ARIZ - управление инновациями в компании

Пример 2. Забивание сваи

Исходная проблемная ситуация

Иногда при постройке дома или моста в грунт для создания будущего фундамента во многих местах предварительно забивают многометровые бетонные столбы (сваи). Проблема заключается в том, что верхняя часть почти всех свай, по которой ударяет молот, часто разрушается. Из-за этого многие сваи не удается забить на нужную глубину. Тогда эти сваи отпиливают, а рядом забивают дополнительные, что снижает производительность работ и снижает их стоимость.

Можно ли предложить новую «неразрушающую» технологию забивания свай?

Рассмотрим эту проблему более подробно в соответствии с АРИЗ – Алгоритмом Решения Изобретательских Задач.

Шаг первый - Диагностика. При выполнении полезной функции (забивание сваи) молот как «инструмент» или, в более общем виде, «индуктор», одновременно оказывает на сваю как «изделие» или, в более общем виде, «рецептор», вредное воздействие (разрушает сваю), то есть воспроизводит нежелательную негативную функцию.

Можно указать главную полезную функцию: быстрое забивание неповрежденной сваи на нужную глубину.

Приведем несколько стратегий, определяющих направление поиска решений, например:

  1. делать всю сваю более прочной и удароустойчивой;
  2. воздействовать предварительно на грунт, облегчая продвижение сваи на нужную глубину;
  3. создать технологию забивания поврежденных свай;
  4. изменить устройство молота, чтобы он меньше повреждал сваю;
  5. защитить верхнюю часть сваи от разрушения.

Анализ стратегий определяется многими факторами и в полном объеме выходит за рамки классической ТРИЗ. Упрощая изложение, примем, что три первые стратегии ведут к чрезмерному повышению стоимости изделий и технологий. Две последние стратегии выглядят лучше, так как можно надеяться, что будут достаточными минимальные изменения, а поэтому на них и сосредоточимся. При этом можно даже объединить эти стратегии в более общей формулировке: обеспечить неразрушение верхней части сваи при забивании.

Шаг второй - Редукция. В ТРИЗ отработаны несколько подходов к формированию «идеального конечного результата», которое во многом определяет стратегию решения задач и влияет на скорость нахождения решения и на его качество. Однако сейчас для упрощения потребуем, чтобы свая или молот не стали дороже, чтобы они были использованы, если нужно, только «ничего не стоящие» материалы (ресурсы).

Далее определим то место в свае (рецепторе), которое испытывает на себе самое большое по силе негативное воздействие молота (индуктора): голова сваи, то есть верхний торец сваи, и особенно, поверхность, ограничивающая сваю сверху, по которой и ударяет молот. Таким образом, «оперативную зону», где сосредоточен конфликт, то есть одновременно существуют позитивная и негативная функция, определим в первом приближении как совокупность индуктора и рецептора  и их элементов – соударяющихся поверхностей.

Рассмотрим главные силы и параметры, действующие и определяемые в оперативной зоне. Например, чем больше вес и сила удара молота, тем быстрее забивается свая, но тем больше проявление внутренних вредных факторов, ведущих к ее повреждению, ниже ее надежность. Если сваю забивать медленно, то можно уменьшить требующиеся для этого вес и силу удара молота, можно уменьшить прочность и надежность сваи. На основе подобных физических соображений уже можно построить несколько моделей противоречий. Приведем только два «симметричных» варианта, направленных на реализацию главной полезной функции:

 

Вариант 1

Увеличить силу удара

Скорость забивания сваи увеличивается

Проявление вредных факторов увеличивается

 

Вариант 2

Увеличить скорость забивания

Сила удара должна быть увеличена

Проявление вредных факторов увеличивается

Шаг третий - Трансформация. Обращение к матрице разрешения технических противоречий (Матрице для выбора специализированных навигаторов) по Варианту 1 дает следующий набор приемов, рекомендуемых для применения в первую очередь:

Что улучшается? – Строка 22: Скорость.

Что ухудшается? – Столбец 14: Вредные факторы самого объекта.

Рекомендуются для применения приемы (приводятся сокращенные названия):

05. Вынесение – отделить от объекта мешающую часть или выделить только нужное свойство;

18. Посредник – использовать промежуточный объект, передающий или переносящий действие, на время присоединить к объекту другой (легкоудаляемый) объект;

01. Изменение агрегатного состояния – использовать переходы состояний вещества, или изменение гибкости, концентрации и т.п.;

33. Проскок – вести процесс на большой скорости.

Обращение к Матрице для выбора специализированных навигаторов по Варианту 2 дает несколько иной набор приемов:

Что улучшается? – Строка 30: Сила.

Что ухудшается? – Столбец 14: Вредные факторы самого объекта.

Рекомендуются для применения приемы (приводятся сокращенные названия):

11. Наоборот – отделить от объекта мешающую часть или выделить только нужное свойство.

12. Местное качество – разные части объекта должны иметь разные функции, или – каждая часть объекта должна находиться в условиях, наиболее соответствующих ее работе;

26. фазовый переход – использовать явления, возникающие при фазовых переходах вещества, например, выделение или поглощение тепла;

18. Посредник – использовать промежуточный объект, передающий или переносящий действие, на время присоединить к объекту другой (легкоудаляемый) объект;

Нетрудно видеть, что приемы 05. Вынесение и 18. Посредник из первого набора вместе с приемами 11. Наоборот, 12. Местное качество и 18. Посредник (повторно!) из второго набора явно указывают на необходимость создания в оперативной зоне дополнительного объекта в виде посредника между молотом и сваей!

Действительно, при небольшом числе свай иногда на голову забиваемой сваи устанавливают деревянную колодку, по которой и бьет молот до разрушения колодки.

Шаг четвертый - Верификация. Колодка разрушается быстро, причем свая повреждается еще до разрушения колодки из-за неравномерного смятия вещества колодки (дерева). Увы, проблема не нашла полного решения! Но, может быть, теперь оно должно быть взято за основу? И нужно рассматривать новую техническую систему, включающую теперь и посредника?

Причем, посредник можно рассматривать как часть сваи, как ее голову, например. Но правильно рассматривать его как часть инструмента. Ведь свая совершенно не меняется – значит, посредник нужно отнести к дополнительной части молота! При этом мы переходим на повторение цикла АРИЗ:

Диагностика+. Обратим внимание на то, что посредник теперь тоже является индуктором, близким к молоту по воздействию на сваю.

Чтобы не повторять предыдущих рассуждений, из первого цикла, требуется изменить стратегию дальнейшего поиска в направлении более глубокого анализа физики процесса.

Можно понять, например, что если материал посредника такой же, как и материал молота, то свая мало выигрывает от этого. Если материал посредника близок к материалу сваи (бетон), то он сам разрушается так же, как свая, и даже быстрее из-за меньшей массы. Далее: скорость разрушения посредника зависит от способа его установки на голове сваи - малейший перекос ускоряет разрушение посредника! Это происходит потому, что удар молота и силовое взаимодействие основания посредника с поверхностью головы сваи происходят не по сплошной поверхности, а по отдельным точкам и линиям, на которых и концентрируется энергия удара, приводящая к многочисленным разломам. А как удержать посредника после удара, чтобы он плотно стоял на голове сваи? Это сложная задача. Да и сама поверхность головы сваи далеко не похожа на ровную и полированную крышку рояля.

Редукция+. Строить противоречия наподобие приведенных Варианта 1 и Варианта 2 выглядит малоперспективным, так как похожие модели ведут к простому повторению предыдущего цикла и ориентируют на тот же результат.

Сформулируем версии идеального конечного результата:

  1. посредник равномерно распределяет энергию удара по всей поверхности головы сваи (улучшение режима!);
  2. посредник разрушается и … сам мгновенно восстанавливается после каждого удара! Идеал!

Теперь противоречие приобретает предельно острую форму:

 

Вариант 3

Посредник

Должен быть, чтобы передавать энергию удара на поверхность головы сваи

Не должен быть, чтобы … не разрушаться

Запишем формулировку идеального результата в строгом соответствии с ТРИЗ-рекомендациями:

оперативная зона сама восстанавливает посредника! 

Трансформация+. Представим себе, что посредник состоит (а так оно во многом и есть!) из огромного числа маленьких частиц, похожих на … маленьких человечков, настолько маленьких, что мы видим только подобие фигурок. Но они, эти маленькие фигурки, вместе умеют делать всё, что нам нужно! Они могут реализовать любой идеальный результат! При этом они ничего не стоят. Их количество можно легко уменьшать или увеличивать. Они могут моделировать любые энергетические поля , принимать вместе любые формы, быть твердыми или жидкими, иметь или не иметь вес, быть невидимками, издавать звуки и так далее без ограничений. И при этом они остаются всего лишь фигурками, нарисованными нашим воображением. Поэтому эти фигурки не жалко стереть или подвергнуть страшному испытанию, например, такому, как удар по ним свайным молотом!

Пусть во время удара эти фигурки заполняют все неровности в поверхности головы сваи (как и в рабочей поверхности молота), и поэтому энергия удара распределяется по большей площади. Затем, после встряхнувшего их удара, все фигурки снова соединяются в сплошной слой, плотно покрывающий всю голову сваи и … спокойно ждут следующего удара!

Вы уже представили реальный материальный объект, обладающий описанными свойствами?

Посредник может быть сделан из песка!

Песок (всего лишь одно или два ведра) насыпается в стакан, надетый на голову сваи. Стакан длинный, и в нем движется молот. Песок практически ничего не стоит, часто его полно в грунте, в котором вырыт котлован для будущего фундамента. В конце-концов, его не так уж много и надо, поэтому недорого привезти столько, сколько нужно.

Верификация+. Решение эффективно, так как надежно работает, и не требует больших затрат на реализацию.

Принцип решения – дробление объекта до уровня частиц с определенными свойствами – обладает мощным методическим «сверхэффектом»: его можно развивать и переносить на другие объекты с близкими и не слишком похожими противоречиями.

Заказать книгу КОЛЕСО ИННОВАЦИЙ