江帆
发明技巧故事3――巨大的过滤器――局部质量原理应用
2021-10-24 20:01
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巨大的过滤器――局部质量原理应用

一家工厂获得了一个大订单,产品是一个圆柱形过滤器,圆柱的直径1米,长度2米,轴向均匀分布直径为0.5毫米的密密麻麻的很多过滤通孔。

工程师们看到图纸后都惊呆了,每个过滤器要加工出成千上万个轴向小孔。

“我们该如何来加工这么多的小孔呢?”总工程师问大家, “用钻床来钻吗?”

“显然,钻这么长的小孔是不可能实现的,也许可以用高温铁针来扎出这些孔”,一位年轻的工程师毫无把握地说道。

所有的工程师都陷入了沉默。

这似乎是一个无法解决的难题。

突然,萃智先生出现了。

“我们既不需要钻床,也不需要铁针,这件事应该这样来考虑……”

随后,一个基于局部质量原理的解决方案展示了出来:将过滤器的功能进行分解,其主要构成元素是过滤孔和基体,有用功能的元素是过滤孔,即过滤孔是有用的局部质量。每个过滤孔不就是一条管子吗?这样拿一些细管,并捆扎起来,就形成了过滤器。这种过滤器的组装制造和拆卸能够方便的完成。

另外一种方案:用细圆棒做原料,然后捆扎起来,而圆棒之间的空隙就形成了过滤孔,也可以实现过滤器的功能。

这个故事应用了局部质量(local conditions)技巧(原理),该原理体现在3个方面:

1.将物体或外部环境的同类结构转换成异类结构。

比如:菜刀的刀刃与其他部分特性硬度不一样;光纤是在光密媒质的内芯外面包裹一层光疏媒质的套层,这两层材质就光学特性来说是不均匀的;等。

2.使物体的不同部分实现不同的功能。

比如:冰箱的不同部分温度不一样,实现不同的功能;合金钢钻头是合金钢头焊在钻头的前端用于切削,麻花杆用普通钢材制成,用于传递压力与扭矩;火车轮的外圈是高强度合金钢,耐磨损,轮毂用普通铸钢,起支撑作用等。

3.使物体的每一部分处于最有利于其运行的条件下。

比如:快餐饭盒中设置不同的间隔区来分别存放热、冷食物和汤。活塞组件主要由活塞、活塞环、活塞销组成。它的功能是当工质爆燃膨胀时,在工质推动下对连杆做功。这种结构组成解决了两个互相矛盾的要求:既要尽可能少地泄露工质气体,又要尽量减小与汽缸壁的摩擦。

局部质量原理是技术系统不均衡进化法则的一种体现,目的是使质量分布服从于设计目的,以期达到结构对任务的最佳适应性,实现系统中资源的最优配置。这样处理的结果,或是实现材料的节约,或是改进产品的功能或工艺性。一般情况下,如果系统的各个部分的作用是均匀的,则有如下情况:

A)这种配置是合理的;

B)元件之间的作用有重复,某些元件的作用可以被其它元件替代;

C)有些元件的作用没有得到充分发挥;

如果是第一种情况,当然不需要做更改,但这种情况一般比较少,因为一般系统的配置都是使得各元件充分发挥各自的作用,不太容易形成均匀态势;因此我们可以试着将均匀的结构变为不均匀的,以达到各部件充分发挥自身作用的目的;

如果系统有多个部分(元件),也可以尝试将这些不同部分赋予不同的功能,以实现一个系统多种用途,这是第2种情况。这种情况也比较普遍,比如瑞士军刀,带橡皮擦的铅笔等。当然这些系统不同部分具有的不同功能,应该是带有系列性质或者相反。系列性表示这些功能一种用到时,其它功能用到的可能性非常高,比如瑞士军刀的功能。而相反则是一种功能使用时如果有问题,另外一种功能可以执行回退式操作,比如带起钉器的锤子,如果锤子钉钉子没钉好,起钉器就可以把钉子取出来,重新钉。

对于第3种情况,通过让系统的各个部分都处于最佳状态来达到系统整体功能的最佳,但需要注意的是,这里的各自部分最佳是指相互配合的情况下各个部分状态达到最佳,不是每个元件最好。比如一个团队,并不是要求所有员工都是最好的,但我们可以做到让团队的所有员工的状态都达到自己最佳状态。局部质量原理表达的是系统资源局部配置的优化,通过局部质量优化,达到系统整体资源配置的优化,从而使得系统的理想度更好。这在结构设计、团队组织,生产排产等方面都能适用。

参考文献:创新与发明,http://coursehome.zhihuishu.com/courseHome/1000009064/80304/16?state=1#teachTeam;

https://wenku.baidu.com/view/57bbf0400029bd64793e2c4e.html; https://wenku.baidu.com/view/968d116acebff121dd36a32d7375a417866fc12b.html;http://blog.sina.com.cn/s/blog_4f9d442901012388.html


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