КейсыСегодня кейсов в Базе - 66

Дата публикации:  26.08.2014

  Изобретения по заказу: сельское хозяйство и продукты питания (Acrobat PDF, 1,6 мб.)

 

Эту задачу я получил от представителей корейской диаспоры в России как

неразрешимую – многовековая история корейской кухни убедила их в этом.

Во всяком случае, изначально они были настроены скептически...

 

ИСХОДНАЯ ПРОБЛЕМА

Национальное корейское блюдо – маринованная соломка из моркови в виде прядей выглядит аппетитно и пользуется спросом. Но мало кто знает, что нарезка соломки квадратного сечения из моркови – адский ручной труд, не поддающийся механизации!

Чтобы получить длинную гибкую соломку из моркови, нарезать ее н уж но только вдоль рас т и те льны х волокон. А каждая отдельная морковь не похожа на другую: то толще, то длиннее, то цилиндрическая, то конусная, то с кривизной и т. д. Учесть эту индивидуальность и управлять положением моркови при натирке получалось только вручную.

Традиционно корейцы натирали морковь на специальной терке, имеющей ножи с множеством лезвий, направленных навстречу перемещению моркови и образующих квадраты (см. рис. 1). Такая технология позволяла точно направлять рукой морковь всегда вдоль волокон при любой ее форме, но требовала большого физического напряжения, и работа все равно была малопроизводительной. Для облегчения ручного труда ножи терок были изготовлены из острых лезвий безопасной бритвы толщиной всего 0,05 миллиметра и не оказывали большого сопротивления при нарезке соломки.

Владелец фирмы пожаловался мне на высокую себестоимость этого продукта. Для убедительности повез показать, как в действительности происходит этот процесс... В квартире жилого дома сидят десяток женщин-кореянок, с одной стороны – гора мытой моркови, с другой – готовая соломка. Руки женщин монотонно мелькают над досками терками: вперед-назад... И так – целый день!

Присмотревшись, я пришел в ужас! Пальцы женщин, держащие морковку, по мере ее истирания проносятся все ближе к лезвиям... Нужно быть виртуозом, чтобы при срезании последнего слоя моркови не пораниться, ведь пальцы проходят над бритвой на расстоянии всего нескольких миллиметров!

– Где здесь техника безопасности?!

Кроме того, бритвенное лезвие очень хрупкое. Одно неверное движение  и кусочек острейшего лезвия может отломиться и затеряться в груде готовой соломки...

– Разве это не опасно для потребителя?!

Владелец фирмы подивился моей наивности: «Работницам бесплатно выдают бинты, йод и рукавицы. А жалоб от потребителей на проглоченные куски лезвий не поступало...»

В ходе экскурсии мы сформулировали первичные требования к механическому устройству в виде противоречий.

Рука оператора должна находиться как можно ближе к режущим лезвиям, чтобы было удобно резать на соломку нижний слой моркови, и одновременно  как можно дальше, так как лезвия могут травмировать руку.

Режущие ножи должны быть как можно тоньше, чтобы уменьшить усилие резания и снизить утомляемость рук, и как можно толще, чтобы кусочки лезвия не отламывались.

Нужно вручную управлять направлением резания вдоль волокон моркови, и нежелательно использовать труд человека для резания это повышает себестоимость продукта.

Устройство для нарезания соломки должно быть предельно дешевым, так как у предпринимателя нет возможности вкладывать в оборудование большие деньги.

 

ЧТО ПРЕДЛОЖЕНО?

Я предложил несколько решений. Одно из них  нарезка моркови на станке.

Был изготовлен простой и дешевый станок (см. рис. 2), в котором режущее усилие создавалось не рукой, а электро приводом. Электромотор вращал колесо с шатуном, а шатун двигал туда-сюда каретку с ножами.  Ножи были сделаны толстыми и прочными, чтобы не ломались. Морковь была неподвижна относительно станка, а перемещались взад-вперед по направляющим рельсам только ножи, строгающие соломку.

