КейсыСегодня кейсов в Базе - 66

Задача решена по заказу одной из частных компаний, занимающейся проектированием и изготовлением нестандартного оборудования. Найденное решение использовано в устройстве, внедренном в одном из подразделений МВД России.

Проблема решалась во времена компьютеризации. Многочисленные «бумажные» картотеки переводились в цифровой вид. В цифровой вид должна была переведена и картотека отпечатков пальцев, а для этого бланки картотеки нужно было отсканировать. Таких бланков сотни тысяч, поэтому операция сканирования должна быть автоматической.

Одним из узлов автоматической системы сканирования является узел подачи бумаги в сканер. При его конструктора разработке попробовали применить устройство, подобное тем, что используются в ксероксах: резиновый ролик должен перемещать верхний в стопке лист бумаги. Но ведь бланк это лист бумаги не обязательно высокого качества. В процессе использования «бумажной» картотеки многие бланки истрепались, иногда они сминались, и перегибались.

Поэтому такие измятые листы не всегда точно попадали в приемное устройство сканера и застревали. В результате всю система сканирования останавливалась. Нужно было вручную поправлять лист бумаги. Естественно, что такое ненадежное устройство даже и не пытались предъявлять заказчику. Для того чтобы повысить надежность устройства, конструкторы решили, что перед подачей листов бумаги их нужно выпрямить. Каким образом?

Все просто: нужно над ними расположить пластину с отверстиями и создать в этих отверстиях разрежение. Верхний лист бумаги из стопки присосется к ней и великолепно выровняется. Все хорошо. Такой ровненький лист бумаги без всяких проблем попадет в приемное устройство сканера. Устройство было изготовлено и испытано. И что получилось?

Листы бумаги хорошо притягивались к пластине и распрямлялись. Но резиновый ролик их сдвинуть не мог. А если уменьшали разрежение до такого уровня, чтобы лист бумаги сдвигался, то лист опять искривлялся и не попадал в щель сканера.

Вот с такой исходной ситуации и началось решение проблемы

Рассматриваем ту часть технической системы, в которой существует проблема. В нашем случае это узел выравнивания бумаги.

1.1. Техническое противоречие (ТП): Техническая система для выравнивания бумаги. Включает в себя мятую бумагу, пластину, сопла с воздухом. ТП 1.
Сильный всасывающий поток воздуха хорошо притягивает лист бумаги к пластине, которая его выравнивает, но из-за сильного прижатия к пластине не может быть сдвинута к приемному устройству сканера. ТП 2.
Слабый всасывающий поток воздуха слабо притягивает лист бумаги к пластине, и не выравнивает ее, но при этом бумага может быть сдвинута к приемному устройству сканера.

1.2. Конфликтующая пара:
Сдвоенный инструмент – поток воздуха и пластина
Изделие – бумага

1.3. Схема конфликта:

Пояснения к схемам конфликта.
Взаимодействия, показанные на схеме, являются частями причинно-следственных цепочек.
ТП 1. Сильный поток воздуха вызывает сильное разрежение над листом бумаги, поэтому он хорошо и сильно притягивает бумагу к пластине. За счет этого пластина хорошо выравнивает ее. Но силы трения между листом бумаги и пластиной препятствуют перемещению листа бумаги к приемному устройству сканера.
ТП 2. Слабый поток воздуха вызывает небольшое разрежение над листом бумаги, поэтому он недостаточно сильно притягивает бумагу к пластине. За счет этого пластина плохо выравнивает бумагу. Но силы трения между листом бумаги и пластиной слабы и не препятствуют перемещению листа бумаги к приемному устройству сканера (то есть взаимодействие «препятствуют перемещению» на схеме ТП 2 отсутствует).

1.4. Выбор противоречия:
Главным производственным процессом в нашем узле является выравнивание бумаги. Поэтому для решения сразу было выбрано ТП 1. ТП 1.
Сильный всасывающий поток воздуха хорошо притягивает лист бумаги к пластине, которая его выравнивает, но бумага из-за сильного прижатия к пластине не может быть сдвинута к приемному устройству сканера.

1.5. Усиление противоречия:
Очень сильный всасывающий поток воздуха хорошо притягивает лист бумаги к пластине, которая его идеально выравнивает, но при этом бумага из-за сильного прижатия к пластине не может быть сдвинута к приемному устройству сканера.

1.6. Формулировка задачи:

Есть очень сильный всасывающий поток воздуха, пластина и лист бумаги.
Очень сильный всасывающий поток воздуха хорошо притягивает лист бумаги к пластине, которая его идеально выравнивает, но при этом бумага из-за сильного прижатия к пластине не может быть сдвинута к приемному устройству сканера.
Необходимо найти Х-элемент, который обеспечивал бы свободное перемещение листа бумаги в момент входа бумаги в приемное устройство сканера, сохраняя способность сильно притягивать лист бумаги к пластине.

Пояснение к формулировке задачи. Нужно обеспечить постоянное сильное притяжение бумаги к пластине во время перемещения бумаги, чтобы она (а точнее край листа, которые подается в сканер) были выровнены. При этом «притяжение» во время перемещения убирать нельзя, так как бумага опять вернет свою искривленную форму и не попадет точно в щель приемного устройства сканера. Это же сильное «притяжение» мешает перемещать бумагу к приемному устройству сканера, так как бумага притянута пластине, и силы трения препятствуют перемещению...

2. Локализация конфликта


2.1. Оперативная зона:
Выравнивание листа бумаги происходит на поверхности пластины. И трение, мешающее перемещению листа бумаги, происходит именно здесь.
Поэтому оперативная зона – зона контакта бумаги и пластины.

2.2. Оперативное время:
До того момента, пока торец бумаги не подошел к приемному устройству сканера искривленность листа бумаги не имеет значения. И лишь в момент входа листа бумаги в приемное устройство сканера лист нужно выровнять, чтобы захватывающее устройство сканера надежно захватило его.
Поэтому оперативное время – момент входа бумаги в приемное устройство сканера.

2.3. Ресурсы:
вещественные ресурсы: - бумага, пластина, воздух;
энергетические ресурсы: - энергия потока воздуха.

3. Формулирование противоречий

3.1 ИКР 1:
Икс-элемент абсолютно не усложняя системы и не вызывая вредных явлений, обеспечивает свободное перемещение листа бумаги в момент входа бумаги в приемное устройство сканера в зоне ее контакта с пластиной, сохраняя способность сильно притягивать лист бумаги к пластине.

3.2 Усиленный ИКР 1:
ВПР (бумага, пластина, воздух, энергия потока воздуха), абсолютно не усложняя системы и не вызывая вредных явлений, обеспечивает свободное перемещение листа бумаги в момент входа бумаги в приемное устройство сканера в зоне ее контакта с пластиной, сохраняя способность сильно притягивать лист бумаги к пластине.

3.3 ФП на макроуровне:
Для ресурса – воздух. Воздух в зоне контакта в момент входа бумаги в приемное устройство сканера должна быть «разреженным» чтобы обеспечить выравнивание листа бумаги около пластины и должен быть «с нормальным давлением», чтобы обеспечить возможность перемещения бумаги. Для ресурса – поверхность пластины Поверхность пластины в зоне контакта в момент входа бумаги в приемное устройство сканера должна быть монолитной, чтобы обеспечить выравнивание листа бумаги около пластины и должна быть подвижной, чтобы обеспечить возможность перемещения бумаги.

3.4 ФП на микроуровне:
Для ресурса – воздух.
Воздух в зоне контакта в момент входа бумаги в приемное устройство сканера должен содержать «мало частиц» чтобы обеспечить выравнивание листа бумаги около пластины и должен содержать «много частиц», чтобы обеспечить возможность перемещения бумаги.
Для ресурса – поверхность пластины.
Поверхность пластины в зоне контакта в момент входа бумаги в приемное устройство сканера должна состоять из связанных частиц, чтобы обеспечить выравнивание листа бумаги около пластины и должна состоять из несвязанных частиц, чтобы обеспечить возможность перемещения бумаги.

3.5 ИКР 2:
Для ресурса – воздух
Воздух в зоне контакта в момент входа бумаги в приемное устройство сканера должен содержать «мало частиц» и «много частиц».
Для ресурса – поверхность пластины.
Поверхность пластины в зоне контакта в момент входа бумаги в приемное устройство сканера должна состоять из связанных частиц и несвязанных частиц.

4. Мобилизация и применение ВПР

4.1 ММЧ:

Для ресурса воздух. Вариант 1:

Во время движения листа бумаги между листом бумаги и пластиной много человечков (бумага не притягивается), но в момент приближения края листа бумаги к приемному устройству – человечков становится мало (бумага выравнивается) и бумага нормально захватывается приемным устройством сканера.

Идея решения вполне хорошая, то есть нужно присасывать бумагу только на краткий промежуток времени, когда она подходит к сканеру. Бумага выравнивается. И в этот момент давление должно снизиться, чтобы она переместилась в приемное устройство сканера, но еще не успела вернуться в «смятое» состояние. Недостаток решения: нужно отслеживать положение кромки листа бумаги, что может привести к усложнению конструкции.

Можно попытаться «дожать» идею до работоспособного уровня. Вариантом решения может быть периодическое действие: бумага присасывается на кратковременные промежутки времени – в это время она не перемещается горизонтально. Затем она освобождается, перемещается на небольшое расстояние влево. И после этого опять присасывается. Вероятно, можно подобрать частоту колебания давления и его амплитуду, при которых бумага будет и достаточно выравниваться, и иметь возможность перемещаться. Для оценки работоспособности решения и поиска оптимальных параметров колебания давления воздуха требуется проведение экспериментов.

При решении задачи было понятно, что даже если идея окажется работоспособной, то понадобится решать еще и дополнительную задачу: «бесплатного» получения колебаний воздуха нужной частоты и амплитуды. Хотя эта задача и не выглядит слишком сложной (есть хороший ресурс – поток воздуха), но все равно заниматься ей не хочется. Нужно для начала искать решение более дешевое и идеальное. Поэтому эта идея была записана, а решение задачи продолжено.

Вариант 2.

Между листом бумаги и пластиной мало человечков (одна половинка противоречия), но они толстые (а значит их вроде бы много – вторая половинка противоречия). Толстые человечки позволяют бумаге притягиваться, но не позволяют ей прилипать к поверхности.
Конкретное решение не просматривается, но какие-то смутные идеи начинают появляться.
Для ресурса – поверхность пластины

Маленькие человечки соединены в конгломераты. Эти конгломераты не могут выскочить из массива пластины, но могут частично перемещаться.

Это приводит к идее вращающихся роликов или шариков на поверхности пластины. То есть жесткие участки пластины (ролики или шарики) обеспечивают выравнивание листа бумаги при прижатии его к пластине. При перемещении бумаги эти ролики или шарики будут проворачиваться, обеспечивая перемещение бумаги.

Идея выглядит вполне достаточно работоспособной. Единственное, что не нравится – это стоимость изготовления такой пластины: нужны достаточно точные детали...

Если же уменьшать размер конгломератов до уровня молекул, то общая идея насчет измененного поверхностного слоя пластины просматривается (типа магнитной жидкости), но конкретного решения не видно.

4.2 Шаг назад от ИКР:
Лист бумаги не совсем прижимается пластине.

4.3 Смесь ресурсных веществ:
Смесь бумаги и воздуха: что-то пористое? Неясно. Смесь пластины и воздуха: пластина не сплошная, с каким-то хитрым рельефом, который снижает трение? Чтобы это могло быть?

4.4 Ресурсные вещества + пустота:
По идее в задаче пластина и так дырявая. Сделать больше отверстий? А вот смесь воздуха с пустотой – в этом есть некоторая оригинальность. Воздух – это уже почти пустота. Смесь воздуха с пустотой – это что – какие-то вихри? То есть в воздухе должны быть участки с различным разрежением. Вообще-то разрежение (технический вакуум), которым присасывается бумага к пластине, и есть эта пустота внутри воздуха, но наверно это все это нужно структурировать как-то в пространстве и/или во времени. Занятно, нужно подумать в этом направлении. Но идеи пока не видно.

4.5 Производные от ресурсных веществ + пустота:
Неясно.

4.6 Электрическое поле:
Если зарядить поверхность пластины и листа бумаги зарядом одного знака, то они будут отталкиваться, но при этом за счет отсоса воздуха бумага будет притягиваться к пластине. То есть отталкивание уравновешивается притягиванием. Получается хорошо. Бумага будет выравниваться, но не касаться пластины. И поэтому трения не будет и ее можно перемещать без проблем. Идея - приятная, но не слишком практичная, так как работа такой системы сильно зависит от влажности воздуха и бумаги. И хватит ли электростатических сил, чтобы обеспечивать выравнивание листов бумаги. Неплохо бы поэкспериментировать.

4.7 Поле + добавка вещества:
Что должна делать добавка? Что-то вроде магнитных частиц. К примеру, бумага с магнитными частицами. Она может «примагничиваться» к пластине (если ее сделать магнитной), чтобы выпрямить бумагу. А поток воздуха из сопел будет создавать воздушную подушку для легкого перемещения. Такая идея выглядит вполне работоспособной. Но при этом нужно решить проблему как добавлять магнитные частицы в бумагу, а потом, возможно, и избавляться от них...

5. Применение информфонда

5.1 ИКР2 + ресурсы:

5.2 ИКР2 - нестандартные задачи:

5.3 Приемы разрешения ФП:   

 

case_triz_bumaga_1

case_triz_bumaga_2

case_triz_bumaga_3 

5.4 Указатель эффектов:

Указатель физических эффектов позволил найти решение, близкое к решению, найденному в п. 4 раздела 5.3:

Закон Бернулли: Постоянство полного давления в установившемся ламинарном потоке

За счет эффекта Бернулли статическое давление в зазоре между листом бумаги и пластиной снижается и лист бумаги "притягивается" к пластине. При этом он не "прилипает" к пластине, так как между листом бумаги и пластиной существует воздушная подушка из струи воздуха, и лист бумаги перемещается в горизонтальном направлении без всяких проблем.
Эффект Бернулли фактически идеально разрешает сформулированное физическое противоречие:
1. давление между пластиной и листом бумаги должно быть низким - статическое давление в струе воздуха снижается;
2. это же давление должно быть "нормальным" - статическое + динамическое давление получается "нормальным".
Именно это решение было принято и одобрено заказчиком. Оно было внедрено в разработанную конструкцию.
Большую роль сыграло следующее:
3.решение сразу выглядело абсолютно работоспособным;
4. его экспериментальная проверка и внедрение в готовую конструкцию заняла 1 день (переделка пластины и замена направления движения потока воздуха).

Остальные решения, полученные в ходе анализа (колебания давления воздуха, ролики или шарики на поверхности пластины, ворсинки на поверхности пластины, отсос и всасывание), остались в "копилке" задач-аналогов...

Для кого:  Инженер,Маркетолог

Тип решаемой задачи:  Техника,Бизнес

Приобретаемые навыки:  поиск задач,решение задачи

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



Добавить комментарий:

Комментарии:

    Для кого:  Инженер,Маркетолог

    Тип решаемой задачи:  Техника,Бизнес

    Приобретаемые навыки:  поиск задач,решение задачи

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



    Добавить комментарий:

    Комментарии: