Изобретательство в техническом творчестве студентов: Учебно-методическое пособие

Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Пензенский государственный университет Н. А. Абрамова, В. С. Григорьев, В. З. Зверовщиков

ИЗОБРЕТАТЕЛЬСТВО В ТЕХНИЧЕСКОМ ТВОРЧЕСТВЕ СТУДЕНТОВ Методическое пособие

Пенза 2008

УДК 355/608:658(023) Абрамова Н.А., Григорьев В.С., Зверовщиков В.З. Изобретательство в техническом творчестве студентов: Учебно-методическое пособие. – Пенза: Пензенский гос. университет, 2008. – 70 с.

Даны понятия об объектах технического творчества и порядке выявления изобретений, а также основные указания по оформлению заявки на изобретение с учетом требований нормативных документов. Приведена характеристика основных источников патентной информации и особенностей международной и национальных систем классификации изобретений. Рассмотрен уровень изобретательских задач, дан анализ методов активизации поиска их технических решений, приведены типовые примеры решения технических задач на уровне изобретений, раскрыта методика оформления заявки на изобретение. Пособие предназначено для студентов инженерных специальностей, изучающих курс «Основы изобретательства и научных исследований». Рецензенты: ПНИЭИ г. Пензы : И. В. Ходорова – начальник НИГ патентно-лицензионных и изобретательских работ ФГУП «ПНИЭИ»; Е. И. Тушканов – ученый секретарь ФГУП «ПНИЭИ» г. Пензы. ФГУП «НИИФИ» г. Пензы : Начальник сектора интеллектуальной собственности ФГУП «НИИФИ» Н. П. Берникова.

2

1. Роль творчества в процессе познания и обучения Вся человеческая деятельность по освоению и преобразованию природы направлена на поиск новых знаний о законах ее развития и создание на их основе техники, усиливающей воздействие на окружающую природу. Физические силы человека крайне ограничены по сравнению с физическими силами природы, которую он ставит на службу, поэтому человек вынужден постоянно помещать между собой и природой искусственные средства труда, т.е. технику. При этом техника является не только орудием воздействия на природу, но и своеобразным амортизатором воздействия природы на человека, средством его защиты от пагубного влияния этих воздействий. Степень могущества человека и эффективность его воздействия на природу зависят от уровня техники, как «овеществленной силы знания», и науки, как «потенциальной техники». Следовательно, постоянный рост научных и технических знаний является объективной необходимостью непрерывного развития человеческого общества. Человек в своих духовных силах безграничен, и его интеллектуальная творческая мощь не сравнима с силами природы. Создаваемая человеком техника может считаться достаточно эффективной только тогда, когда она обеспечивает интенсификацию производства при улучшении условий труда и жизнедеятельности, когда работа в условиях этой новой техники способствует творческому развитию личности. Особенно это становится важным сейчас на этапе инновационного пути развития общества в условиях экономики знаний. А.В. Луначарский писал: «Изобретательство – это самое замечательное свойство человека. В сущности, все, что составляет смысл человеческой жизни, сводится к изобретательности. Без нее жизнь остановилась бы на месте, превратилась бы в повторение себя самой… …Если определить психологическим термином, что же является движущей пружиной прогресса, то окажется, что этой пружиной является изобретательность… ...Давайте беречь и развивать самую могучую человеческую силу – творческую изобретательность» [1]. Подготовка инженера, как творца новой техники, сейчас немыслима без обучения его основам изобретательства, без активного привлечения студентов к решению творческих задач, поставленных практикой развития общества. В настоящее время психология творчества, процессы управления творчеством мало изучены и многие исследователи стоят на позициях о принципиальной непознаваемости этих процессов, а это ставит порой непреодолимый психологический барьер на пути целенаправленного обучения техническому творчеству. 3

Необходимо различать, по крайней мере, два уровня решения творческих изобретательских задач. Первый уровень – это задачи, которые могут быть потенциально реализованы на базе достигнутых научно-технических знаний, для решения задач второго уровня требуется установление принципиально новых явлений и законов природы. Следует всегда помнить, что познание человеком сущности любого явления относительно. Однако это обстоятельство должно стать не тормозом, а наоборот руководством к поиску путей решения задач первого уровня и перевода задач со второго на первый уровень по мере накопления новых знаний о сущности явлений. В настоящее время имеются первые попытки найти системный подход к целенаправленному поиску путей решения задач первого уровня, которые и составляют основу всех видов изобретательских задач [2]. Любое решение изобретательской задачи есть по своей сути преодоление диалектического противоречия между свойствами объекта на основе использования физических законов природы с целью получения высокого положительного эффекта. Преодоление диалектического противоречия в свойствах объекта – это всегда скачок, характеризирующий количественный переход от глубокого познания свойств или взаимосвязей создаваемого объекта к достижению новых показателей его качества. Всякий технический объект может служить предметом усовершенствования или замены его другим, более совершенным на основе новых принципов (явлений). Сам же объект техники развивается по принципам моделирования естественных органов человека. Однако это моделирование не структурное, а функциональное. Все это техника воспроизводит на своем «собственном языке» в присущих ей формах, а не в виде технической копии человеческого органа. В практической деятельности человека техника может служить средством изменения природы, потому что сама строится согласно ее законам, определяется ими. Ее воздействие на природу может быть лишь таким, каково взаимодействие объектов в самой природе, и веществу природы техника противостоит сама как природное вещество. Из-за неполноты наших знаний создать единой формализованной методики (подхода) или алгоритма решения творческих задач в настоящее время нельзя, но облегчить поиск их решения на основе применения общих принципов теории познания вполне возможно. Диалектический метод познания вещей является единственно плодотворным и верным подходом к решению творческих технических задач, что многократно подтверждено практикой развития науки и техники. Этот метод изучения объекта (вещи) требует всестороннего анализа и обобщения в процессе его познания. 4

Главным в решении изобретательской задачи должно быть преодоление представления об объекте как о чем-то стабильном, неизменном, нужна раскованность и свобода полета мысли за счет возможного дальнейшего его развития или преобразования. Верным компасом на этом пути является творческое применение на практике методологии естественных и технических наук, глубокое овладение знаниями данной и смежных областей науки и техники, развитие навыков системного подхода к анализу структуры и взаимосвязей рассматриваемого объекта. Эффективность творческого труда зависит от уровня знаний, умения их целенаправленного применения на практике. 2. Объекты технического творчества Для обеспечения постоянного научно-технического прогресса общества необходимо развивать и совершенствовать цикл «наука-техникапроизводство». Рассматриваемые объекты технического творчества образуют взаимосвязанную иерархическую систему «открытие-изобретениерационализаторское предложение» и являются источниками функционирования и развития цикла «наука-техника-производство». Основой развития всей науки являются фундаментальные исследования в той или иной области знания, результаты которых обычно приводят к открытиям. Открытием признается установление неизвестных ранее объективно существующих закономерностей, свойств и явлений материального мира, вносящих коренные изменения в уровень познания. Под коренными изменениями в уровне познания следует понимать такие изменения, которые оказывают революционизирующее влияние на ускорение научно-технического прогресса, на развитие общественного производства. Открытия являются базой для создания качественно новых средств производства, технологии и материалов на уровне изобретений, например, создание новой техники в различных областях народного хозяйства на основе лазера, голографии и др. Система государственной регистрации открытий, предусмотренная Положением об открытиях, изобретениях и рационализаторских предложениях от 21 августа 1973 г. N 584, перестала фактически действовать с начала 1992 г. Женевский договор о международной регистрации научных открытий от 7 марта 1978 г. до настоящего времени не вступил в силу, государственная регистрация открытий в РФ фактически не производится. Российская академия естественных наук, имея в своем составе высококвалифицированных специалистов, в том числе авторов научных 5

открытий и изобретений в самых разных областях знаний, осуществляет процедуру регистрации научных открытий. Под научно-методическим руководством Президиума РАЕН работает Международная ассоциация авторов научных открытий. Академия и Ассоциация проводят независимую экспертизу заявок на открытия. По результатам экспертизы выдаются дипломы, подтверждающие признание научного положения открытием. Условия патентоспособности изобретения Изобретение. Согласно статьи 1350 Гражданского кодекса РФ (часть четвертая) в качестве изобретения охраняется техническое решение в любой области, относящееся к продукту (в частности, устройству, веществу, штамму микроорганизма, культуре клеток растений или животных) или способу (процессу осуществления действий над материальным объектом с помощью материальных средств) [3]. Изобретению предоставляется правовая охрана, если оно является новым, имеет изобретательский уровень и промышленно применимо. Изобретение является новым, если оно не известно из уровня техники. Изобретение имеет изобретательский уровень, если для специалиста оно явным образом не следует из уровня техники. Уровень техники включает любые сведения, ставшие общедоступными в мире до даты приоритета изобретения. При установлении новизны изобретения в уровень техники также включаются при условии их более раннего приоритета все поданные в Российской Федерации другими лицами заявки на выдачу патентов на изобретения и полезные модели, с документами которых вправе ознакомиться любое лицо в соответствии с пунктом 2 статьи 1385 или пунктом 2 статьи 1394 настоящего Кодекса, и запатентованные в Российской Федерации изобретения и полезные модели. Изобретение является промышленно применимым, если оно может быть использовано в промышленности, сельском хозяйстве, здравоохранении, других отраслях экономики или в социальной сфере. Не являются изобретениями: 1) открытия; 2) научные теории и математические методы; 3) решения, касающиеся только внешнего вида изделий и направленные на удовлетворение эстетических потребностей; 4) правила и методы игр, интеллектуальной или хозяйственной деятельности; 5) программы для ЭВМ; 6

6) решения, заключающиеся только в представлении информации. В соответствии с настоящим пунктом исключается возможность отнесения этих объектов к изобретениям только в случае, когда заявка на выдачу патента на изобретение касается этих объектов как таковых. Не предоставляется правовая охрана в качестве изобретения: 1) сортам растений, породам животных и биологическим способам их получения, за исключением микробиологических способов и продуктов, полученных такими способами; 2) топологиям интегральных микросхем. Рационализаторское предложение В соответствии с п.63 Положения об открытиях, изобретениях и рационализаторских предложениях 1973 г. рационализаторским предложением признавалось техническое решение, являвшееся новым и полезным для предприятия, организации или учреждения, которому оно подано, и предусматривавшее изменение конструкции изделий, технологии производства и применяемой техники или изменение состава материала. В данном легальном определении не только содержались признаки охраноспособности, но и перечислялись конкретные виды решений, которые признавались рационализаторскими. Признаками рационализаторского предложения считались: а) техническое решение; б) новизна; в) полезность. В настоящее время рационализаторским может быть признано техническое, организационное либо управленческое предложение, являющееся новым и полезным для данного предприятия (п.3 Методических рекомендаций по организации и проведению рационализаторской работы на предприятиях Российской Федерации 1996 г.). 3. Выявление изобретения и составление заявки 3.1. Признаки изобретения Каждый объект изобретения характеризуется строго определенными признаками. Имеется ряд признаков объектов изобретений, по которым определяют, относится ли предложенное изобретение к одному из объектов изобретения, установленных «Рекомендациями по вопросам экспертизы заявок на изобретения и полезные модели» (Утверждены приказом Роспатента от 31.03.2004 № 43, с изменениями и дополнениями, внесенными приказом Роспатента от 11.10.2005 № 120 и приказом Роспатента от 19.06.2006 № 67) [4]. И к какому именно объекту изобретения оно относится. Эти признаки помогают правильно составить формулу изобретения – характеристику сущности технического решения в виде совокупности признаков, необходимых и достаточных для реализации изобретения.

7

Признаком объекта изобретения называют всякое внесенное в формулу изобретения указание на использование в объекте изобретения элемента (узла или детали в устройстве, операции или приема в способе, ингредиента или компонента в веществе); на особую форму любого, упомянутого в формуле элемента; на взаимное расположение элементов; на наличие или форму связей между элементами; на соотношение размеров элементов; всякое указание на параметры, характеризующие температурные, временные, электрические и другие режимы и т.д. По степени важности признаки делятся на существенные и несущественные. Признаки относятся к существенным, если они влияют на возможность получения технического результата, т.е. находятся в причинноследственной связи с указанным результатом Несущественные признаки – это признаки, которые лишь дополняют полностью охарактеризованный существенными признаками объект или конкретизируют его существенные признаки. Совокупность существенных признаков изобретения, необходимых и достаточных для его реализации, характеризирует сущность изобретения; совокупность существенных и несущественных признаков описывает конкретную форму воплощения изобретения. При составлении перечня признаков, полученных в результате анализа заявки, следует руководствоваться следующим: 1) признаки должны быть частями объектов целого или, в необходимых случаях, частями частей целого; 2) перечень должен начинаться с наименования объекта, как родового понятия; 3) признаки, в совокупности их, следует располагать в порядке их значимости для достижения технического результата с учетом функциональной, конструктивной и другой связи между ними; 4) в общий перечень признаков включаются все признаки, при использовании которых обеспечивается работоспособность объекта изобретения; 5) в перечень признаков обязательно должны быть включены все признаки объекта, внесенные самим заявителем в формулу изобретения по заявке. Признак заявляемого объекта признается новым, если в прототипе отсутствует идентичный или эквивалентный ему признак. Если по сравнению с решениями, известными в науке и технике на дату приоритета заявки, техническое решение характеризуется новой совокупностью признаков, позволяющей получить положительный эффект, то такое техническое решение задачи признается обладающим существенными отличиями. 8

Таким образом, новые существенные признаки объекта изобретения есть существенные отличия объекта от прототипа. Каждый из объектов изобретения имеет свои существенные признаки, отличающие этот объект от прототипа. К устройствам относятся конструкции и изделия. Устройство как объект изобретения характеризуется своими особыми признаками. Так для характеристики устройств используются, в частности следующие признаки: - наличие конструктивного (конструктивных) элемента (элементов); - наличие связи между элементами; - взаимное расположение элементов; - форма выполнения элемента (элементов) или устройства в целом, в частности геометрическая форма; - форма выполнения связи между элементами; - параметры и другие характеристики элемента (элементов) и их взаимосвязь; - материал, из которого выполнен элемент (элементы) или устройство в целом; - среда, выполняющая функцию элемента. Способом как объектом изобретения является процесс осуществления действий над материальным объектом с помощью материальных средств. Способ как объект изобретения характеризуется следующими признаками: наличие действия или совокупности действий; порядок выполнения действия во времени; условия, обеспечивающие возможность того или иного действия из числа существенных действий, совокупность которых составляет данный способ. К условиям относятся: - режим (время, температура, давление, скорость и т.д.), оговариваемые пределы, параметры и иные характеристики действий, составляющих способ; - использование определенных веществ, без которых невозможно выполнение действий, составляющих способ. 9

Каждый из этих признаков в конкретном случае, порознь или в комбинации является и существенным отличием способа. Вещество как объект изобретения. К ним относятся: - вещества, полученные нехимическим путем, т.е. простым механическим смешиванием ингредиентов (замазки, клеи и т.д.); - вещества, полученные физико-химическим превращением, при котором вместе с механическим смешиванием происходят практически трудно выявляемые химические процессы (стекла, керамические массы и т.п.); - вещества, полученные химическим путем, или химические соединения, в том числе высокомолекулярные. Новой совокупностью признаков (а следовательно, существенными признаками), характеризующих вещество, может быть: 1) сочетание новых для данного вещества ингредиентов и количественное их содержание; 2) добавление в известное сочетание нового ингредиента и измененный количественный; 3) замена одного или более ингредиентов в составе вещества другими и количественный состав вещества; 4) новое количественное соотношение ингредиентов без изменения качественного состава; 5) новая структура одного или нескольких ингредиентов без изменений качественного и количественного состава вещества или с одновременным их изменением.

3.2. Порядок выявления изобретения При техническом решении задачи в процессе создания новой техники необходимо выявлять предполагаемые изобретения. Выявить изобретение – это значит в массе технических решений, содержащихся в конструкторской разработке, проектном решении, научноисследовательской работе увидеть и оформить техническое решение, обладающее существенными отличиями, новизной и дающее положительный эффект, который может проявиться не только в данной конкретной разработке. Выявление и своевременное оформление изобретения необходимо для защиты приоритета и авторства и будет препятствовать получению патента на аналогичное решение каким либо лицом (физическим или юридическим). Не оформив изобретение у нас в стране, невозможно защитить его за рубежом в случае необходимости. Кроме того, отсутствие в фонде опи10

саний изобретений данного нового технического решения приведет к необходимости для других лиц изобретать уже изобретенное. Главной задачей в процессе выявления предполагаемых изобретений является определение отличительных признаков объекта и преимуществ, создаваемых этими признаками. Эта задача решается поэтапно. 1. Определение разновидности объекта изобретения. На этой стадии определяют, к какой разновидности объекта изобретения (способу, устройству, веществу) относится предлагаемое техническое решение задачи, и характеризуют его группой признаков этой разновидности. Некоторые объекты представляют собой сочетание разновидностей, например, способа и устройства. В этом случае проводят анализ сначала одной разновидности, затем – другой. 2. Выявление признаков. После определения разновидности объекта его подробно характеризуют признаками, присущими только этой разновидности. 3. Поиск аналогов и выбор прототипа. Для определения новизны объекта выявляют необходимые аналоги, т.е. известные технические решения, близкие к исследуемому по назначению и достигаемому эффекту. Поиск аналогов осуществляется по всем доступным информационным источникам основного и смежных индексов классификации, к которым относится заявляемый объект. При этом просматриваются информационные источники от даты приоритета заявки в ретроспективе не менее чем на 50 лет или с начального периода появления информации, если изобретение относится к позднее возникшим областям техники. Этот поиск аналогов следует начинать с просмотра отечественного фонда описания изобретений, затем необходимо просмотреть патентный фонд ведущих в данной отрасли техники стран, далее – фонд всех высокоразвитых стран. Минимумом патентной документации, включаемой в сферу патентного поиска, считается весь патентный фонд за последние 50 лет следующих стран: России, США, Великобритании, Франции, Японии, Швейцарии, Германии до 1945г., ФРГ. Если в фондах описаний изобретений не будут найдены аналоги, то просматриваются литературные источники, к которым относится специальная техническая, общетехническая, учебная и нормативная (ГОСТы, инструкции и т.д.) литература. Поиск аналогов заканчивается, когда: - просмотрены все информационные источники, которые заявитель (эксперт) мог и обязан был использовать; - найден аналог, полностью совпадающий по совокупности существенных признаков с заявленным объектом; 11

- найден аналог, совокупность части признаков которого полностью совпадает с совокупностью существенных признаков заявленного объекта; Для составления формулы изобретения необходимо иметь информацию о прототипе. Прототип изобретения – это наиболее близкий аналог по технической сущности и достигаемому эффекту при его использовании. Для определения прототипа заявленного объекта изобретения эксперт проводит анализ отобранных при поиске аналогов и выявляет признаки каждого из них, сходные с признаками заявляемого объекта изобретения. Прототип может быть только один. Определение прототипа из аналогов проводится: - по максимальному количеству сходных существенных признаков заявленного объекта изобретения и аналога; - по одному (двум) существенному признаку, который в большей степени по сравнению с другими влияет на достижение технического результата и который представляется возможным выделить из числа сходных с признаками аналога. В качестве прототипа может быть взято известное решение, применяемое в другой области, но близкое как по техническому содержанию, так и по решению задачи. В качестве прототипа может быть выбран объект только той же разновидности: предложенному способу следует противопоставлять только способ, устройству – устройство, веществу – вещество. От того, насколько тщательно изобретатель выберет прототип, зависит объективность его выводов и, следовательно, успех в правовой защите предполагаемого изобретения, ибо сущность экспертизы состоит, прежде всего в проверке правильности выбора прототипа, четком выявлении всех групп его признаков и их последующем сопоставительном анализе. Таким образом, если заявителем выбран тот прототип, который в последующем использует эксперт, вероятность защиты заявленного предложения резко увеличивается, так как эксперту остается лишь проверить доводы заявителя в отношении отличий и преимуществ предложенного решения по сравнению с прототипом и в случае правильности их подготовить проект положительного решения. И наоборот, когда не указывается прототип, возможности для отклонения заявки будут максимальны. 4. Выявление признаков прототипа по аналогии с предложенным объектом. При этом в особенности следует обратить внимание на раскрытие в прототипе тех признаков, которые были упомянуты при характеристике предложенного объекта. Неодинаковая степень раскрытия признаков предложенного объекта и прототипа может повлечь за собой серьезные 12

ошибки при сопоставительном анализе предложенного объект и прототипа. 5. Сопоставительный анализ. На этом этапе выявляются признаки, общие для прототипа и предложенного объекта, и отличительные признаки предложенного объекта по сравнению с прототипом. 6. Выявление технического результат. Выявляется лишь тот технический результат, который создается отличительными признаками объекта. Необходимо показать опытным и расчетным путем влияние каждого отличительного признака объекта на преимущества предложения. 7. Классификация и обобщение признаков объекта. На этом этапе обобщают как отличительные, так и общие признаки, что необходимо для правильного построения формулы предполагаемого изобретения и устранения возможности ее обхода, поскольку включение в нее частичного (конкретного) признака ведет к сужению авторских прав. При классификации признаков необходимо отделить главные отличительные признаки от дополнительных, развивающих и уточняющих главные. (Излишняя конкретизация параметров таких, как время, температура, давление, соотношение и др., когда не дается их интервальное значение, создает исключительную трудность при защите решений авторскими свидетельствами). На этой стадии необходимо оценить существенность новизны признаков, учитывая причины отклонения заявок и действующие указания по методике экспертизы [4]. 8. Построение формулы изобретения. Это последняя стадия выявления изобретения. Считается, что если есть формула изобретения, т.е. выявлены отличительные признаки и сформулирована цель изобретения, то, следовательно, налицо и предполагаемое изобретение, и наоборот, когда невозможно построить формулу изобретения, нет и предполагаемого изобретения. Все данные, необходимые для построения формулы изобретения, получают в ходе анализа, и поэтому построение ее не должно вызывать затруднений. 3.3. Составление заявки на изобретение 3.3.1. Согласно 4 части Гражданского Кодекса РФ Статьи 1374 заявка на выдачу патента на изобретение, полезную модель или промышленный образец подается в федеральный орган исполнительной власти по интеллектуальной собственности лицом, обладающим правом на получение патента в соответствии с настоящим Кодексом (заявителем).

13

Заявка на выдачу патента на изобретение (заявка на изобретение) должна относиться к одному изобретению или к группе изобретений, связанных между собой настолько, что они образуют единый изобретательский замысел (требование единства изобретения). Заявка на изобретение должна содержать: 1) заявление о выдаче патента с указанием автора изобретения и лица, на имя которого испрашивается патент, а также места жительства или места нахождения каждого из них; 2) описание изобретения, раскрывающее его с полнотой, достаточной для осуществления; 3) формулу изобретения, выражающую его сущность и полностью основанную на его описании; 4) чертежи и иные материалы, если они необходимы для понимания сущности изобретения; 5) реферат. Материалы заявки составляются в соответствии с «Правилами составления, подачи и рассмотрения заявки на выдачу патента на изобретения» [5]. 3.3.2. Заявление о выдаче патента. Графы заявления, расположенные в его верхней части, предназначены для внесения реквизитов после поступления в федеральную службу по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам и заявителем не заполняются. В графе "адрес для переписки" приводятся полный почтовый адрес на территории Российской Федерации и имя или наименование адресата, которые должны удовлетворять обычным требованиям быстрой почтовой доставки. В качестве адреса для переписки указывается адрес местонахождения в Российской Федерации физического или юридического лица. (Например. 440026, Пенза, ул. Красная, 40, Пензенский Государственный Университет) В графе под кодом (54) приводится название заявляемого изобретения (группы изобретений), которое должно совпадать с названием, приводимым в описании изобретения. В графе под кодом (71) приводятся сведения о заявителе. (Например, официальное наименование юридического лица «Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Пензенский государственный университет» (ПГУ)». Полный почтовый адрес. (440026, Пенза, ул. Красная, 40) и код страны по стандарту ВОИС ST.3 RU. Для организации указывается код ОКПО – 02069042. В этой же графе простановкой знака "Х" в соответствующем квадрате отмечается, является ли заявитель автором изобретения, работодателем автора или правопреемником автора, или государственным заказчиком, или исполнителем (подрядчиком) работы по государственному контракту. 14

Графа "Перечень прилагаемых документов" на второй странице заявления заполняется путем простановки знака "Х" в соответствующих клетках и указания количества экземпляров и листов в каждом экземпляре прилагаемых документов. Для прилагаемых документов, вид которых не предусмотрен формой заявления ("другой документ"), указывается конкретно их назначение, например, «Ходатайство о проведении экспертизы по существу». Если прилагаемые документы заявки содержат чертежи, после перечня документов приводится указание номера фигуры чертежей, предназначенной для публикации с рефератом. В графе под кодом (72) на третьей странице заявления приводятся сведения об авторе изобретения: фамилия, имя и отчество, полный почтовый адрес местожительства, включающий официальное наименование страны – Россия, и ее код по стандарту ВОИС ST.3 – RU. Графа, расположенная непосредственно под графой, имеющей код (72), заполняется только тогда, когда автор просит не упоминать его в качестве такового при публикации сведений о заявке и/или о выдаче патента. В этом случае приводятся фамилия, имя и отчество (если оно имеется) автора, не пожелавшего быть упомянутым при публикации, и его подпись. Заполнение последней графы заявления "Подпись" с указанием даты подписания обязательно во всех случаях. Заявление подписывается заявителем. От юридического лица (университета) – ректором университета или проректором, уполномоченным на это учредительными документами университета, с указанием его должности; подпись скрепляется печатью университета. Подпись расшифровывается указанием фамилий и инициалов подписывающего лица. Наличие подписи заявителя или его представителя обязательно на каждом дополнительном листе. Заявление о выдаче патента представляется на типографском бланке или в виде компьютерной распечатки. Описание изобретения является важнейшей частью заявки. От тщательности, полноты и правильности описания зависит дальнейшая судьба заявки и самого изобретения, в особенности при возможном зарубежном патентовании. Правила составления описания предполагаемого изобретения регламентируются правилами [5]. Примеры описания изобретений на устройство, способ и вещество приведены в приложениях 1,2,3. Описание с формулой изобретения должно: - полностью раскрывать техническую сущность изобретения и содержать достаточную информацию для дальнейшей раз15

работки (конструктивной и технологической) объекта изобретения или его непосредственного использования; - давать точное и ясное представление о новизне, существенных отличиях и техническом результате заявленного технического решения, заключающегося в применении известного объекта по новому назначению; - давать точное и ясное представление о новизне, существенных отличиях и техническом результате заявленного технического решения, о вкладе, внесенном изобретением в данную область техники или отрасль народного хозяйства. Описание изобретения должно строится по следующей схеме. Описание начинается с названия изобретения. В случае установления рубрики действующей редакции Международной патентной классификации (далее – МПК), к которой относится заявляемое изобретение, индекс этой рубрики приводится перед названием. Описание содержит следующие разделы: - область техники, к которой относится изобретение; - уровень техники; - раскрытие изобретения; - краткое описание чертежей (если они содержатся в заявке); - осуществление изобретения. Не допускается замена раздела описания отсылкой к источнику, в котором содержатся необходимые сведения (литературному источнику, описанию в ранее поданной заявке, описанию к охранному документу и т.п.). Порядок изложения описания может отличаться от приведенного выше, если, с учетом особенностей изобретения, иной порядок способствует лучшему пониманию и более краткому изложению. Название изобретения. Название изобретения должно быть кратким и точным. Название изобретения, как правило, характеризует его назначение и излагается в единственном числе. Содержание разделов описания. Область техники, к которой относится изобретение. В разделе описания «Область техники, к которой относится изобретение» указывается область применения изобретения. Если таких областей несколько, указываются преимущественные. Уровень техники. 16

В разделе «Уровень техники» приводятся сведения об известных заявителю аналогах изобретения с выделением их них аналога, наиболее близкого к изобретению (прототипа). В качестве аналога указывается средство того же назначения, известное из сведений, ставших общедоступными до даты приоритета изобретения. При описании каждого из аналогов непосредственно в тексте приводятся библиографические данные источника информации, в котором он раскрыт, признаки аналога с указанием тех из них, которые совпадают с существенными признаками заявляемого изобретения, а также указываются известные заявителю причины, препятствующие получению технического результата, который обеспечивается изобретением. После описания аналогов в качестве наиболее близкого к изобретению указывается тот, которому присуща совокупность признаков, наиболее близкая к совокупности существенных признаков изобретения. Раскрытие изобретения. Сущность изобретения как технического решения выражается в совокупности существенных признаков, достаточной для достижения обеспечиваемого изобретением технического результата. Признаки относятся к существенным, если они влияют на возможность получения технического результата, т.е. находятся в причинно-следственной связи с указанным результатом. Технический результат представляет собой характеристику технического эффекта, явления, свойства и т.п., объективно проявляющихся при осуществлении способа или при изготовлении либо использования продукта, в том числе при изготовлении продукта, полученного непосредственно способом, воплощающим изобретение. Технический результат может выражаться, в частности, в снижении (повышении) коэффициента трения; в предотвращении заклинивания; снижении вибрации. В данном разделе подробно раскрывается задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, с указанием обеспечиваемого им технического результата. Если изобретение обеспечивает получение нескольких технических результатов (в том числе в конкретных формах его выполнения или при особых условиях использования), рекомендуется указать все технические результаты. 17

Приводятся все существенные признаки, характеризующие изобретение; выделяются признаки, отличительные от наиболее близкого аналога, при этом указываются совокупность признаков, обеспечивающая получение технического результата во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны, и признаки, характеризующие изобретение лишь в частных случаях, в конкретных формах выполнения или при особых условиях его использования. Не допускается замена характеристики признака отсылкой к источнику информации, в котором раскрыт этот признак. Краткое описание чертежей. В этом разделе описания приводится перечень фигур с краткими пояснениями того, сто изображено на каждой из них. Чертежи должны полностью соответствовать описанию, поскольку они содержат все названные в нем элементы изобретения (см. приложения 1,2). Каждое графическое изображение нумеруется как фигура независимо от вида этого изображения (чертеж, схема, график и т.д.) в порядке единой нумерации в соответствии с очередностью приведения в тексте описания. Графические изображения выполняются черными линиями в 3 экземплярах, формат листов 210х297 мм. На каждом листе графических изображений указывается в правом верхнем углу сокращенное название изобретения. Размеры на чертежах не указываются. Если они имеют существенное значение для уяснения изображения, то их следует приводить в описании, в порядке их упоминания в тексте. Если представлены иные графические материалы, поясняющие сущность изобретения, они также указываются в перечне, и приводится краткое пояснение их содержания. Осуществление изобретения. В этом разделе показывается, как может быть осуществлено изобретение с реализацией указанного заявителем назначения, предпочтительно путем приведения примеров, и со ссылками на чертежи иные графические материалы, если они имеются. Для изобретения, сущность которого характеризуется с использованием признака, выраженного общим понятием, в частности представленного на уровне функционального обобщения, описывается средство для реализации такого признака или методы его получения, либо указывается на известность такого средства или метода его получения. 18

В данном разделе приводятся также сведения, подтверждающие возможность получения при осуществлении изобретения того технического результата, который указан в разделе описания «Раскрытие изобретения». При использовании для характеристики изобретения количественных признаков, выраженных в виде интервала значений, показывается возможность получения технического результата во всем этом интервале. Изобретение, относящееся к устройству. Для изобретения, относящегося к устройству, приводится описание его конструкции (в статическом состоянии) и действие устройства (работа) или способ использования со ссылками на фигуры чертежей (цифровые обозначения конструктивных элементов в описании должны соответствовать цифровым обозначениям на фигуре чертежа), а при необходимости – на иные поясняющие материалы (эпюры, временные диаграммы и т.д.). Изобретение, относящееся к способу. Для изобретения, относящегося к способу, в примерах его реализации указываются последовательность действий (приемов, операций) над материальным объектом (температура, давление и т.п.), используемые при этом материальные средства (устройства, вещества, штаммы и т.п.), если это необходимо. Если способ характеризуется использованием средств, известных до даты приоритета изобретения, достаточно эти средства раскрыть таким образом, чтобы можно было осуществить изобретение. При использовании неизвестных средств приводится их характеристика и, в случае необходимости, прилагается графическое изображение. Формула изобретения. (1) Формула изобретения предназначается для определения объема правовой охраны, предоставляемой патентом. (2) Формула изобретения должна быть полностью основана на описании, т.е. характеризуемое ею изобретение должно быть раскрыто в описании, а определяемый формулой объем правовой охраны должен быть подтвержден описанием. (3) Формула изобретения должна выражать сущность изобретения, т.е. содержать совокупность его существенных признаков, достаточную для достижения указанного заявителем технического результата. (4) Признаки изобретения выражаются в формуле изобретения таким образом, чтобы обеспечить возможность понимания

19

специалистом на основании уровня техники их смыслового содержания. Структура формулы изобретения. Формула может быть однозвенной и многозвенной и включать, соответственно, один или несколько пунктов. Однозвенная формула изобретения. Однозвенная формула изобретения применяется для характеристики одного изобретения совокупностью признаков, не имеющей развития или уточнения применительно к частным случаям его выполнения или использования. Многозвенная формула изобретения. Многозвенная формула применяется для характеристики одного изобретения с развитием и/или уточнением совокупности его признаков применительно к частным случаям выполнения или использования изобретения или для характеристики группы изобретений. Многозвенная формула, характеризующая одно изобретение, имеет один независимый пункт и следующий (следующие) за ним зависимый (зависимые) пункт (пункты). Пункты многозвенной формулы нумеруются арабскими цифрами последовательно, начиная с 1, в порядке их изложения. Пункт формулы. (1) Пункт формулы включает признаки изобретения, в том числе родовое понятие, отражающее назначение, с которого начинается изложение формулы, и состоит, как правило, из ограничительной части, включающей признаки изобретения, совпадающие с признаками наиболее близкого аналога, и отличительной части, включающей признаки, которые отличают изобретение от наиболее близкого аналога. При составлении пункта формулы с разделением на ограничительную и отличительную части после изложения ограничительной части вводится словосочетание «отличающийся тем, что», непосредственно после которого излагается отличительная часть. Материалы, поясняющие сущность изобретения. Материалы, поясняющие сущность изобретения могут быть оформлены в виде графических изображений (чертежей, схем, эпюр, осциллограмм и т.д.), фотографий, таблиц. Рисунки представляются в том случае, когда невозможно проиллюстрировать изобретение чертежами или схемами. 20

Фотографии представляются как дополнение к графическим изображениям. Чертежи, схемы и рисунки представляются на отдельном листе, в правом верхнем углу которого рекомендуется приводить название изобретения. Реферат. Реферат служит для целей информации об изобретении и представляет собой сокращенное изложение содержания описания изобретения, характеристику области техники, к которой относится изобретение, и/или области применения, если это не ясно из названия, характеристику сущности изобретения с указанием достигаемого технического результата. Сущность изобретения излагается в свободной форме с указанием всех существенных признаков изобретения, нашедших отражение в независимом пункте формулы изобретения. При необходимости в реферате приводятся ссылки на позиции фигуры чертежей, выбранной для опубликования вместе с рефератом и указанной в графе «Перечень прилагаемых документов» заявления о выдаче патента [6]. Реферат может содержать дополнительные сведения, в частности указание на наличие и количество зависимых пунктов формулы, графических изображений, таблиц. Рекомендуемый объем текста реферата – до 1000 печатных знаков. 4. Патентная информация 4.1. Источники патентной информации Обеспечение деятельности системы патентной информации осуществляется специализированными информационными органами – открытое акционерное общество Информационноиздательский центр «Патент» (ОАО ИНИЦ «Патент»), Всероссийская патентно-техническая библиотека (ВПТБ). Патентная информация занимает также важное место в изданиях Всероссийского института научной и технической информации (ВИНИТИ) РАН, отраслевых и межотраслевых территориальных органов информации, патентно-информационных органов крупных предприятий и организаций. Патентная документация хранится в патентных фондах, являющихся составной частью справочно-информационных фондов информационных служб.

21

Описания изобретений являются основным видом патентной документации. Они издаются в виде листков или брошюр. Каждое описание относится только к одному изобретению и содержит необходимые для его понимания и реализации сведения. Патентные ведомства различных стран обмениваются описаниями изобретений, пополняя свои патентные фонды. Во ВПТБ сосредоточена патентная документация, получаемая из 60 стран мира. Фонд библиотеки составляет 120 млн. единиц хранения: описания изобретений к авторским свидетельствам, патентам и дореволюционным привилегиям, различные справочные материалы, официальные патентные бюллетени. Официальные патентные бюллетени, предшествующие изданию полных описаний изобретений, содержат сведения об изобретениях. К ним относятся: Официальный бюллетень «Изобретения. Полезные модели» До 2000 г.: «Изобретения (заявки и патенты)». Официальный бюллетень «Промышленные образцы» До 2000 г.: «Полезные модели. Промышленные образцы». Официальный бюллетень «Товарные знаки. Знаки обслуживания. Наименования мест происхождения товаров». Проведение патентного поиска. Поиск текущей патентной информации по Российской Федерации может проводиться по бюллетеням “Изобретения” (с 1992 по 1999 гг.) и “Изобретения. Полезные модели” (с 2000 г.), выпускаемым российским Агентством по патентам и товарным знакам. Бюллетени выходят 4 раза в месяц и содержат: первый – публикацию библиографических данных и формул изобретений по выданным патентам и заявкам на изобретения, второй – публикацию библиографических данных и формул изобретений по выданным патентам и заявкам на изобретения и (заявок) на изобретения или свидетельств на полезные модели по выбранным классам МПК и знакомятся с их рефератами. Текущий поиск по вышеперечисленным и другим зарубежным странам может проводиться в сети ИНТЕРНЕТ по базам данных рефератов патентов на изобретения Европейского патентного ведомства (E-mail: http://ep.espacenet.com), где имеется информация за последние годы (доступ в базу данных – бесплатный). Поиск следует проводить по индексам МПК (IPC). В сети ИНТЕРНЕТ можно провести поиск и по базе данных рефератов заявок и патентов Российского патентного ведомства 22

(Федеральный институт промышленной собственности – ФИПС (E-mail: http://www.fips.ru), с 1994 г. по настоящее время, доступ в базу данных – бесплатный). Поиск следует проводить также по индексам МПК. Материал в бюллетенях расположен по индексам МПК и в порядке возрастания номеров охранных документов. Бюллетени снабжены систематическим и нумерационным указателями заявок, патентов, свидетельств. Поиск текущей информации по ведущим зарубежным странам (США, Японии, Франции, Германии, Великобритании) может проводиться по бюллетеню “Изобретения стран мира” (электронная версия которого имеется в Пензенской библиотеке им. М.Ю.Лермонтова – отдел патентной документации – обслуживание платное). Бюллетень издается на русском языке, выходит 1-2 раза в месяц и содержит библиографические данные и рефераты заявок и патентов, опубликованных ранее в национальных патентных бюллетенях. Бюллетень издается по тематическим выпускам в соответствии с индексами МПК. Материал расположен на картах типа А-6, на лицевой стороне которой упомянутые выше данные приводятся на русском языке, а на оборотной стороне – эти же данные на языке оригинала и чертеж. При наиболее часто применяемом предметном поиске целесообразно пользоваться систематическим указателем, имеющимся в указанных выше бюллетенях. Определив классификационные рубрики МПК, соответствующие предмету поиска, по систематическим указателям находят номера патентов. 4.2. Классификация изобретений Патентная документация представляет собой отдельный вид научно-технической литературы, для ориентации в котором применяется специальная система ее упорядочения, так называемая классификация изобретений. На основании классификации изобретений осуществляется распределение технических решений, содержащихся в описании изобретений к патентам и в других патентных документах по тематическим рубрикам. Это позволяет провести индексирование и расстановку патентной документации в фонде, осуществлять ее поиск в соответствии с запросом. С ростом изобретательной активности классификация становится все более важным средством поиска информации в патентных фондах, так как без строгой ее расстановки практическое использование патентной литературы вообще невозможно. 23

Исторически в каждой промышленно развитой стране создавалась своя система классификации изобретений. В 19 в. в США, Великобритании, Германии и других странах получили распространение национальные системы классификации. К наиболее известным из них относятся германская, американская, английская и японская. В России первая система классификации изобретений была введена в 1896 г. Она содержала 16 основных (отраслевых) подразделений, обозначенных римскими цифрами. С 1913 г. была принята новая классификация, представляющая собой упрощенный вариант германской системы. В настоящее время во всех промышленно развитых странах принята Международная патентная классификация (МПК) представляющая собой единую систему, охватывающая все патентные документы. МПК была разработана в связи с договоренностью ряда европейских стран о сближении систем классификации изобретений. Официально в соответствии со Страсбургской конвенцией она называется Международной патентной классификацией. В СССР она была введена в 1970 г. под другим наименованием, более точно определяющим ее смысл, - Международная классификация изобретений (МКИ), которая стала основным средством тематического патентного поиска. В 1972 г. в СССР была закончена работа по реклассифицированию на МКИ всего фонда авторских свидетельств и патентов, выданных в СССР. Однако с введением в 1992 г. патентного закона Российской Федерации наименование МКИ теряет свое смысловое значение, поскольку закон отменяет авторское свидетельство и охранным документом изобретения становится патент. Поэтому наименование МКИ заменяется на МПК, как единую систему классификации патентной документации, принятую во всех странах. Каждые пять лет вводится новая редакция МПК, с 1995 г. в России действует шестая редакция, а 2000 г. - седьмая редакция МПК. С 1-го января 2006 года вступила в силу восьмая редакция Международной патентной классификации (МПК), сокращенно обозначаемая как МПК-8 или МПК(2006). Несмотря на то, что новая редакция в целом базируется на предыдущих редакциях и ранее используемых принципах построения, в нее добавлены существенно новые элементы, а также существенно меняется способ ее использования. За предшествующий период пересмотра 2000-2005 гг. в текст МПК было внесено значительное коли24

чество изменений, которые коснулись всех разделов МПК. Введено 1326 новых рубрик, в том числе новые подклассы A01P, A31Q, A99Z, B99Z, C40B, C99Z, D99Z, E99Z, G99Z. H99Z. Аннулировано 250 рубрик, в том числе подклассыC01M, C22K. Применяемая классификация изобретений представляет собой многоступенчатые системы распределения понятий, организованных по принципам от общего к частному. Это означает, что последующие цифры или буквы индекса определяют все большую дифференциацию классифицируемой области, сужая понятия отражаемого каждой классификационной рубрики. Такой принцип построения классификации называется иерархическим. При разработке МПК старались обеспечить пригодность системы для всех стран, с максимальной ее логичностью с охватом современных областей техники, с возможного дальнейшим развитием классификации путем введения новых рубрик и замены устаревших (редакция). При введении новой последующей редакции МПК все документы ретроспективного фонда не реклассифицируются - каждая редакция МПК действует с момента вступления в силу до начала действия очередной новой редакции. Указание на восьмую редакцию дается в виде знака степени у аббревиатуры МПК, например М.кл8. Для облегчения ориентации в новой системе классификации выпускается издание новой редакции основной (укрупненной) схемы, где приводится перечень разделов, классов и подклассов МПК. Логичность структуры обеспечивается расположением классифицируемых областей в соответствии со следующими восьмью разделами, обозначенными заглавными буквами латинского алфавита: А - удовлетворение жизненных потребностей человека; В различные технологические процессы; С - химия и металлургия; D - текстиль и бумага; Е - строительство; F - прикладная механика, освещение и отопление, двигатели и насосы, оружие и боеприпасы; G - техническая физика; Н - электричество. Для обеспечения полного охвата новых областей техники в МПК было значительно увеличено число и дробность рубрик. Структура классификации такова, что позволяет расширять систему. Например, каждый из разделов может содержать 99 классов, при этом отдельные номера классов могут быть пропущены с целью введения в случае необходимости новых классов. Классы разделяются на подклассы, которые обозначаются латинскими согласными буквами. Подклассы делятся на группы, 25

обозначаемые, как правило, нечетными цифрами, а подгруппы четными. В том случае, если предусмотренных запасных мест для введения новых рубрик будет недостаточно, для обозначения подгрупп могут использоваться дополнительные знаки. Первая подгруппа в каждой группе обозначается индексом 00. Она является запасной рубрикой для индексации таких изобретений, которые не могут быть заиндексированы с помощью последующих подгрупп данной группы (рис. 4.1). Это даст возможность в дальнейшем создавать новые подгруппы без нарушения общей структуры системы. Рис. 4.1. Структура МПК

Новая 8-я редакция МПК содержит 8 разделов (латинские буквы от А до H), около 120 классов (двузначные числа), свыше 600 подклассов (латинские буквы), около 7 тысяч групп и свыше 50 тысяч подгрупп (арабские числа через косую черту). Перед индексом подгруппы ставится одна точка или более, которые (вместе с отступом вправо) определяют степень ее подчиненности. Например: G 09D 3/00 - Вечные календари . 3/02 со съемными указателями чисел . 3/04 с неподвижными указателями чисел .. 3/06 с вращающимися указателями чисел ... 3/08 в виде дисков В итоге рубрика G09D3/08 будет означать: «Вечные календари с вращающимися указателями чисел в виде диска». Если патентному документу присвоено несколько индексов, тогда на первое место ставят основной, отражающий содержание формулы изобретения. Затем через запятую даются индексы, относящиеся ко второму признаку (если он есть). Например, С08F210/16, 255/04. Далее после знака // (две косые черты) могут помещаться индексы дополнительной информации, не относящейся к пред26

мету защиты, но представляющие технический интерес: Н02Р13/14//G05F1/12. Помимо этого в круглых скобках могут указываться индексы, относящиеся к добавочной информации, т.е. информации, отражающей существо предмета изобретения: С08F210/16(C08F255/04). Для облегчения ориентации в МПК к ней разработан алфавитно-предметный указатель, в котором все технические понятия, содержащиеся в МПК, расположены в алфавитном порядке и имеют ссылки на те рубрики МПК (классы, подклассы, группы, подгруппы), по которым в том или ином аспекте распределена искомая информация. Следует отметить особенность национальных патентных классификаций (НПК), в частности США, поскольку она может применяться иногда патентными ведомствами параллельно с МПК. Американская система классификации изобретений впервые была опубликована в 1830 г. и является одной из первых классификаций изобретений. В основе построения этой системы - функциональный принцип упорядочения понятий. Однако наряду с этим в ряде случаев в классификации применен и принцип принадлежности объекта изобретения к той или иной отрасли, т.е. предметно-технический принцип. НПК США насчитывает более 400 классов и около 90 тысяч подклассов. Индекс классификации выражен двумя арабскими цифрами, разделенными тире. Например, индекс 21-61 означает, что изобретение относится к подклассу 61 класса 21. Соподчиненность подклассов определяется сдвигом текста, относящегося к подклассам низшего порядка, вправо относительно текста рубрик вышестоящего подкласса с увеличивающимся числом точек. Например: 21-61 - устройства 21-62. - для обработки деревьев 21-63.. - пропитки 21-64... - в комбинации с выдерживанием и сушкой. Сущность изобретения, заключенная в формуле, выражается основным индексом, а незаявленное раскрытие изобретения в остальном тексте описания - дополнительными (перекрестными) индексами. В указателях классов изобретений США нумерация (последовательность) классов не связана с ее логической основой. Поэтому близкие по тематике классы могут быть разбросаны по 27

всей системе классификации. Процесс пересмотра классификации США и внесение изменений - происходит постоянно, о чем публикуется в специальных дополнениях. МПК в настоящее время используется в качестве обязательной системы классификации изобретений во всех промышленно развитых странах мира, хотя национальные системы еще применяются для поиска патентных документов в ретроспективной части патентных фондов. 5. Пути поиска технических решений на уровне изобретений 5.1. Уровни изобретательских задач При создании новых изделий и сложных технических систем приходится решать ряд задач, но не все из них могут являться изобретательскими. Обычно задачи, связанные с построением объекта по готовым расчетам и чертежам, с расчетом объекта или с проектированием по известным правилам, относятся к техническим, инженерным или конструкторским задачам. Основным отличием изобретательской задачи является то, что в ней есть противоречия: известно, что нужно сделать, но не известно, как это сделать. В зависимости от степени сложности и изученности создаваемого объекта изобретательские задачи могут быть различной степени сложности. В работе [2] Г.С.Альтшуллером изобретательские задачи подразделяются на пять уровней. Однако это подразделение следует считать весьма условным, оно зависит от изменения содержания самого понятия изобретения с развитием техники. Для первого уровня задач характерно, как правило, применение средств (устройств, способов, веществ) по прямому назначению, т.е. именно для достижения данной цели. Например, постоянный резистор, предназначенный для обеспечения высокого поглощения электрической энергии, потери которой превращаются в тепловую энергию, должен содержать резисторный и теплоотводящий элементы. Выполнение теплоотводящего элемента постоянного резистора в виде металлического стержня (а.с. № 519770, кл.НО1 С 3/10, 1975) вместо керамического основания позволяет обеспечить более высокую мощность рассеивания. Высокая мощность рассеивания резистора в процессе эксплуатации может быть достигнута за счет улучшения теплоотвода от его конструкции, например с помощью более эффективных теплоотводящих элементов, обдува воздухом и т.п. Эти решения предельно очевидны и не требуют сложного поиска, а сам процесс творчества на данном уровне не нуждается в специальных методах активизации. В настоящее время около 30% всех 28

изобретений создается на основе решения задач первого уровня. Следует отметить, что задача повышения эффективности теплоотвода от резистора может решаться в принципе на разных уровнях. Если теплоотвод от резистора необходимо резко увеличить без изменения габаритов изделия, то задача становится более трудной и разрешимой на более высоких уровнях. Одно из простых решений данной задачи, удовлетворяющих указанным условиям, может быть сформулировано следующим образом: «Постоянный резистор, содержащий резистивный элемент, выполненный в виде цилиндра, и теплоотводящий элемент, отличающийся тем, что с целью увеличения мощности рассеивания и повышения стабильности, теплоотводящий элемент выполнен в виде тепловой трубки, расположенной во внутренней полости резистивного элемента» (а.с. № 687474, кл. НО1 С 1/034, 1976). Решение данной задачи выполнено на втором уровне, когда объект изменяется, но незначительно ( теплоотводящий элемент выполнен в виде тепловой трубки). На третьем уровне изобретательских задач объект изменяется значительно, на четвертом он меняется полностью и на пятом уровне меняется вся техническая система, в которую входит объект. Примером изобретения третьего уровня является следующая формула: 1. «Устройство для полирования деталей, выполненное в виде заполненного деталями и рабочей средой, футерованного изнутри и охлаждаемого снаружи сосуда, отличающееся тем, что, с целью использования футеровки в качестве обрабатывающей поверхности и самовосстановления ее в процессе работы, она выполнена в виде ледяной рубашки из замороженной жидкой абразивной суспензии». 2. «Устройство по п.1, отличающееся тем, что, с целью интенсификации процесса, в качестве рабочей среды применены гранулы из материала футеровки» (а.с. № 315575,кл. В 24В 31/04, 1970). В этом устройстве футеровка осталась, но она сильно изменена по сравнению с известными решениями (футеровка из резины). В качестве примера изобретения четвертого уровня может служить способ контроля двигателя внутреннего сгорания. Если раньше контроль износа вели путем периодического отбора пробы масла и определения содержания в ней металлических частиц, то по новому более эффективному способу (а.с. № 260249, кл. G01n, 1968) в масло добавляют люминофоры и по изменению свечения (мелкие частицы металла гасят свечение) непрерывно контролируют концентрацию частиц металла. Здесь известный способ изменен полностью, а для его новой технической реализации использован другой физический эффект. 29

К изобретению пятого уровня можно отнести следующее техническое решение: «Применение монокристаллов сплавов медь-алюминий-марганец в качестве твердого рабочего тела для преобразования тепловой энергии в механическую путем изменения его упругих свойств при колебании температуры» (а.с. № 412397, кл. F03g 7/06, 1972). Широко известно, что при изменении температуры свойства твердых тел меняются. Однако веществ, которые существенно бы меняли свои свойства при незначительных изменениях температуры, на практике очень мало, и любое обнаружение или получение таких веществ часто сопряжено с открытием. С возрастанием степени трудности задачи резко возрастают число проб и требования к широте и глубине знаний для нахождения ее эффективного решения. Так, задачи первого уровня и средства их решения находятся в пределах одной узкой специальности. Задачи второго уровня и средства их решения относятся к одной отрасли техник. Решение задач четвертого уровня, как правило, находится на сфере техники, а в сфере науки (т.е. решаются на основе применения различных физических и химических эффектов и явлений). При решении задач пятого уровня средства решения могут оказаться уже за пределами уровня современной науки. В этом случае для их решения сначала необходимо сделать открытие, а затем на его основе решать данную задачу. 5.2. Методы активизации поиска технических решений Создание орудий труда и удовлетворение потребностей человека невозможно без его активной изобретательской деятельности. По мере накопления опыта и научных знаний о природе и создаваемой технике изменялись представления человека о них и трудности решаемых задач. Однако методы решения изобретательских задач менялись очень мало, и до недавнего времени основным из них являлся метод проб и ошибок, суть которого заключается в переборе всевозможных вариантов. С ростом степени трудности решаемых задач этот метод вошел в противоречие с современными требованиями научнотехнической революции, т.е. необходимостью быстрого и эффективного решения. Это потребовало создания методов активизации поиска технических решений, суть которых заключалась в интенсификации этого процесса. Наиболее известным среди этих методов является метод мозгового штурма, предложенный А. Осборном (США) в40-х 30

годах [2]. Существо этого метода заключается в том, что создаются две группы людей. В первую группу включаются те, которые склонны к генерированию идей, а в другую – к критическому анализу. Процедура поиска технического решения задачи сводится к экспертизе второй группой идей, высказанных первой группой, при соблюдении следующих правил. Первое из них состоит в том, что любая критика и вынесение суждения по высказанной идее не допускается. Второе правило состоит в том, что необходимо генерирование большого числа идей. Третье правило заключается в свободном высказывании своих мыслей при выдвижении разнообразных идей. При поиске решения задачи данным методом рекомендуется, чтобы члены группы не были лично заинтересованы в ее результатах. При этом они могут быть не обязательно специалистами по рассматриваемому вопросу, но должны понимать и иметь общее представление о задаче. Метод мозгового штурма дает более хорошие результаты при решении организационных проблем и практически не пригоден для решения трудных изобретательских задач. Другим методом активизации поиска является метод фокальных объектов. По этому методу признаки нескольких случайно выбранных объектов переносят на совершенствуемый объект, в результате чего получаются необычные сочетания, позволяющие преодолеть психологическую инерцию при решении изобретательских задач. Так, если в качестве случайного объекта будет взят «человек», а совершенствуемого (фокального) «станок», то можно получить сочетания типа «думающий станок», «смотрящий станок», «слушающий станок», «шагающий станок» и т.п. Подробно рассматривая и развивая указанные сочетания, порой удается прийти к новым высокоэффективным решениям. При морфологическом анализе, предложенном швейцарским ученым астрофизиком Цвикки, сначала выделяют два или большее число важнейших направлений, т.е. осей, определяющих характеристики объекта, а затем по каждому из направлений записывают элементы в виде различных вариантов при генерировании идей. Например, рассматривая проблему смазки узла трения устройства, можно взять в качестве основных осей вид смазки и способы подачи смазки к трущимся поверхностям. В данном случае элементами по оси «вид смазки» могут быть: масло, твердые частицы, масляная пыль, отсутствие смазки» подача масла под давлением, подача масла самотеком, распыле31

ние масла газовым потоком, погружение в масло и т.п. Производя запись элементов по осям и комбинируя их сочетание, можно получить большое число всевозможных вариантов. Некоторые из них могут оказаться и неожиданными и невозможными без такого комбинирования. Наиболее простым и доступным методом активизации поиска решений является метод контрольных вопросов, но он требует гибкого квалифицированного подхода при диалоге по наводящим, хорошо продуманным вопросам. Такими вопросами обычно являются: А если сделать наоборот? А если разбить объект на составные части? А если заменить эту задачу другой? А если изменить форм у объекта? и т.п. Очень эффективен метод активизации поиска – синектика, предложенный американским ученым У.Гордоном. В основу синектики положен мозговой штурм, но штурм ведется профессиональной или полупрофессиональной группой, которая постоянно накапливает опыт решения задач. Этот метод допускает элементы критики, и особенно важно то, что он предусматривает обязательное использование четырех специальных приемов, основанных на аналогии: прямой (анализ путей решения задачи, похожей на данную), личной (попытка войти в образ данного в задаче объекта и оценка ситуации с этой точки зрения), символической (нахождение в двух словах образного определения сути задачи), фантастической (решение этой задачи сказочными персонажами). Несмотря на свои достоинства: простоту и доступность, универсальность – указанные методы активизации поиска не пригодны для решения трудных изобретательских задач. Так, они по своей сути, но только лишь в несколько улучшенном виде, сохраняют старую тактику перебора вариантов, а это ограничивает возможность их широкого применения. 5.3. Типовые примеры решения изобретательских задач Эффективная технология решения изобретательских задач должна основываться на строгом использовании законов развития технических систем, используя которые, можно построить программу решения изобретательской задачи, позволяющую без задач перебора вариантов сводить задачи высших уровней к задачам низших уровней, например, первого уровня. Однако, для того, чтобы осуществить последнее, нужно, прежде всего, выявить противоречие в физических свойствах объекта (физические противоречия) в рассматриваемой задаче. Следовательно, программа ре-

32

шения изобретательских задач должна содержать операторы, позволяющие по определенным правилам выявлять физические противоречия. Для преодоления физических противоречий программа должна предусматривать использование информации об изобретательских приемах, выявленных путем анализа больших массивов современной патентной информации. При этом совокупность приемов может быть представлена в виде таблиц использования этих приемов в зависимости от типа задач и содержащегося в них противоречия с учетом физических эффектов для преодоления этих противоречий. Кроме того, программа должна предусматривать средства управления психологическими факторами и, в первую очередь, средства активизации воображения и средства преодоления психологической инерции. Программа, удовлетворяющая всем этим требованиям, получила название АРИЗ (алгоритм решения изобретательских задач) [2]. В настоящее время имеется уже несколько разработанных модификаций АРИЗ и с каждой новой модификацией в нем усиливаются главные признаки алгоритма, а именно: детерминированность, массовость и результативность. По своей структуре АРИЗ представляет собой программу последовательной обработки изобретательских задач. Законы развития технических систем заложены в самой структуре программы или отражаются в виде определенных операторов. С помощью этих операторов при решении изобретательских задач шаг за шагом (без многих пустых проб) выявляется физическое противоречие и определяется та часть технической системы, к которой оно относится. После этого применяются операторы, изменяющие выделенную часть системы и позволяющие устранить физическое противоречие. Таким образом, трудная задача, т.е. задача выше первого уровня переводится в легкую – задачу первого уровня. При решении изобретательской задачи необходимо проведение существующего технического противоречия в объекте изобретения в физическое (противоречие физических свойств объекта). При разработке таблицы применения типовых приемов устранения технических и физических противоречий в одной из последний модификаций АРИЗ было проанализировано около 40 тысяч описаний изобретений высших уровней. Такая таблица отражает коллективный опыт решения изобретательских задач и имеет значительный запас прогностических возможностей (до 10-15 лет) использования известных приемов. Обычно в АРИЗ используются четыре механизма устранения технических противоречий: 1) переход от данной в модели задачи технической системы к идеальной системе путем формулирования идеального конечного результата; 33

2) переход от технического противоречия к физическому противоречию; 3) использование вепольных преобразований для устранения физического противоречия, где веполь представляет собой минимальную техническую систему в виде «вещество-поле»; 4) применение системы операторов, в сконцентрированном виде отражающей информацию о наиболее эффективных способах преодоления технического и физического противоречий (списки типовых приемов, таблицы использования типовых приемов, таблицы и указатель применения физических эффектов). Приемы, использованные в АРИЗ, представляют собой операторы преобразования исходной технической системы (устройства) или исходного технологического процесса (способа). При этом применяются только те операторы преобразования, с помощью которых можно устранить технические противоречия при решении современных изобретательских задач. Выявление приемов решения технических задач возможно только путем анализа больших массивов патентной информации, относящейся к решению изобретательских задач только высших уровней (с третьего и выше). Одновременно с выявлением приемов составляются и постепенно совершенствуются таблицы применения приемов, предназначенные для устранения типовых технических противоречий [2]. В этих таблицах даны показатели, которые необходимо изменить (улучшить, увеличить, уменьшить), а также показатели, которые недопустимо ухудшаются, если использовать обычные, т.е. уже известные способы. В таблице на пересечении строк и колонок записаны приемы. Известно 40 основных приемов устранения технических противоречий, многие из которых включают подприемы, образующие порой цепь, где каждый следующий подприем развивает предыдущий. Отдельные примеры, иллюстрирующие применение этих приемов для решения изобретательских задач, приведены в работах Г.С.Альтшуллера [ 4,8]. Рассмотрим некоторые принципы и приемы преодоления технических противоречий при решении изобретательских задач. 1. Принцип дробления: – Разделить объект на независимые части. – Выполнить объект разборным. – Увеличить степень дробления объекта. 2. Принцип вынесения: – Отделить от объекта «мешающую» часть (свойство) или наоборот выделить единственно нужную часть или нужное свойство. 34

3. Принцип местного качества: – Перейти от однородной структуры объекта или внешней среды (внешнего воздействия) к неоднородной. – Обеспечить выполнение разными частями объекта различных функций. – Обеспечить работу каждой части объекта в условиях, наиболее благоприятных. 4. Принцип асимметрии: – Перейти от симметричной формы объекта к асимметричной. – Если объект уже асимметричен, увеличить степень асимметрии. Пример. Противоударная автомобильная шина имеет одну боковину повышенной прочности для лучшего сопротивления ударам о бордюрный камень тротуара. 5. Принцип объединения: – Соединить однородные или предназначенные для смежных операций объекты. – Объединить во времени однородные или смежные операции. 6. Принцип универсальности: – Обеспечить выполнение объектом одновременно несколько разных функций, благодаря чему отпадает необходимость в других объектах. Пример. Ручка для портфеля одновременно служит экспандером. 7. Принцип «матрешки»: – Разместить один объект внутри другого, который, в свою очередь, разместить внутри третьего и т.д. Пример. В устройстве для волочения металла «матрешка» составлена из конусных волок. 8. Принцип антивеса: – Компенсировать вес объекта соединением с другим объектом, обладающим подъемной силой. – Компенсировать вес объекта взаимодействием со средой (преимущественно за счет аэро- и гидродинамических сил). 9. Принцип предварительного антидействия: – Если по условиям задачи необходимо совершить какое-то действие, надо заранее совершить антидействие. Пример. В способе резания чашечным резцом для предотвращения возникновения вибраций его предварительно нагружают усилиями, близкими по величине и направленными противоположно усилиям, возникающим в процессе резания. 10. Принцип предварительного действия: 35

– Заранее выполнить требуемое действие (полностью или хотя бы частично). – Заранее расставить объекты так, чтобы они могли вступить в действие без затрат времени на доставку и с наиболее удобного места. 11. Принцип «заранее подложенной подушки»: – Компенсировать относительно невысокую надежность объекта заранее подготовленными аварийными средствами. Пример. Нанесение заранее на материал веществ, «залечивающих» микротрещины. 12. Принцип эквипотенциальности: – Изменить условия работы так, чтобы не приходилось поднимать или опускать объект. 13. Принцип «наоборот»: – Вместо действия, диктуемого условиями задачи, осуществить обратное действие. – Сделать движущуюся часть объекта или внешней среды неподвижной, а среды неподвижную – движущейся. –Перевернуть объект «вверх ногами», вывернуть его. 14. Принцип сфероидальности: – Перейти от прямолинейных частей к криволинейным, от плоских поверхностей к сферическим, от частей, выполненных в виде куба или параллелепипеда, к шаровым конструкциям. – Использовать ролики, шарики, спирали. – Перейти от прямолинейного движения к вращательному, использовать центробежную силу. 15. Принцип динамичности: – Характеристика объекта (или внешней среды) изменить так, чтобы они были оптимальными на каждом этапе работы. – Разделить объект на части, способные перемещаться относительно друг друга. – Если объект в целом неподвижен, сделать его подвижным, перемещающимся. 16. Принцип частичного или избыточного действия. – Если трудно получить 100% требуемого эффекта, надо получить «чуть меньше» или «чуть больше» – задача при этом может существенно упроститься. 17. Принцип перехода в другое измерение: – Трудности, связанные с движением (или размещением) объекта по линии, устранить путем обеспечения объекту возможности перемещаться в 36

двух измерениях (т.е. на плоскости). Соответственно, задачи, связанные с движением (или размещением) объектов в одной плоскости, устраняются при переходе к пространству трех измерений. – Использовать многоэтажную компоновку объектов вместо одноэтажной. – Наклонить объект или положить его «набок». – Использовать обратную сторону данной площади. – Использовать оптические потоки, падающие на соседнюю площадь или обратную сторону имеющейся площади. 18. Принцип использования механических колебаний: – Привести объект в колебательное движение. – Если такое движение уже совершается, увеличить его частоту (вплоть до ультразвуковой). – Использовать резонансную частоту. – Применить вместо механических вибраторов пьезовибраторы. – Использовать ультразвуковые колебания в сочетании с электромагнитными полями. Пример. Способ безопилочного резания древесины, в котором с целью снижения усилия внедрения инструмента в древесину, резание осуществляют инструментом, частота пульсации которого близка к собственной частоте перерезаемой древесины. 19. Принцип периодического действия: – Перейти от непрерывного действия к периодическому (импульсному). – Если действие уже осуществляется периодически, изменить периодичность. – Использовать паузы между импульсами для другого действия. 20. Принцип непрерывности полезного действия. – Вести работу непрерывно (все части объекта должны все время работать с полной нагрузкой). – Устранить холостые и промежуточные ходы. 21. Принцип проскока: – Вести процесс или отдельные его этапы, например, вредные или опасные, на большой скорости. 22. Принцип «обратить вред в пользу»: – Использовать вредные факторы (в частности вредное воздействие среды) для получения положительного эффекта. – Устранить вредный фактор за счет сложения с другими вредными факторами. 37

– Усилить вредный фактор до такой степени, чтобы он перестал быть вредным. Пример. С целью ускорения процесса восстановления сыпучести смерзшихся насыпных материалов и снижения трудоемкости, смерзшийся материал подвергают воздействию сверхнизких температур. 23. Принцип обратной связи: – Ввести обратную связь. – Если обратная связь есть, изменить ее. 24. Принцип «посредника»: – Использовать промежуточный объект, переносящий или передающий действие. – На время присоединить к объекту другой (легкоудаляемый) объект. 25. Принцип самообслуживания: – Обеспечить самообслуживание объекта, т.е. выполнение вспомогательных и ремонтных операций. – Использовать отходы (энергии, вещества). Пример. В электросварочном пистолете предложено сварочную проволоку подавать с помощью соленоида, работающего от сварочного тока. 26. Принцип копирования: – Вместо недоступного, сложного, дорогостоящего, неудобного или хрупкого объекта использовать его упрощенные и дешевые копии. – Заменить объект или систему объектов их оптическими копиями (изображениями). Использовать при этом изменение масштаба (увеличить или уменьшить копии). – Если используются видимые оптические копии, перейти к копиям инфракрасным или ультрафиолетовым. 27. Дешевая недолговечность взамен дорогой долговечности: – Заменить дорогой объект, набором дешевых объектов, поступившись при этом некоторыми качествами, например, долговечностью. 28. Замена механической схемы: – Заменить механическую схему оптической, акустической или биологической и т.п. – Использовать электрические, магнитные и электромагнитные поля для взаимодействия с объектом. – Перейти от неподвижных полей к движущимся, от фиксированных к меняющимся во времени. – Использовать поля в сочетании с ферромагнитными частицами. Пример. На излучатель магнитострикционного преобразователя установки для ультразвуковой обработки деталей наносится защитное по38

крытие в виде слоя измельченного ферромагнитного материала, который удерживается на нем магнитным полем от соленоида, расположенного вблизи рабочей зоны. 29. Использование пневмо- и гидроконструкций: – Вместо твердых частей объекта использовать газообразные и жидкие: надувные и гидронаполняемые, гилростатические и гидрореактивные, воздушную подушку. Пример. В устройстве для зачистки наружной поверхности кольцеобразных деталей замороженной абразивной суспензией, с целью одновременной зачистки деталей по всему периметру, рабочий инструмент выполнен в виде пневмоцилиндра с эластичной рабочей поверхностью, охватываемого кольцевой полостью, сообщающейся с генератором холодного воздуха, причем поршнем пневмоцилиндра служат зачищаемые кольцеобразные детали, надетые на оправку. 30. Использование гибких оболочек и тонких пленок: – Вместо обычных конструкций использовать гибкие оболочки и тонкие пленки. – Изолировать объект от внешней среды с помощью гибких оболочек и тонких пленок. 31. Применение пористых материалов: – Выполнить объект пористым или использовать дополнительные пористые элементы (вставки, покрытия и т.п.). – Если объект уже выполнен пористым, предварительно заполнить поры каким-то веществом. Пример. Инструмент для финишной обработки выполнен в виде пористого материала, расположенного на жесткой основе и пропитанного замороженной абразивной суспензией. 32. Принцип изменения окраски: – Изменить окраску объекта или внешней среды. – Изменить степень прозрачности объекта или внешней среды. – Для наблюдения за плохо видимыми объектами или процессами использовать красящие добавки; если такие добавки уже используются, использовать люминофоры. 33. Принцип однородности: – Выполнить данный объект из того же материала (или близкого к нему по свойствам), что и взаимодействующий с ним объект. Пример. В галтовочном барабане футеровка его стенок и рабочие гранулы выполнены из замороженной абразивной суспензии. 34. Принцип отброса и регенерации частей: 39

– Отбросить выполнившую свое назначение или ставшую ненужной часть объекта (растворена, испарена и т.п.) или видоизменить непосредственно в ходе работы. – Восстановить расходуемые части объекта непосредственно в ходе работы. Пример. В галтовочном барабане в виде вращающегося цилиндра изношенный слой футеровки из замороженной абразивной суспензии в процессе работы барабана самовосстановливается путем намораживания слоя суспензии в ее нерабочей зоне. 35. Изменение агрегатного состояния объекта: – Использовать переходы от одного агрегатного состояния в другое, например, от твердого состояния к жидкому, а также переходы к «псевдосостояниям» («псевдожидкость») и промежуточным состояниям. Например, использовать эластичные твердые тела. 36. Применение фазовых переходов: – Использовать явления, возникающие при фазовых переходах, например, изменение объема, выделение или поглощение тепла и т.д. Пример. Способ гидравлической классификации порошков по крупности, заключающийся в том, что взвесь порошков в столбе жидкости, например, в воде замораживают, а затем послойно разделяют. 37. Применение теплового расширения: – Использовать тепловое расширение (или сжатие) материалов. – Использовать несколько материалов с разными коэффициентами теплового расширения. 38. Применение сильных окислителей: – Заменить обычный воздух обогащенным. – Заменить обогащенный воздух кислородом. – Воздействовать на воздух или кислород ионизирующими излучениями. – Использовать озонированный кислород. – Заменить озонированный (или ионизированный) кислород озоном. 39. Применение инертной среды: – Заменить обычную среду инертной. – Вести процесс в вакууме. 40. Применение композиционных материалов. – Перейти от однородных материалов к композиционным.

40

Перечисленные приемы, используемые в процессе решения изобретательских задач, должны постоянно совершенствоваться, углубляться, расширяться, объединяться и т.п. При создании новых объектов на уровне изобретений, наравне с указанными приемами, которые упрощают и формализуют процесс решения задач, могут быть использованы и более эффективные приемы, например, комбинации этих же приемов. 5.4. Законы физики – ключ к решению сложных задач Изобретательские задачи могут решаться с использованием законов развития систем на макроуровне и микроуровне. На макроуровне в основном преобладают простые комбинационные приемы (присоединить, разделить, перевернуть и т.д.), а на микроуровне в состав сложных приемов, как правило, входят физические и химические эффекты и явления. В связи с этим, есть необходимость в информации о физических приемах, т.е. об изобретательских возможностях химических эффектов и явлений, и в этом случае возникают две проблемы: эффективного использования знаний об известных физических эффектах и пополнения знаний новыми достижениями по всем разделам физики и химии. Знания по физике в объеме программы вуза являются универсальным инструментом для решения изобретательских задач. На практике же часто складывается ситуация, при которой полученные знания в значительной мере эффективно не используются, при этом знания о физических и химических эффектах существуют как бы сами по себе, и нет надежного моста, соединяющего их. При поиске нужного физического эффекта для решения данной задачи надо стремиться исходить из идеального конечного результата функционирования объекта. Поиск нужных технических решений упрощается, если пользоваться таблицей применения физических эффектов, отражающей наиболее типичные физические «ключи» к типичным изобретательским задачам (см. таблицу). Применение некоторых физических эффектов и явлений при решении изобретательских задач Требуемое действие, Физическое явление, эффект, фактор, способ свойство 1 2

41

Измерение температуры

Понижение температуры 1 Повышение температуры Стабилизация температуры

Тепловое расширение и вызванное им изменение собственной частоты колебаний. Термоэлектрические явления. Спектр излучения. Изменение оптических, электрических, магнитных свойств веществ. Переход через точку Кюри. Эффекты Гопкинса и Баркхаузена. Фазовые переходы. Эффект ДжоуляТомсона. Эффект Ранка. Магнитокалорический эффект. Термоэлектрические явления. 2 Электромагнитная индукция. Вихревые токи. Поверхностный эффект. Диэлектрический нагрев. Электронный нагрев. Поглощение излучения веществом. Термоэлектрические явления. Фазовые переходы (в том числе переход через точку Кюри).

Введение меток-веществ, преобразующих внешние поля (люминофоры) или создающих Индикация свои поля (ферромагнетики) и поэтому легко обположения и наруживаемых. Отражение и испускание света. Фотоэффект. Деформация. Рентгеновское и раперемещения диоактивное излучение. Люминесценция. Измеобъекта нение электрических и магнитных полей. Электрические разряды. Эффект Доплера. Действие магнитным полем на объект или ферромагнетик, соединенный с объектом. ДейстУправление вие электрическим полем на заряженный объект. перемещением Передача давления жидкостями и газами. Мехаобъектов нические колебания. Центробежные силы. Тепловое расширение. Световое давление. Капиллярность. Осмос. Эффект Томса. Управление движением Эффект Бернулли. Волновое движение. Центрожидкости и газа бежные силы. Эффект Вайссенберга. Управление потоками Электризация. Электрические и магнитные аэрозолей (пыль, дым, поля. Давление света. туман) Ультразвук. Кавитация. Диффузия. ЭлекПеремещение смесей. трические поля. Магнитное поле в сочетании с Образование растворов ферромагнитным веществом. Электрофорез. Солюбилизация.

42

Разделение смесей

Электро-и магнитосепарация. Изменение кажущейся плотности жидкости-разделителя под действием электрических и магнитных полей. Центробежные силы. Сорбция. Диффузия. Осмос. Электрические и магнитные поля. Фиксация в жидкостях, твердеющих в магнитном и электрическом полях. Гироскопический эффект. Реактивное движение.

Действие магнитным полем через ферромагнитное вещество. Фазовые переходы. ТеплоСиловое воздействие. вое расширение. Центробежные силы. Изменение гидростатических сил путем изменения каРегулирование сил. Создание больших дав- жущейся плотности магнитной или электропроводной жидкости в магнитном поле. Применение лений взрывчатых веществ. Электрогидравлический эффект. Осмос. Эффект Джонсона-Рабека. Воздействие изИзменение трения лучений. Явление Крагельского. Колебания. Электрические разряды. ЭлектрогидравлиРазрушение объекта ческий эффект. Резонанс. Ультразвук. Кавитация. Индуцированное излучение. Аккумулирование меУпругие деформации. Гироскопический ханической и тепловой эффект. Фазовые переходы. энергии Передача энергии: Деформации. Колебания. Эффект Алекмеханической сандрова. Волновое движение, в том числе ударной волны. тепловой лучистой

Излучения. Теплопроводность. Конвекция. Явления отражения света (световоды). Индуцированное излучение.

электрической Электромагнитная индукция. Сверхпроводимость. Установление взаимоИспользование электромагнитных полей действия между под- (переход от «вещественных» связей к «полевижным (меняющимся) вым»). и не подвижным (неме43

няющимся) объектами Измерение размеров объекта

Измерение собственной частоты колебаний. Нанесение и считывание магнитных и электрических меток.

Изменение размеров объекта

Тепловое расширение. Деформации. Магнитоэлектрострикция. Пьезоэлектрический эффект.

Электрические разряды. Отражение света. Электронная эмиссия. Муаровый эффект. Излучения. Трение. Адсорбция. Диффузия. Эффект Изменения поверхност- Баушингера. Электрические разряды. Механические и акустические колебания. Ультрафиолетоных свойств вое излучение. Контроль состояния и свойств поверхности

Контроль состояния и свойств в объеме

Изменение объемных свойств

Введение «меток»-веществ, преобразующих внешние поля (люминофоры) или создающих свои поля (ферромагнетики), зависящие от состояния и свойств исследуемого вещества. Изменение удельного электрического сопротивления в зависимости от изменения структуры и свойств объекта. Взаимодействие со светом. Электро- и магнитооптические явления. Поляризованный свет. Рентгеновское и радиоактивное излучение. Электронный парамагнитный и ядерный магнитный резонансы. Магнито-упругий эффект. Переход через точку Кюри. Эффекты Гопкинса и Баркхаузена. Изменение собственной частоты колебаний объекта. Ультразвук, эффект Мессбауэра. Эффект Холла. Изменение свойств жидкости (кажущейся плотности, вязкости) под действием электрических и магнитных полей. Введение ферромагнитного вещества и действие магнитным полем. Тепловое воздействие. Фазовые переходы. Ионизация под действием электрического поля. Ультрафиолетовое, рентгеновское, радиоактивное излучения. Деформация. Диффузия. Электрические и магнитные поля. Эффект Баушингера. Термоэлектрические, термомагнитные эффекты. Кавитация. Фотохромный эффект. Внутренний фото44

эффект.

Создание заданной структуры. Стабилизация структуры объекта Индикация излучения Генерация электромагнитного излучения Управление электромагнитными полями

Управление потоками света. Модуляция света Инициирование и интенсификация химических превращений

Интерференция волн. Стоячие волны. Муаровый эффект. Магнитные поля. Фазовые переходы. Механические и акустические колебания. Кавитация. Оптико-акустический эффект. Тепловое расширение. Фотоэффект. Люминесценция. Фотопластичекий эффект. Эффект Джозефсона. Явление индуцированного излучения. Туннельный эффект. Люминесценция. Эффект Ганна. Эффект Черенкова. Экранирование. Изменение состояния среды, например увеличение или уменьшение ее теплопроводности. Изменение формы поверхностей тел, взаимодействующих с полями. Преломление и отражение света. Электрои магнитооптические явления. Фотоупругость, эффекты Керра и Фарадея. Эффект Ганна. Эффект Франца-Келдыша. Ультразвук. Кавитация. Ультрафиолетовое, рентгеновское, радиоактивное излучения. Электрические разряды. Ударные волны. Мицеллярый катализ.

Пример. В практике машино- и приборостроения широко используется операция шлифования поверхностей деталей абразивными кругами. При повышенных требованиях к точности обработки и малых значениях показателей шероховатости поверхности часто необходимо вести обработку на шлифовальных станках в несколько операций (черновое, получистовое и чистовое шлифование), а это сопряжено с рядом отрицательных моментов (увеличение номенклатуры шлифовальных кругов, снижение точности обработки при переустановке с одного станка на другой и т.д.). В связи с этим возникает вопрос, нельзя ли вести обработку на одном станке (при одной установке детали) и одним шлифовальным кругом. На первый взгляд задача кажется неразрешимой, но это только на первый взгляд. Для ее решения необходимо выполнить одно противоречивое техническое требование: обеспечить изменение режущих свойств шлифовального круга в процессе шлифования, т.е. сделать его пригодным для выполнения всех видов шлифования. 45

Известно, что шлифовальный круг представляет собой твердое тело пористой структуры, охлаждаемое в зоне резания смазочно-охлаждающей жидкостью (СОЖ). СОЖ пропитывает поверхность круга, но это может существенно отразиться на режущих свойствах круга. Если же в порах шлифовального круга разместить вещество, изменяющее степень его пористости (режущие свойства, легко удаляемое из них и одновременно служащее СОЖ), то задача становится разрешимой. Суть физического противоречия этой задачи состоит в том, что вещество (в данном случае СОЖ) должно удовлетворять взаимопротивоположным требованиям: быть жидким при удалении из пор и твердым в процессе обработки детали. Выполнить эти требования, т.е. развести данное физическое противоречие, можно путем применения эффекта фазового перехода СОЖ из жидкого в твердое состояние при воздействии низкотемпературного поля (см. таблицу). Таким образом, рассмотрение задачи позволило выявить техническое противоречие в ней, найти соответствующее ему физическое противоречие, преодолеть его и создать на основе этого новое техническое решение на уровне изобретения, предмет изобретения которого сформулирован следующим образом: «Способ обработки изделий абразивными кругами, преимущественно крупнозернистыми, при котором режущую часть круга смачивают охлаждающей жидкостью, например водой или водной эмульсией, отличающейся тем, что, с целью возможностью регулирования режущей способности круга в процессе обработки, режущую часть охлаждают до замораживания жидкости в порах круга, а обработку ведут при минусовых температурах режущей части круга». 5.5. Вепольный анализ В теории решения изобретательских задач для поиска новых технических решений используют различные модели, отражающие основные свойства и закономерности развития технических систем. Модели технических систем помогают представить сложные системы и задачи их преобразования в простой форме, что облегчает понимание и применение принципов и приемов мысленного поиска (эксперимента). Предлагается упрощенную схему функционирования технической системы или ее части представить себе как взаимодействие между собой двух «веществ», обозначаемых буквой В. Первое вещество, подвергающееся какому-то воздействию называют изделием В1, второе, воздействующее на изделие В1, – инструментом В2. Посредником между ними всегда является некое поле П, энергия которого обеспечивает или воздействие В1 на В2, или определяет состояние В1 и В2. 46

Эти три компонента – В1, В2 и П – необходимы и достаточны для получения полезного эффекта. Такая условно минимальная система названа веполем, производная от слов «вещество» и «поле». Для того, чтобы оперировать с веполем при решении изобретательских задач, необходимо иметь в виду следующее. 1. Под «веществом» условно понимаются любые объекты независимо от степени их сложности, например, от шплинта и гайки до космического корабля. Так, например, при рассмотрении задачи о повышении скорости движения ледокола во льдах за одно «вещество» принимают лед (В1), а за другое – ледокол (В2). 2. Понятие «поле» охватывает не только поля электромагнитные, гравитационные слабых и сильных взаимодействий, но и любые другие виды взаимодействия между веществами, например, механическое, тепловое, акустическое и др. В примере с ледоколом полем П считают механическое взаимодействии ледокола на лед. В случае показа взаимных связей между В1, В2 и П строят так называемую вепольную формулу (модель), в которой связи, воздействие, результат воздействия изображают графически: – переход от условий задачи (дано) к результату (получено); – воздействие веществ друг на друга (взаимодействие); – воздействие одного компонента на другой; –действие или взаимодействие, которое нужно ввести по условиям задачи; –неудовлетворительное действие или необходимость изменения взаимодействия; – разрушение связи; – связь веществ или вещества и поля. В качестве примера ниже приведены две вепольные формулы (модели): П а)

В1

П1 В2

б)

В1

В2 П2

47

Такое изображение наглядно показывает характер взаимодействия всех трех компонентов системы. Формула «а» означает: вещество В1, воздействуя на вещество В2, преобразует его так, что в результате образуется поле, например, тепловое, электромагнитное (видимый свет) или какое-то другое. По формуле «б» поле П1 преобразуется веществом В2 в новое поле П2, при этом вещество В2 связано с веществом В1 (например, перемещается вместе с ним). Для обозначения процесса решения изобретательской задачи и управления им с помощью вепольной формулы намечается ход необходимых преобразований системы, осуществляемых для получения нужного результата. Однако следует помнить, что вепольные формулы (модели) отражают не строение технической системы, а лишь структуру задачи, направление (ориентир), способ (прием) ее решения. При вепольном моделировании используется два основных правила преобразования веполей с целью разрешения противоречий. Правило достройки веполя применяется, когда встречается не веполная система, в которой не хватает вещества или поля. В этом случае решение задачи сводится к достройке системы до полного веполя, т.е. к введению в нее вещества или поля, или того и другого. Правило разрушения веполя применяется в тех случаях, когда необходимо устранить вредное взаимодействие объектов. Тогда их нужно разъединить, например, поместив между ними третье вещество, являющееся либо новым в этой технической системе, либо видоизменением одного из двух имеющихся веществ, либо их сочетанием. Рассмотрим один из примеров решения задачи с помощью вепольного анализа. Задача. После заправки холодильного агрегата нужно проверить, нет ли утечки рабочей жидкости (обычно, фреона). Как это просто сделать? Примерный ход решения можно записать в вепольной форме: П В1

В1

В2

48

Такая запись означает: есть вещество В1 (капелька вытекающей рабочей жидкости), чтобы ее обнаружить, В1 должно само подавать о себе какой-то сигнал. Для решения задачи нужно, как предписывает правило, перейти к полному веполю, объединив В1 с таким веществом В2, которое дает сигнальное поле П. В качестве В2 можно использовать люминофор, добавляемый в малом количестве в рабочую жидкость. Тогда полученную «реакцию» можно записать в таком виде: П В1

В1

В2 П'

что означает: вещество В2 (люминофор), добавленное в В1 и связанное теперь с ним, преобразует электромагнитное поле П, давая на выходе легко обнаруживаемый сигнал (поле П') – свечение места утечки рабочей жидкости. 5.6. Функционально-стоимостной анализ Функционально-стоимостной анализ (ФСА) в целом относится к группе методов технико-экономического анализа. С точки зрения ФСА все затраты на изготовление продукции могут быть разделены на две основные группы: полезные, необходимые для выполнения изделием и его составными частями функционального назначения, и бесполезные, излишние, вызванные несовершенством конструкции, неправильным выбором материала и технологии, недостатками в организации производства. Бесполезные затраты представляют собой явные или завуалированные потери ресурсов. Чем их больше, тем выше стоимость и ниже качество, надежность, экономичность изделия, а, значит, ниже его полезность, потребительская стоимость. Начало методу положила выполненная около пятидесяти лет назад работа конструктора пермского телефонного завода Ю.В.Соболева. Анализируя выявленные недостатки продукции завода. Он пришел к мысли, что для их устранения необходимы систематический анализ и поэлементная обработка конструктивных решений. Им предложено рассматривать каждый элемент детали или изделия отдельно: материал, размер, допуск, шероховатость, квалитет точности обработки и т.п. С учетом функционального назначения исследуемый элемент относится к одной из групп – основной или вспомогательной. От элементов основной группы зависят качество конструкции, надежность функционирования объекта, поэтому на них должно быть обра49

щено особое внимание. Элементы вспомогательной группы играют второстепенную роль, и высокие требования к ним не всегда обязательны. Этот столь простой на первый взгляд поэлементный анализ позволяет сразу выявить и устранить излишние, неоправданные затраты, в первую очередь во вспомогательной группе. Метод Ю.В.Соболева, получивший название метода экономического анализа и поэлементной обработки конструкторских решений, направленный на системный поиск более экономичных способов изготовления изделий уже существующей конструкции, долгое время специалистами недооценивался. В 1961 году американские инженеры фирмы «Дженерал электрик» во главе с Л.Майлзом создали свой подобный метод. В основу этого метода ими было положено исследование комплекса функций, обязательных для изделия. Анализируемая конструкция оценивалась как один из многих возможных, альтернативных вариантов, способных выполнить требуемые функции. Следует отметить, что под функцией понимается способ действия системы при взаимодействии с внешней средой, т.е. способность к действию. Представление изделия не в конкретной (предметной), а в функциональной форме позволяет специалисту значительно шире, творчески подойти к совершенствованию объекта ФСА. Предложенный Л.Майлзом предметно-стоимостной анализ (так в США вначале был назван метод) направлен на снижение издержек производства, создание максимально рациональных конструкций изделий. За сравнительно короткий период времени метод, оказавшийся весьма результативным, получил распространение в ряде стран Запада. В конце 60-х годов идеи Ю.В.Соболева, объединенные с зарубежным опытом, вылились в системный метод – функционально-стоимостной анализ, включивший в себя и поэлементный анализ изделия, и техникоэкономический анализ, как самого изделия, так и процесса его изготовления, и, что особенно важно, современные методы поиска новых технических решений, способных придавать изделию требуемое высокое качество. В современных условиях ФСА рассматривается как метод системного исследования объекта (изделия, процесса, структуры и др.), направленный на повышение эффективности использования материальных и трудовых ресурсов. ФСА обычно ведется по типизированной программе (методике), предусматривающей последовательные этапы работы: подготовительный, информационный, аналитический, творческий, исследовательский, рекомендательный и внедренческий. На практике при проведении экспрессФСА часть этапов обычно объединяется. В общем случае краткое изложение содержания работ на каждом из этапов следующее. 50

Подготовительный этап. Выбирают объект, который надо подвергнуть анализу, определяют конкретную цель ФСА, затем формируют коллектив исполнителей, как правило, в форме временной творческой рабочей группы (ТРГ). Завершается этап составлением детального плана проведения ФСА, графика работы группы, подготовкой других документов. Информационный этап. Ведут поиск, сбор, систематизацию, изучение информации о конструкции, технологии изготовления, об эксплуатационных и экономических показателях, как анализируемого объекта, так и его аналогов. Составляется структурная схема объекта, таблицы технических параметров и основных экономических показателей. Аналитический этап. Детально изучают свойства объекта анализа. Исследуют функции объекта (включая его сборочные единицы и детали) и выделяют среди них основные и вспомогательные, а среди последних – лишние. Составляют матрицу функций, таблицу диагностики недостатков, перечень требований к объекту и другие рабочие документы. Формулируют задачи поиска идей, новых творческих или организационных решений, призванных обеспечить достижение цели. Творческий этап. Генерируют идеи и предложения по совершенствованию объекта, устранению выявленных недостатков. Ведут поиск решений с использованием эффективных методов творчества. Рекомендательный этап. Подвергают экспертизе предложения и решения, а затем представляют на утверждение руководству предприятия (фирмы). После утверждения они обретают статус официальных рекомендаций. Сроки реализации и ответственные исполнители устанавливаются планом-графиком внедрения. Внедренческий этап. В соответствующих службах предприятия (фирмы) на основании плана-графика разрабатывают техническую и другую документацию, осуществляют подготовку производства и реализуют запланированные работы. Завершающая процедура – составление отчета о результатах ФСА и акта внедрения. Как правило, реализация большинства дельных предложений, внесенных в процессе ФСА, позволяет достигать большого экономического эффекта. Литература 1. Карпозов Л.И., Киселев А.М. Азбука изобретательства. М.: Воениздат, 1978. 174с. 2. Альтшуллер Г.С. Творчество как точная наука. М.: Сов. радио, 1979. 187с. 3. Гражданский кодекс Российской федерации. Часть 4. Принят Государственной думой 24 ноября 2006г. Одобрен Советом Федерации 8 де-