Электропривод и прочные ножи позволили резко увеличить скорость строгания  до четырех возвратно-поступательных ходов ножей в секунду. Причем, в отличие от прежнего принципа резания, ножи строгали соломку как при ходе вперед, так и при ходе назад. Оператору осталось только подавать морковь в бункер и управлять слоями моркови. Разумеется, на такой бешеной скорости направлять морковь рукой нельзя. Эту функцию выполнял набор пластин, управляемых одной рукояткой. Оператор мог перекосить морковь в любую сторону, подстраиваясь под ее конфигурацию.

 

В РЕЗУЛЬТАТЕ

Все требования к безопасности и повышению производительности были выполнены.

Рука оператора надежно защищена от ножей стенкой бункера.

Станком управляет один оператор. Производительность станка обеспечивает норму десяти  пятнадцати работников. В станке применили шкивы и клиновые ремни, кинематика получилась дешевой и надежной. На устройство станка владелец фирмы взял патент с целью серийного производства.

 

Приемы решения изобретательских задач

В ТРИЗ при решении некоторых задач используются специальные приемы. Так, при решении данной задачи были использованы следующие приемы-подсказки:

1. Сделать движущуюся часть объекта (или внешней среды) неподвижной, а неподвижную – движущейся (морковь не движется, движутся ножи).

2. Характеристики объекта (или внешней среды) менять так, чтобы они были оптимальными на каждом этапе работы (расположение моркови регулируется в зависимости от ее формы так, чтобы ножи резали вдоль слоев).

3. Устранить холостые и промежуточные ходы (ножи нарезают соломку как при поступательном, так и при обратном ходе).

4. Использовать промежуточный объект-посредник (для прижатия моркови между ней и пальцами вводим промежуточные нажимные пластины).

5. Раздробить объект на части и объединить их в систему. (Для надежного прижатия моркови к бегающим вперед-назад ножам применяется прижимное устройство из десятка одинаковых пластин. Каждая пластина слегка углубляется в морковь, в сумме создается достаточное усилие для удержания моркови на месте при ударе ножей.)

6. Сделать объект динамичным (в конструкцию прижимной планки введены шарниры, что позволяет наилучшим способом центрировать морковь различной формы).

 

ДОРОГОЕ ЛАКОМСТВО

«Воздушная пшеница» и «воздушная кукуруза» – это общепризнанное детское лакомство. Все малыши, да и взрослые, любят маленькие белые «розочки», обжаренные в масле и обсыпанные сахарной пудрой. Готовят их  из зерен пшеницы или кукурузы в специальном аппарате и сразу продают в горячем виде.

Почему же этот продукт редко бывает в продаже? Зарубежные аппараты стоят дорого, и они «не по карману» владельцам небольших продовольственных ларьков, предпринимателям малого бизнеса. Почему бы самим не производить дешевые аппараты у себя, в России?

Пробовали, не получилось...

В чем секрет изготовления воздушной пшеницы или кукурузы? Как из зерна получается вкусная «воздушная розочка»?

...Горсть пшеницы помещают в небольшую герметичную камеру. Затем в камеру очень резко, за долю секунды, подается перегретый пар под давлением 15 атмосфер. Через несколько секунд давление так же резко сбрасывается. А в камере остаются готовые «воздушные розочки».

Создать пар под давлением 15 атмосфер – не проблема. Проблемами оказались способы резкой подачи пара в герметичную камеру и резкого сброса давления.

Существующие резьбовые вентили надежно работают при высоких давлениях пара, но открывают и закрывают путь пару медленно, за десятки секунд. А необходимо  за десятую долю секунды.

Есть дисковые краны, способные очень быстро открывать и закрывать отверстия. Два диска с отверстиями прижаты друг к другу, нижний – неподвижен, верхний – быстро вращается вокруг своей оси. При совпадении отверстий в дисках пар мгновенно врывается в камеру (см. рис. 1 и рис. 2).

Проблема в том, что на вращающийся диск действует огромное прижимающее давление пара – 15 атмосфер!

