12. АРИЗ Ранние алгоритмы

(разбор примеров)

(Кудрявцев А. В.)

АРИЗ — один из основных инструментов теории решения изобретательских задач. С 1961 г. он прошел большой путь развития, превратился из простого и короткого списка инструкций в развернутый, детализированный метод (АРИЗ-85В), включающий в себя многие десятки подробно регламентированных «ступенек» — шагов. Однако, несмотря на постоянно вводимые автором и разработчиком метода Г. С. Альтшуллером изменения, все варианты АРИЗов сохранили общую структуру, работают на основе общих принципов.

Практическое освоение АРИЗа нами также будет вестись с использованием вариантов алгоритма все возрастающей сложности. Начальная цель — ознакомление с общими принципами организации АРИЗ, его устройством. Ранее уже была продемонстрирована работа с АРИЗ-61 и АРИЗ-71. Настало время углубленно отработать практическое использование второй и третьей стадий (основных «решающих» модулей) АРИЗ-71.

Известно, что летящий к земле предмет находится в состоянии невесомости. Это так называемая «невесомость падения». Ее можно определить как отсутствие реакции опоры. Чем дольше длится свободное падение, тем дольше предмет находится в состоянии невесомости. Этим воспользовались инженеры и в середине прошлого века создали стенды для проведения научных экспериментов и отработки некоторых перспективных космических технологий. Такие стенды существовали еще в семидесятые годы в США, в Центре космических исследований имени Д. Маршалла (сброс с башни) и в центре Льюиса (шахта глубиной 170 м). Приборы помещались в специальные контейнеры, снабженные амортизирующими системами, предназначенными для защиты от удара при приземлении.

При проведении экспериментов оказалось, что существенное влияние на контейнер с приборами оказывается воздухом. При сбрасывании с башни на контейнер действует еще и ветер. В шахте ветра нет, но торможение за счет трения о воздух приводит к появлению внутри контейнера небольшой весомости, достигающей сотых долей нормального ускорения свободного падения. Это недопустимо для целого ряда экспериментов. Как быть?

В связи с отсутствием возможности проводить патентные исследования коротко рассмотрим историю решения этой задачи.

Наиболее массовыми являются варианты решений, связанные с компенсацией возникающего воздушного сопротивления. Это предлагалось делать с помощью ракетных двигателей, пропеллерных систем, тянущих систем (например, приводимых в движение электромоторами канатов, протянутых по всей длине шахты с закрепленным на них контейнером). Предлагаемые средства должны компенсировать сопротивление воздуха (ракетные или пропеллерные системы) или самостоятельно обеспечивать движение падающего контейнера с требуемым ускорением (канаты). Но все эти варианты значительно усложняют систему. Например, применение ракетных двигателей потребует обеспечения высокой точности регулирования тяги.

Сложности возникнут и при эксплуатации шахты, в которой перед сбросом контейнера предлагается откачивать воздух. В такой шахте придется создавать герметичную оболочку по всей боковой поверхности (для предотвращения подсоса воздуха из земных пород), использовать вакуумные насосы большой мощности, шлюзовые камеры. Персонал должен работать в скафандрах.

Все эти решения возможны, но неудобны для практического применения. Итак, в процессе падения приборы должны двигаться с ускорением, точно соответствующим величине g.

Как уже отмечалось, АРИЗ-71 содержит развернутую первую часть, в рамках которой проводится предварительное исследование проблемной ситуации. Выполнение этого этапа требует длительного времени. Первые шаги второй части также требуют значительных затрат времени, необходимого для использования патентных фондов. Поэтому решение будет проводиться с шага 2–3, на котором формулируется уже поставленная, предварительно обработанная задача. (Кстати, большинство учебных задач разбиралось именно с этого шага).

Решение задачи

Шаг 2–3

Дана система, состоящая из вертикальной шахты, контейнера, приборов. Даны воздух, заполняющий шахту, а также сила притяжения Земли. Свободному падению контейнера с приборами мешает сопротивление воздуха.

Шаг 2–4

Разделим элементы на изменяемые и неизменяемые.

Контейнер — это искусственный элемент, его можно менять. Шахта — это технический, искусственный элемент и формально менять его можно.

