Upload
ngokhue
View
213
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Természeti elvek az analógia alapú tervezésben 1
Természeti elvek
az analógia alapú tervezésben
Dr. Dömötör Csabaegyetemi docens
1Gép- és Terméktervezési Intézet
Tervezési módszerek Intuitív gondolkodás
• Ötleteken alapul, alig befolyásolható, „ösztönös” folyamat• Bonyolult összefüggések az altudatban feldolgozva• Egyedi megoldások találhatók• Nem kényszeríthető, és nem dolgozható ki• Függ a személyes tehetségtől és tapasztalattól
Diszkurzív tervezés• Tudatos, befolyásolható folyamat• Lépésről lépesre kidolgozható a probléma• Részfeladatokra bontja az összetett feladatot• Kisebb eséllyel születnek komplex frappáns megoldások
TRIZ (Altshuller)• Feltalálói Problémamegoldás Módszere • Tudatos folyamat• Nem függ pszichológiai tényezőktől• Kitágul a mérnök látóköre
2
Kutatáshoz kapcsolódó tudományterületek
Tervezési módszerek áttekintése
Előíró és Leíró elméletek
Diszkurzív tervezés - Intuitív gondolkodás
Analógia alapú problémamegoldás
1969: TRIZ - Genrikh S. Altshuller, hivatalnok Speciális megoldás
Hasonló általános megoldás
Hasonló általános probléma
Speciális feladat
Bionika és biomimetika
1959: „Technischer Biologie” Werner Nachtigall, biológus
1960: „Bionics” - Dr. Jack E. Steele, orvos-pszichiáter
1969: „Biomimetics” - Otto H. Schmitt, mérnök
2008: AskNature.org - Janine Benyus, természetkutató
2011: VDI ajánlások
3
Speciális megoldás
Hasonló TRIZ
megoldás
Hasonló TRIZ
probléma
Speciális feladat
A TRIZ mátrix elemző használata
Analízis és Újra-
fogalmazás
Analógia felhasználása
Természeti elvek az analógia alapú tervezésben 2
Ha egy új probléma felmerül...
• A szakember a saját szakterületén kezd keresni
• Ez behatárolja a probléma lehetséges megoldásainak számát, illetve könnyen kizárhatja a vizsgálatból az ideális megoldást
• Ennek kifejezésére vezették be a „pszichológiai inercia” vagyis a „lélektani tehetetlenség” fogalmát, ami egy korlátot fejezi ki a problémamegoldásban.
G. Mazur: Theory of Inventive Problem Solving (TRIZ). University of Michigan College of Engineering, 19954
A „lélektani tehetetlenség” hatása
Probléma
Megoldás
Koncepció N
Koncepció 3
Koncepció 2
Koncepció 1
Koncepció 4
G. Mazur: Theory of Inventive Problem Solving (TRIZ). University of Michigan College of Engineering, 1995
pszichológiai inercia vektora
5
Mechanika
Elektromos és mágneses hatások és
technológiák
Kémiai hatások és technológiák
Termodinamika
Az optimális megoldás a szakterületünkön kívül eshet
P
M
G. Mazur: Theory of Inventive Problem Solving (TRIZ). University of Michigan College of Engineering, 19956
A „lélektani tehetetlenség” hatása
Természeti elvek az analógia alapú tervezésben 3
• A TRIZ kidolgozója: Genrich Saulovich Altshuller
• Теория Решения Изобретательских Задач
Teorija
Reshenyija
Izobreatatyelskih
Zadach
TRIZ
szint leírása vizsgált
szabadalmak százaléka
1 létező rutin megoldások 32%2 létező rendszer kisebb fejlesztése 45%3 létező rendszer alapvető fejlesztése, ismert megoldások segítségével 18%4 új elvek felhasználása a tudományból vett ötlettel 4%5 új rendszer kialakítása ritka tudományos felfedezés alapján 1%
7
TRIZ – Feltalálói Problémamegoldás Módszere
Követelmények:1. Legyen módszeres lépésenkénti folyamat
2. Vezessen el az ideális megoldáshoz az átfogó megoldáshalmazban
3. Megismételhető és megbízható legyen, ne függjön pszichológiai hatásoktól
4. Tegye hozzáférhetővé az inventív ismeretek tömegét
