологий. Такие всемирно известные компании Ford, Mercedes-Benz, Samsung, Motorola, Siemens, Phillips, LG и др. сделали ТРИЗ частью подготовки инженерно-технического персонала для своих производств [1].
Модерн ТРИЗ (МТРИЗ) – Технология конструктивного – системно-организованного, функционально-достоверного и стандартизованного обучения разработана профессором Михаилом Орловым впервые в истории ТРИЗ [2].
МТРИЗ – это конструктивная методология генерации эффективных идей и разрешения изобретательских задач на основе моделей противоречий и методов их разрешения, экстрагированных из известных примеров эффективных решений.
Целью МТРИЗ является создание эффективных моделей для изобретения эффективных идей. Ключевым инструментом в МТРИЗ является метаалгоритм изобретения ТРИЗ.
Метаалгоритм изобретения (МАИ) Т-Р-И-З, разработанный профессором Михаилом Орловым, есть стандартная фундаментальная модель для организации процесса создания изобретения на основе четырехкомпонентной структуры: тренд, редукция, изобретение и зуминг [2]. МАИ, дополненный инструментальным арсеналом ТРИЗ, является эффективным методом обучения студентов изобретательству.
С точки зрения МАИ Т-Р-И-З процесс решения инженерной задачи на изобретательском уровне может быть представлен конструктивной четырёхэтапной схемой.
Инструментальным арсеналом ТРИЗ являются разработанные Г.С. Альтшуллером 40 приемов устранения технических противоречий – моделей трансформации и 76 стандартов на решение изобретательских задач.
Рис. 1. Метаалгоритм изобретения Т-Р-И-З: Тренд – анализ проблемной ситуации, установление цели и определение направления развития конструкции; Редукция – построение модели проблемы в форме противоречия; Изобретение – создание идеи с помощью моделей трансформации; Зуминг – рассмотрение идеи в разном масштабе (с разных уровней – зуминг) для оценки эффективности
Аналогично изобретение эффективных идей в инженерной деятельности может быть реализовано на основе следующей схемы (рис. 2).
Рис. 2. Схема создания эффективных идей
Из рис. 2 видно, что создание эффективных идей для трансформации прототипа из состояния «Есть», содержащего исходное противоречие, к состоянию «Должно быть», не содержащего исходного противоречия и обладающего новыми требуемыми свойствами, предполагает пройти через следующие четыре фазы: Тренд – Редукция – Изобретение – Зуминг.
Решение начинается с анализа исходной проблемной ситуации (Тренд) и формулировки противоречия как модели проблемы (Редукция). Противоречие принадлежит прототипу, который должен быть улучшен. Затем надо установить цель – идеальный конечный результат (ИКР). Самый сильный ИКР, когда система сама на основе самоорганизации решает проблему имеющимися ресурсами или с небольшими изменениями. Затем нужно выбрать модели трансформации, т.е. конкретные пути к цели. И наконец – изобрести конкретные решения, изменяя ресурсы прототипа в направлении к результату, отвечающему требуемому ИКР.
В качестве примера использования метаалгоритма изобретения Т-Р-И-З при проектировании эффективных инженерных конструкций рассмотрим разработку колосниковой решетки очистителя волокнистого материала (хлопка-сырца).
1. Тренд.
Проведенные теоретические исследования профиля колосников и опыт эксплуатации хлопкоочистительных машин в промышленности показали, что высокая избирательная способность к соровыделению обеспечивается профилем колосника. А.Е. Лугачёвым и Х.К. Турсуновым было установлено [3], что цилиндрические колосники активны в выделении сора удлиненной формы, а колосники с четко выраженной рабочей гранью, эффективны для вычищения мелких сорных примесей из волокнистого материала (хлопка). Потеря рабочей грани на колоснике в современных очистителях (рис. 3) привела к снижению избирательной способности профиля колосника к выделению мелких сорных примесей, достаточно прочно связанных с волокнистой частью материала. Этот недостаток на хлопкозаводах компенсируется прямым увеличением числа модулей очистки или установкой отдельных очистителей для крупного и отдельных очистителей для мелкого сора, что в итоге приводит к снижению качества волокнистого материала за счет увеличения механического воздействия и повышению себестоимости обработки.
Рис. 3. Колосниковая решетка очистителя хлопка от крупного сора ЧХ-3М2
Рис. 4. Схема стандартного противоречия для колосниковой решетки
ПРОБЛЕМА: как повысить эффективность очистки волокнистого материала (хлопка-сырца) от сорных примесей?
В результате проведенного нами патентного обзора в качестве прототипа выбрана колосниковая решетка очистителя волокнистого материала, содержащая колосники, выполненные в виде цилиндрических стержней, имеющая дополнительные колосники, выполненные в виде многогранных стержней и установленные между цилиндрическими стержнями, а также привод для вращения многогранных стержней вокруг своих осей (А.С. № 58234, опубл. 30. 11. 77, БИ № 44). К недостаткам этого устройства-прототипа относятся повышение вероятности механического повреждения хлопка из-за вращения многогранных колосников и недостаточная эффективность очистки хлопка вследствие пониженной избирательной способности профиля основных (цилиндрических) колосников. Также необходимо отметить то, что наличие привода усложняет конструкцию колосниковой решетки.
2. Редукция.
Х-ресурс, вместе с имеющимися или изменяемыми ресурсами и без усложнения объекта или внесения негативных свойств, гарантирует получение ИКР – «эффективная очистка волокнистого материала (хлопка-сырца), как от крупных, так и от мелких сорных примесей».
Стандартное (техническое) противоречие – это бинарная модель, в которой один из факторов соответствует и содействует главной полезной функции системы (позитивный тренд-фактор или плюс-фактор), а другой фактор не соответствует или противодействует этой функции (негативный проблем-фактор или минус-фактор). Используя методику МАИ-ТРИЗ [4, с. 54] составим графическое представление стандартного противоречия (рис. 4), позволяющее легко видеть структуру конфликтующих факторов в конструкции колосниковой решетки очистителя хлопка:
При составлении этой схемы мы использовали метод BICO (Binary In Cluster Out) [4, с. 15], А – матрицу и Ас – каталог моделей [4, с. 21]. Выяснили, что важнейшими для формирования требуемых свойств технического решения являются следующие модели (по Альтшуллеру: приемы устранения технических противоречий): 06 – Использование механических колебаний; 07 – Динамизация; 12 – Местное качество; 20 – Универсиальность.
Радикальное (физическое) противоречие – это бинарная модель, в которой первый фактор отражает одно требование (плюс-фактор), а второй фактор – второе требование (минус-фактор), такие, что оба фактора представляют одно и то же свойство одного и того же конструкта, однако являются несовместимыми. Представим радикальное противоречие в виде следующей схемы (рис. 5).
Рис. 5. Сема радикального противоречия для колосниковой решетки
3. Изобретение.
В качестве ключевых моделей из определенных нами навигаторов (рис. 4) вполне подходят для разрешения сформулированных противоречий следующие:
12. Местное качество: а) перейти от однородной структуры объекта (колосниковая решетка, содержащая цилиндрические колосники) к неоднородной (колосниковая решетка, содержащая нецилиндрические колосники); б) разные части объекта должны иметь разные функции (отдельные колосники должны вычищать крупные сорные примеси, другие – мелкие сорные примеси).
20. Универсальность: объект выполняет несколько разных функций, благодаря чему отпадает необходимость в других объектах (колосниковая решетка очищает волокнистый материал, как от крупных, так и от мелких сорных примесей, благодаря чему отпадает необходимость установки дополнительных очистителей).
Дополнительное решение по радикальному противоречию: по навигатору 12 – колосники выполняются в виде многогранных стержней, имеющих в поперечном сечении форму правильных многоугольников: треугольник, квадрат, пятиугольник, шестиугольник и семиугольник. По навигатору 20 – колосники в колосниковой решетке должны быть установлены с увеличивающимся числом граней по ходу перемещения волокнистого материала в очистителе. При этом мелкие сорные примеси будут эффективно выбиваться колосниками треугольного и четырёхугольного профиля, а крупные сорные примеси – колосниками пятиугольного, шестиугольного и семиугольного профиля. С увеличением числа граней профиль колосника будет приближаться к кругу, т.е. колосниковая решетка приобретает более высокую избирательную способность по сору: сначала будут вычищаться мелкие сорные примеси, а потом – крупные сорные примеси.
4. Зуминг. Противоречия устранены.
Сверхэффекты: Возможность создания разнонаправленных и различной интенсивности ударных импульсов на гранях колосников в процессе очистки волокнистого материала. Эти ударные импульсы будут способствовать более интенсивному выделению хаотически расположенных сорных примесей из очищаемого волокнистого материала (хлопка).
Негативные эффекты: нет.
Краткое описание изобретения. Для повышения эффективности очистки волокнистого материала (хлопка) колосники выполнены в виде многогранных стержней и установлены в колосниковой решетке с увеличивающимся числом граней по ходу перемещения очищаемого волокнистого материала (рис. 6). Использованы навигаторы 12 – Местное качество и 20 – Универсальность. На данное техническое решение нами получен малый патент на изобретение Республики Таджикистан [5].
Рис. 6. Очиститель волокнистого материала: 1 – корпус очистителя; 2 – колковый барабан; 3 – колки барабана; 4 – многогранные колосники; 5 – колосниковая решетка
Проведенные исследования позволяют сделать следующие выводы:
1. Подготовка нового поколения инженеров – стратегическая задача технических вузов и основа перехода Республики Таджикистан на инновационный путь развития.
2. Ключевая фигура в этой инновационной экономике – инженер, способный генерировать инновационные идеи и их реализовывать.
3. В образовательные программы в области техники и технологий вузов Республики Таджикистан необходимо ввести дисциплину «Начала современной ТРИЗ» объемом в 6–8 кредитов (120–140 ч), с целью формирования у студентов способности (компетенции) генерирования инновационных идей и решения инженерных задач на уровне изобретений.
Библиографическая ссылка
Умаржанов А.А., Абдуллозода Б.Х. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СОВРЕМЕННОЙ ТЕОРИИ РЕШЕНИЯ ИЗОБРЕТАТЕЛЬСКИХ ЗАДАЧ ДЛЯ РАЗРАБОТКИ ЭФФЕКТИВНЫХ ИНЖЕНЕРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ // Современные наукоемкие технологии. – 2019. – № 6. – С. 217-222;URL: https://top-technologies.ru/ru/article/view?id=37579 (дата обращения: 20.04.2024).