Воздух — это природный элемент, менять его сложно.

Приборы — элемент технический, но мы занесем его в список неизменяемых.

Выбор изменяемого элемента является важнейшим этапом алгоритма. Именно к изменяемому элементу будут предъявлены требования идеального конечного результата, на его основе возникнет комплекс противоречивых требований, которые впоследствии придется устранять.

Иными словами, выбирая изменяемый элемент, выбирается путь дальнейшей работы, будущее решение. В АРИЗ-71 была процедура, согласно которой в качестве изменяемого надо было выбирать элемент, максимально далеко отстоящий от сути конфликта. В этом была своя логика, ведь чем дальше от уже существующего конфликта, тем меньшее количество дополнительных требований и ограничений наложено на объект.

Но очень скоро Г. С. Альтшуллер увидел, что понятие «элемента, далеко отстоящего от зоны конфликта» очень неопределенно и ввел в алгоритм принципиальное изменение. Теперь предлагалось выбирать в качестве изменяемого элемента такой, который стоит максимально близко к конфликту. Это, конечно, резко повышало алгоритмизацию процесса, ведь чем ближе к зоне конфликта, тем меньше объектов. (Пределом стремления к зоне конфликта стало в последующих версиях алгоритма введение понятия изделия и инструмента и работа только с ними. В дальнейшем мы увидим, что в АРИЗ-85В вновь происходит отказ от такого сильного сужения зоны поиска и требования ИКР начинают предъявляться неопределенно широкому кругу элементов, обобщенно характеризуемых как ресурсы, имеющиеся в системе и окружающей среде). В рамках нашей работы с данной задачей будет использоваться АРИЗ-71, но с дополнением, связанным с выбором изменяемого элемента: на шаге 2–5 мы будем стремиться брать элемент, приближенный к зоне конфликта.

В данном случае в качестве изменяемого элемента нами предварительно был выбран контейнер. Рассмотрим внимательно все перечисленные элементы и оценим возможность их изменения. Такую работу целесообразно совершать в отношении каждого из анализируемых элементов.

Шахта. Шахту можно менять. Сама шахта — это искусственное сооружение и, конечно же, параметры этого сооружения можно менять. Можно менять длину ствола, насыщать шахту специальными механизмами и устройствами. При этом стоит оценить масштабы изменений. Шахта — объект изменяемый, но приступать к изменению шахты стоит в последнюю очередь.

Воздух. Природный объект. Воздух в принципе можно менять, например, удалять, или заменять на специально подобранные газы (гелий, как более «скользкий», создающий меньше трения при обтекании). Но эти изменения обязательно потребуют изменения шахты. Воздух менять также нежелательно, как и шахту.

Контейнер. Довольно простая техническая система, имеющая незначительные размеры. В конкретной ситуации контейнеры меняют довольно часто, после нескольких циклов испытаний. Значит процесс замены контейнера не будет болезненным. Контейнер считаем легко изменяемым объектом.

Приборы. Их можно менять, например, потребовать от ученых, чтобы приборы имели малое сечение для уменьшения трения о воздух. Но приборы в рамках задачи являются обрабатываемым изделием. Будем считать, что «покупатель всегда прав», и оставим приборы без изменений.

Рассмотрим теперь, как связаны перечисленные элементы с сутью конфликта. Конфликт состоит в том, что воздух тормозит контейнер с приборами. Шахта в конфликте не фигурирует. Конфликт останется, даже если шахты не будет. В зоне конфликта воздух и контейнер.

На основании произведенной экспертной оценки выбираем в качестве наиболее легко изменяемого элемента контейнер.

Шаг 2–5

Контейнер.

Шаг 3–1

Сформулируем идеальный конечный результат.

ИКР: контейнер сам предотвращает замедление приборов во время их падения, продолжая защищать от удара.

Шаг 3–2

Графическое изображение исходной ситуации («было») и ИКР («стало»)

На рисунке «Было» контейнер тормозится о воздух и передает это торможение приборам.

На рисунке «Стало» приборы перестают контактировать с воздухом. Контейнер продолжает тормозиться о воздух, но не передает это торможение приборам.

Следует иметь в виду, что шаг 3–2 очень важен, ведь именно на нем впервые, пусть элементарно, возникает некая схема — предвестник формулировки физического противоречия. Различные изображения могут привести к различным формулировкам конфликтов в выделенной части и различным противоречиям. Неаккуратное выполнение этого, внешне вспомогательного шага, приводит к тому, что решающий не может построить физическое противоречие). Внимательно рассматривая работу, выполненную на этом шаге, можно увидеть, что здесь возникает некое приращение к ранее заданной информации. Рисунок — это зона внутри алгоритма, в которой неявно работает неформализованное творчество. Небрежное, поверхностное, формальное выполнение этого шага приводит к тому, что решатель не получает такого внешне незаметного приращения и как результат не выходит впоследствии на идею решения.

Шаг 3–3

Выделенная часть контейнера находится на его торцевой поверхности.

Шаг 3–4

Выделенная часть должна не дать воздуху контактировать с приборами. Предположим, что торцевая часть контейнера, тормозящаяся воздухом, не будет связана с боковыми стенками. При падении она будет двигаться медленнее, чем остальной контейнер и связанные с ним приборы. (В данном случае именно приведенное выше «предположим» и задает траекторию дальнейшего решения).

Шаг 3–5

Выделенная часть жестко связана с боковыми стенками контейнера, к которым прикреплены приборы, и передает им воздействие воздуха, тормозит их.

Выделенная часть должна взаимодействовать с приборами и не должна взаимодействовать с ними.

Выделенную часть можно распространить на всю внешнюю поверхность контейнера.

Контейнер должен взаимодействовать с приборами, удерживать их в определенном положении и защищать от удара при падении. Но контейнер не должен взаимодействовать с приборами. чтобы не передавать им тормозящее воздействие воздуха. Чтобы обойти это противоречие, контейнер может быть выполнен двойным.

Интересное решение описано в книге А. Ф. Евича «Индустрия в космосе».

«Существует еще один способ избежать ненужных перегрузок. Речь идет о методе защитного кожуха. К верхней внутренней поверхности (потолку) этого кожуха прикрепляют основной контейнер размерами поменьше. Когда скорость снижения еще незначительна, сопротивление атмосферы едва заметно, соответственно малы и перегрузки. Разогнавшись, кожух начинает „чувствовать“ перегрузки. Под их действием внутри него падает экспериментальный контейнер. Это „падение в падении“ происходит с весьма малой скоростью (не более 0,5 м/с), поэтому внутренняя атмосфера в защитном кожухе не оказывает серьезного сопротивления движению контейнера. Достигаемые при этом перегрузки примерно в десять тысяч раз меньше, чем в случае проведения эксперимента без защитного кожуха. Если в кожухе создать вакуум хотя бы до 10–2 мм рт. ст., то воздействие атмосферы на кожух практически не будет сказываться на контейнере и на проходящих в нем процессах. В малом объеме такого разрежения легче добиться, чем в большом».

Итак, контейнер сделали двойным. Наружный контейнер взаимодействует с воздухом и тормозится им. Внутренний контейнер содержит в себе приборы, защищает их от перегрузок при ударах. Простое и элегантное решение…

Можно видеть, что это решение позволяет нам устранить противоречие: «Контейнер должен взаимодействовать с приборами для того, чтобы размещать их в себе, и не должен взаимодействовать для того, чтобы не тормозить приборы».

Новый контейнер, в котором откачан воздух и происходит невозмущенное падение приборов, мог быть получен нами и как средство устранения противоречия, связанного с шахтой. (Воздуха не должно быть в шахте для получения качественной невесомости, и воздух должен быть в шахте для того, чтобы не усложнять конструкцию).

Рассмотрим еще одну задачу с похожими условиями.

Космические орбитальные станции ближайшего будущего будут не только исследовательскими, но в первую очередь технологическими. С развитием космической техники основную массу экспериментов и работ, требующих невесомости, стали проводить на орбите. Там можно обеспечить любую длительность невесомости. Невесомость — основное качество, обеспечивающее конкурентные преимущества таких станций и интерес к ним. Качество этого товара — невесомости должно быть высоким. Но, оказывается, что абсолютной невесомости трудно добиться и на орбите. И здесь конструкторы перспективных космических цехов столкнулись с необходимостью бороться с ускорениями. Технологические модули, предназначенные для производства высокочистых веществ, планируется делать автономными и посещать их только для загрузки сырья и получения готовой продукции (ведь работа вентиляторов, холодильных агрегатов, перемещения людей по станции, даже биение сердца космонавтов отмечаются чувствительной аппаратурой и могут помешать получению продукции).

Но и автономное расположение технологических модулей не решает проблему полностью, ведь космические аппараты тормозятся в разреженных слоях атмосферы, которая достигает нескольких сотен километров. Не помогут и микродвигатели, ведь надо компенсировать весьма малые силы торможения, причем делать это с еще более высокой точностью. И вновь, как пятьдесят лет тому назад, возникает необходимость бороться с тормозящим действием воздуха.

И конечно, был предложен вариант решения, внешне очень похожий на уже известный нам: предлагается технологический модуль помещать в герметичную оболочку. Система слежения должна контролировать, чтобы оболочка и внутренний модуль не соприкасались. В процессе торможения оболочки модуль будет постепенно выдвигаться в ее носовую часть. Это плавное перемещение система управления будет парировать периодическим разгоном внешней оболочки.

Ампулы с лекарством запаивают, нагревая капилляр в пламени горелки. В промышленных масштабах ампулы, размещенные в кассетах, движутся на конвейере. Горелки плохо регулируются, пламя в какое — то время может оказаться избыточным и лекарство перегревается. Это брак. Незапаянные ампулы также считаются браком, ведь в них с воздухом обязательно попадут микроорганизмы и лекарство испортится. Как быть?

Рассмотрим ход решения этой задачи по АРИЗ-71, начиная с шага 2–3 и до шага 3–5.

2-3. Дана система для запайки ампул с лекарством, состоящая из горелок и пламени, конвейера и кассет. Пламя нагревает капилляр ампулы и запаивает его.

НЭ: Большое пламя перегревает лекарство. (Или — малое пламя не запаивает капилляр).

В АРИЗ-71 была введена рекомендация — если на шаге 2-3b мы имеем два варианта формулировки нежелательных эффектов, то целесообразно выбрать среди них тот, который соответствует более эффективному выполнению основной функции системы. Поскольку наша система создана для того, чтобы запаивать ампулы, выбираем вариант с большим пламенем, ведь при этом запайка происходит гарантированно. (В последующих версиях алгоритмов эта рекомендация была перенесена на техническое противоречие и выбор стали делать между двумя формулировками ТП).

Предположим, что среди имеющихся элементов (горелка, пламя, ампула с капилляром и лекарством, конвейер, кассета) нет ни одного легко изменяемого. В данном случае такое предположение нужно нам для того, чтобы рассмотреть еще один вариант работы алгоритма. Если оказывается, что нет ни одного элемента, который мы могли бы легко изменять то рекомендуется работать с неким абстрактным объектом, получившим условное название «внешней среды» (ВС). Понятие внешней среды очень интересно и эвристически ценно. Если по условиям задачи в исходной системе ничего нельзя менять (вернее, решающий не знает, как можно что?то изменить, не нарушив ограничения), то предлагается ход, позволяющий ввести нечто новое, не нарушив этих ограничений. Вводится не конкретный элемент (ведь мы еще не знаем, как он должен выглядеть и что должен делать), а абстрактный образ элемента, скрывающий в себе все требуемые функции. На это название без объекта и будет потом проецироваться конкретная ситуация, он будет размещаться в нужных нам областях пространства, к нему будут прикладываться требования, на него будут возлагаться ограничения.

И уже после того, как будет сформирован весь комплекс обстоятельств, определены временные и геометрические границы, у решающего появится возможность заменить его на реальный объект, также удовлетворяющий этому комплексу обстоятельств.

Итак, в качестве изменяемого элемента выбираем внешнюю среду.

ИКР: Внешняя среда (ВС) сама защищает ампулу с лекарством от перегрева (от большого пламени) во время нагрева капилляра.

Выполним рисунок.

Что же мешает реализации этой схемы? Задачи с ВС интересны и трудны тем, что в них на данной стадии легко снимается предыдущий конфликт, но при этом возникает новый. Возникает, но не сразу бывает замечен решающим. Его надо «увидеть», а для этого мысленно проиграть весь производственный цикл. Именно при разборе внешне простой задачи про ампулы возникла проблема строго формального построения физического противоречия на базе внешней среды. (Стоит укутать нижнюю часть ампулы в защитную оболочку, как лекарство перестанет нагреваться. Можно ли теперь считать, что задача решена? Иными словами, где взять критерии для принятия решения о прекращении решения? Конечно, следует учитывать степень достижения ИКР, однако на практике это сделать достаточно трудно).

Классическое решение, на базе которого была построена задача, предполагает использование слоя воды, укрывающего нижнюю часть ампулы. Интуитивно ясно, что такое решение имеет несомненные достоинства. Но для того, чтобы алгоритмически точно выйти на него, в ОЛМИ было разработано и введено в АРИЗ дополнительное правило, гласящее, что необходимо проверить, как дополнительно веденное вещество повлияет на работу системы при условии выполнения нескольких циклов. (В последующем, при обнаружении в разбираемых задачах иных коллизий, рекомендация была обобщена. Теперь требуется, чтобы при введении ВС она ничему не мешала и не вызывала усложнение системы. Это сделало алгоритм более универсальным, однако привело к тому, что решатели часто стали выполнять требование формально, ведь теперь по крайней мере одно ФП для внешней среды было готово заранее — она должна быть, чтобы выполнять некое требование (например устранять НЭ) и ее не должно быть, чтобы не усложнять систему).

Исследование того, как ВС влияет на работу системы вне зоны устранения противоречия, позволяет показать противоречие, возникающее вследствие его введения.

— Выделенная зона ВС должна быть непроницаемой для пламени.

— Выделенная зона ВС должна быть проницаема, в ней производится перемещение ампулы при ее установке и съеме с конвейера. (Например, если мы защитим ампулы от огня, засыпав их песком так, чтобы торчали только капилляры, задача будет решена, но установка следующей партии ампул в ту же кассету вызовет трудности).

— Выделенная зона ВС должна быть проницаемой и непроницаемой.

Должна быть обеспечена избирательная проницаемость — сквозь ВС должна легко проходить ампула и не должно проходить пламя.

Отталкиваясь от данной формулировки, мы можем найти несколько конструктивных решений задачи.

— Ампула может быть частично погружена в воду.

— Снизу, из-под транспортера может быть направлена струя воздуха, не позволяющая пламени распространяться вдоль самой ампулы, в зону, где находится лекарство.

Полученные решения требуют внимательного отношения, ведь может получиться так, что устранив одно противоречие, мы получим другое. Так, в первом варианте надо проверить, не будет ли частично погруженная в воду ампула всплывать. А струя воздуха будет охлаждать поверхность ампулы, но при этом может помешать пламени нагревать капилляр.

Еще раз отметим, что в процессе решения задачи с использованием «внешней среды» шаг 3–2 (рисунок) имеет критически важное значение. Именно на этом шаге приходится впервые изображать «внешнюю среду», и от того, как это сделано, будет зависеть очень многое. Рассмотрим это на примере. Если при решении нашей задачи в процессе выполнения шага 3–2 рисунок будет выполнен так:

то шаги 3–3, 3–4 примут иную форму, ведь фактически изображен экран, не позволяющий пламени проникать к той части ампулы, в которой находится лекарство. Надо искать новый конфликт, связанный уже с тем, как происходит защита от пламени.

Зона ВС, непосредственно прилегающая к капилляру (отверстие в экране для капилляра), не мешает пламени проходить к лекарству и нагревать его.

Выделенная зона ВС должна быть непроницаемой для пламени.

Выделенная зона ВС должна пропускать через себя капилляр при любом варианте его размещения в кассете.

Выделенная зона ВС (отверстие в предлагаемом экране) должна быть малого диаметра, чтобы между краем экрана и капилляром не проникало пламя, и она должна быть большого диаметра, чтобы экран можно было легко одевать на ампулы, находящиеся в кассете.

Видно, что это решение также требует оценки. Для того, чтобы механизировать установку на ампулы экрана с малыми отверстиями для капилляров, ампулы потребуется очень точно ориентировать. Это усложнит кассету, а также процесс установки и съема ампул. Если в экране сделать большие отверстия для капилляров, то пламя будет проходить сквозь них и нагревать лекарство. Возможно, задачу удастся решить, если устранить противоречие, связанное с размерами отверстий в экране — они должны быть большими в процессе установки экрана и должны быть маленькими (отсутствовать) во время нагрева.

Рассмотрим задачу о запайке ампул еще раз. Разбор задачи, приведенный выше, предусматривал сохранение неизменными практически всех элементов системы. Поэтому в систему был введен новый элемент, который мы назвали «внешняя среда». Конфликт между качеством запайки и сохранностью лекарства удалось разрешить, формально не меняя ни одного элемента из описанных в начальной формулировке задачи. (Конечно, любое из решений приведет к изменению элементов, например при использовании водяной защиты придется значительно модифицировать стандартную кассету. Но это изменения, происходящие после получения идеи решения. Они могут сводиться к конструкторской работе, могут вызывать постановку новых задач, однако важно то, что они происходят уже после получения идеи решения). Но что будет, если мы снимем ограничение на изменение элементов? Получим ли мы интересные и новые решения? Рассмотрим ряд возможных направлений решения задачи.

ИКР: Капилляр сам обеспечивает возможность легкой запайки при малом пламени, продолжая выполнять свои функции (служить каналом для ввода иглы).

Капилляр не обладает способностью легко расплавляться под воздействием малого пламени (он относительно массивен).

Капилляр должен быть малого диаметра для легкого расплавления стекла.

Капилляр должен быть большого диаметра, чтобы в него проникала игла шприца при заборе лекарства.

Капилляр должен быть малого диаметра и большого диаметра.

Капилляр сможет быть малого диаметра в том случае, если места запайки и места ввода иглы не будут совпадать.

Возможно несколько путей устранения этого противоречия.

Капилляр может иметь боковой отвод, через который и производится залив лекарства перед запайкой. Этот отвод малого диаметра и легко запаивается. Основной канал, через который производится забор лекарства шприцем, имеет обычный диаметр.

Капилляр может иметь переменное сечение. Запайка производится в самой узкой части капилляра, а надрезается он перед забором лекарства, в более широкой части.

ИКР: Лекарство само не портится (сохраняет свою целостность) при перегреве.

Лекарство не обладает возможностью аккумулировать приходящее тепло.

Лекарство должно накапливать в себе тепло без повышения температуры, должно иметь составную часть, накапливающую тепло без вреда для остального лекарства.

Лекарство все состоит из однородного вещества, необходимого для лечения.

Лекарство должно быть однородно (чтобы не было нежелательного воздействия на пациента). И оно должно быть неоднородно (включать в себя компонент, защищающий от перегрева).

(Защищающая часть лекарства не должна попадать в организм пациента).

Здесь также может быть ряд вариантов.

При изготовлении ампулы в нее вводят капсулу с легкоплавким веществом. При нагреве оно забирает тепло, которое идет на обеспечение фазового перехода.

Перед запайкой ампулы лекарство охлаждают до минимально возможной температуры.

ИКР: Пламя само защищает лекарство от перегрева, продолжая активно разогревать капилляр.

Пламя не обладает способностью защищать лекарство от перегрева.

Пламя должно быть холодным для защиты лекарства от перегрева.

Пламя должно быть горячим для обеспечения оплавления стекла капилляра.

Пламя должно быть горячим и холодным.

Этого можно добиться, если пламя будет состоять из двух частей, а нагрев будет осуществляться только при их соединении.

Возможные варианты решения

Перед запайкой капилляров на них наносят химический состав, выделяющий энергию при контакте с чистым кислородом. Пламя из горелки заменяется на струю холодного кислорода. Энергия выделяется только в зоне запайки.

Часто на занятиях преподаватели стараются жестко выводить группу на известное им решение, ссылаясь при этом на высказывание Г. С. Альтшуллера о том, что у каждой задачи есть только одно наилучшее решение. Приводя многовариантный разборп задачи об ампуле, мы хотели показать, что в процессе решения имеется возможность выбирать различные изменяемые элементы и находить при этом очень сильно отличающиеся варианты решений, имеющие потенциал внедрения. Конечно, при этом возникает вопрос о том, как правильно выбрать изменяемый элемент для получения наиболее эффективного и наиболее оптимального решения. Следует отметить, что все ранее приведенные варианты позволяют решить первоначально поставленную задачу — получить герметично закрытую ампулу и не испортить при этом лекарство.

В этой ситуации оптимальным можно считать вариант, внедрение (реализация) которого требует меньших ресурсов и который осуществляется при наименьшем сопротивлении «незаинтересованных сторон». Здесь может быть рекомендовано при прочих равных условиях выбирать для изменения элемент, находящийся в зоне компетенции (зоне ответственности) лица, решающего задачу.

На тепловых электростанциях широко используется уголь в качестве топлива. Он хранится на открытых складах и подается в котлы после специальной обработки. (Подаваемый на сгорание уголь должен иметь определенную влажность и размеры. Влажность не должна превышать определенной величины, а размеры угольных частиц должны составлять 0,1 мм). Измельчение угля происходит в специальных мельницах. Угольная пыль далее поступает через шнековый питатель по системе трубопроводов к сушилкам. Начальная влажность угля, поступающего на электростанцию, определена ГОСТом, однако уголь часто поступает на станцию в вагонах, буквально залитых водой. В связи с этим приходится производить измельчение мокрого угля с избыточной влажностью.

Влажный уголь легко слипается в комки, пристает к металлическим поверхностям шнеков и трубопроводов. Возникают заторы, которые не только уменьшают надежность питания котлов, но и повышают вероятность возникновения пожаров (влажный уголь, слипшийся в комки, имеет способность самопроизвольно загораться). Существующие системы борьбы с этим явлением либо основаны на ручном труде (обходчики трубопроводов непрерывно движутся вдоль трубопроводов и обстукивают их кувалдами), либо очень сложны (то же самое делают повсеместно установленные вибраторы), либо очень дороги (внутреннюю поверхность трубопроводов облицовывают фторопластом — материалом, имеющим очень низкий коэффициент адгезии). К тому же все перечисленные решения мало эффективны. (Эта задача возникла и была решена на Иркутской ТЭЦ-1 в начале семидесятых годов. Информация об этом вместе с записью разбора решения задачи была дана патентоведом предприятия Поповой).

Необходимо предложить меры по предотвращению слипания угля.

^{Схема технологического процесса подготовки угля к сжиганию.}

Дана система, состоящая из угольной мельницы, сушилки угольной пыли, трубопроводов, шнекового питателя и угля.

Мокрый уголь слипается в большие комки и пристает к стенкам трубопроводов. При этом образуются заторы.

Элементы системы: трубопроводы, сушилка, мельница, влажный уголь. Легко изменяемых элементов нет.

В качестве изменяемого элемента выбираем внешнюю среду.

ИКР: Внешняя среда сама предотвращает залипание угля, не мешая его транспортировке и сжиганию.

Вся ВС не может выполнить требуемого действия, пока мы не определим, какие функции она должна выполнять и где размещаться.

ВС должна покрывать куски влажного угля и не допускать взаимодействия поверхностной влаги с трубой либо с влагой иных кусков угля.

Введение дополнительного элемента приведет к изменению режима горения. В принципе введение дополнительного элемента недопустимо.

ВС должна быть для создания защитного слоя и ее не должно быть для сохранения режима горения.

_{Модернизированная схема подготовки угля к сжиганию.}

Было предложено направлять на вход шнекового питателя часть сухой угольной пыли, подготовленной к сжиганию. Сухие частицы угля пристают к влажной поверхности кусков угля, не дают им слипаться друг с другом и со стенками трубопроводов. Это решение интересно своей относительной идеальностью, ведь для получения эффективно работающей системы пришлось использовать только то, что в ней уже было, а также проложить несколько метров трубопровода. Ресурсы, необходимые для получения эффективного решения, были взяты из самой системы.