5. Képes legyen bővíteni is az inventív ismeretek halmazát
6. Legyen elég természetes a felhasználóknak az általános problémamegoldás sémája alapján
G. Mazur: Theory of Inventive Problem Solving (TRIZ). University of Michigan College of Engineering, 19958
„A miénkhez hasonló problémára már valahol született megoldás”
Kreativitás = Megtalálni a létező megoldást és adaptálni a speciális problémára
A mérnöknek le kell fordítania a feladatot a TRIZ nyelvezetére
A TRIZ hipotézis
Speciális megoldás
Hasonló általános megoldás
Hasonló általános probléma
Speciális feladat
A TRIZ mátrix elemző használata
Analízis és
Újrafogalmazás
Analógia felhasználása
9G. Mazur: Theory of Inventive Problem Solving (TRIZ). University of Michigan College of Engineering, 1995
Természeti elvek az analógia alapú tervezésben 4
A feladatok ellentmondásokra épülnek
39 mérnöki paraméter az ellentmondási mátrixban
40 TRIZ alapelvvel feloldhatók az ellentmondások
A tervező kijelöl egy fő ellentmondást és a mátrixból kiválaszthatja a megoldást adó alapelvet
A TRIZ koncepció
....
......
10
Definíciója:
„Az élet ellentmondásait megértő, azokat derűben feloldó szemlélet”
Jellemzői:
Az ember képes felismerni a valóság és az elvárás közötti különbséget
Az ember egyik jellegzetes veleszületett vonása VAGY tanult viselkedésforma?
Humán érzelemkifejező, kommunikációs jelenség
Célja:
A humor a tudás elmélyítését segítő közlési forma (…az oktatásban)
Szemlélteti az adott irányelv jelentését és akár felhasználhatóságát is (…Altsullernél)
?
A TRIZ és a humor kapcsolata
11
Aszimmetria4.TRIZ alapelv
Hyundai Veloster
12
Természeti elvek az analógia alapú tervezésben 5
Összevonás5.TRIZ alapelv
13
Kiegyensúlyozás8.TRIZ alapelv
A Costa Concordia „talpraállítása”14
Megelőző beavatkozás10.TRIZ alapelv
„Self Supporting Runflat Tyre”
15
Természeti elvek az analógia alapú tervezésben 6
Hasznos tevékenység folyamatossága20.TRIZ alapelv
16
Közvetítő elem24.TRIZ alapelv
17
Hőtágulás37.TRIZ alapelv
18
Természeti elvek az analógia alapú tervezésben 7
Humor alkalmazásaA Humor…
fokozza az oktatás hatékonysága
elmélyíti a tudást
javítja a reklámok figyelemfelkeltő képességét
befolyásolja a termékéletciklust
szelektálja a fogyasztói rétegeket
megértése növeli az intelligenciát
hatással van az életminőség érzetre
stb19
• A természet a megoldott problémák legnagyobb tudásbázisa
• Kapcsolatot kell teremteni a TRIZ alapelvek és a természeti analógiák között
• A természet hatáshordozóinak TRIZ alapelvekbe integrálásával növelhető az analógiák felhasználhatósága
TRIZ és a természet kapcsolata
20
Új szemlélet
„We invent nothing - We simply discover”
Megkeresni a létezőt...
Alkalmazni a megtaláltat...
Két módszer
21
Természeti elvek az analógia alapú tervezésben 8
A biomimetika IRÁNYAI
22
Absztraktív módszer
Analóg módszer
Osztályozás: IRÁNY és TUDATOSSÁG
Lehetőség: szemléltetésCél: tökéletesítés algo-ritmusának kidolgozása
Cél: Arány növelése kereshető katalógussal
Cél: absztrakció algo-ritmusának kidolgozása
Alkalmazott Ösztönös
AnalógTECH BIO
AbsztraktívBIO TECH
Természeti analógiák
FelkutatottUtólagos
tudatos
Alkalmazott Ösztönös
AnalógTECH BIO
AbsztraktívBIO TECH
Természeti analógiák
FelkutatottUtólagos
tudatos
66% 3% 24% 7%
23
Ismert természeti analógiákkal
történő tökéletesítés algoritmusa
24
Természeti elvek az analógia alapú tervezésben 9
Absztraktív eljárás származtatása
1. Miért? – A természeti kihívás megfogalmazása
Saját megoldásHogyan?
Saját feladat
Hol?
Általános feladat Miért?
Általános megoldás
2. Hol? – Alkalmazás lehetőségeinek vizsgálata
3. Hogyan? – Értékesíthető termék kidolgozása
Az analógia alapú problémamegoldás általános modelljéből
25
Absztraktív eljárás
algoritmusa
26
TARTALOM szerinti hierarchia
FUNKCIONÁLIS
ELVI
FORMAI
3.szintmegegyező céljele: C
2.szinthasonló formajele: F
1.szintazonos elvjele: E
27
Természeti elvek az analógia alapú tervezésben 10
Részterületek VDI szerintFunkcionális bionikus felületek
VDI 6221:2011-07
Biomimetikus robotokVDI 6222:2011-11
Biomimetikus anyagok, struktúrák és alkotóelemekVDI 6223:2011-08
Evolúciós algoritmusok alkalmazásaiVDI 6224 Blatt 1:2012-06
Biológiai növekedési törvények alkalmazása a mechanikus alkatrészek szerkezet-optimálásához
VDI 6224 Blatt 2: 2012-08
Bionikus információ feldolgozásVDI 6225 Blatt 1:2012-09
Építészet, Ipari formatervezésVDI 6226 Blatt 1: 2013-10
Hely-változtatási
elvek
Szerszámok és
eszközök
Gép-szerkezeti
elemek
Teherviselő szerkezetek
Korszerű anyagok
Szervező elvek
Energia és hulladék-
gazdálkodás
Információ-technika
F o r m a -a l k o t ó e l e m e k
Teherviselő szerkezetek
Disszertáció szerinti részterületek
28
Hely-változtatási
elvek
Természeti analógiák rendszerezése
Korszerű anyagok
Energia és hulladék-
gazdálkodás
F o r m a a l k o t ó e l e m e k
K o n s t r u k c i ó s me g o l d á s o k
Természeti analógiák
Gép-szerkezeti
elemek
Teherviselő szerkezetek
Szerszámok és
eszközök
Információ-technika
Szervező elvek
29
Hely-változtatási
elvek
Természeti analógiák rendszerezése
Korszerű anyagok
Energia és hulladék-
gazdálkodás
F o r m a a l k o t ó e l e m e k K o n s t r u k c i ó s me g o l d á s o k
Természeti analógiák
Gép-szerkezeti
elemek
Teherviselő szerkezetek
Szerszámok és
eszközök
Információ-technika
Szervező elvek
30
Természeti elvek az analógia alapú tervezésben 11
Formaalkotó elemek
• Az ember tudatalattijában hordozza a természettel való ősi kapcsolatát
• A megszerzett tapasztalatok ösztönszerűen befolyásolják döntéseinket
• A természetből merített intuíciók formatervezésben való alkalmazása egy-egy termék sikerének kulcsa lehet
31
A forma piaci jelentőségeFormavilág
Meghatározása a tervezési folyamat egyre fontosabb része
Cél a profit
Fogyasztói igényeket kielégítő – vagy ezt ígérő – és ezáltal eladható termékek piacra dobása
Új termék?
