НЭ1 — нет переключалки для контактов.

СУ — установить поплавок с рычагом.

НЭ2 — ложное включение насоса.

Теперь сформулируем техническое противоречие в его противоположных состояниях:

Если ввести поплавок с рычагом, то контакты будут переключаться, но будет и ложное включение насоса.

Если поплавок не вводить, то ложного включения насоса не будет, но не будет и переключения контактов.

Шаг 2б. Даны отсутствующий поплавок с рычагом и невозможность переключения контактов. Отсутствующий поплавок не создает ложного включения насоса, но и не обеспечивает переключения контактов.

Изобретательская задача:

Не вводя поплавок с рычагом и тем самым сохраняя способность отсутствующего поплавка не создавать ложное включение насоса, обеспечить переключение контактов.

(Фактически анализ ситуации по шагу 1 АРПС не дал ничего нового, только лишний раз подчеркнул задачу. В этом и заключается особенность задач на синтез систем. Но отказываться от его проведения, особенно в начале обучения, не следует: формулирование изобретательской задачи резко сужает зону поиска решения и не позволяет выходить за ее пределы.)

Шаг 3б. Оперативная зона (ОЗ).

По условиям задачи необходимо, чтобы уровень краски в ванне не падал ниже минимального и не поднимался выше максимального. Эти уровни и будут определять нам ДВЕ границы оперативной зоны — ее минимальный (ОЗ-1) и максимальный (ОЗ-2) уровни. В этом случае задачи на ИЗМЕРЕНИЕ уровня можно, в соответствии с рекомендациями ТРИЗ, перевести в две задачи — на ОБНАРУЖЕНИЕ каждого предельного уровня.

Шаг 4б. Оперативное время (ОВ).

Конфликт возникнет, если в любое время уровень краски упадет ниже минимального или поднимется выше максимального уровней. Таким образом, цель синтезируемой системы — до начала работы (время Т2) и во время Т3 выполнения основной функции не допустить возникновения Т1:

Т = Т2 + T3.

Физические противоречия и ИКР сформулируем для каждой границы оперативной зоны. При этом необходимо принять во внимание, что в задачах на синтез систем исходная система отсутствует. Поэтому привычное для задач на модификацию системы требование к объекту — находиться в противоположных физических состояниях — здесь не возникает и обычно сводится к условному противоречию — между необходимостью выполнять основную функцию и отсутствием конкретного механизма, способного реализовать такое выполнение. При этом происходит детализация условий и выявление тех параметров, различие в которых должно обеспечить наилучшее выполнение основной функции.

Для данной задачи различие в формулировках связано только с уровнями краски и командами на переключение контактов, поэтому запишем их совместно:

Шаг 5б. Нижний (верхний) уровень краски должен воздействовать на контакты, чтобы обеспечить включение (выключение) насоса, и не может на них воздействовать, так как не соприкасается с ними (или — так как между ними нет непосредственной связи).

Шаг 6б. В момент появления краски на нижнем (верхнем) уровне в нем должны находиться частицы вещества, воздействующие на контакты, и эти частицы должны исчезать при уходе краски с этого уровня.

Шаг 7б. Краска должна сама обеспечивать появление частиц на верхнем и нижнем уровнях и их исчезновение на всех промежуточных уровнях.

Какими же наиболее характерными элементами, которые можно использовать для воздействия на контакты, обладает краска? Их как минимум три:

физико-химические свойства краски (и их отличие от физико-химических свойств воздуха, который вытесняется слоем краски при ее перемещении вверх и заменяет этот слой краски при его перемещении вниз);

поверхность краски;

объем слоя краски между верхним и нижним уровнями и свойства этого объема.

На различии физико-химических свойств двух веществ основаны принципы действия многих датчиков: емкостных, индуктивных, оптических и т.д. Емкостной датчик в самом общем виде представляет собой две пластины конденсатора, между которыми перемещаются эти вещества. Различие в свойствах этих веществ, выполняющих роль изолятора (диэлектрика), вызывает изменение емкости конденсатора в определенных пределах. Настроив датчик на минимальный и максимальный уровни этого изменения — так называемый пороговый режим, можно получить команды для управления исполнительными механизмами, в данном случае — на включение и выключение насоса.

Индуктивный датчик представляет собой катушку индуктивности, внутри которой перемещается сердечник. Изменение положения сердечника, который плавает на поверхности краски, относительно катушки вызовет изменение магнитного поля и соответственно сопротивления катушки. Различие в величинах сопротивления катушки также может быть использовано как управляющие команды.

Оптические датчики чаще всего используют различие в прозрачности — способности веществ пропускать световой луч.

Теоретически каждый из этих принципов может быть использован для создания датчика уровня краски. Практически же надежность таких датчиков будет невысокой все из-за того же свойства жидкой краски — налипать на поверхность приборов и постепенно искажать их показания. Поэтому опять-таки лучше, чтобы связь прибора с краской была «бесконтактной».

Для этого связь должна быть не вещественной, а полевой. Вариантов много, один из них — использовать поверхность краски в качестве отражающего «зеркала». Отражать можно, например, световой луч: при максимальном и минимальном уровнях краски «зайчик» попадает на соответствующие фотоприемники.

При изменении уровней происходит также изменение объема краски, а это — прежде всего изменение ее веса. Значит, можно использовать тензометрические датчики, установив их, например, на борт ванны, на ее дно (варианты Г.И. Иванова) или под ножки.

Несколько вариантов предложил Р. Аминов33 (г. Дзержинск). Например, сделать дно всей ванны или какой-то ее части эластичным и в этом месте установить контакты. Или использовать перемещение уровня краски как поршня, меняющего давление воздуха в закрытом объеме (принцип чернильницы-невыливайки). Предельные величины давлений — максимальное и минимальное — будут переключать контакты манометра и управлять насосом.

Огромное количество вариантов датчиков самого различного типа можно построить на изменении веса краски, а значит, и ванны с краской, если установить или подвесить ванну на пружинах. Перемещение одной точки на самой ванне или на пружинах можно использовать для перемещения рычага, изменения емкости или индуктивности, переключения оптического датчика и т.д.