Часы с дополнительными функциями»
Самара 2011
Реферат
В данной работе рассматриваются изобретения, относится к занимательным электронным приборам, выполненным на базе электронных наручных часов с водонепроницаемым корпусом, будильником, позволяющим измерять частоту пульса.
Цель работы - провести улучшение наручных часов.
Введение
В современном мире людей окружает огромное количество различных технических изделий. Трудно сегодня представить жизнь человека без всех этих машин, устройств и сооружений. Все они результат инженерного труда, труда умственного, творческого и созидательного.
Ещё в древние времена появились люди, которые создавали нечто новое, изобретали и конструировали. Позднее их назвали инженерами. В переводе с латинского слова «ingenium» означает «остроумное изобретение». Величайшими творениями инженеров прошлого, такими как египетские пирамиды и храмы, сооружения римской империи, Великая китайская стена и другими до сих пор восхищаются люди. Всё, что было создано в древнейшие времена, основывалось на практических знаниях, опыте и изобретательности. С развитием науки, на новую ступень вышло и инженерное дело, которое воплощало научные знания в различные изделия. Возрастающий объём знаний предопределил специализацию инженерного дела: появились инженеры - металлурги, механики, конструкторы и т.д. Усложнились задачи, многократно возрастало их число, но основной метод решения задач не изменялся. Перебор различных (возможных и невозможных, осуществимых и неосуществимых) вариантов, так называемый метод проб и ошибок, был основой инженерной деятельности.
век принёс человеку громадный прорыв в науке, технике и технологиях. Более 90% окружающих нас сегодня вещей были неизвестны 100 лет назад. Сейчас количество образцов новой техники удваивается каждые 15 лет, их сложность - каждые 10 лет. Подобный рост объёмов творческого труда инженеров потребовал новых методов решения технических задач, и эти методы получают всё большее распространение. Главная их задача - интенсифицировать инженерное творчество, сократить путь между началом и окончанием решения задачи.
Человека отличает способность сознательно принимать решения. И какую бы задачу он не решил: простую, повседневную или труднейшую научную. В процессе решения ему необходимо пройти четыре основных этапа:
) постановка задачи;
) поиск вариантов решения;
) анализ вариантов решения;
) оценка вариантов и выбор решения.
1. Описание выбранного объекта техники
1.1 Устройство и принцип работы кварцевых часов
Электричество, все сильнее вторгавшееся во все области жизни человека, не могло обойти часовое дело. С появлением кварцевых технологий высокоточные часы стали доступны каждому жителю Земли, а качество часов стало зависеть не столько от мастерства и опыта людей, сколько от точности работы автоматических линий. Сегодня абсолютное большинство выпускаемых в мире часов относятся именно к кварцевым. Как они устроены, как работают и почему все больше людей отдают предпочтение именно кварцевым часам?
Очень высокую стабильность частоты вырабатываемых импульсов, а значит, и высокую точность хода, обеспечивает кристалл кварца, из-за которого часы и получили свое название.
Батарейка, питающая электронный блок и двигатель, рассчитана на несколько лет работы и избавляет от необходимости заводить часы в течение всего этого срока. Получается уникальное сочетание высокой точности и удобства в использовании.
Иногда вместо циферблата со стрелками используется цифровой дисплей. Такие часы у нас принято называть электронными, но во всем мире их называют кварцевыми часами с цифровой индикацией. Это название подчеркивает, что, во-первых, основой часов является кварцевый генератор, а во-вторых, информация о времени в них отображается в виде цифр.
По сути, кварцевые часы являются мини-компьютером. Запрограммировав соответствующим образом микросхему, их легко превратить в многофункциональное устройство: хронограф, секундомер, добавить к ним будильник и т.д. Причем, в отличие от механических часов, их стоимость при этом возрастает не так сильно.
Кристалл кварца обладает уникальными свойствами: при сжатии он порождает электрический импульс, а при воздействии электрического тока кварц сжимается. Таким образом, кристалл можно заставить сжиматься-разжиматься, т.е. колебаться, под воздействием электрического тока. Подбором размеров кристалла добиваются частоты резонанса 32768 герц.
Электронный блок кварцевых часов состоит из двух частей. Одна часть, генератор, вырабатывает электрические колебания, которые стабилизируются кварцевым кристаллом на его резонансной частоте. Таким образом, мы имеем генератор электрических колебаний, причем частота этих колебаний очень стабильна. Остается эти равномерные колебания превратить в равномерное же движение стрелок.
Генератор вырабатывает 32768 электрических колебаний в секунду. Это примерно в 10000 раз больше, чем число колебаний баланса в обыкновенных часах. Ни одно механическое устройство не может работать с такой скоростью. Поэтому другая часть электронной схемы, называемая делителем, преобразует эти колебания в импульсы частотой 1 герц. Эти импульсы подаются на обмотку шагового электродвигателя.
Двигатель состоит из статора, неподвижно закрепленной на нем катушки с обмоткой и ротора - постоянного магнита, насаженного на ось. При прохождении через катушку электрического импульса возникает магнитное поле, которое поворачивает ротор на пол-оборота. Ротор через систему шестерен вращает стрелки.
Колесный механизм у кварцевых часов имеет тот же ресурс, что и у механических. Очень долго прослужит и шаговый двигатель. Сегодня можно встретить работоспособные радиоприемники 20-х годов, т.е. ресурс электронных компонентов также велик и до конца еще не изучен. И, теоретически, хорошие кварцевые часы по долголетию не должны уступать механическим.
Статистики по «долгожительству» кварцевых часов пока не набрано, ведь они появились всего 30 лет назад. Но многие электронно-балансовые часы, выпущенные лет 40 назад, прекрасно ходят и по сей день.
С другой стороны, 100 лет назад часы передавали по наследству потому, что это была чрезвычайно редкая и дорогая вещь. Те времена давно прошли, сегодня все чаще мы покупаем новую вещь не потому, что старая испортилась, а потому, что она морально устарела. А срок, необходимый для морального устаревания, кварцевые часы выхаживают, доставляя владельцу минимум хлопот.
В нашей стране механические часы пока популярнее кварцевых. Но, по прогнозам зарубежных специалистов, в ближайшие годы ситуация будет резко меняться и через 4-5 лет доля кварцевых часов составит не менее 80% рынка.
2. Методы инженерного творчества
Для поисков вариантов решения задачи используют методы инженерного творчества. Среди этих методов можно выделить следующие эвристические приёмы: метод контрольных вопросов, метод морфологического анализа, методы мозговой атаки, ассоциативные методы, функционально-стоимостной анализ (ФСА), алгоритмы решения изобретательских задач (АРИЗ). Наиболее современными методами являются ФСА и АРИЗ. [2]
2.1 Метод контрольных вопросов
Метод контрольных вопросов заключается в том, что инженер, отвечая на предложенные ему вопрподставаосы, подходит к решению своей задачи или определяет новое направление, в котором лучше искать, расширяя при этом зону поиска. Лежащая в основе метода функция подсказки определяет его эвристическую ценность. Его применение уменьшает случайность поиска и повышает вероятность получения положительных результатов. В целом метод контрольных вопросов может быть использован на начальных стадиях постановки или решения технически несложных задач.
2.2 Морфологический анализ
Этот метод заключается в попытке охватить всё многообразие имеющихся вариантов решения задачи, которые вытекают из закономерностей строения (т.е. морфологии) исследуемой системы. Он предусматривает:
формулировку задачи
составление списка характерных параметров (или признаков) объекта. Параметры должны быть существенны для любого решения, независимыми друг от друга, охватывающими все аспекты решения задачи, достаточно немногочисленными, чтобы обеспечить быстрое изучение.
рассмотрение всех возникающих вариантов решения от комбинирования всех возможных сочетаний параметров. На практике происходит составление двухмерных или многомерных таблиц;
анализ полученных вариантов и выбор наилучшего решения.
Морфологический анализ более эффективен, чем поиск с помощью бессистемных проб, он позволяет выявить очень много вариантов, найти неожиданные, оригинальные решения. Однако отсутствие правил отбора и оценки вариантов приводит к субъективизму и при большом количестве решений этот этап очень затруднителен. Метод целесообразно использовать при решении конструкторских задач, при проектировании, модернизации технических систем, при поиске компоновочных решений.
2.3 Методы мозговой атаки
Методы мозговой атаки представляют собой достаточно эффективные способы решения поставленной задачи, которые целесообразно использовать:
при решении изобретательских и рационализаторских задач в самых различных областях техники;
при самых различных постановках задачи по форме деятельности и глубине проработке;
на различных этапах решения творческой задачи и на различных стадиях разработки и проектирования изделия;
в сочетании с другими эвристическими методами.
Так же с их помощью могут быть решены задачи из области организации производства, сферы обслуживания, бизнеса, экономики, социологии, уголовного розыска, военных операций и т.д., если они просто и ясно сформулированы.
2.4 Ассоциативные методы
В данных методах для генерирования идей используются аналогии и ассоциации (связи, возникающие при определённых условиях между двумя и более психологическими образованиями - ощущениями, двигательными актами, восприятиями, идеями и т.п.). Методы позволяют взглянуть на систему или объект под необычным углом. Возможности данной группы методов ограничены, они эффективны при поиске новых возможностей, новых вариантов несложных технических систем.
2.5 Функционально-стоимостной анализ
В основе метода лежат идеи советского инженера Ю.М. Соболева. В современной редакции ФСА рассматривается как метод системного исследования объекта, направленный на повышение эффективности использования материальных и трудовых ресурсов. Методика ФСА предусматривает последовательное выполнение 7 этапов работы: подготовительного, информационного, аналитического, творческого, исследовательского, рекомендательного и внедренческого.
2.6 Тория решения изобретательских задач (ТРИЗ)
Работы по созданию ТРИЗ были начаты в 40-е годы прошлого века в нашей стране Г.С. Альтшуллером. В их основе лежит анализ большого количества изобретений и исследование обучения методам творчества, которые позволили автору сформулировать принципиально новые подходы.
При создании современных методов творчества необходимо учитывать закономерности развития объектов преобразования - технических систем.
Метод должен строиться на основе науке о развитии - диалектики, в частности важнейшей её части - учения о противоречиях.
Таким образом, можно сказать, что изобретение есть способ разрешения противоречий в технической системе, а методы создания изобретений - это методы выявления и разрешения технических противоречий. Развитие ТРИЗ, осуществимое автором и многими единомышленниками, можно рассматривать как создание системы методов творческого поиска. На основании теории были разработаны различные схемы или алгоритмы решения изобретательских задач.
3 Определение сущности и признаков патентноспособности изобретения
Объектами изобретения могут быть:
устройство (например, машина, прибор, инструмент, механизм, деталь, конструктивный элемент детали и т.д.);
способ (например, способ изготовления изделия, способ получения вещества, способ лечения, способ испытания и т.д.);
вещество сам делай (например, сплав, смесь, раствор, химическое соединение и т.п.);
штаммы микроорганизмов (например, пенициллин);
культуры клеток растений и животных;
применение ранее известного устройства, способа, вещества, штамма по новому назначению (например, клея БФ для заживления ран).
Техническому решению обеспечивается правовая защита в качестве изобретения, если оно является новым, имеет изобретательский уровень и промышленно применимо.
Изобретение является новым, если оно не известно из уровня техники. Уровень техники составляют все сведения, ставшие общедоступными в мире до настоящего времени (даты приоритета изобретения). Эти сведения собираются в рамках патентных исследований, при изучении научных статей, докладов и других источников.
Понятие технического решения означает создание осуществимого, работоспособного и воспроизводимого предложения. Это означает, что объект должен быть представлен в таких вариантах (описание, чертежи), из которых будет ясно, что изобретение осуществимо и работоспособно. Осуществимым и работоспособным признаётся такое решение, которое при его осуществлении и использовании позволяет получить указанный автором результат. Это означает, что любой специалист в данной области техники, имея только описание и графические материалы, может осуществить это решение и использовать его на практике. Воспроизводимым признаётся такое решение, по которому объект не носит единичный характер и при повторении даёт один и тот же технический результат.
Изобретение имеет изобретательский уровень, если оно для специалиста явным образом не следует из уровня техники. Специалист - это лицо, сведущее в конкретной области знаний и практической деятельности. В случае не соответствия изобретения критерию «изобретательский уровень» и если оно является устройством, то оно может быть защищено в качестве полезной модели. Объектом полезной модели являются конструктивные выполнения средств производства и предметов потребления, а также их составных частей. Она должна быть новой и промышленно применимой.
4. Разработка нового технического решения
4.1 Постановка задачи
В основу изобретения читать надо поставлена задача улучшения наручных часов. Для решения данной задачи использовались патенты: №2147374 от 10.04.2000; №2158021 от 20.10.2000; №2098863 от 10.12.1997.
В процессе мозгового штурма были выявлены следующие недостатки часов:
. Слабый пластиковый корпус;
. Хрупкое стекло;
. Влагопроникаемость;
. Плохая пылезащищённость;
. Отсутствие монитора сердечного ритма;
Технические противоречия:
·Обеспечивая защиту часов мы тем самым увеличиваем их вес;
·За счёт использования особых сплавов в корпусе увеличивается стоимость продукта;
·Внедрение монитора сердечного ритма и будильника в механизм часов ведёт к удорожанию конечного продукта;
Устранение недостатков:
·Обычный пластик мы заменяем на алюминиево-магниевый сплав, который хорошо выдерживает внешние нагрузки и температуры;
Стандартное стекло, мы заменяем на более прочное стекло Gorilla Glass;
·От попадания пыли и влаги мы используем резиновые заглушки;
·