Сила прижатия так велика, что бронзовые или латунные диски от трения при повороте изнашиваются в течение нескольких часов, когда необходимо несколько тысяч часов работы.

В зарубежных аппаратах на диски наносят специальное полимерное покрытие, обладающее малым коэффициентом трения и высокой износоустойчивостью. Это «ноу-хау», секрет изготовителя, технология создания подобных полимерных покрытий в России неизвестна. Поэтому предприниматели и вынуждены покупать  дорогие зарубежные аппараты. На семинаре по ТРИЗ, где озвучили эту задачу, присутствовали директора предприятий, главные инженеры, опытные ведущие специалисты: технологи, конструкторы, энергетики, механики и т. д. Все они единодушно заявили, что без покупки лицензии на износоустойчивый зарубежный полимер эту задачу решить невозможно. Для меня это единодушие было подтверждением: все слушатели находятся под властью инерции мышления: «Нет нужной информации – значит, задача неразрешима».

Можно ли сознательно избавиться от этого наваждения, от инерции мышления?

Да, в ТЭР (теории эффективных решений) существует для этого специальный инструмент: пятишаговый функциональный анализ, «пятишаговка». Нужно последовательно задать пять вопросов и ответить на каждый из них. Давайте попробуем сделать это вместе.

Первый вопрос: какова конечная цель, с которой ставится задача?

Что в условии задачи «плохо»? В чем заключается «нежелательный эффект» (НЭ)? НЭ очень быстрый износ дисков под действием высокого давления пара (15 атмосфер). Наша конечная цель – не допустить быстрый износ дисков. Записываем ответ на первый вопрос: «Не допустить быстрый износ дисков».

Второй вопрос: что желательно получить в самом идеальном случае?

Идеальный случай – это когда «конечная цель» выполняется «без ничего», «сама собой». Конечная  цель – не допустить быстрый износ дисков. Значит, ответ на второй вопрос будет выглядеть так: «Сам собой, без ничего быстрый износ дисков не происходит».

Третий вопрос: что мешает получению ИКР, в чем «помеха»? «В реальности происходит быстрый износ дисков, а это недопустимо».

Четвертый вопрос: в чем научно-обоснованная причина «помехи»?

Выписываем все возможные причины помехи, обращаясь при необходимости к специалистам, изучая специальную литературу, используя личные знания и т. д. Причины должны быть, по возможности, достоверны. На поиск при чин иногда у ходи т 50 – 90% времени решения задачи.

  1. Очень большое давление пара на поворотный диск.
  2. Большая сила трения между дисками.
  3. Малая прочность материалов диска на истирание.
  4. Большая сила прижатия поворотного диска к неподвижному и т. п.

Пятый вопрос: как 1) не допустить; 2) компенсировать; 3) устранить причину «помехи»?

К каждой «причине помехи» подставляем по очереди указанные три вопроса:

1.1. Как не допустить большое давление пара на поворотный диск?  Уменьшить давление пара с 15 до 1 атмосферы. Но 15 атмосфер нужны по условию задачи!  Ответа нет...

1.2. Как компенсировать большое давление пара? Ответ не виден...

1.3. Как устранить давление пара? Не понятно, ведь давление нам нужно!

2.1. Как не допустить большую силу трения? Смазывать поверхности дисков... Применить керамические диски... Попробовать диски из фторопласта...

2.2. Как компенсировать силу трения между дисками? Можно применить ультразвуковой вибратор...

2.3. Как устранить большую силу трения?  Нужны материалы с низким коэффициентом трения, но нет нужной информации по этому вопросу.

3.1. Как не допустить малой прочности дисков на истирание?  Поставить более прочные: полиамидные, фторопластовые, керамические диски...

3.2. Как компенсировать малую прочность дисков на истирание?  Приготовить заранее запасные части, часто менять диски...

3.3. Как устранить причину малой прочности дисков на истирание?  Покрыть диски прочным покрытием...

4.1. Как не допустить большую силу прижатия поворотного диска к неподвижному?  Не понятно...

4.2. Как компенсировать большую силу прижатия поворотного диска к неподвижному? Подействовать противосилой, направив противосилу навстречу силе прижатия.

4.3. Как устранить большую силу прижатия? Не понятно...

Из многих гипотетических решений наиболее адекватным при существующих условиях нам показался вариант решения 4.2. Нужно компенсировать силу прижатия поворотного диска к неподвижному, приложив к нему силу с противоположным направлением.

Как это сделать технически?

Можно над поворотным диском поставить стяжную пружину, тянущую диск вверх. Тогда при давлении пара на поворотный диск, скажем, силой 100 килограммов и тянущим усилием пружины 99 килограммов поворотный диск будет прижиматься к неподвижному с силой всего 1 килограмм!

Хорошее решение? А если давление пара окажется меньше 15 атмосфер, поворотный диск оторвется от неподвижного под силой пружины, между ними образуется щель.

Решение не годится.

А нельзя ли использовать для создания противосилы ту силу, которая в данном случае является «вредной»?

(«Вредная сила» – это сила давления пара в 15 атмосфер.) Можно!

Это реализуется таким устройством (см. рис. 3).

Теперь при любом давлении пара поворотный диск будет прижиматься к неподвижному с самым минимальным усилием. Следовательно, износ дисков практически прекратится. Для дисков можно теперь применять любой доступный материал. Заграничное «ноу-хау» нам уже не нужно.

Решение этой задачи имеет забавное окончание.

На семинаре были специалисты с самых разных предприятий. Директор одного из них предложил производить аппараты серийно на его предприятии. Представители конструкторского бюро взялись изготовить техническую документацию. Предприниматели сформировали заказ на необходимое количество аппаратов. В перерыве занятий был заключен договор между заинтересованными лицами  и дело сдвинулось с мертвой точки. Семинар по ТРИЗ неожиданно оказался эффективным катализатором развития предпринимательства.

 

КАК «РАЗДЕТЬ» ПОМИДОР?

К изготовлению продуктов питания итальянцы относятся так же серьезно, как к сборке своих знаменитых спортивных автомобилей «Феррари». Например, для изготовления фирменной пиццы они применяют только определенный сорт помидоров, выращенных по особой технологии. Помидоры эти мелкие, продолговатые, в виде желудей, мясистые, с глянцевой жесткой кожицей. Однако...

 

ИСХОДНАЯ ПРОБЛЕМА

Оказывается, что именно эта кожица является серьезной проблемой для фирмы, изготовляющей пиццу большими партиями. Кожицу нужно отделить от помидора еще до запуска его в переработку; попадание даже частички кожицы в пиццу совершенно недопустимо, это брак!

В принципе операция очистки помидоров от кожицы, применяемая на фирме, проста. Грузовик высыпает несколько тонн помидоров в огромный бак с крышкой.

Бак закрывают, в него подают пар. Ошпаренная кожица отделяется от помидора и остается на нем в виде прилипших лоскутков. Теперь эти лоскутки кожицы нужно аккуратно и полностью отделить от помидора. Работница осматривает каждый помидор, пинцетом отделяет лоскутки кожиц, и «раздетый» помидор по ленточному конвейеру перемещается в цех изготовления пиццы.

Так на фирме за смену обрабатывают десятки тонн помидоров. Поэтому цех по очистке помидоров от кожицы выглядит очень внушительно: около сотни женщин с пинцетами сидят вдоль конвейера, очищая вручную от кожицы каждый помидор (см. рис. 1).

Инженеры предлагали следующие решения:

• пинцеты с пневматическими присосками;

• обдув помидоров струей воздуха;

• промывка вращающимися струями воды;

• и т. д., и т. п.

Но все эти устройства или значительно повреждали помидор, или не гарантировали стопроцентную очистку от кожицы, или не устраняли ручной труд.

Группа итальянских туристов, среди которых был  хозяин именно этой фирмы по изготовлению пиццы, была на экскурсии в московском Политехническом музее. И как раз в это время в зале музея проходила моя лекция по теме «ТРИЗ в повышении эффективности».

