Твердость нужна для износостойкости, то есть только в поверхностном слое.
В хрупком материале возникшая трещина развивается практически мгновенно, а в вязком материале происходит медленное разрушение при значительной пластической деформации.
При ударных нагрузках вязкий материал деформируется, а хрупкий ломается. В работающей машине процесс развития пластической деформации может быть обнаружен по изменению характера ее работы. Поэтому высокая ударная вязкость материала конструкции является одним из способов обеспечения безопасности эксплуатации техники.
В конкретной задаче физическое противоречие заключается в том, что: «Деталь должна быть твердой для обеспечения высокой износостойкости, и деталь не должна быть твердой, чтобы иметь высокую ударную вязкость».
Формулировка этого ФП сама «подсказывает», что его можно разрешить разделением этих свойств в пространстве — твердой деталь должна быть только в поверхностном слое.
Решение: материал детали не упрочняется термической обработкой (малое содержание углерода), а поверхностный слой цементируется (науглероживается) и производится термообработка — закалка.
Высказывания в ФП перестают быть противоречащими, так как в них меняются субъекты. Теперь уже одна часть рассматриваемого объекта обладает свойством Р, а другая — противоположным свойством не-Р.
Таким образом, чтобы понять, можно ли разрешить противоречие в пространстве или во времени, нужно проанализировать требования, которые приводят к противоречащим свойствам, выяснить, в чем различие этих требований.
Для разрешения ФП в пространстве можно либо использовать свободное (пустое) пространство в ТО, либо ввести в систему вещество-разделитель.
Следует отметить еще одну важную особенность этого этапа решения задачи.
Формулировка ФП — это модель задачи. И как всякая модель она позволяет выделить существенные стороны решаемой задачи, сконцентрировать на них свое внимание, понять какие вещественно-полевые, пространственные и временные ресурсы можно использовать для решения проблемы.
Формулирование ФП раскрывает еще два важных аспекта решаемой задачи. Эта модель дает возможность выявить оперативную зону и оперативное время.
Оперативная зона (ОЗ) — это пространство, в пределах которого возникает конфликт.
Оперативное время (ОВ) — это момент времени, когда конфликт возникает, а также время до появления конфликта, когда в ТО происходят процессы, подготавливающие этот конфликт.
Определение оперативной зоны и оперативного времени позволяет конкретизировать поставленную задачу.
В примере 6.12 ОЗ — это все тело детали, ОВ- технологический процесс, в котором формируются рассматриваемые свойства, то есть, процессы термообработки.
В примере 6.11 ОЗ — сопрягаемые площадки, ОВ — от момента испытания до момента контроля.
Рассматривая противоречащие высказывания как диалектическое противоречие, естественно заключить, что для его разрешения нужно найти (синтезировать) такое решение, которое позволило бы избавиться от НЭ и сохранить или, еще лучше, усилить нужное свойство. То есть нужно создать объект с новыми свойствами, исключающими рассматриваемое противоречие (речь идет не о поиске компромиссного решения). Поэтому для разрешения противоречия естественно воспользоваться приемами, которые позволяют изменять системные свойства рассматриваемых объектов.
Из приведенных примеров видно, что разрешение противоречий в пространстве и во времени, как правило, сопровождалось введением в систему веществ и полей, то есть, введением компонентов и связей, которые приводили к изменению системных свойств ТО.
Изменение системных свойств ТО возможно так же и за счет других структурных изменений.
Введение, удаление связей, изменение характера связей между компонентами системы
Пример 6.12. В радиоприемнике сила радиосигнала (особенно коротких волн) на антенне значительно изменяется. Это обусловлено в основном взаимным наложением радиоволн, приходящих в точку приема различными путями. Это сказывается на выходном сигнале — явление фединга-замирания.
ФП: Сила выходного сигнала должна быть постоянной для удобства прослушивания передач, но она не может быть постоянной из-за явления фединга-замирания.
ОЗ — все радиоприемное устройство от антенны до громкоговорителя;
ОВ — моменты времени, когда изменяется сила сигнала на антенне.
Разрешение ФП
Изменение связей в усилительном устройстве: введение отрицательной обратной связи — устройство, называемое автоматическим регулятором усиления.
Для разрешения ФП в примере 6.10 в катод было введено вещество. В каналах тонкого фарфорового цилиндрика помещена вольфрамовая нить — нагреватель. Нить накаливается переменным электрическим током, и ее тепло передается фарфоровому цилиндрику и нанесенному на него никелевому слою. Электрического контакта между катодом и нагревателем нет. Термоэлектронная эмиссия стала постоянной.
В примере 6.7 решения минизадач 1, 2, 4, приведенных в табл. 6.2, основаны на введении в систему дополнительных компонентов.
Системные свойства ТО могут быть изменены также еще одним приемом, основанным на системном подходе.
Количественные изменения в компонентах или во взаимодействиях между ними, которые привели бы к качественным изменениям.
Количественные изменения весьма часто приводят к качественным изменениям и, следовательно, оказывают существенное влияние на системные свойства объекта.
Например, при нагреве жидкости до определенной температуры происходит ее испарение, при нагреве ферромагнетика до определенной температуры, называемой точкой Кюри, происходит скачкообразное изменение магнитных свойств.
Закалка сталей основана на том, что при охлаждении при определенной температуре происходит изменение кристаллической решетки железа. При этом изменяется растворимость углерода в железе (сталь — это твердый раствор углерода в железе). Но здесь применен еще один прием — количественные изменения. При быстром охлаждении фиксируются те структуры, которые устойчивы при высокой температуре.
Следует отметить, что в технических решениях, как правило, используется сразу не менее двух приемов. Например, введение компонента в систему часто приводит и к разделению противоречащих свойств в пространстве; для того, чтобы разделить противоречащие свойства во времени или ввести количественные изменения во взаимодействие компонентов, иногда приходится вводить в систему еще один компонент в виде вещества или поля.
Таким образом, для разрешения ФП целесообразно, в первую очередь, проанализировать те требования, которые приводят к появлению несовместимых свойств, проверить, действительно ли необходимо совмещать противоречащие свойства в одной и той же точке пространства и в один и тот же момент времени, то есть рассмотреть, нельзя ли разрешить противоречие в пространстве или во времени.
Пример 6.13. Период колебания маятника (например, часов — «ходики») должен быть постоянным при изменении окружающей температуры (рис. 6.6, а).
Но поскольку температура воздуха меняется, то это сказывается на точности хода часов. Это связано с тем, что с изменением температуры изменяется длина маятника и, следовательно, период его колебаний.
Рис. 6.6
ФП: Период колебания маятника должен быть постоянным, но он не может быть постоянным, так как при изменении температуры изменяется длина маятника. Стержень металлический и при изменении температуры изменяется его длина.
ОВ — то время функционирования объекта, когда происходит изменение температуры;
ОЗ — точка подвеса, стержень, точка расположения центра масс груза, то есть вся система в целом.
ОЗ и понимание физических законов, которым подчиняется функционирование объекта, позволяют наметить пути решения задачи.
Период колебания маятника зависит от длины стержня и силы тяжести: , где L — длина маятника; g — ускорение силы тяжести.
Естественно, возникает задача, как управлять этими параметрами. При этом надо стремиться к получению идеального технического решения, то есть ТО должен управлять собой сам.
Здесь следует отметить еще одно важное обстоятельство. Технические и физические противоречия часто возникают именно после формулировки идеального технического решения, идеального конечного результата.
В данном случае объект должен сам управлять своими параметрами, для…, но он не может этого сделать, так как у него нет для этого ресурсов. Это тоже можно рассматривать как физическое противоречие.
