Статьиcегодня статей - 278

Использование стандартов ТРИЗ «СС-76» в гипотезе раскрытия секрета (Из практики обучения ТРИЗ в кружке «Юный изобретатель»)

Дата публикации: 19.12.2012

©, Ефремов В.И., г. Заречный (ЗАТО), 2012 г.

 

В 1996 году в г. Никольск Пензенской области из «Музея стекла» был украден знаменитый стакан, изготовленный в 1807 году крепостным помещика Бахметьева, стеклодувом Александром Вершининым. Таких стаканов в мире всего 6 – из «Набора для вина» для царского двора Екатерины II. Тот, который украли один из шести. Все стаканы – уникальны. Секрет изготовления до сих пор не раскрыт.

В кружке «Юный изобретатель» (2-й год обучения ТРИЗ), кроме учебных и тренировочных задач мы решали как производственные, так и исследовательские задачи. По данной ситуации мы попытались выдвинуть гипотезу секрета. В данной статье этой серии мы расскажем о ходе рассуждения юных изобретателей. Перед решением задачи ребята изучили историю создания завода и уникальность этого шедевра стеклодува Вершинина.

 

Историческая справка:

Никольский завод Пензенской области – одно из старейших предприятий в России. Его возвели крепостные крестьяне помещика Бахметьева в 1764 году. По указу Екатерины II повелено было “делать хрустальную и стеклянную посуду самым добротным мастерам…”.

 

Главный мастер «Бахметевского завода», Александр Вершинин, был крепостным. Владелец фабрики Бахметьев пообещал дать ему вольную, если он изготовит такую вещицу. Однако слова не сдержал. Стеклодув так и остался крепостным, но зато его повысили до главного мастера завода. Однако сам государь-император “пожаловать соизволил мастеру Вершинину золотые часы”, “изъявив свое удовольствие, что в России отделка хрусталя доведена до такого совершенства”. Эта награда была за сработанный в 1807 году сервиз на 70 кувертов (персон) для царского стола.

 

Знаменитые «Вершининские стаканы» говорят о Вершинине не только как об оригинальном художнике, но и как изобретателе, чьи секреты до сих пор не разгаданы. “Вершининский стакан” – прозвано в народе главное его творение и уникальное произведение искусства начала XIX века. Так в одном из шедевров стеклодува - изобретателя между стенками стакана запечатлена усадьба Бахметьева с парком и прудом, по парку гуляют гости – кавалеры и дамы, а вдали – фигуры играющих детей. На ветках деревьев сидят птицы, а на пруду плавают гуси, утки. Напротив господского дома виднеются крестьянские избушки (см. рис. 1).

 

Вершининский стакан

 

 

 Рис. 1. Вершининский стакан: слева – лицевая сторона, справа – обратная.

 

В музее, у экспозиции стакана была надпись: Стакан Вершинина с видами усадьбы Бахметевых и надписью внутри: „Ра. Александръ Вершининъ, № 10, 1802 г.“. Высота – 11,8 см, диаметр – 8 см. Местонахождение неизвестно.

 

Много лет особое восхищение и недоумение специалистов вызывало то, как мастер сумел запаять стеклянные стенки и не сжечь, не разрушить хрупкие макеты. В то время стеклодувы работали без газовых горелок, возле раскаленных печей, где изделия нагревались и плавились целиком. Ни при жизни, ни после смерти Вершинина никто не смог воссоздать подобные сосуды. Стоимость одного стакана оценивается в 10 миллионов долларов. За счет продажи стакана можно было бы восстановить ныне «разваленный» завод.

 

В мире их всего оставалось 6 штук. По одному в музеях: Гусь-Хрустального завода, Никольского завода и Гранатовой палате. «Вершининские стаканы» каким-то образом попали и в США (Рис. 2). 

 

Рис. 2. Стаканы в музеях штата Нью-Йорк: два слева – в Корнингском музее стекла, справа – в Метрополитен-музее. 

Стаканы в музеях штата Нью-Йорк

Секрет в том, что у них двойные стенки, в узком пространстве между которыми располагаются маленькие макеты пейзажей, сделанные из пуха, мха, соломы, цветных ниточек и бумаги. Сверху двойные стенки стакана запаяны (именно запаяны, а не соединены механически) золотой обечайкой, как снаружи, так и изнутри.

 

Выдав ребятам небольшую физико - технологическую справку, а именно:

  • температура плавления золота - 1062°С. Стекло варят при 1400--1450°С;
  • стеклодувы работают со стеклянными изделиями, нагревая их до 900°С;
  • температура возгорания пуха, мха, соломы, ниточек и бумаги – до 150°С.