Предприниматель заинтересовался лекцией и задал наболевший вопрос: «Как повысить эффективность очистки помидоров для пиццы?»

К удивлению итальянцев, для механизмов ТРИЗ задача эта оказалась совсем не трудной. Она была решена прямо на лекции, в музее, одной-единственной «вепольной» (см. врезку) формулой, а на полное решение задачи с учетом замечаний и предложений ушло около часа.

 

ЧТО БЫЛО ПРЕДЛОЖЕНО?

Помидоры из грузовика высыпают в большой бак с очень жидким пищевым клеем (например, желатином). Клей этот непростой: в нем равномерно размешаны

микроскопические железные опилки, измельченные до состояния пыли (коллоидный раствор).

Такой клеевой раствор тонкой пленкой надежно прилипает к кожице каждого помидора. Затем клей сливают, клеевую пленку на помидорах слегка подсушивают и обдают помидоры паром.

Лента конвейера с «взлохмаченными» помидорами проходит сквозь кольцевой электромагнит. Лохмотья кожицы притягиваются к внутренней поверхности кольца электромагнита, а «голенькие» помидоры едут по конвейеру в цех изготовления пиццы.

Прилипшую к электромагниту кожицу очищают вращающимся скребком (см. рис. 2).

 

В РЕЗУЛЬТАТЕ

Итальянцы от такого прос того решения пришли в восторг. Вскоре пришло теплое письмо из Италии с сообщением о внедрении этой технологии.

А мне стало немного не по себе: ведь это решение лишило работы сотни итальянских женщин! ТРИЗ обязательно нужно применять комплексно: решив техническую задачу, нужно непременно решать и возникающие при этом социальные задачи...

 

Вепольный анализ

В ТРИЗ применяется «моделирование» задач, так называемый  «вепольный анализ». С помощью специального алгоритма строится упрощенная модель задачи, передающая только ее главную суть:

Для типовых моделей есть типовые схемы решений.

Например, модель вышеуказанной задачи в общем виде имеет такое решение:

Читается это так: «Если механическое действие пинцета на кожицу нас не устраивает, то нужно присоединить к кожице ферромагнитное вещество посредник и воздействовать на него магнитным полем».

Смысл решения понятен. Теперь остается подобрать необходимые дешевые  и доступные ресурсы (железные опилки, клей, магнит), удовлетворяющие  ограничениям задачи: клей должен быть нетоксичным, опилки – мелкими и т. д.

 

Натуральное, вкусное, непрокисаемое

Сохранение сельскохозяйственной продукции не менее важно, чем расширение площадей посева или увеличение поголовья скота...

Свежее молоко вкусно и полезно, но быстро портится. Термообработанное и консервированное молоко долго не портится, но заметно теряет вкусовые и полезные качества.

Ученые нашли выход: нужно молоко эмульгировать  оно долго не портится, сохраняет полезные свойства без консервантов и термообработок и даже вкуснее натурального молока.

Но разработанная для этого технология дала несколько сбоев. Мне предложили попробовать «что-то с этим сделать»...

 

ИСХОДНАЯ ПРОБЛЕМА

Эмульгирование молока – это дробление каждой  частички жира в молоке на мельчайшие капельки с помощью эффекта кавитации (см. врезку). Для этого пропускают молоко через центробежный насос-эмульгатор.

Крыльчатка насоса устроена так, что образует в молоке кавитационные пузырьки, которые и разрывают крупные капли жира на множество мельчайших.

Условия эмульгирования молока таковы:

• каждая капля жира должна пройти через насос-эмульгатор не менее четырех раз;

• молоко в процессе эмульгирования не должно иметь контакта с воздухом.

И еще: заказчик сразу пояснил, что увеличивать количество насосов-эмульгаторов в установке невозможно – это очень дорогое импортное оборудование.

При проектировании завода эмульгированного молока, работающего по приведенной ниже схеме (см. рис. 1), проектировщики встретились с «неразрешимыми» проблемами.