51

кабря 2006г. Опубликован: Российская газета, №289, 22 декабря 2006г. Вступил в силу 1 января 2008г. 4. Рекомендации по вопросам экспертизы заявок на изобретения и полезные модели (Утверждены приказом Роспатента от 31.03.2004 №43 с изменениями и дополнениями, внесенными приказом Роспатента от 11.10.2005 №120 и приказом Роспатента от 19.06.2006 №67) . 5. Правила составления, подачи и рассмотрения заявки на выдачу патента на изобретение (Утверждены приказом Роспатента от 06.06.2003 №82, зарегистрированным в Министерстве юстиции РФ 30.06.2003, рег.№ 4852, опубликованным в Российской газете 08.10.2003г., №202) (с изменениями, внесенными приказом Роспатента от 11.12.2003г. №161, зарегистрированным в Министерстве юстиции РФ от 17122003г., рег.№5334, опубликованным в Российской газете 30.12.2003г., №262). 6. Руководство по составлению рефератов к заявкам на выдачу патента на изобретение и полезную модель (Утверждено приказом директора ФГУ ФИПС от 12.10.2006 №242/32). 7. Альтшуллер Г.С. Алгоритм изобретения. М.: Моск. рабочий, 1973. 296с. 8. Пирогов Г.С. и др. Интенсификация инженерного творчества: потребности, методы, формы организации / Г.С. Пирогов, Ю.Н.Таран, В.П.Бельгольский. – М.: Профиздат, 1989. – 192с. 9. Поиск новых идей: от озарения к технологии (Теория и практика решения изобретательских задач) / Г.С. Альтшуллер, Б.Л.Злотин, А.В.Зусман, В.И.Филатов. – Кишенев: Картя Молдовянскэ, 1989. – 381с. 10. Григорьев В.С., Волчкова И.В., Машков А.Н. Изобретательство в техническом творчестве студентов: Учебное пособие/Под ред. А.Н. Мартынова. – Пензе: Пенз. политех. ин-т. 1982. – 80 с. Приложение 1 Пример оформления описания изобретения (а.с. 835718) (объект – устройство) МПК7. В24В 31/08 УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЦЕНТРОБЕЖНОЙ ОБРАБОТКИ КОЛЕЦ Изобретение относится к машиностроению, в частности, к обработке металлов резанием и может быть использовано при шлифовании и полировании деталей типа колец сложного фасонного профиля.

52

Известна установка для центробежной абразивной обработки деталей в контейнерах, совершающих планетарное движение от механизма, выполненного в виде ротора, внутри которого размещены зубчатые колеса, закрепленные соответственно на валах, передающих вращение контейнерам (см. а. с. № 231338 МПК3. В24В). В этой установке рабочая загрузка контейнера будет совершать сложное пространственное движение, которое создает условия для обработки деталей. При этом сложно обеспечить контакт обрабатывающей абразивной среды с труднодоступными участками деталей, например, радиусными участками внутренней поверхности деталей типа колец. Кроме того, будет иметь место неравномерный съем металла по сложному профилю обработанной поверхности, что существенно снижает качество обработки особенно тонкостенных, нежестких колец со сложным профилем, вследствие соударения и деформации изделий. В авторском свидетельстве № 215753 МПК3. В24В описана центробежно-планетарная машина для шлифования и полирования изделий, состоящая из вращающегося ротора с вмонтированными в него контейнерами, заполненными изделиями с абразивной средой. Эта машина может быть использована для шлифования и полирования мелких деталей приборостроения. При обработке других деталей, например деталей типа колец со сложным фасонным профилем, нельзя получить высокое качество обрабатываемой поверхности из-за невозможности обеспечения регулярного доступа обрабатывающей среды к сложным профильным участкам и искажения фасонного профиля, вследствие неравномерного съема металла. Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому устройству является машина для центробежной абразивной обработки изделий типа колец (см. а. с. № 153671МПК3. В24В 31/08), содержащая водило, закрепленное на шпинделе, вмонтированные в него на шарикоподшипниках цилиндрические контейнеры с наружными зубчатыми венцами, которые сцепляются с центральной шестерней. Центральная шестерня установлена на конце вала, пропущенного через полость шпинделя. Шпиндель и вал получают вращение от одного привода. В контейнерах на оправках помещены обрабатываемые кольца и обрабатывающая абразивная среда. Контейнеры совершают планетарное вращение с некоторой угловой скоростью, при этом абразивная суспензия уплотняется, а детали, помещенные на оправках, контактируя с уплотненным абразивом, будут обрабатываться. Данная конструкция машины не обеспечивает качественной обработки наружной поверхности колец. Чтобы создать уплотнение абразива, необходимое для осуществления обработки, водило должно вращаться с угловой скоростью 100-150 рад/с. При этом контейнеры должны вращаться с угловой скоростью 100-1250 рад/с. Как показали теоретические и экспериментальные исследования, при таких режимах обработки будет проис53

ходить интенсивное относительное проскальзывание уплотненного абразива и стенок контейнера, т.е. уплотненный абразив не будет увлекаться стеками контейнера и участвовать во вращении вокруг его оси. Так как данная конструкция не предусматривает принудительного вращения оправок с обрабатываемыми кольцами относительно контейнера, то будет иметь место преимущественно обработка стенок контейнера, так как наибольшее давление абразив будет оказывать на поверхность контейнеров, а интенсивность обработки деталей на оправках будет весьма низкой. Проскальзывание уплотненного абразивного слоя относительно стенок контейнера приведет к их интенсивному износу и выходу из строя установки. Существенным недостатком рассматриваемой конструкции является также неудобство обслуживания при загрузке и выгрузке обрабатываемых колец, так как находящаяся в контейнере абразивная обрабатывающая среда затрудняет доступ к деталям, особенно при пакетной обработке колец. Техническим результатом является повышение удобства обслуживания устройства, а также обеспечение стабильного движения резания для эффективности качества обработки наружной поверхности колец. Это достигается тем, что в известной установке для центробежной обработки изделий типа колец, содержащей водило, контейнеры с помещенными в них на оправках обрабатываемыми кольцами, оправки закреплены в планшайбе цапфами, на концах которых выполнены два фиксирующих паза, расположенных под углом 30º друг к другу, и имеют два фиксированных положения – загрузки (выгрузки) и рабочее, на прилегающих к цапфам невращающихся крышках предусмотрены продольные треугольные выступы. Это значительно сокращает вспомогательное время, связанное с обслуживанием устройства, и способствует повышению его производительности. Кроме того, на концах оправок закреплены зубчатые колеса, находящиеся в зацеплении, с центральной шестерней в рабочем положении оправок. Этим обеспечивается сообщение оправкам принудительного вращения вокруг собственной оси и барабана с уплотненным абразивным слоем, что существенно повышает эффективность и качество обработки наружной поверхности колец за счет создания стабильного рабочего перемещения (движения резания) обрабатываемых колец относительно уплотненного абразивного слоя. На фиг.1 показан общий вид предлагаемого устройства в разрезе; на фиг.2 – узел цапфы в разрезе; на фиг.3 – вид на торец цапфы. Устройство (фиг.1) имеет полый шпиндель 1, несущий на конце планшайбу 2. Шпиндель получает вращение от привода 3. В планшайбе шарнирно установлены оправки 4 с обрабатываемыми кольцами 5. Для сообщения оправкам вращения вокруг собственной оси имеется планетарный механизм 6. Через полость шпинделя пропущен вал 7, несущий на конце 54

распределительный резервуар 8, к последнему крепится барабан 9. Вал 7 получает вращение от того же привода. Абразивная суспензия загружается в бак 10, откуда насосом подается в распределительный резервуар 8 и барабан 9. Буртик 11 барабана определяет толщину абразивного слоя. Вращающиеся части закрыты неподвижным кожухом 12. Оправки 4 имеют два фиксированных положения. Это обеспечивается специальной конструкцией узла цапфы (см. фиг. 2),имеющего крышку 13, в пазу которой размещается плоская пружина 14. Эта пружина пропущена через паз в крышке 15 и фиксирует угловое положение последней, в свою очередь пружина неподвижна относительно крышки 13. Крышка 15 своим внутренним выступом упирается в плоскую пружину и на левом торце имеет продольный выступ треугольного сечения 16, который в каждом из двух фиксированных положений входит в один из двух пазов цапфы 17 (фиг.3).

55

Устройство для центробежной обработки колец

11

12

4

1

А

7

А w 2

5

w 1

8

6 3

2

М

w 3 9 10

Н

Фиг.1

56

А- А

Вид Б

13 14 15 Б 16

17

Фиг. 2

Фиг. 3

Устройство работает следующим образом. От привода 3 вращение с некоторой угловой скоростью ω1 передается через полый шпиндель 1 и планшайбу 2 оправкам 4 с закрепленными на них обрабатываемыми кольцами 5. Одновременно вращение с угловой скоростью ω2 передается через вал 7 распределительному резервуару 8 и закрепленному на нем барабану 9. при этом абразивная суспензия, подаваемая из бака 10, под действием центробежных сил будет проходить через распределительный резервуар 8 и барабан 9 и формироваться в нем в плотное абразивное кольцо. Толщина этого кольца определяется высотой буртика 11 барабана. Оправкам с обрабатываемыми кольцами через планетарный механизм 6 сообщается вращение вокруг собственной оси с некоторой угловой скоростью ω3. В результате суммирования движений детали получают планетарное вращение относительно уплотненного вращающегося абразивного кольца и, погружаясь в него, обрабатываются. Обработка происходит при непрерывной циркуляции абразивной суспензии через барабан. После окончания обработки и остановки привода оправки с обработанными кольцами поворачивают вокруг оси цапф к центру барабана. При этом цапфа (см. фиг. 2), вращаясь, вытолкнет из своего паза продольный треугольный выступ 16 крышки 15, которая при этом отойдет вправо, выгнув своим внутренним выступом плоскую пружину 14. Продолжая вращаться, цапфа своим вторым пазом встанет против треугольного выступа крышки 15. Тогда под действием силы сдеформированной пружины тре57

угольный выступ войдет в этот паз, т.е. оправка зафиксируется в новом положении. В данном положении производится сжатие обработанных колец и установка новых колец. После смены колец оправки возвращаются в рабочее положение и фиксируются в нем. В рабочем положении оправкам посредством зубчатых колес, установленных на их концах, от центральной шестерни сообщается принудительное вращение вокруг собственной оси, что обеспечивает высокую скорость относительного перемещения обрабатываемой поверхности и уплотненного абразивного слоя, а следовательно, и высокую интенсивность обработки. Экспериментальные исследования, проведенные в лаборатории «Резание металлов» Пензенского политехнического института, показали высокую эффективность заявляемого устройства. При обработке прядильных колец (сталь 45, нитроцементация, закалка до твердости HRC 60…63 ед.) за время обработки 5-6 мин (один переход) шероховатость уменьшается с Ra 2,5 до Ra 0,16…0,08. Возможность пакетной обработки при наличии принудительного вращения оправок с деталями обеспечивает высокую производительность предлагаемого устройства. Наличие у оправок двух фиксированных положений существенно облегчает условия обслуживания устройства и втрое сокращает вспомогательное время, затрачиваемое на смену обрабатываемых деталей. Формула изобретения 1. Устройство для центробежной обработки изделий типа колец, содержащее планетарно вращающиеся оправки с обрабатываемыми деталями, установленные в барабане, заполненном свободным абразивом, отличающееся тем, что оправки закреплены в планшайбе цапфами, на концах которых выполнены два фиксирующих паза, расположенных под углом 30º друг к другу, и имеют два фиксированных положения – загрузки (выгрузки) и рабочее, а на прилегающих к цапфам невращающихся крышках предусмотрены продольные треугольные выступы. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оправки смонтированы в опорах цапф с возможностью вращения относительно барабана и кинематически связаны посредством зубчатой передачи с приводом.

Приложение 2 Пример оформления описания изобретения (а.с. 867592) (объект – способ) МПК7. 16В 4/00 58

В 23Р 11/02 СПОСОБ СОЕДИНЕНИЙ ДЕТАЛЕЙ С НАТЯГОМ Изобретение относится к технологии приборо- и машиностроения, в частности к способам соединения деталей с натягом. Известны способы сборки соединений с натягом поперечными методами, например, путем нагрева или охлаждения собираемых деталей (см. Допуски и посадки: Справочник в 2-х ч. Ч.1/Под ред. В.Д. Мягкова. Л.: Машиностроение, 1978). Однако известные способы не позволяют гарантировать определение с высокой достоверностью характеристик прочности соединения в определенных пределах, а методы контроля прочности или требуют разрушения соединения или сложны и обладают низкой надежностью Прогнозирование прочности расчетным путем не обеспечивает требуемой точности из-за ряда допущений и неопределенности эмпирических коэффициентов, входящих в расчетные формулы. Известен способ соединения деталей с натягом, при котором, с целью повышения прочности соединения детали при сборке не допрессовывают до конечного положения на длину 0,3-1,0 мм, а допрессовывают в условиях вакуума со скоростью 12-900м/мин. (а. с. № 637229. МПК3. В23Р 11/02, 1978). Известный способ не обеспечивает контроль и управление прочностью в широких пределах, так как упрочняется практически уже собранное соединение. Ближайшим аналогом является способ соединения деталей с натягом, осуществляемый охлаждением охватываемой детали, при котором, с целью повышения прочности соединения, после сборки деталей их нагружают крутящим моментом до наступления срыва соединения (а. с. № 503053, МПК3. 16В 4/00, 1976). При этом число срывов должно быть ограничено установившейся максимальной прочностью. Известный способ обеспечивает контроль прочности только уже собранного соединения, что снижает эффективность контроля и приводит к невозможности управления прочностью соединения в широких пределах. Кроме того, указанный способ имеет ограниченное применение, так как не всегда возможно его осуществить при нежестких сопрягаемых деталях или повышенных требованиях к их угловому расположению. Техническим результатом является обеспечение гарантированных характеристик прочности и возможности их контроля в процессе получения соединения с натягом. Это достигается тем, что в способе соединения деталей с натягом поперечным методом, например, с нагревом или охлаждением, по крайней 59

мере, одной из соединяемых деталей, включающем фиксацию взаимного расположения и относительное колебательное перемещение деталей в осевом или окружном направлениях, согласно изобретению, относительное колебательное перемещение деталей ведут при образовании натяга с амплитудой, равной полусумме шагов волнистостей на посадочных поверхностях в направлении перемещения, и процесс прекращают при достижении заданного усилия относительного перемещения деталей. На фиг.1 представлена схема соединения деталей по предлагаемому способу. Термическими методами, например, нагревом охватывающей детали 1 или охлаждением охватываемой детали 2, создают необходимый сборочный зазор в соединении. Одну из деталей устанавливают на столе 3 и закрепляют с помощью гидрозажимов 4, другую устанавливают в захватах машины или приспособления 5, с помощью которого осуществляют свободное введение охватываемой детали в охватывающую, фиксацию их взаимного расположения и осевое или окружное колебательное перемещение деталей с заданной амплитудой A и частотой f . Относительное колебательное перемещение деталей в осевом или окружном направлениях ведут в процессе образования натяга, т.е. выравнивания температур соединяемых деталей. При этом амплитуду обеспечивают равной полусумме шагов волнистостей на посадочных поверхностях в направлении колебательного перемещения. На фиг.2 и фиг.3 показана зона контакта деталей в процессе образования натяга. На фиг.2 показан возможный вариант, когда посадочная поверхность одной из деталей, например втулки 1, после обработки под размер имеет волнистость с высотой W1 и шагом SW1, а другая посадочная поверхность, например вала 2, имеет незначительную волнистость, которой можно пренебречь, т.е. W2 = SW2 =0. При относительном перемещении с амплитудой A =

SW 1 + SW 2 S или при SW2 = 0 с A = W 1 обеспечивают сколь2 2

жение вершин волнистостей детали 1 по максимально возможной площади

60

Способ соединения деталей с натягом

2 1 1

А

к гидросистеме

5 8 2 4

3 Фиг. 1

2

1

2 w1

2

W1

Sw2

1

Sw1

Sw1

w2 Фиг. 2

1 6 7

Фиг. 3

посадочной поверхности детали 2. При этом увеличивают фактическую площадь контакта за счет сглаживания неровностей и создают условия для разрушения окисных пленок в зоне контакта и адгезионного взаимодействия ювенильных участков. Указанные процессы приводят к увеличению усилия относительного перемещения деталей, а, следовательно, прочности соединения. Увеличение амплитуды относительного перемещения приводит к неоправданному перекрытию участков скольжения вершин соседних волн,

61

повышенному износу посадочных поверхностей, и, следовательно, значительному уменьшению натяга и увеличению энергозатрат. Уменьшение амплитуды приводит к уменьшению площади фрикционного взаимодействия сопрягаемых поверхностей, и следовательно, ограничению возможности управления прочностью соединения в процессе сборки. В общем случае (фиг.3) сопрягаемые поверхности деталей 1 и 2 имеют волнистость с различными высотными и шаговыми параметрами, причем ориентация волн в процессе соединения носит произвольный характер. В этом случае, чтобы обеспечить максимальную площадь фрикционного взаимодействия сопрягаемых поверхностей, амплитуду выбирают равной полусумме шагов волнистостей, образованных на посадочных поверхностях механической обработкой, т.е. A =

SW 1 + SW 2 . При этом возмож2

ность некоторого перекрытия участков скольжения вершин соседних волн приводит к ускорению процесса сглаживания волн. Увеличение амплитуды дает отрицательный эффект по причинам, указанным выше. Уменьшение амплитуды приводит к тому, что часть волн, например 6 и 7 (фиг.3), не участвует во фрикционном взаимодействии поверхностей, что снижает эффективность применения предлагаемого способа. Относительное перемещение деталей прекращают в тот момент, когда усилие перемещения достигнет определенной величины. Данный момент фиксируют, например, настройкой усилия зажима детали 1 на определенную величину. При достижении заданного усилия перемещения деталь 1 выходит из закрепления и замыкает конечный выключатель 8, отключающий привод приспособления 5. После этого при необходимости обеспечения точного ориентирования деталей их доводят до требуемого взаимного расположения. Тарировку гидрозажимов 4 производят тензометрированием по усилию сдвига, приводящего к нарушению неподвижного закрепления детали 1. Максимальное усилие и направление относительного колебательного перемещения деталей 1 и 2 назначают в зависимости от величины и направления передаваемых эксплуатационных нагрузок и прочностных свойств сопрягаемых деталей. Скорость перемещения (частота колебаний) влияет лишь на производительность процесса, и ее значение необходимо выбирать в каждом конкретном случае экспериментально, принимая во внимание материалы соединяемых деталей, состояние посадочных поверхностей, величину натяга и т.д. Таким образом, уже в процессе получения соединения, т.е. образования натяга, при сборке термическим методом осуществляют активный 62

контроль прочностных характеристик, например величины осевого или окружного сдвига. Это позволяет в широких пределах управлять прочностью соединений с натягом и гарантировать минимально необходимые значения ее характеристик, что особенно важно при формировании особо ответственных соединений. Кроме того, если относительное перемещение деталей прекращают до момента выравнивания их температур, то в дальнейшем соединение за счет увеличения натяга упрочняется. Использование предлагаемого способа позволит более обоснованно назначать натяг в соединении, а во многих случаях уменьшать его (при сохранении прочности соединения), что обеспечит поперечную сборку и повысит качество соединений тонкостенных и хрупких деталей. Пример. Проводилась сборка деталей типа «вал-втулка», выполненных из стали 45, с натягом N = 30±5 мкм. Конструктивные размеры соединений следующие: диаметр соединения D = 30 мм; наружный диаметр втулки D2 = 50 мм; длина соединения l = 40 мм. Посадочные поверхности обрабатывались точением с шероховатостью Rz = 10 мкм и шагом SW = 0,7 мм. Втулка устанавливалась на стол, нагревалась индукционным методом до 300ºС и зажималась с возможностью осевого перемещения при усилии в 20 кН. Вал в это время жестко закреплялся в приспособлении с кулачковым приводом, позволяющим осуществлять ввод вала во втулку и возвратно-поступательное перемещение его относительно втулки в осевом направлении с возможностью измерения усилия сдвига, что необходимо для тарировки усилия зажима для определения момента отключения привода. Одновременно с зажимом втулки вал вводился и перемещался с амплитудой А = 0,7 мм и частотой f = 5 Гц. По мере остывания втулки усилие сдвига возрастало и, при выполнении условия Pсд ≥ 20 кН, втулка выходила из закрепления и относительное перемещение деталей прекращалось. Привод выключался, и соединение выдерживалось до полного выравнивания температур сопрягаемых деталей. Затем полученные соединения выпрессовывались с фиксацией начального усилия. Значение усилий выпрессовки Pв для 6 образцов соединений изменялось от 23 до 27кН, т.е. выполнялось условие Pв ≥20 кН. Одновременно проводилась обычным тепловым способом сборка 12 образцов соединений, шесть из которых после сборки выпрессовывались. Усилие выпрессовки Pв колебалось в значительно более широких пределах, чем в предыдущем случае, и составило от 15 до 25 кН. Нагружение шести остальных соединений скручивающим моментом до наступления срыва (по а.с. № 503053) привело к некоторому повышению прочности на 20-40%, однако относительное колебание усилий выпрессовки осталось на том же уровне. В то же время, поскольку в пределах 63

одной стандартной посадки значение натяга может изменяться в несколько раз, относительное колебание усилий выпрессовки в пределах данной посадки может значительно возрасти. Таким образом, если прочностные характеристики соединения, собранного известными способами, обладает существенной неопределенностью, то предлагаемый способ гарантирует нижний предел и стабилизирует прочность соединения на заданном уровне. Промышленная реализация предлагаемого способа требует лишь незначительной модернизации существующего оборудования. В то же время способ повышает надежность работы соединения с натягом, что особенно важно для ответственных соединений и позволяет отказаться от дорогостоящих методов повышения и контроля прочностных характеристик. Формула изобретения Способ соединения деталей с натягом поперечным методом, например, с нагревом или охлаждением, по крайней мере, одной из соединяемых деталей, отличающийся тем, что соединения, относительное перемещение деталей с амплитудой, равной полусумме шагов волнистостей сопрягаемых поверхностей, ведут в процессе образования натяга до тех пор, пока усилие сдвига не достигнет заданного значения. Приложение 3 Пример оформления описания изобретения (а.с. 939514) (объект – вещество) МПК7. С09G 1/02 ПОЛИРОВАЛЬНЫЙ СОСТАВ Изобретение относится к области химико-механической обработки изделий и может быть использовано для уменьшения шероховатости обрабатываемой поверхности металлических прецизионных деталей. Известен полировальный состав, содержащий жидкую основу и абразивные вещества, которые являются твердыми частицами определенного размера, например, микропорошок электрокорунда (см. а.с. № 466272, МПК3 С09G 1/02, 1972). Наиболее близким этому составу по технической сущности к достигаемому результату является полировальный состав (см. а.с. СССР № 711082, МПК3 С09G 1/02, 1978), содержащий (вес в %): карбид кремния 10 - 40; нитрат натрия 0,5- 1,0; вода 54 - 74,5; 64

пемза

5 - 15.

Однако используемые в полировальных суспензиях жидкие основы, как правило, являются довольно слабыми химическими реагентами. Поэтому основной упор действия суспензии делается на абразивные частицы (в данном аналоге – карбид кремния и пемза), т.е. преобладает механическое воздействие из всей совокупности физико-химических процессов. Но при использовании в полировальных композициях абразивных частиц из твердых материалов при обработке металлической поверхности прецизионных деталей, в частности, воспринимающих элементов металлопленочных датчиков физических величин, появляются микроцарапины, риски, а также возможно шаржирование поверхности, т.е. внедрение абразивных частиц в нее, кроме того, возникает тепловое воздействие (за счет трения) на обрабатываемую поверхность, что приводит к структурно-фазовым изменениям в верхнем слое поверхности прецизионных деталей. Структурная нестабильность поверхности, микроцарапины и риски на ней, внедрение посторонних частиц в дальнейшем отрицательно сказываются при формировании микросхем в процессе изготовления, например, металлопленочных датчиков физических величин. Техническим результатом является повышение качества поверхности металла при температуре обработки –10º + –70º. Для достижения указанного технического результата для обработки металлической поверхности прецизионных деталей, включающий жидкую основу и абразивные частицы, в качестве жидкой основы содержит фосфорную кислоту, глицерин, продукт оксиэтиллирования синтетических спиртов с 10-16 атомами углерода (синтанол), взятых в следующем соотношении (объемные части): фосфорная кислота 1 - 1,5; глицерин 0,8 - 1; синтанол 0,4 - 0,5; частицы льда 0,8 - 1. Состав жидкой основы-эмульсии по изобретению обеспечивает следующее: фосфорная кислота усиливает химическое воздействие на обрабатываемую поверхность, образуя, помимо окисной пленки, фосфаты с составными компонентами обрабатываемой металлической поверхности; глицерин увеличивает вязкость образующейся пленки из продуктов химического и механического воздействия на обрабатываемую поверхность, обеспечивая тем самым большую степень сглаживания неровностей, например, шероховатости обрабатываемой поверхности металлических 65

прецизионных деталей абразивных частиц воздействие обрабатываемой поверхности; синтанол, являясь поверхностно-активным веществом, усиливает действие адсорбционных процессов, которые обуславливают уменьшение твердости обрабатываемой поверхности, и способствует пластическому течению обрабатываемого материала. Абразивные частицы, полученные замораживанием воды, имеют в зависимости от температуры замерзания разную твердость. Это позволяет обеспечивать требуемое механическое воздействие на обрабатываемую поверхность, исключая образование микроцарапин, рисок, и шаржирования поверхности, так как острые углы частиц льда при взаимном давлении на обрабатываемую поверхность оплавляются. Кроме того, за счет минусовой температуры самой полировальной суспензии исключается местный нагрев поверхностного слоя обрабатываемой поверхности. Для обработки металлической поверхности (сталь 36НХТЮ), например, воспринимающего элемента металлопленочного датчика физических величин, были приготовлены две полировальные суспензии (объемные части): 1) фосфорная кислота – 1; 2) фосфорная кислота –1,5; глицерин – 0,8; глицерин –1; синтанол – 0,4; синтанол –0,5; вода – 0,8; вода –1. Каждая из этих композиций замораживалась при температуре жидкого азота (-196º) и обработка шла при периодическом охлаждении обрабатываемой поверхности (температура при этом может варьироваться от 70ºС до -10ºС). Полученные результаты приведены в таблице. Качество поверхности Состав Параметр шероховатости полировальной Риски, царапины суспензии Ra, мкм Известный Имеются риски и микроцарапиОт 0,050 до 0,025 ны неисчезающего характера Предлагаемый Риски и микроцарапины не От 0,025 до 0,012 наблюдаются Из таблицы сравнения видно, что при использовании полировального состава по изобретению повышается качество обрабатываемой поверхности. 66

Использование полировального состава при обработке металлической поверхности прецизионных деталей обеспечивает по сравнению с существующими следующие преимущества: 1) повышение качества обрабатываемой поверхности за счет отсутствия рисок, микроцарапин и шаржирования, а также уменьшение шероховатости; 2) исключение теплового воздействия на обрабатываемую поверхность, которое приводит к появлению структурной нестабильности в верхнем слое поверхности. Формула изобретения Полировальный состав для обработки металлической поверхности прецизионных изделий, включающий жидкую основу и абразив, отличающийся тем, что при температуре обработки –10º + –70ºС в качестве жидкой основы состав содержит фосфорную кислоту, глицерин, продукт оксиэтиллирования синтетических спиртов с 10-16 атомами углерода и в качестве абразива – частицы льда при следующем соотношении компонентов (объемные части): фосфорная кислота глицерин синтанол частицы льда

1-1,5; 0,8-1; 0,4-0,5; 0,8-1. Приложение 4

Методика оформления заявки на изобретение 1 . Определение названия исследуемого объекта. 2. Составление перечня признаков объекта предполагаемого изобретения. 3. Проведение классификации объекта по МПК. 4. Поиск аналогов предполагаемого изобретения. 5. Выявление существенных признаков аналогов и прототипа. 6. Деление существенных признаков на известные и новые. 7. Составление формулы предполагаемого изобретения. 8. Составление описания изобретения: - название изобретения; - область применения объекта изобретения; - описание аналогов; - выбор и описание прототипа; - выявление недостатков прототипа;

67

- формулировка технической задачи, на решение которой направлено изобретение; - изложение сущности изобретения с учетом объекта изобретения (устройство, способ, вещество); - пример конкретной реализации изобретения. 9. Оформление документов заявки на изобретение: - заявление; - описание; - формула изобретения; - реферат; - чертежи. Перечисленные в п. 9 документы в 3-х экземплярах направляются по адресу: ФИПС, 123995 Москва Г-59 Бережковская наб.30, корп.1. Электронная версия поисковой системы ФИПС находится на сайте: http://www.fips.ru . Оглавление 1. 2. 3.

Роль творчества в процессе познания и обучения…………... Объекты технического творчества…………………………… Выявление изобретения и составление заявки………………. 3.1. Признаки изобретения……………………………………. 3.2. Порядок выявления изобретения………………………… 3.3. Составление заявки на изобретение……………………... 4. Патентная информация………………………………………... 4.1. Источники патентной информации……………………… 4.2. Классификация изобретений……………………………... 5. Пути поиска технических решений на уровне изобретения… 5.1. Уровни изобретательских задач…………………………. 5.2. Методы активизации поиска технических решений…… 5.3. Типовые приемы решения изобретательских задач…… 5.4. Законы физики – ключ к решению сложных задач…… 5.5. Вепольный анализ………………………………………… 5.6. Функционально-стоимостной анализ……………………. Литература………………………………………………………….. Приложения…………………………………………………………

3 5 7 7 10 13 21 21 23 28 28 30 32 41 46 49 51 52

68