История и задача
Во время второй мировой войны (1939 — 1945 год), при минировании подходов к порту, специалистам по минному делу пришлось решать следующую задачу.
Для того, чтобы вражеские суда не вошли в порт, вход в порт обычно минировали. При этом для выхода в открытое море своих кораблей использовали карту с нанесенными на нее минными заграждениями.
Чтобы установить мину правильно — к ней прикрепляют груз, используя стальной трос, и сбрасывают в море (мина способна плавать как поплавок). Однако ветер и морские течения могут снести мину от места установки. Поэтому так важно использование груза, который удерживает мину под водой (чтобы вражеский корабль не заметил опасность) и удерживает в точно заданном месте (чтобы не подорвать собственные корабли).
Рис. 1 Выделена зона, в которой устанавливают мины
Корабли противника, зная об этом, используют специальный корабль его название «минный тральщик» (minesweeper). Этот корабль использует специальное устройство трал (trawl) — стальной трос (канат) с помощью которого находят и обезвреживают мины.
Рис. 2 Работа минного тральщика (minesweeper)
Итак, перед специалистами по минному делу встала проблема, как сделать так чтобы «минный тральщик» (minesweeper) противника прошел, а мина осталась на том месте, где она должна быть?
Мы выделим только эту задачу, На самом деле борьба с минами противника имеет гораздо большее количество различных направлений решения этой проблемы. В конце статьи приводится дополнительная информация по этому вопросу.
Здесь же мне больше интересен разбор конкретной проблемы по АРИЗ. Итак, переходим к задаче и разбору ее решения.
Попробуем и мы сформулировать задачу в «нейтральном виде», используя алгоритм решения изобретательских задач.
АРИЗ нам рекомендует, что для решения задачи нужно уходить от специальных терминов. Поэтому давайте запишем условие задачи без специальных терминов:
Есть жестко закрепленный трос А. К нему прикреплен поплавок и есть еще один трос В, который движется в плоскости перпендикулярной тросу А. На поплавок действует сила Архимеда и она натягивает трос.
Давайте еще упростим нашу задачу, избавившись от последнего термина — «поплавок», заменив его на «груз». Но усилие, действующее на трос, должно остаться. А «силу Архимеда» заменим на «силу тяжести», которая будет натягивать наш трос.
Приступим к разбору решения получившейся задачи.
Разбор «Задачи о двух тросах» по АРИЗ
Стальной трос А, неподвижно прикреплен к крюку, поддерживает груз (см. Рис. 1). В плоскости перпендикулярной тросу А, движется прочный трос Б. Как сделать так чтобы трос Б, продолжая движение, не разорвал трос А и не повредился бы сам.
Часть 1. Анализ задачи
Шаг 1.1. Формулируем техническое противоречие (ТП)
ТП 1. Если у нас будет прочный трос, он хорошо удержит груз, но не пропустит трос В.
ТП 2. Если у нас непрочный трос А, он плохо удержит груз, но пропустит трос Б.
Шаг 1.2. Давайте проанализируем ситуацию и определим, что у нас является изделием, и что мы обрабатываем. Инструмент обычно обрабатывает изделие.
Как работает трос Б: ему необходимо пройти через трос А, (потому что трос Б — трос противника, и мы поставили задачу трос Б должен пройти через трос А)
Как работает трос А: трос А должен удерживать груз и должен пропускать трос Б.
Хорошо получается что трос А должен действовать на два объекта,
первое действие — удерживать груз
второе действие — пропускать трос Б.
Мы видим, что трос А взаимодействует с грузом и это самое важное взаимодействие. Он удерживает груз, но ему мешает это сделать трос Б. Получается, что трос А должен еще и взаимодействовать с тросом Б, пропускать его через себя.
Итак, мы выяснили, что трос А взаимодействует с двумя объектами: грузом и тросом Б. Как результат этого взаимодействия мы получаем, что трос А в одном случае сохраняет местоположение груза, а в другом изменяет местоположение троса Б.
Получается что трос А обрабатывает груз и трос Б.
Если трос А обрабатывает груз и трос Б, то значит:
трос А — инструмент.
трос Б и груз — изделие.
Шаг 1.3.
Шаг 1.4. Выбираем ТП 1, потому что оно соответствует главному производственному процессу. Главная функция — удержать груз.
Шаг 1.5. Трос А очень прочный и хорошо удерживает груз всегда.
Шаг 1.6. Х-элемент не создает помех при прохождении троса Б и при этом сохраняет свойство троса А — хорошо удерживать Груз.
Шаг 1.7. Посмотреть возможность применения системы стандартов. Но мы продолжим анализ по АРИЗ.
Часть 2. Анализ модели задачи
Шаг 2.1. Оперативная зона (ОЗ) — это место где пересекается трос А и трос Б.
Шаг 2.2. Оперативное время (ОВ) — время, когда пересекаются трос А и трос Б.
Шаг 2.3. Внутрисистемные ресурсы:
Трос А, материал троса А, форма троса А.
Трос Б, материал троса В, форма троса Б.
Внешнесистемные ресурсы: Сила гравитации, архимедова сила, морская вода.
Часть 3. Определение ИКР (идеальный конечный результат) и ФП (физическое противоречие)
Шаг 3.1. Х-элемент не усложняя систему, не создает помех при прохождении троса Б и при этом сохраняет свойство троса А — хорошо удерживать груз.
Шаг 3.2. Х-элемент не усложняя систему (трос А, материал троса А, форма троса А), не создает помех при прохождении троса Б и при этом сохраняет свойство троса А — хорошо удерживать груз.
Шаг 3.3. Трос А — в ОЗ в ОВ не должен создавать помех при прохождении троса Б (быть разорванным) и при этом должен сохранить свойство троса А (быть не разорванным) — для того чтобы хорошо удерживать груз.
Шаг 3.4. Частицы троса А — в ОЗ в ОВ не должны создавать помех при прохождении троса Б (быть разорванными) и при этом должны сохранять свойство троса А (быть не разорванными) — для того чтобы хорошо удерживать Груз.
Шаг 3.5. Частицы троса А — в ОЗ в ОВ должны сами пропускать троса Б при его движении , а после того как трос Б пройдет должны сами соединится — для того чтобы хорошо удерживать груз.
Шаг 3.6. Проверить возможность применить систему стандартов.
Часть 4. Мобилизация и применение ВПР (вещественно-полевых ресурсов)
Шаг 4.1. ММЧ (метод маленьких человечков) Построим модель задачи, используя «маленьких человечков». Если в модели использовать только один ряд человечков, он почти не отличается от обычной линии. Построить решение в такой модели очень трудно.
Поэтому АРИЗ рекомендует использовать много маленьких человечков, и мы переходим к модели из большого количества человечков.
Такая схема очень напоминает работу шлюза (floodgate) для прохода кораблей, трос В это корабль а трос А это шлюз.
Первая пара человечков разъединяет руки, чтобы трос прошел, в этот момент трос удерживают две другие пары. Потом первая пара соединяют руки, а разъединяет вторая, трос посредине. И опять трос удерживает две пары человечков. Потом вторая пара соединяют руки, а разъединяет третья, трос вышел наружу, трос удерживает две пары человечков.
Такие действия человечков очень похоже на движение зубчатого колеса (gear-wheel). Дальнейший анализ приводит к вполне конкретной реальной конструкции.
Историческая справка и пояснения к задаче о «двух канатах»
Конструкция такая действительно применялась во время второй мировой войны. Называлась она «мальтийский крест». Такая конструкция используется при необходимости сильного противодействия тральщикам противника.
А это больше необходимо при глухих блокадах баз противника, типа той, что была в Финском заливе. Имеет недостатки — сложность постановки мины. Практически не используется при постановке мин с самолетов и подводных лодок. Обычно только с надводного корабля. Конструкция не очень совершенна, так как большого количества на минрепе1 такого рода устройств не разместишь. Это обычно не предусмотрено стандартной конструкцией мины (катушкой минрепа) и больше относится к разряду «самодеятельности». Так как угадать на какой глубине пойдет трал точно нельзя, то механизм работы этой конструкции несколько отличается от идеального. Сначала происходит контакт минрепа с тралом, затем «пересучивание»2 минрепа по тралу до места расположения «мальтийского креста», и только потом уже работа этого механизма согласно описанию. Обычно на трале всяческие резаки, шарошки, взрывпатроны, расположены достаточно кучно, да и сам трос трала обычно имеет приличную «перерезающую способность» из-за очень приличного натяжения (до нескольких тон), то очень велика вероятность, что минреп перерубят раньше, чем сработает механизм «пропускания». Плюс условия его срабатывания, точнее конфигурация минрепа и трала при большом пересучивании будет несколько иными. Вобщем, имеет смысл применять на цепных минрепах. И в комбинации со всеми другими средствами защиты.
Есть и дальнейшее развитие этой конструкции. Прямо противоположное исходной задаче. Зубчатый механизм выполняет не пропуск трала, а наоборот разрывает минреп, и разрезает трал тоже, но хвостик минрепа с болтающейся на конце миной, прицепляет к тому куску трала, который идет к тральщику. Расчет на то, что когда на тральщике будут выбирать трал их будет ждать маленький сюрприз. У противника количество тральщиков не бесконечно. И чтобы мины было труднее тралить — проще уменьшить количество тральщиков, чем защищать каждую мину в отдельности.
Но вообще, в борьбе мины с тралом перевес явно на стороне мины. При разминировании Финского залива, по-моему статистика была такова на каждую затраленную мину приходилось 1.5 (полтора) трала и 0.3 (три десятых) тральщика. :( С тех пор ситуация еще более ухудшилась. Сейчас реально условно-гарантированное разминирование обеспечивается шнуровым зарядом, которым пробивают фарватер. Условно, потому что больше чем на полчаса рассчитывать не приходится — есть мины самостоятельно перемещающиеся с использованием приливно-отливных течений. И есть мины которым совсем не обязательно быть под кораблем — типа американского «кептора» — самонаводящаяся торпеда в контейнере, с радиусом поражения больше мили и глубиной установки порядка километра.
Ремарка.
Кстати одна из причин, почему никак не хотят «отдавать» Курилы Японии вероятно в том, что между теми разнесчастными островами, есть такая версия, находится единственный глубоководный выход Тихоокеанского Флота в океан. В этом месте очень большая глубина, такая что так называемые «кэпторы» невозможно установить. И заблокировать флот в Японском море одними минами не представляется возможным.
Примечания
1 «Минреп» — первый в мире русский противоминный корабль специальной постройки. Еще так называют канат, на котором крепится мина. http://www.korabel.ru
2 «Пересучивание» — процесс сложного перемещение одного каната по другому с кручением и скольжением.
Для кого: Инженер
Тип решаемой задачи: Физика,Техника
Приобретаемые навыки: решение задачи
Для кого: Инженер
Тип решаемой задачи: Физика,Техника
Приобретаемые навыки: решение задачи
А не проще сделать корпус мины каплеобразным с сужением к месту крепления, тогда тралу будет проще "обтекать мину" не цепляя ее. Или как вариант снабжать стандартные мины таким каплеобразным обтекателем.
Подписка на рассылку
А не проще сделать корпус мины каплеобразным с сужением к месту крепления, тогда тралу будет проще "обтекать мину" не цепляя ее. Или как вариант снабжать стандартные мины таким каплеобразным обтекателем.