• Показательный разбор задачи. Пример интересен тем, что решение задачи достигалось чисто структурной перестройкой системы без введения новых элементов.

Ситуация. Элеваторный стеллаж служит для вертикального перемещения грузонесущих люлек и подвода определённой люльки к окну выдачи. Люльки шарнирно подвешены к рычагам, прикреплённым к двум несущим цепям. Цепь, натянутая двумя звёздочками, приводится в движение электроприводом по командам оператора или программы. При движении люлек по криволинейному участку они сильно раскачиваются и ударяются друг о друга, хрупкий груз падает, что совершенно не допустимо.

Люлька состоит из горизонтальной и боковых стенок; боковые стенки имеют шарниры для крепления к рычагам конвейера. В конструкции болгарского элеватора, чтобы люльки не раскачивались, они снабжены на одной боковой стенке тремя роликами, которые по очереди катятся по направляющим, обеспечивая двухопорное положение люльки практически во всех положениях её относительно цепи. Применение роликов и, особенно. Направляющих усложняет конструкцию и обслуживание элеватора. Сложная траектория движения люлек требует применения шести направляющих, по которым поочерёдно движутся 3 ролика; в точках сопряжения прямой линии и дуг, в самых верхних и самых нижних точках траектории движения люлек происходит смена роликов, катящихся по направляющим. Для смягчения неизбежных ударов при вхождении ролика в контакт с направляющей, он закрепляется на упругом кронштейне. Установка направляющих сложна – требует высокой точности установки и согласования положений их и роликов, при этом всё равно остаётся некоторый люфт. Недостаток направляющих также и в их значительной массе. Все элементы системы передвижения и устойчивости от раскачивания идентичны по обеим сторонам люльки.

Задача. Движущиеся люльки вертикального элеваторного склада начинают раскачиваться на криволинейных участках траектории (на звёздочках), что недопустимо – груз хрупкий. Попытки предотвратить раскачивание установкой на люльках дополнительных опор – роликов – чрезмерно утяжеляли и усложняли конструкцию люльки необходимостью установки направляющих для роликов. Однако раскачивание при этом полностью не устранялось из-за неизбежных зазоров между роликами и направляющими, а также упругого крепления самих роликов.

Как быть?

Разбор задачи

Решение задачи начинается с поиска задач-аналогов. Где ещё надо соблюдать такие требование – не допускать раскачивания транспортируемых грузов? Можно вспомнить линию “Прогресс” в столовых. Применение этого же принципа подвески для люлек решает задачу. Но, раз у слушателей такого багажа нет, придётся решать далее. По АРИЗ-85В.

1. Техническая система для вертикального перемещения груза включает: люльку (с подвесками), цепи (с рычагами-кронштейнами), груз, звёздочки, ролики (?), направляющие (?).

ТП-1: Если установить на люльку дополнительные ролики, То раскачивание её почти исчезнет, Но резко усложнится и утяжелится вся конструкция склада.

ТП-2: Если ролики не устанавливать, То конструкция склада будет простой, Но возникнет раскачивание.

Необходимо при минимальных изменениях в системе исключить раскачивание люлек, не усложняя и не утяжеляя конструкцию склада.

Комментарий. На этом шаге легко допустить ошибку, исключив из рассмотрения одну из цепе, мотивируя симметрией. Но при этом система изменяется: из пространственной системы она превращается в плоскую; тем самым исключается из рассмотрения пространственный ресурс. В принципе, уже здесь можно выйти на ответ, задав себе простой вопрос: а почему люлька висит именно на двух цепях, а не одной? Ответ очевиден: ради исключения колебаний люльки в плоскости, параллельной осям звёздочек. Ответ также может подсказать ЗРТС: переход от точки к линии, затем к плоскости, затем к пространственной конструкции …

2. Инструмент – ролик (наличие ролика).

Изделия – люлька (раскачивание люльки) и конструкция склада (усложнение - упрощение, утяжеление – облегчение).

Комментарий. Наличие или отсутствие ролика вызывает изменение (то есть обрабатывает) конструкцию склада и поведение люльки. Именно поэтому ролик становится инструментом. Кроме того, ролики заменятся одним роликом.

3. Построение схем ТП:

 

Комментарий. Схемы ТП без всяких затруднений логично вытекают из предыдущих шагов.

4. ГПП – перемещение груза. Выбираем ТП2.

Комментарий. Вообще-то ГПП (как, впрочем, и всё остальное) указано на шаге 1.1: система для … Но, возможно речь о перемещении, ведь все неприятности происходят при совмещении горизонтального перемещения с вертикальным при обходе звёздочек. Выбор ТП обусловлен следующими соображениями: требуется, чтобы перемещение осуществлялось без сучка, без задоринки. А это возможно лишь при самой простой конструкции, без всего, что мешает движению. То есть – без дополнительных роликов со всеми направляющими. То есть, выбор автоматически падает на ТП-2.

Кстати, тут надо бы избавиться от специального термина – от “ролика”. Более общее название – дополнительная опора. Но “ролик” – короче, поэтому будем и далее употреблять этот термин, имея в виду именно дополнительную опору.

5. В ТП-2 ролика нет, то есть ТП дано в уже обострённом виде.
6. Мини-задача. Даны отсутствующий ролик с отсутствующими направляющими и раскачивающаяся люлька. Отсутствующий ролик обеспечивает свободное движение люльки и не мешает её раскачиванию. Необходимо найти такой ХЭ, который, сохраняя способность отсутствующего ролика обеспечивать свободное движение люльки, предотвращал бы её раскачивание.

Комментарий. Хорошо видно, что усложняющий элемент исходной ТС стал отсутствующим, как молниеотводы в задаче о защите антенны или крышка в задаче о перевозке шлака.



7. Даны: люлька В₁ и раскачивающая сила инерции П. Вепольная схема решения:

Комментарий. Из условий выброшено всё, без чего задача останется задачей. Из многочисленных полей приходится выбирать именно силу инерции, ибо без неё поле, например, гравитации не оказало бы никакого влияния на раскачивание люльки. При построении вепольной формулы надо иметь также в виду, что от инерции нельзя заслониться или оттянуть её действие на другое вещество. То есть П равно действует на В₁ и В_х.

Таким образом, В_х должно представлять собой нечто такое, на что П действует также, как и на В₁, вследствие чего взаимодействие В₁ и В_х ликвидирует раскачивание. Поскольку В_х – некое изменение в системе, постольку приходится признать, что к люльке извне ничего не добавилось. Изменилась лишь она сама, волшебным образом сохранив способность свободно проворачиваться вокруг осей кронштейнов, потеряв в то же время всякую способность поворачиваться вокруг них же при раскачивании. Дико? Да! Отличное противоречие! Ух, какое крепкое, как говаривает Литвин С.С. Присмотревшись к вепольной формуле и противоречию, можно увидеть, что люлька как бы раздвоилась: каждая из них может проворачиваться свободно, а вместе – нет. Ответ уже на виду, но лишь при достаточном владении геометрическими эффектами. Мешает также отсутствие чётко очерченной Оперативной зоны.

2.1. Совершенно ясно, что ОЗ – узлы подвески люльки, оси вращения и прилегающей зоной.

2.2. ОВ: Т₁ – время движения люльки по криволинейному участку пути; ресурсное время Т₂ – время движения по прямолинейным участкам.

2.3. ВПР:

• оси кронштейнов с их физическими и геометрическими свойствами
• сама люлька со всеми её свойствами;
• инерция;
• фоновый поля.

3.1. ИКР-1: ХЭ, абсолютно не усложняя систему и не вызывая вредных явлений, обеспечивает свободной вращение вокруг осей подвески, полностью устранив раскачивание люльки на криволинейном участке.

Комментарий. При формулировании ИКР существенно помогают результаты анализа на шаге 1.1.

3.2. Усиленный ИКР-1. Шаг опускается.

Комментарий. На данном шаге усиливать уже нечего, так как ИКР-1 уже дан в усиленном виде. Это следствие проработки на шаге 1.1, где уже отказались от введения в ТС дополнительных элементов и можем оперировать лишь с ВПР оперативной зоны. Останавливаться на одном из ресурсов в качестве ХЭ пока рано – нет каких-либо критериев выбора. Выполняя требование полиэкранности анализа, в дальнейшем под ХЭ будем подразумевать все ВПР.

3.3. Макро-ФП: ОЗ в течение ОВ должна быть подвижной, чтобы обеспечить вращение люльки вокруг осей подвесок, и не должна быть подвижной, чтобы предотвратить раскачивание люльки.

Комментарий. Заметно, что макро-ФП мало отличимо от формулировки ТП, найденной на шаге 1.1. Это следствие хорошей проработки формулы ТП на шаге 1.1.

Вместе с тем, слово “подвижный” не вполне передаёт требование к ОЗ и его можно применять лишь отчётливо представляя, что речь идёт о свободном, без всяких ограничителей проворачивании обоймы подвески люльки вокруг оси кронштейна цепи. То есть, ещё раз подчеркнём, в качестве ХЭ, выполняющего нужное действие в ОЗ, надо непрерывно видеть всю совокупность элементов ОЗ со всеми их свойствами – ВПР.

Ответ можно получить и на этом шаге, если в макро-ФП приложить стандартные приёмы разрешения противоречий в системах – системные переходы. Данных для этого уже вполне достаточно.

3.4. Микро-ФП – опускается.

Комментарий. Микро-ФП не формулируется, так как в Макро-ФП нет явных требований к веществу, которые могли бы быть уточнены при переходе на микроуровень.

3.5. ИКР-2: ОЗ в течение ОВ должна сама обеспечить подвижность обойм люльки относительно осей кронштейнов, чтобы люлька свободно вращалась, и неподвижность обойм относительно осей, чтобы не было раскачивания.

Комментарий. Сдвиг вперёд к решению относительно ИКР-1 почти незаметен, но сужение поля анализа ситуации и поиска решения налицо: всё дело в узлах подвески. Если бы на шаге 1.1 была допущена ошибка и из анализа была исключена одна из цепей с её кронштейном, то сейчас положение было бы затруднительным. Но два узла уже дают пространство для манёвра. Они прямо наталкивают на решение, но если слушатели забыли геометрию, то придётся идти дальше.

4.1. ММЧ:

а) МЧ равнодушно качаются вместе с люлькой;

б) МЧ не могут ограничить вращение узла подвески, на котором сидят; но у нас два узла подвески и две группы МЧ; Они могут взаимодействовать между собой; то есть, группа А сидит на узле 1 и держит узел 2, а группа Б держит узел 1, сидя на узле 2 (в духе коллективизма и взаимопомощи):

Комментарий. Если бы на шаге 1.1 была ошибочно отброшена вторая цепь со своим узлом подвески, то по правилам 4 и 5 всё равно пришлось бы ввести вторую группу МЧ во второй узел подвески – лишнее доказательство прочности АРИЗ-85В. То есть, один узел подвески должен мешать другому узлу. В исходной ситуации они друг другу не мешают, так как оси вращения узлов совпадают с осью вращения люльки. Чтобы помешать этому, достаточно лишь слегка нарушить эту соосность – перейти к пантографной системе.

Собственно говоря, эта операция была совершена ранее, когда люльку подвешивали к двум цепям. Аналогично надо было сделать ещё один шаг, чтобы убрать лишнюю степень свободы.

Во всём анализе чётко прослеживается пространственный ресурс, ведь и исходное ТП носило сугубо пространственный характер, и ФП и ИКР. Соответственно и способ разрешения противоречия должен был быть пространственным и никаким иным.

Не менее чётко виден переход моно-би-поли: исходная ТС с одной точки подвески (моно-) перешла в систему с двумя точками подвески (би-система с однородными характеристиками) и далее – тоже с двумя, но с несколько различными (би-система со сдвинутыми характеристиками). Кстати, характеристики подвесок (их пространственное положение) после разрешения оказались именно сдвинутыми – в пространство же.

Техническое решение:

Королёв В.А.
17.06.1987 г.

Примечание: разбор задачи подготовлен по материалам совместного решения практической задачи с Михайловым В.А. (Чебоксары)