Разговор с траблшутером

Пример из личной практики консультирования № 27: в сто раз легче, в сто раз быстрее

Повысить на 10 % производительность устройства для создания ворсового покрытия – такую тему курсовой работы я получил, когда был студентом четвертого курса Ленинградского механического института.

Общий вид устройства показан на рис. 3.1. Принцип действия у него следующий (рис. 3.2). Устройство установлено на токарном станке. Станок вращает стол (1), на котором находятся от 6 до 12 катушек (2) с полимерной нитью (3). В центре стола – отверстие. Сквозь это отверстие со шпульки (4), закрепленной на кронштейне (5), сматывается на оправку (6) транспортерная нить (7). Она образует зигзаг – нитевой транспортер, на который и наматываются нити с катушек. А так как транспортерная нить движется, получается плоская «пружинка» из полимерных нитей. Эта пружинка и приклеивается на клейкую основу тканевого материала на оправке. Оправка тоже медленно вращается, постепенно сматывая на себя транспортерную нить вместе с пружинкой. Ворсовое покрытие – пушистый ковер из пружинок – готово.

А в чем проблема? Повысить скорость вращения стола? Нет, не получается – массы переменные, система очень тяжелая – балансировке не поддается. Повышаем скорость вращения – станок начинает сильно вибрировать. От этого разбивается само устройство, ворс получается бракованный, рвутся полимерные нити. Получается, что при своих больших габаритах и массе устройство очень нежное.

Есть другой путь – уменьшение размеров, а значит, и массы самих катушек. Но это снизит производительность – катушки придется чаще менять, останавливая станок. К тому же, как оказалось, катушки с полимерными нитями поставлялись только одного размера.

Как раз в это время я только что познакомился с Теорией решения изобретательских задач по книге Г. С. Альтшуллера «Найти идею». C помощью самых простых инструментов ТРИЗ я быстро придумал, как повысить производительность станка не на 10 %, а в четыре раза!

Понятно, что надо уменьшить момент инерции стола с катушками, и тогда можно будет увеличить скорость вращения. Для этого нужно приблизить катушки к оси вращения. Но это уже сделали до меня и «выжали» систему до предела – дальше сближать уже некуда. Уперлись в противоречие: приближаясь к оси вращения, катушки начинают мешать друг другу – им становится тесно. Разрешаем противоречие выходом из плоскости в объем – размещаем катушки на столе в несколько уровней (рис. 3.3), они станут в два раза ближе к оси вращения.

Не уменьшая общей массы катушек, мы в четыре раза уменьшаем момент инерции. А значит, во столько же раз увеличиваем скорость вращения.

Но эту мысль я сразу отбросил – меня манило идеальное решение. Я сформулировал его таким образом: мы не вращаем тяжелые катушки с нитями – пусть они стоят на полу, а вращаются только нити. Вот идеал – момент инерции, который равен нулю. Представляете, как изменится наш станок, когда будем вращать лишь пучок почти невесомых нитей?!

Очень красивая идея, но реализовать ее невозможно. Наверное, поэтому и крутились катушки много лет без существенных изменений.

Попробуйте провести мысленный эксперимент. Оставьте катушки на полу, а нити пропустите через дополнительные отверстия в столе (рис. 3.4). Вы увидите, что нити с катушек наматываются на нитевой транспортер не только снизу, но и сверху стола (рис. 3.5). Устройство остановится через пару оборотов.

Я продолжал думать, пытаясь избежать одного из двух наматываний. Нижнее наматывание можно устранить, если нить, идущая от катушек, будет каким-то чудесным образом целиком огибать оправку (вместе с двигателем и т. п.) и… прорезать место соединения двигателя с полом (получается, что двигатель должен висеть в воздухе). Верхнее наматывание можно устранить, если нить от катушек будет огибать шпульку и… прорезать кронштейн, который крепится к станку и держит эту самую шпульку (то есть шпулька должна висеть в воздухе). Все – приехали. Как быть с этими самыми «прорезать», «висеть в воздухе»?

Я увидел идеал, но возможно ли его существование в реальности? Может, это лишь фантастика и в природе нет такого решения, а я просто зря плавлю свои мозги и трачу время? Биться или не биться? Вот в чем вопрос. И никто не подскажет – ведь это не учебная задача. Но уж больно высоки дивиденды в случае идеального решения. У меня был стимул, и я стоял насмерть. Мне повезло: самая трудная изобретательская задача в моей жизни оказалась и самой первой – это нужно, чтобы закрепить фактор смелости в процессе решения задач. Это я понял, когда начал вести семинары по ТРИЗ для бизнесменов и руководителей.

Я сформулировал главное противоречие задачи: кронштейн должен быть, чтобы держать шпульку, и кронштейна не должно быть, чтобы пропускать нить.

Ответ возник, когда я начал мысленно рассекать кронштейн нитью поперек. Стоп! А почему поперек? Я чуть наклонил нить, еще наклонил – и уже не поперек кронштейна, а параллельно ему. Есть решение – труба. Нить всегда может проходить сквозь кронштейн, если этот кронштейн сделан в виде трубы, а нить проходит внутри трубы (рис. 3.6).

Самое трудное позади. Осталось решить конструкторские задачи, создать новое устройство (рис. 3.7). Кронштейн «слился» со столом, который тоже превратился в трубу. Этот стол-кронштейн размером со спичечный коробок в свою очередь держит шпульку с нитевым транспортером. Нитевой транспортер, закрепленный на вращающемся столе, сам вращаться не должен, поэтому его попеременно в противофазе фиксируют два подвижных фиксатора.

Итог

• Производительность увеличилась в сто раз (если раньше скорость вращения стола была 15 об./мин, то теперь – до 1500 об./мин).

• Габариты и масса устройства уменьшились в десятки раз, следовательно, «токарный» станок стал уже не нужен. Вращать стол-кронштейн с легкими нитями сможет небольшой электромотор.