Насос-эмульгатор забирает по нижней трубе молоко из бака емкостью пять кубометров, эмульгирует его и затем возвращает в бак по верхней трубе. Длина труб по антисептическим требованиям не должна превышать 20 метров (при внутреннем диаметре 100 миллиметров). Вся система герметизирована и полностью заполнена молоком, чтобы не было контакта с воздухом. После четырехкратного пропускания каждой капли молока через эмульгатор продукт готов к расфасовке в герметичную тару.

Но как узнать, что абсолютно каждая капелька молока четыре раза прошла через эмульгатор? Ведь после эмульгатора молоко выливается обратно в бак и смешивается с неэмульгированным! Из некоторых «застойных» уголков бака молоко вообще может не попасть в эмульгатор... А капля неэмульгированного молока может стать очагом порчи всего эмульгированного! Как слить пять тонн эмульгированного молока из бака? Ведь контакт молока с воздухом недопустим, для слива нужно разгерметизировать бак, впустить воздух.

Кроме того, как из загерметизированного бака удалять воздух, который выделяется из молока при эмульгировании?

И еще масса подобных проблем...

 

ТРАДИЦИОННЫЙ ПУТЬ РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМ

Бывалых проектировщиков проблемы ничуть не смутили.

Нужно проверять каждую капельку молока? Установим зарубежный лазерный анализатор с обработкой данных на ЭВМ! Да, стоит дорого, ничего не поделаешь...

Нужно отделить эмульгированные капельки от необработанных? Установим электростатический сепаратор, набитый электроникой и автоматикой!

Нужно сливать молоко без доступа воздуха? Вместо воздуха впустим в бак азот!

Понадобится много азота? Установим специальное устройство для получения азота из сжиженного воздуха! И т. д., и т. п.

Естественно, при таком «широком подходе» проектировщиков проектная стоимость молзавода оказалась на порядок выше планируемой заказчиком.

И этот проект, как «чрезвычайно неэффективный и дорогостоящий», заказчик «зарубил на корню».

Население чуть было не осталось без замечательного продукта..

 

КАК МЫ РЕШИЛИ ПРОБЛЕМЫ С ПОМОЩЬЮ ТРИЗ

Если теоретически все пять тонн молока поместить в одну замкнутую в кольцо трубу с внутренним диаметром 100 миллиметров, подключенную к насосу-эмульгатору, то каждая капелька молока обязательно пройдет обработку один раз. Эту операцию можно повторить четыре раза – и продукт готов. Но для этого длина трубы должна быть более 160 метров. А для молзаводов обязательны требования санэпидемнадзора: максимальная суммарная длина трубы не должна превышать 20 метров. Выходит, труба («емкость для молока») должна быть «длинная» (160 метров), чтобы поместилось 5 тонн молока, и должна быть «короткая» (20 метров), чтобы соблюдались правила санитарии.

Такая постановка задачи часто кажется трудной, неразрешимой, а для специалистов по ТРИЗ это подсказка – до решения «рукой подать».

Противоречивые требования задачи разрешаем в пространстве и времени: в одном месте и времени емкость «длинная, объемная», вмещающая 5 тонн молока для хранения; в другом месте и времени – емкость «короткая, необъемная», в которой производится эмульгирование.

Получилась простая схема работы завода эмульгированного молока (см. рис. 2)

Молоко в короткой трубе на некоторое время «отсекается» от основной массы, герметизируется и четыре раза прогоняется по двадцатиметровому кольцу трубы через эмульгатор. Затем эмульгированное молоко поступает в сосуд-накопитель, а новая партия необработанного молока поступает в кольцо. И цикл повторяется. Переключение трехходовых кранов-переключателей производят через время чуть большее, чем нужно для четырехкратного прогона молока через эмульгатор.

Эмульгированное молоко хранят в баке с «плавающим» поршнем, предохраняющим молоко от контакта с воздухом. Если в герметично замкнутой системе из молока при эмульгации выделился воздух, он «сам себя» немедленно удаляет в атмосферу с помощью перепускного клапана, установленного в самой верхней точке труб (см. рис. 3).