Мы приступили к анализу исходной ситуации так же, как это мы проделывали на ряде учебно-тренировочных задачах. Первый вопрос ребят: «В чём собственно трудность? Где противоречие? Задача поставлена не очень хорошо и не сильно понятно – что надо делать?»

 

«Юные изобретатели, – прозвучал мой ответ, – Вы забыли, что, с позиций ТРИЗ, если глобально ситуация не решается, то надо выделить ряд подзадач, и решив их данная ситуация САМА собой разрешится в целом».

 

Ребята стали выделять из расплывчатой ситуации изобретательские задачи и формулировать противоречия, сделав вывод, что Вершинин, в своем секрете, задействовал два стакана.

 

Задача №1. Как заварить (снаружи и изнутри) золотую обечайку стакана не расплавляя стекло и "содержимое" в нём? Температура плавления золота значительно выше температуры возгорания материалов композиции. 

Задача №2. Как соединить два стакана друг с другом и с «содержимым» на одном из них? Возникают противоречия:

1. Если композиция на внутренней образующей поверхности внешнего стакана, то, соединяя (вставляя) с внутренним стаканом, вся композиция сползает на дно.

2. Если композиция на внешней образующей поверхности внутреннего стакана, то, соединяя (вставляя) стаканы, вся композиция сползает вверх.

Задача №3. Как приклеить композицию к стенке стакана, не оставляя следов?
Слоя приклейки композиции к стакану просто НЕТ! Стакан «прозрачен».

 

- А какой инструментарий ТРИЗ можно использовать для решения этих задач?, прозвучал вопрос ребят.

«Предлагаю использовать «Систему стандартов – 76» (СС-76), – прозвучал мой совет (прим. автора: ребята уже освоили на учебных задачах полезность стандартов в решении ряда задач), – и попытаться найти решения или подходы к раскрытию секрета». 

Пришлось немного подсказать алгоритм поиска решений: «Сформулируйте ТП (прим. Автора: техническое противоречие) и ИКР (прим. Автора: идеальный конечный результат), постройте вепольную модель (прим. Автора: Веполь – это словосочетание «вещество – поле») задачи, найдете подходящий стандарт и перенесите, по аналогии, приведенные в стандарте примеры на нашу гипотезу раскрытия секрета».

 

Ребята хорошо усвоили, что в таких сложных ситуациях вначале решаются задачи низшего ранга (более простые). Поэтому они смело приступили к решению задач. 

Задача №3. Как без следов приклеить композицию к стенке стакана?

Строим вепольную модель задачи: В1 – композиция; В2 – клей: П – механическое поле. Делаем вывод: дан полный веполь, в котором между изделием В1 и инструментом В2 «плохое» взаимодействие.

ТП (техническое противоречие): клей должен быть для фиксации композиции к стенке стакана и клея не должно быть, т.к. клеевого слоя просто НЕТ.

ИКР: Композиция САМА приклеивается к стенке стакана, не оставляя слоя клея (клея нет, а функция склеивания выполняются).

Где найти идеальный клей с учетом тех материалов, известных стеклодувам на период создания шедевра – 1807 год?

 

Ребята обращаются к «СС-76» и находят несколько стандартов, которые возможно приведут к поиску разрешения противоречия и реализации ИКР.

 

1.2.1. Устранение вредной связи введением постороннего вещества:

Если между двумя веществами в веполе возникают сопряженные – полезное и вредное – действия (причем непосредственное соприкосновение веществ сохранять необязательно), задачу решают введением между веществами постороннего третьего вещества, дарового или достаточно дешевого:

 

прим. Автора

(прим. Автора: волнистой стрелкой обозначено взаимодействие, которое по условиям надо устранить.)

 

А.с. (авторское свидетельство) 460148

Способ изготовления изделий без снятия поверхностного слоя материала, например, пластическим деформированием в технологической среде с последующей очисткой (например, ультразвуковой) в моющей жидкости. Отличается тем, что с целью интенсификации процесса очистки на поверхность изделия перед обработкой наносят вещество, удаляющееся в моющей жидкости легче, чем технологическая среда.

 

1.2.2. Устранение вредной связи видоизменением имеющихся веществ.

Если между двумя веществами в веполе возникают сопряженные – полезное и вредное – действия, причем непосредственное соприкосновение веществ сохранять необязательно, а использование посторонних веществ запрещено или нецелесообразно, задачу решают введением между веществами третьего, являющегося их видоизменением.

 

вещество В3

(прим. Автора: вещество В3 может быть введено в систему извне в готовом виде или получено (действием П1 или П2) из имеющихся веществ. В частности, В3 может быть "пустотой", пузырьками, пеной и т. д.).

 

А.с.783154

Способ транспортирования пульпы по трубопроводу, включающий подачу пульпы в трубопровод и перемещение по нему. Отличается тем, что с целью снижения износа трубопровода наружную стенку последнего охлаждают до образования на внутренней его поверхности слоя замороженной пульпы.

 

5.3. Использование фазовых переходов

Противоречивые требования к вводимым веществам и полям могут быть удовлетворены использованием фазовых переходов.

 

5.3.3. Использование явлений, сопутствующих фазовому переходу

Эффективность системы может быть повышена за счет фазового перехода 3,

то есть использования явлений, сопутствующих фазовому переходу. (А.с. 601192. Приспособление для транспортировки мороженых грузов имеет опорные элементы в виде брусков льда (снижение трения за счет таяния).

 

Решение задачи №3. Идеальный клей – вода. 

Гипотеза 1: Раскатать композицию в тонкий слой, смочить водой, нанести композицию на поверхность стакана и …. ЗАМОРОЗИТЬ.

Клей ЕСТЬ и клея НЕТ! ИКР достигнут…

Задача №2. Как вставить стаканы друг в друга, чтобы «приклеенная» композиция не сползала?

Строим вепольную модель: В1 – композиция; В2 – стакан: П – механическое поле. Вывод: дан полный веполь, в котором между изделием В1 и инструментом В2 «плохое» полевое взаимодействие.

ТП: между стаканами должен быть зазор, чтобы композиция не сползала и зазора не должно быть, т.к. он невидим зрителю.

ИКР: стаканы САМИ образуют зазор, предотвращая сползание композиции.

Такое ТП может быть разрешено в пространстве и во времени (до и после конфликта).

Опять ребята приступили к поиску стандартов, учитывая сформированную модель задачи и ИКР.

 

1.2.4. Противодействие вредным связям с помощью поля

Если между двумя веществами в веполе возникают сопряженные – полезное и вредное – действия, причем непосредственное соприкосновение веществ – в отличие от стандартов 1.2.1 и 1.2.2 – должно быть сохранено, задачу решают переходом к двойному веполю, в котором полезное действие остается за полем П1, а нейтрализацию вредного действия (или превращение вредного действия во второе полезное действие) осуществляет П2:

 

Противодействие вредным связям

А.с. 755247. Для опыления цветок обдувают воздухом. Но цветок от ветра закрывается. Предложено раскрывать цветок воздействием электрического заряда.

На этом этапе ребята не смогли найти решения задачи и перешли к поиску другого стандарта.

 

2.1.2. Переход к двойному веполю

Если дан плохо управляемый веполь и нужно повысить его эффективность, причем замена элементов этого веполя недопустима, задача решается постройкой двойного веполя путем введения второго поля, хорошо поддающегося управлению:

 

Переход к двойному веполю

 

Решение Задачи №2.

Гипотеза 2: Один стакан нагревают, другой – охлаждают. По законам физики: от нагревания тела расширяются, от охлаждения – сжимаются. Образуется небольшой зазор, устраняющий сползание композиции (прим. Автора: по математическим расчетам зазор составит – 0,2 мм.)

Главное – соблюсти точность стыковки стаканов. Для этого можно использовать направляющие, в виде расплющенной соломки.

После стыковки двух стаканов стенки стакана с приклеенной композицией нагревают, лед-клей превращается в пар и исчезает.

 

Задача №1. Как заварить золотую обечайку стакана (снаружи и изнутри) не расплавляя стекло и исключая возгорания композиции?

Модель задачи: В1 – золотая обечайка, П – тепловое поле. Вывод: дан неполный веполь, в котором не хватает инструмента В2 .

ТП: тепловое поле должно быть максимальное, чтобы расплавить золото и должно быть минимальное, чтобы не выгорела композиция.

Ребята обратились к системе стандартов и нашли стандарт.

1.1.7. Максимальный режим действия на вещество

Если нужно обеспечить максимальный режим действия на вещество, а это по тем или иным причинам недопустимо, максимальное действие следует сохранить, но направить его на другое вещество, связанное с первым: 

Максимальный режим действия на вещество

 

А.с.120909. При изготовлении предварительно напряженного железобетона нужно растянуть стальные стержни. Для этого их нагревают. От тепла стержни удлиняются, и в таком виде их закрепляют. Однако, если вместо стержней использовать проволоку, ее надо нагревать до 700 C, а допустим нагрев только до 400 С (при большом нагреве проволока теряет свои свойства). Предложено нагревать не расходуемый жаропрочный стержень, который от нагрева удлиняется и в таком виде соединяется с проволокой. Охлаждаясь, стержень укорачивается и растягивает проволоку, оставшуюся холодной.

В нашей ситуации – В1 (золото), Пmax (высокая температура плавления золота), В2 (какое-то вещество, передающее высокую температуру В1). И опять решения не найдено, т.к. ребята забыли сформулировать ИКР. Пришлось напомнить об ошибке в алгоритме поиска решений.

ИКР: неизвестное вещество В2 САМО максимально нагревает золото до температуры плавления, предохраняя композицию от выгорания.

И опять пришлось обращаться к системе стандартов.

 

1.1.8. Избирательно-максимальный режим

Если нужен избирательно-максимальный режим (максимальный в определенных зонах при сохранении минимального в других), поле должно быть максимальным.

1.1.8.1. Избирательно-максимальный режим: поле максимальное

В первом случае в места, где необходимо минимальное воздействие, вводят защитное вещество.

1.1.8.2. Избирательно-максимальный режим: поле минимальное

Во втором – в места, где необходимо максимальное воздействие, вводят вещество, дающее локальное поле, например, термитные составы – для теплового воздействия, взрывные составы – для механического воздействия (1.1.8.2).

Пример. А.с.264619. Для запайки ампулы с лекарством горелку включают на максимальный режим, а избыток пламени отсекают, погружая корпус ампулы в воду (так, что высовывается только верхушка ампулы).

Пример. А.с.743810. В зазор между свариваемыми деталями закладывают экзотермическую смесь, выделяющую при сварке локальное тепло.

Найденные стандарты сразу подстегнули ребят к выдвижению идей. Обсудив все идей, пришли к следующему решению.

 

Решение Задачи №1.

Гипотеза 3: использовать в месте сварки золота со стеклом термическую обмазку, дающую высокую температуру плавления золота, а сам стакан вморозить в лёд для исключения выгорания композиции.

Какой термический материал использовать? Что на период 1807 года было известно? Вспомнили исторические факты.

При императорском дворе часто устраивались фейерверки с использованием фосфора. При возгорании фосфор дает высокую температуру – 900...1200°С.

Гипотеза 4: для сварки золотой обечайки со стеклом использовать фосфорную локальную обмазку.

 

Что дают подобные исследования?

Ребята не боятся встречи со сложными ситуациями, у них появляется уверенность в выработке новых и неизвестных решений. Кроме этого, ребята вовлекаются в исторический экскурс проблемы,  в творческий процесс поиска неизведанного.

 

Справка о «внедрении»: С выработанными гипотезами изготовления Вершининского стакана автором статьи были проведены консультации с к.ф.н. и  к.х.м., которые подтвердили вероятность такого подхода в изготовлении. 

 

Используемые ресурсы.

ТРИЗ – «Система стандартов – 76»: http://www.altshuller.ru/triz/standards.asp

 

Анонс следующего материала. Как придумать фокус, используя знания школьных предметов – физики, геометрии и химии? В следующей статье этой серии мы расскажем о новых находках юных изобретателей.

 

Стихотворение: http://www.penza-online.ru/konkurs-penza.38.htm

Великим русским стеклоделам России посвящается.

Не снижая значенья традиций,
Говорю откровенно, как есть:
Стеклоделом ведь надо родиться,
Это очень высокая честь.
Мастера, чудодеи стекла,
В труд вникают душой и умом.
Как хороших поэтов, их мало
В человеческом море большом.
Но кого же назвать, если спросят?
Кто в легендах прописан давно?
Есть Вершинин, Калагин, Чернов,
Вертузаев, Курцаев, Панков,
Ковалёв, Паниканов, Ледяев,

Блошкин, Бровкин, Новиков.

Мы, конечно, других не забыли,
Не кривя понапрасну душой.
Три – четыре десятка фамилий –
Не ахти, какой выбор большой.
Эти люди в руках своих держат
Драгоценную творчества нить.
Их не надо ни холить, ни нежить,
Мастеров надо просто ценить.
Чудеса им подвластны на свете.
Их стараньями сказка жива.
Ведь они, а не кто – то в ответе
За судьбу и расцвет хрусталя.

 

 

Добавить в блокнот

(Голосов: 0, Рейтинг: 0)


Добавить комментарий:

Комментарии: