WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 13 |
0 МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ, МЕХАНИКИ И ОПТИКИ А.Б.Бушуев ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДОВ ТЕХНИЧЕСКОГО ТВОРЧЕСТВА В ИННОВАЦИОННОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ Учебное пособие Санкт-Петербург 2011 1 А.Б.Бушуев, Применение методов технического творчества в инновационной деятельности – СПб: СПбГУ ИТМО, 2010. – 124 с.

В учебном пособии рассмотрены методы структурного анализа и синтеза, встречающиеся в практике изобретателя при работе с функциональными и информационно-энергетическими схемами технических систем. Приведен ряд примеров по синтезу новых решений с использованием закона повышения информационно-энергетической проводимости, используемого в теории решения изобретательских задач.

Кроме того, рассмотрена важная проблема эволюционной кибернетики – процесс передачи наследственной информации между поколениями техники. Предложена математическая модель этого процесса, отражающая мышление изобретателя в ходе решения изобретательской задачи. На основе модели предложен метод поиска физических свойств решения изобретательской задачи, базирующийся на математическом аппарате теории размерностей с аналогиями их теории популяций.

Пособие предназначено для студентов (магистров) и аспирантов технических вузов по направлению «Системный анализ и управление» и может быть полезно для первичного знакомства с основными положениями теории решения изобретательских задач, с современными направлениями нелинейной динамики, такими, как детерминированный хаос, развитие популяций, передача наследственной информации между поколениями техники, генетическими алгоритмами.

Рекомендовано к печати Учёным советом Факультета КТ и У, 12.04.2011, протокол №4 В 2009 году Университет стал победителем многоэтапного конкурса, в результате которого определены 12 ведущих университетов России, которым присвоена категория «Национальный исследовательский университет». Министерством образования и науки Российской Федерации была утверждена Программа развития государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «СанктПетербургский государственный университет информационных технологий, механики и оптики» на 2009–2018 годы.

© Санкт-Петербургский государственный университет информационных технологий, механики и оптики, © А.Б.Бушуев, Применение методов технического творчества в инновационной деятельности – СПб: СПбГУ ИТМО, 2011.

Оглавление Предисловие……………………………………………………………1.Структурные методы исследования изобретательских задач 1.1. Структурные модели систем………………………………………… 1.1.1. Конструктивно-функциональная схема.…………………………...1.1.2. Потоково-информационная схема………………………………...1.1.3. Структурно-энергетическая схема………………………………..1.2. Динамическая модель преобразования структуры………………...1.2.1. Динамическая структурно-энергетическая схема………………..1.2.2. Моделирование структурной схемы датчика давления…………1.3. Структурные схемы в изобретательской практике………………...1.3.1.Минимально необходимая структура системы. Виды ресурсов структур………………………………………………………………1.3.2. Синтез структур по законам развития технических систем……1.3.3. Пример синтеза обратной связи в структурной схеме…………..1.3.4. Структурные схемы формул изобретений………………………..1.3.5. Вепольные треугольные структуры ………………………………2. Математическая модель передачи наследственной информации в изобретательской задаче 2.1. Методы эволюционной кибернетики в техническом творчестве …2.2. Система мысленного слежения………………………………………2.2.1. Режимы поиска и слежения в сознании……………………………2.2.2. Режимы поиска цели в подсознании………………………………2.3. Динамические треугольные структуры………………………………2.3.1. Динамические вещественно-полевые ресурсы…………………….2.3.2. Хаотические гомеостаты…………………………………………….3. Поиск физического решения изобретательской задачи 3.1.Математический базис изобретательской физики. Система кинематических величин Р.О. Бартини………………………………..........3.1.1. Анализ размерностей в конфликтной модели изобретательской задачи………………………………………………………………………….3.1.2. LT-таблица физических величин …………………………………….3.1.3. Тренды свойств ресурсов………………………………………………3.1.4. Передача наследственной информации в пространственном тренде.3.1.5. Тренды свойств вещественно-полевых ресурсов…………………….84.

3.1.6. Синтез свойства вещественно-полевого ресурса…………………….3.2. Векторный метод оценки ресурсоемкости физических величин……..3.2.1. Анализ ресурсов в вещественном базисе…………………………….3.2.2. Анализ ресурсов в комплексном базисе…………………………….3.3. Исследование устойчивости мышления на трендах………………….3.3.1. Математическая модель движения по трендам…………………….3.3.2. Пример смены представлений……………………………………….3.4. Генетические алгоритмы в изобретательской задаче………………...Литература…………………………………………………………………...Предисловие Настоящая работа является органическим продолжением учебного пособия «Математическое моделирование процессов технического творчества» [1]. Моделирование занимает существенное место в практическом изобретательстве. Оно используется как средство представления и осмысления изобретательской ситуации. Из конкретных методов моделирования необходимо выделить структурное моделирование. С него начинается переход от словесной постановки задачи к её формальной модели в виде некоторой функциональной схемы.

Многие технические решения защищаются патентами именно на уровне структур, т.е. элементов и связей между ними. Наиболее характерна структурная защита новинок в схемотехнике, в системах управления, электронике, фармацевтике и некоторых других направлениях техники.



В теории решения изобретательских задач [2] (ТРИЗ) Г.С.

Альтшуллера к структурным методам относится вепольный анализ. В вепольном анализе исследуется наиболее абстрактная модель изобретательской ситуации, состоящая из трех элементов и отношений между ними. Структура веполя представляет собой модель «узкого» места системы, где наиболее обострены технические противоречия и проявляется нежелательный эффект задачи.

Для поиска «узкого» места системы или узлового звена Б.И.

Голдовский и М.И. Вайнерман. используют структурный метод построения причинно-следственных цепочек [3], позволяющий на основе исходной функциональной схемы системы построить связь между положительным и нежелательным эффектами.

Для синтеза новых структур в ТРИЗ используются законы развития технических систем [2] (ЗРТС), предложенные Г.С. Альтшуллером: закон полноты частей системы, закон энергетической проводимости, закон согласования ритмики, закон перехода в надсистему и др. Применительно к структурам технических систем законы развития были сформулированы В.М. Петровым в работе [4]. В частности, в законе существования связей проведена классификация связей между элементами структуры, и указано, что «формулировка и установление связей проводится с использованием специальных таблиц и в последовательности, которые были предложены автором».

При анализе структур в изобретательских задачах используется также и теория графов. В частности, в статье [5] Ю.П. Саламатова предложено представление исходной изобретательской ситуации в виде графической или графо-языковой модели, или так называемой семантической цепи. Цель представления – выход на типовую схему конфликта, отражающего работу «узкого» места системы.

В первой главе настоящей работы рассматриваются методы анализа и синтеза для ограниченного класса структур, характерных для изобретательских задач в автоматике. Метод анализа и синтеза примыкает к методам использования законов развития технических систем, в частности, к закону повышения информационно-энергетической проводимости путем включения обратных связей. Метод описан на основе конкретных примеров и пригоден для обучения изобретательству.

Во второй главе рассматривается одна из задач эволюционной кибернетики [6] - математическая модель передача наследственной информации в технической системе в процессе решения изобретательской задачи. Модель представлена в виде динамической триады развития двух противоположных свойств технического противоречия и Х-элемента как решения задачи. Процесс мышления рассматривается как поиск, обнаружение, опознавание и «захват» (озарение) Х-элемента. В модели используются дифференциальные уравнения развития динамических вещественно-полевых ресурсов, описывающих развитие популяций в биологии.

Предложен новый метод синтеза структуры дифференциальных уравнений, сводящий поисковые движения в мышлении к уравнениям детерминированного хаоса в виде странных аттракторов Рёсслера и Лоренца. Модель ориентирована на алгоритм решения изобретательских задач (АРИЗ). Процесс перехода от прототипа к техническому противоречию моделируется переходом уравнений развития типа ЛотткиВольтерра к уравнениям аттрактора Лоренца. Дальнейший переход, от модели технического противоречия к поиску решения, рассматривается в модели уравнений Рёсслера. Передача наследственной информации от противоположных свойств технического противоречия к Х-элементу на структурном уровне рассматривается как явление гомеостаза [7].

В третьей главе рассматривается проблема поиска физических свойств решения изобретательской задачи. Для поиска используется математический аппарат системы кинематических величин Р.О. Бартини [8]. Свойства физических величин кодируются своими размерностями в LT-базисе пространственно-временных ресурсов: длины и времени.

Задача нахождения физического свойства решения также рассматривается как передача наследственной информации в мышлении изобретателя.

Используется аналогия с биологическими системами, введены понятия единиц передачи наследственной информации: генов длины и времени.

Для нахождения физического свойства решения используется установившийся режим дифференциальных уравнений поиска и слежения, полученных во второй главе. Рассмотрен типовой для ТРИЗ пример технологии решения в задаче о запайке ампул с жидким лекарством.

Технология поиска физического свойства основана на движениях по трендам LT-таблицы Р.О. Бартини. Предложен метод оценки ресурсоемкости физического решения.

Рассмотрена также задача смены представлений при развитии мысли от прототипа к новому решению как задача потери устойчивости движения по трендам в LT-базисе системы Р.О. Бартини.

В последнем параграфе рассмотрена задача нахождения физического свойства решения изобретательской задачи при помощи генетических алгоритмов.

В основу настоящего пособия положен курс лекций по методам научно-технического творчества и управлению инновационными процессами, читаемый автором в СПбГУ ИТМО, для студентов, обучающихся по специальности «Автоматизация и управление».





Книга также может быть полезна студентам и аспирантам технических университетов для знакомства с методами формализации сложных задач.

Автор выражает свою признательность коллегам и сотрудникам кафедры «Систем управления и информатики» СПбГУ ИТМО, а также участникам форума на сайте «METODOLOG.RU».

1. Структурные методы исследования изобретательских задач 1.1. Структурные модели систем Практика показывает, что инновационный процесс в системе происходит в виде возникновения, развития и умирания структуры.

Система - это совокупность элементов, способная выполнять определенную функцию. Элемент – неделимая часть системы.

Структура системы – это ее элементный состав и связи, объединяющие элементы системы.

Связи, как отношения между элементами, характеризуют строение системы в статике и ее функционирование в динамике.

Для нас важно выяснить, как из старой структуры появляется новая структура, и найти способы управляемого перехода от старого к новому.

Любая структура во времени развивается неравномерно, есть элементы и связи, более подверженные изменениям, другие сохраняются во многих поколениях сменяющихся систем. Например, в классе систем управления с обратной связью закрепились такие обязательные элементы как датчик, регулятор, исполнительное устройство, обратная связь, элемент сравнения. Они обеспечивают минимальную работоспособность системы, и попытка их выкинуть для получения нового решения приводит к неработоспособности системы. Поэтому приходиться дробить элементы, описывая структуру на более низком уровне иерархии. Например, влезать в структуру регулятора для изменения законов управления.

Эволюция системы обычно начинается с параметрической интенсификации: один из параметров системы в ее «узком» месте начинает интенсивно изменяться под действием внешних условий или естественного старения. В «узком» месте обостряются противоречия, структура рушится, распадаются старые связи, возникают новые, отмирают старые функции и рождается новая системы с новыми функциями.

Говорят, что происходит катастрофа. Катастрофа означает быстрое во времени, скачкообразное изменение структуры и появление новой системы.

Вывод из этого можно сделать следующий: если мы хотим управлять процессом появления нового, мы должны найти в структуре это «узкое» место максимального обострения противоречий и сработать на опережение, реализовав катастрофу с нужным исходом.

Более того, если система работает хорошо, и никаких «узких» мест явно не обнаруживает, можно организовать это «узкое» место. Для этого выбирается любой из элементов системы и интенсифицируется какой-то его параметр до критического значения, тем самым возникает «узкое» место или «узкий» элемент. Аналогично в качестве «узкого» места может быть и связь между элементами. Например, один вращающийся элемент передает свое движение другому трением. Уменьшение трения до потери контакта или увеличение до остановки вращения приводит к катастрофе системы, поскольку существенно меняется структура из-за изменения связи между элементами. После катастрофы возникает новая система с новыми функциями.

Составлению структурной модели предшествует словесное описание работы системы с возможными рисунками и эскизами.

Словесное описание, в том или ином объеме, иногда – даже только в виде функции, которую должна выполнять система, предоставляется заказчиком работы. Поэтому часто приходится использовать описания работы аналогичных систем, выполняющих ту же функцию. Такие описания находятся при патентно-информационном поиске.

Структурная модель, составленная разработчиком, представляет собой структурную схему системы и отражает индивидуальное понимание разработчиком задачи, поставленной в описании. Из одного описания у разных людей могут получиться разные структурные схемы. Поэтому структурная схема должна быть уточнена и согласована с работодателем.

В общении с ним одновременно вырабатывается единый язык, единая терминология, присущая данной задаче.

Разные типы структурных схем, как и любые другие модели, отличаются уровнем абстракции. По мере повышения абстракции структурные схемы можно расположить в следующей последовательности:

конструктивно-функциональные, потоково-информационные [9], структурно-энергетические [3] и веполи [10]. Любая из этих схем представляет собой направленный граф, вершинами которого являются элементы структуры, а ребрами - отношения между элементами.

Самой абстрактной структурной моделью является граф-схема технического противоречия в алгоритме решения изобретательских задач (АРИЗ) [10]. Она отражает работу самого «узкого» места системы, где наиболее обострены структурные противоречия. Параметрической интенсификацией является назначение крайних, экстремальных состояний инструмента.

Рассмотрим некоторые виды структурных схем.

1.1.1. Конструктивно-функциональная схема Конструктивно-Функциональная схема (КФС) отражает, главным образом, принцип действия системы и представляет собой граф, вершинами которого являются элементы системы, а ребрами – выполняемые элементами функции.

Рассмотрим пример составления КФС для системы автоматической горизонтальной посадки палубных самолетов. Для составления КФС рассмотрим принцип действия системы.

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 13 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.