В то же время избыточное давление внутри системы не позволит воздуху снаружи попасть в систему.

 

РЕЗУЛЬТАТ

В результате схема завода эмульгированного молока получилась настолько простой, что заказчик внедрил ее даже без разработки специального дорогостоящего проекта, прямо от эскизных набросков перешел к изготовлению и монтажу оборудования.

Стоимость проекта была снижена на порядок, вес в несколько раз, а срок запуска  в два раза. Подана заявка и идет процесс патентования данного технологического процесса эмульгирования молока с помощью кавитации.

 

Типовые приемы

Если проводить эмульгирование, заливая и герметизируя молоко только в трубу длиной 20 метров, то проблем с эмульгированием не будет, но уменьшится производительность:

для эмульгирования пяти тонн молока придется восемь раз сливать эмульгированное молоко и заливать свежее, то есть прерывать процесс, терять время.

Для повышения производительности рекомендуем применять следующие типовые приемы:

1. Увеличить число одновременно действующих объектов.

2. Перейти от прерываемого процесса к непрерывному.

3. Разделить объект на части, изготовлять и обрабатывать каждую часть отдельно, а затем производить сборку.

4. Перейти от последовательного ведения этапов процесса к одновременному.

Внимание: посмотрите, какие из этих приемов применялись в решении этой задачи?

Способы разрешения физического противоречия

Правильно сформулированное физическое противоречие (ФП) можно решить следующими способами:

1. Разделить противоречивые требования в пространстве.

2. Разделить противоречивые требования во времени.

3. Разделить противоречивые требования в пространстве и времени.

4. Разделить противоречивые требования на системном уровне: в целом объект выполняет одно требование, а часть этого объекта выполняет другое требование.

Внимание: вспомните, какой из этих способов был применен для решения  ФП: «Труба должна быть длинная (160 метров), чтобы поместилось 5 тонн  молока, и должна быть короткая (20 метров) по требованию санэпид-надзора»?

 

БУДЕМ С БЛИНАМИ?

Эту задачу поставили передо мной ученые-химики, которые открыли свое предприятие и... оказались на грани разорения

 

Предыстория

– Бабуля, чего же блинов не напекла?

– Так газ кончился...

– Так ведь полный баллон рядом!

– Вот ты мне его и поставь со своим другом. Мне-то не под силу...

 

В сельскую местность газ для газовых плит доставляют в тяжелых стальных баллонах под давлением 150 атмосфер. Для замены баллона нужны, как минимум, два грузчика. А замена каждый месяц! Стоимость замены – бутылка «Московской». Накладно. Все было бы куда проще и дешевле, будь баллон легким...

Группа ученых-химиков, используя свои знания, решила эту проблему: создали легкий баллон из стекловолокна.

Весит такой баллон в четыре раза меньше своего стального собрата, стоит дешевле, не ржавеет, не требует окраски, не боится ударов и агрессивных сред. Такие баллоны отлично подойдут и для аквалангов, и для автомобилей, работающих на газе, спрос на них обеспечен.

Ученые взяли банковскую ссуду, арендовали помещение, закупили нужное оборудование и материалы и начали выпускать баллоны. И очень скоро оказались на грани разорения.

 

В ЧЕМ БЫЛА ПРОБЛЕМА?

Стекловолоконный баллон изготавливали из отрезка полиэтиленовой трубы большого диаметра. Торцы отрезка закрывали тонкими стальными колпаками, в один из которых вварен вентиль. Собранную конструкцию на специальном станке обматывали по сложной переплетающейся траектории многослойной стеклянной нитью, пропитанной двухкомпонентным клеем. После схватывания клея получался прочный баллон, рассчитанный на рабочее давление 150 атмосфер (см. рис. 1).

Низкая себестоимость этих баллонов обеспечивалась дешевым сырьем: полиэтиленовые трубы, стеклонить, стальные колпаки закупали из отходов или брака основного производства. Поэтому стеклонить, представляющая собой намотанный на бобины жгут из сотен тончайших стеклянных волосков, уже заведомо имела внутренние разрывы; полиэтиленовые трубы были разной толщины, с микротрещинами и т. д.

Ученые организовали следующий технологический процесс (см. рис. 2).

Стеклонить сматывается с бобины и окунается в ванну, наполненную готовым к работе (то есть смешанными в необходимой пропорции наполнителем и отвердителем) клеем. Нить направляется полиэтиленовыми роликами через ванну и пропитывается клеем. Пропитка идет медленно, так как густой клей плохо проникает внутрь нити, поэтому скорость перемещения нити низкая, а длина ванны большая (около десяти метров).

Поэтому в ванну приходится заливать единовременно несколько литров клея.

После пропитки нить протягивается через победитовую фильеру (диск с калиброванным отверстием), и излишки клея стекают обратно в ванну. Далее пропитанная стеклонить на специальном станке наматывается на отрезок полиэтиленовой трубы с вделанными в нее стальными колпаками, образуя своеобразный кокон (см. рис. 3). После схватывания клея баллон испытывают контрольным гидравлическим давлением, маркируют и отправляют на склад готовой продукции. Реальная обстановка на малом предприятии, выпускающем стеклобаллоны, была критической. С одной стороны, огромный перерасход материалов: клея, роликов, фильер, ванн, а с другой стороны – очень скромный полезный выход: всего несколько готовых баллонов за смену вместо планируемых 20–30.

Основная проблема в том, что клей при комнатной температуре «схватывается» через 3 часа. Но фактически уже после двух часов работы клей начинал густеть, ролики переставали вращаться, отверстие в фильере забивалось, и стеклонить начинала беспрерывно рваться! На заправку обрывов нити уходила масса сил и времени, и за один цикл изготавливали всего 1–2 баллона вместо возможных  трех–четырех.

Затем ванну с застывшим клеем вместе с роликами и фильерой выбрасывали и заменяли новыми – цикл начинался сначала...

 

ЧТО ДЕЛАТЬ?

Ученые задумались: как поднять эффективность процесса пропитки нити? И предложили ряд решений.

1. Если клей в ванне нагреть до 100°С, то он станет жидким и стеклонить пропитается быстро: за 1 час можно изготовить теоретически десяток баллонов. Но оказывается, уже через 15–20 минут такой клей начнет «схватываться»...

2. Если ванну сделать очень длинной (не 10 метров, а, например, 100), то скорость нити можно повысить в десять раз! Но для заполнения такой ванны нужно в десять раз больше клея! А через три часа и ванна, и клей все равно будут выброшены на свалку...

3. Если покупать бобины с качественной дорогой стеклонитью, то время на «аварийную перезаправку» нити резко уменьшится, но повысится себестоимость продукции...

4. Если применять другой – очень жидкий, но дорогой клей, то процесс пропитки ускорится, но себестоимость тоже повысится... И т. д., и т. п., прямо как в пословице: «Куда ни кинь – всюду клин!»

А если на все эти «неразрешимые» проблемы махнуть рукой и закрыть нерентабельное предприятие, банк напомнит, что ссуду нужно возвращать...И тогда ученые обратились ко мне за помощью.

 

КАК РЕШИЛИ ПРОБЛЕМУ?

Весь процесс решения этой проблемы в данной статье я не привожу, покажу только готовые решения. Задача: обеспечить непрерывность процесса пропитки нити.

Представим себе идеальный конечный результат. Чтобы процесс пропитки нити был непрерывным, нужно, чтобы клей никогда не схватывался в ванне, а застыва

Добавить в блокнотБлижайшие мероприятия
(Голосов: 0, Рейтинг: 0)



Добавить комментарий:

Комментарии:

    Добавить в блокнотБлижайшие мероприятия
    (Голосов: 0, Рейтинг: 0)



    Добавить комментарий:

    Комментарии: