Принципы автоматизированного поиска новых технических решений

Выбрав направление развитие проектируемой технической системы, необходимо предложить новое техническое решение поставленных проблем. В качестве примера пакета, автоматизирующего решение этой задачи, можно назвать IM-Phenomenon. Используя элементы искусственного интеллекта, IM-Phenomenon генерирует новые способы решения предлагаемых проблем на уровне изобретения. В основе пакета лежит база знаний о более чем 1000 физических эффектов. Например, на запрос, «как можно двигать жидкость» IM-Phenomenon предлагает использовать 43 различных физических явления, от ультразвукового капиллярного эффекта до сверхтекучести.

Более того, для решения задачи IM-Phenomenon может собирать «цепочки» эффектов. Например, необходимо создать высокое давление жидкости в герметичной емкости. На рисунке 12.1 показан вид экрана пакета при ответе на вопрос «Как создать большую силу в малом объеме». В нижней части экрана приведен алгоритм действия одного из 1142 вариантов решения этой проблемы. Список возможных решений ранжирован по выбранным критериям (вес, энергопотребление и т.д.), так что первые строки ответа содержат наиболее предпочтительные варианты. В данном случае это использовать нагрев элемента, выполненного из вещества с памятью формы, в процессе конденсации пара.

Примером пакета для автоматизированного улучшения и оптимизации технических систем любого вида может служить TechOptimizer. Он обеспечивает автоматизированный функционально-стоимостный анализ как конструкций, так и технологических процессов. На основе этого анализа, опираясь на встроенную базу знаний, автоматически генерируются варианты улучшения исследуемой конструкции или техпроцесса.

Например, стоит задача улучшить одноразовый шприц – уменьшить стоимость, вес, упростить технологию изготовления. Пользователь описывает конструкцию шприца, взаимодействие между его частями, а также взаимодействие между шприцем и т.н. надсистемой – кожей (Tissue) и пальцем (Finger). На рисунке 12.2 приведен пример такого описания. Палец (Finger) давит на поршень (Piston), одновременно удерживая корпус (Container). Корпус удерживает и направляет поршень и иглу (Needle), а также содержит внутри себя лекарство (Medicine).

Далее пользователь задает стоимость, вес и иные параметры деталей шприца. Машина анализирует схему и, в данном случае, предлагает вообще убрать из конструкции поршень, переложив его функции на корпус. На рисунке 2.9.5 показано новое решение, где корпус выполнен в виде сильфона (Bellows).

Рисунок 12.1 – Вид экрана IM-Phenomenon с цепочкой эффектов

Рисунок 12.2 – Схема взаимодействия между деталями шприца, выполненная в TechOptimazer

Рисунок 12.3 – Новое конструктивное решение шприца

В результате проведенных изменений число компонентов уменьшилось на 25%, а стоимость уменьшилась на 34% (рисунок 12.4).

Рисунок 12.4 – Оценка результатов модернизации конструкции шприца

Другим примером автоматизированной генерации новых идей может служить задача по увеличению всасывающей способности пылесоса, не увеличивая мощность двигателя. Некоторые из решений, предлагаемых машиной (рисунок 12.5):

– использовать пульсирующий воздушный поток;

– частота пульсаций должна совпадать с резонансной частотой чистящей головкой;

– на пыль дополнительно воздействует электрическое поле, генерируемого пьезоэлементами, на которые действует пульсирующее давление и т.д.

Все возможные решения предложенной проблемы сопровождаются примерами конструктивных решений похожих проблем в различных отраслях техники.

Рисунок 12.5 – Окно решателя TechOptimazer при увеличении всасывания пылесоса