Az új műszaki tartalom létrehozása:
- időigényes
- költséges
Új formavilággal fenn lehet tartani az újdonság látszatát
Renault Mègane II (2006-2009)
Renault Mègane II (2003-2006)
32
A termékéletciklus„a termék a piacon töltött ideje”
Szakaszai:
Bevezetés A termék fogyasztókkal való megismertetéseNövekedés A termék már profitot termel Érettség A telítetté váló piacon nem nő tovább a profitHanyatlás Csökkenő profit, a termék kivonása frissítéssel kitolható
Formai frissítésekkel idő nyerhető egy alapjaiban új termék fejlesztésére is33
Természeti elvek az analógia alapú tervezésben 12
A termékéletciklus meghosszabbítása
Facelift
Néhány éves modellek esetén
Rendhagyó módon a Clio II megkapta a bevezetését élő Renault arculat formai elemeit
Renault Clio II (2012)Renault Clio II (2001-2006)
34
A forma lélektani szerepeÉrzelmi döntés tényezői:
- a márka vagy típus hírneve
- megnyerőbb márka-specifikus formaterv
Peugeot 107 Toyota Aygo Citroën C1
Opel Agila Suzuki Splash
35
A forma lélektani szerepe
36
Nissan Pixo Suzuki Alto
Nissan Note Renault Modus
Természeti elvek az analógia alapú tervezésben 13
37
38
A természet időtlen formáiA természeti formák használatával elérhető:
• Egyedi megjelenés
• Megbízhatóság érzete
• Érdeklődés felkeltése
• Vásárlásra ösztönzés
• stb
Stílusirányzattól függetlenül felidézhetők:
• Mintázatok
• Színkombinációk
• Formai elemek
• Arányok
• stb
39
Természeti elvek az analógia alapú tervezésben 14
40
Formaalkotó elemek a természetben- Különböző formák, azonos funkciók -
Rejtőzködés, megtévesztés, figyelemfelkeltés
41
Formaalkotó elemek a természetben- Szín, színezet, mintázat -
Rejtőzködés, megtévesztés
42
Formaalkotó elemek a természetben- Szín, színezet, mintázat -
Természeti elvek az analógia alapú tervezésben 15
Figyelemfelkeltés
43
Formaalkotó elemek a természetben- Szín, színezet, mintázat -
Formaalkotó elemek a természetben- geometriai formák -
44
Lotus Elise
45
Formaalkotó elemek a természetben- arányok -
Természeti elvek az analógia alapú tervezésben 16
Másolás és inspiráció
sss
Üveg és fa asztal
Tervező: Shige Hasegawa
“Lion Singer” varrógép (1868)
Tervező: Kimball and Morton Company
46
26.TRIZ alapelv„Egy tárgy vagy folyamat kicserélése másolatra”
Pl.: egyszerű másolat használata drága/bonyolult szerkezet helyett.
Szemfoltok használata védekezésre
Melyik a hal eleje? Emlős állat VAGY pillangó szárny?
47
Másolás
A formaterv, mint információ Első benyomás
A forma- és színterv befolyásolja a termék minőségéről alkotott képet
A formaterv
Sugallhatja egy termékről, hogy „high-tech”, „modern”, „hagyományos” vagy „retro”.
Szemlélteti az alkalmazott technológiát
Kiemelheti a felhasznált anyagok minőségét
Megtanítja a használathoz szükséges mozdulatokat
48
Természeti elvek az analógia alapú tervezésben 17
A színterv
• Figyelem felkeltő vagy elterelő
• Kompenzáló
• Informáló
49
A formaterv, mint információ
32.TRIZ alapelv
Polipok és kaméleon színekkel jelzik az érzelmeiket illetve így rejtőzködnek
50
Színváltoztatás
A design
• Nonverbális úton jut el a felhasználóig
• Hiteles
• Az általa közvetített benyomások megerősítésére szolgál a termékleírás
• Azt kell ígérje, amit a nyújt
• Jelzései egyértelműek kell legyenek
Las Crono 2011 kerékpáros fejvédő „Nem csak áramvonalas, de annak is látszik”
51
A formaterv, mint marketing
Természeti elvek az analógia alapú tervezésben 18
A természet az ergonómia alapja
Handshoe Mouse
gyártó: Hippus
52
Hely-változtatási
elvek
Természeti analógiák rendszerezése
Korszerű anyagok
Energia és hulladék-
gazdálkodás
F o r m a a l k o t ó e l e m e k
K o n s t r u k c i ó s me g o l d á s o k
Természeti analógiák
Gép-szerkezeti
elemek
Teherviselő szerkezetek
Szerszámok és
eszközök
Információ-technika
Szervező elvek
53
Helyváltoztatás közege
- lépegetés
- ugrálás
- csúszás
- gördülés
- kerék?
- ásás
- bekebelezés
- úszás
- futás
- közegterelés
- rakéta-elv
- lebegés
- közegterelés
- vitorlázás
- siklás
- lebegés
föld víz = levegő
földön föld alatt vízfelszínen vízben levegőben
54
Természeti elvek az analógia alapú tervezésben 19
Lépegetés, araszolásföldön...
55
Ugrásföldön...
56
Csúszásföldön...
57
Természeti elvek az analógia alapú tervezésben 20
Gördülésföldön...
58
KERÉK?
rotatoria
földön...
59
?
Ásásföld alatt...
60
Természeti elvek az analógia alapú tervezésben 21
Bekebelezésföld alatt...
61
Futás, járásvízfelszínen...
baziliszkusz
?
62
Úszásvízfelszínen...
63
Természeti elvek az analógia alapú tervezésben 22
Közegterelésvízben...
64
Rakéta-elvvízben...
65
Lebegésvízben...
66nautilusz = csigaházas polip (hátranéző szifótölcséres külsővázas lábasfejű)polip)
Természeti elvek az analógia alapú tervezésben 23
A delfin bőrének keresztmetszete
Az új műbőr a Laminoflow, mely torpedók bevonata
Gray-paradoxon: A delfinek nagyobb sebességet érnek el, mint amennyi izomerejük alapján várható.
67
Közegellenállás legyőzésevízben...
A két áramvonalas forma hasonlósága szembetűnő
A farokúszó a stabilitást és felhajtóerőt szolgálja
68
Közegellenállás legyőzésevízben...
Bionikus autó
Légellenállási tényező: 0,19 cW
Bőröndhal (Ostracion cubicus)
A térváz miatt a merevség 40%-kal nőtt a tömeg 30%-kal kisebb lett...
69Mercedes Bionic Car koncepció (2005)
Közegellenállás legyőzésevízben...levegőben...
Természeti elvek az analógia alapú tervezésben 24
Bálnák uszonyáról mintázott szélturbina lapátok
70
Közegellenállás legyőzéselevegőben...
A cápabőr pikkelyei és a Speedo Fastskin úszódressz
71
Közegellenállás legyőzéselevegőben...
A közegellenállás legyőzésére szolgáló áramvonalas forma
72
Közegellenállás legyőzéselevegőben...
Természeti elvek az analógia alapú tervezésben 25
Eltérő közegek közti közlekedés analóg megoldásai
73
Közegellenállás legyőzéselevegőben...
Aerodinamika
74Harun Yahya: Design in Nature. Ta-Ha Publishers Ltd., I Wynne Road London SW9 OBB United Kingdom
levegőben...
Aerodinamika
75Harun Yahya: Design in Nature. Ta-Ha Publishers Ltd., I Wynne Road London SW9 OBB United Kingdom
levegőben...
Természeti elvek az analógia alapú tervezésben 26
Aerodinamika
76
levegőben...
Vitorlázáslevegőben...
77
Sikláslevegőben...
78
Természeti elvek az analógia alapú tervezésben 27
Lebegéslevegőben...
79
Közegtereléslevegőben...
80
81
SmartBird és BioniCopter
Természeti elvek az analógia alapú tervezésben 28
82
levegőben... Közegterelés
„Célszerűség és SZÉPSÉG” = Funkció és forma összhangja?
Hosszú csápok segítik a tájékozódást a szűk
járatokban
Hatalmas, erős lábak tolják előre a
járatokban
Pajzs alakú fej-tor, ami az alagútásáskor
kitámaszt
Ollója biológiai ízesüléssel működik
Nagy szárnyak melyekkel képes a
levegőbe emelkedni
Lissák Gy.: A formáról, Láng Kiadó és Holding Rt83
A „négyéltű”
A „négyéltű”
Volkswagen Aqua koncepció (2011)84
Természeti elvek az analógia alapú tervezésben 29
Hely-változtatási
elvek
Természeti analógiák rendszerezése
Korszerű anyagok
Energia és hulladék-
gazdálkodás
F o r m a a l k o t ó e l e m e k
K o n s t r u k c i ó s me g o l d á s o k
Természeti analógiák
Gép-szerkezeti
elemek
Teherviselő szerkezetek
Szerszámok és
eszközök
Információ-technika
Szervező elvek
85
Metszőolló
Rajz: Lissák György
Lissák Gy.: A formáról, Láng Kiadó és Holding Rt86
Tépőzár
87Forrás: Hogy is van ez?, Reader's Digest Kiadó Kft., 1995, Budapest
Természeti elvek az analógia alapú tervezésben 30
Nanopad
88
Hőcserélő felületek
89
''kaktusz''-markoló
90
Gömb megfogása
Természeti elvek az analógia alapú tervezésben 31
Rönkfogó markoló
91
Henger megfogása
Forrás: http://img.directindustry.com/images_di/photo-g/rotary-grab-for-excavators-59118-2440799.jpg
Földmunkagép karja
92
Forrás: http://m.cdn.blog.hu/be/belsoseg/image/truck2008/2/markolo.jpg
Forrás: http://static.panoramio.com/photos/large/38761789.jpg
Szűrő
93
Természeti elvek az analógia alapú tervezésben 32
Gömbászka és tatu szelvényei
Lissák Gy.: A formáról, Láng Kiadó és Holding Rt 94
Forrás: http://gallery.photo.net/photo/16873772-lg.jpg
Rajz: Lissák György
Gáz-spay
95
Diótörő
96
Természeti elvek az analógia alapú tervezésben 33
Csúszócsomók
Thomas M. A. Fink a természetben felismerhető szabálytalan mozgások nyomán fejlesztett ki új csúszócsomó kötési technikákat
Felhasználása: - tengerészetben - horgászatban- marhapásztoroknál- nyakkendőkötésben
97
szúró-szívó szájszerv (szipóka)
98
Fullánk
99
Természeti elvek az analógia alapú tervezésben 34
Fullánk
100
fogó faroktoldat
101
Szúró szívó szájszerv
102
Természeti elvek az analógia alapú tervezésben 35
Vágó szájszerv
103
Szitakötőlárva fogóálarca
104
Rágó-harapó szájszerv
105
Természeti elvek az analógia alapú tervezésben 36
Fogó szájszerv
106
Fogó szájszerv
107
A hangyaleső fogószerve
108
Természeti elvek az analógia alapú tervezésben 37
Nyaló-szívó szájszerv
109
Szívónyelv
110
Vágó-rágó szájszerv
111
Természeti elvek az analógia alapú tervezésben 38
Principle 15: Dynamicity„Change to be optimal or to find an optimal operating condition”
Sucking discs of Octopus for flexible connections
112
Tapadókorong
113
Mesterséges izom
114
Pumpa
Természeti elvek az analógia alapú tervezésben 39
115
Szelepek
116
Volta oszlop
117
Szigonypuska
Természeti elvek az analógia alapú tervezésben 40
118
Légrugó, szintszabályzó
Hely-változtatási
elvek
Természeti analógiák rendszerezése
Korszerű anyagok
Energia és hulladék-
gazdálkodás
F o r m a a l k o t ó e l e m e k
K o n s t r u k c i ó s me g o l d á s o k
Természeti analógiák
Gép-szerkezeti
elemek
Teherviselő szerkezetek
Szerszámok és
eszközök
Információ-technika
Szervező elvek
119
Kardáncsukló
120Lissák Gy.: A formáról, Láng Kiadó és Holding Rt
Természeti elvek az analógia alapú tervezésben 41
Fogaskerék, fogasív
121
http://richpoi.com/cikkek/tudomany/fogaskerekekkel-ugranak-a-kabocak--video.htmlMalcolm Burrows Gregory Sutton, Cambridge University, (Science folyóirat 2013/09)
A fiatal kabóca mindkét hátsó lábbalnak szinkronban történő elmozdulását a két lábat összekötő terület fogaskerékre emlékeztető kialakítása teszi lehetővé
122
Gömbcsukló
123
Biológiai menet
Természeti elvek az analógia alapú tervezésben 42
Principle 27: Cheap Short-Living Objects„Replace expensive object with a cheap one”
E.g.: engineers use breaking piece as safeguard in expensive devices
As a defensive strategy the lizard may drop its tail (It will grow back once)
124
Törőelem
Hely-változtatási
elvek
Természeti analógiák rendszerezése
Korszerű anyagok
Energia és hulladék-
gazdálkodás
F o r m a a l k o t ó e l e m e k
K o n s t r u k c i ó s me g o l d á s o k
Természeti analógiák
Gép-szerkezeti
elemek
Teherviselő szerkezetek
Szerszámok és
eszközök
Információ-technika
Szervező elvek
125
Duzzasztó gát
126
Természeti elvek az analógia alapú tervezésben 43
127
Trans World Airlines Flight Center
Tervező: Eero Saarinen
Héjszerkezetes építési mód
A héjszerkezetek nagyon jól ellenállnak a felületi terheléseknek
Héjszerkezetes építési mód
Kászonyi G.: Természeti formák hatása mérnöki műtárgyak tervezésére, TECHNIKA July - August 1998
Természetes héjszerkezetek:
128
129
Épületek alapozása
Természeti elvek az analógia alapú tervezésben 44
Víztorony
130
Rácsszerkezetek
131
A csont topológiai szerkezete rácsos konstrukcióhoz hasonló képet mutat
az Eiffel-torony acélszerkezetének csomóponti részlete
Egy sugárállatka „szerkezeti csomópontja„ 1540szeres nagyításban:
Lissák Gy.: A formáról, Láng Kiadó és Holding Rt
Szerkezeti csomópontok
132
Természeti elvek az analógia alapú tervezésben 45
Hely-változtatási
elvek
Természeti analógiák rendszerezése
Korszerű anyagok
Energia és hulladék-
gazdálkodás
F o r m a a l k o t ó e l e m e k
K o n s t r u k c i ó s me g o l d á s o k
Természeti analógiák
Gép-szerkezeti
elemek
Teherviselő szerkezetek
Szerszámok és
eszközök
Információ-technika
Szervező elvek
133
134
TRIZ példák
Könnyített szerkezetek Szendvicselem-típusok
G. Pahl - W. Beitz: A géptervezés elmélete és gyakorlata, Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1981135
Természeti elvek az analógia alapú tervezésben 46
Bambusz és nád szerkezet
136A stuttgarti TV-torony
Fapépből papír
137
138
Pókfonal
Természeti elvek az analógia alapú tervezésben 47
Hely-változtatási
elvek
Természeti analógiák rendszerezése
Korszerű anyagok
Energia és hulladék-
gazdálkodás
F o r m a a l k o t ó e l e m e k
K o n s t r u k c i ó s me g o l d á s o k
Természeti analógiák
Gép-szerkezeti
elemek
Teherviselő szerkezetek
Szerszámok és
eszközök
Információ-technika
Szervező elvek
139
A természetben nincs hulladék
Minden valami másik folyamatnak az alapanyaga
140/12
Hulladék és Energiagazdálkodás
• Szétszerelés / Bontás
• Újrafelhasználás(eredeti forma + eredeti cél)
• Továbbfelhasználás(eredeti forma + új cél)
• Újrahasznosítás(eredeti technológia + új/hasonló forma)
• Továbbhasznosítás(új technológia + új forma)
• Megújuló energiaforrások
• Energiaminimum elve
• Hőcserélő elvek
• Hőszigetelés
Hulladék és Energiagazdálkodás
141/12
Természeti elvek az analógia alapú tervezésben 48
Szétszerelés / Bontás
142/12
Újrafelhasználás
143/12
(eredeti forma + eredeti cél)
Továbbfelhasználás
144/12
(eredeti forma + új cél)
Természeti elvek az analógia alapú tervezésben 49
Újrahasznosítás
145/12
(eredeti technológia + új/hasonló forma)
Továbbhasznosítás
146/12
(új technológia + új forma)
Megújuló energiaforrások kiaknázása
147/12
Természeti elvek az analógia alapú tervezésben 50
Energiaminimum elve, kéményhatás
148
Hőcserélő elvek
149/12
Hőszigetelés
150/12
Természeti elvek az analógia alapú tervezésben 51
151
Napenergia hasznosítása
Önfenntartás
152
Önfenntartás
153
25. TRIZ alapelv: Önkiszolgálás
Az állatok a trágyájukkal segítik a takarménynövényeknövekedését.
Az ember akár biogáz termelésre is tudja hasznosítani tehéntrágyát.
„Hulladék erőforrás, energia vagy anyag felhasználása kidobás helyett”
Természeti elvek az analógia alapú tervezésben 52
154
Trágyaszórás
22. TRIZ alapelv: Hátrányból előnyt kovácsolni„Káros tényezők felhasználása pozitív hatás eléréséhez”
155
Alternatív üzemanyagok
Hely-változtatási
elvek
Természeti analógiák rendszerezése
Korszerű anyagok
Energia és hulladék-
gazdálkodás
F o r m a a l k o t ó e l e m e k K o n s t r u k c i ó s me g o l d á s o k
Természeti analógiák
Gép-szerkezeti
elemek
Teherviselő szerkezetek
Szerszámok és
eszközök
Információ-technika
Szervező elvek
156
Természeti elvek az analógia alapú tervezésben 53
A kommunikáció
Definíció:Adott kapcsolatban álló felek egy általuk kialakított jelrendszer révén adott információkat képesek közölni egymással, és így befolyásolni egymás viselkedését.
Tágabb értelemben rendszerek közötti információcserét jelent, vagyis olyan jelenség, amelyben információk mozognak.
Axiómái:1.) Lehetetlenség nem kommunikálni 2.) A kommunikáció metajelenség
157
• A folyamat iránya szerint:
egyirányú, kétirányú
• A küldő és fogadó közötti kapcsolat alapján:
közvetett és közvetlen
• Dimenziók mentén:
általános, technikai, biológiai, állati, emberi
A kommunikáció típusai
158
Kommunikáció a természetbenAlapvetően megvalósulhat:
Látás
Hallás
Tapintás
Szaglás
Ízlelés útján
Speciális esetei lehetnek még:
Nyomásváltozás érzékelése (cápák)
Elektromosság érzékelése (kacsacsőrű emlős, pörölycápa)
Nagyfrekvenciás rezgések érzékelése (denevér, madarak, delfin)
Hőlátás (kígyók)
Rezgésérzékelés (rovarok)
Mágneses térerősség (madarak)
159
Természeti elvek az analógia alapú tervezésben 54
LátásSzem Fényképezőgép
(lencsék fókuszálnak, fényrekesz, film)(szaruhártya-görbület a fókuszáláshoz, szivárványhártya, retina)
A fejlábúak vagy lábasfejűek (pl.: polip, szépia, óriáskalmár)előre és visszarántják a lencsét, mint a diavetítő.
Normál fókusz
Közellátás Távollátás
A természet ezernyi csodája, Reader's Digest Kiadó Kft., Budapest, 2002Microsoft® Encarta® Encyclopedia 2004. © 1993-2003 Microsoft Corporation
160
„Specialitások”:
Hőlátás:Egyes kígyók szeme alatt úgynevezett gödörszervek vannak, amelyekben infravörös sugárzásra vagy hőre érzékeny membránok helyezkednek el. Már 0,005 °C hőmérséklet-változást is érzékelnek, bár csak 15 cm-en belül
Éjjellátás:Pápaszemes maki
Nagy szemeit nem tudja mozgatni, de fejét mindkét irányban 180°-al elfordíthatja.
Látás
A természet ezernyi csodája, Reader's Digest Kiadó Kft., Budapest, 2002Microsoft® Encarta® Encyclopedia 2004. © 1993-2003 Microsoft Corporation
161
Hallás
A természet ezernyi csodája, Reader's Digest Kiadó Kft., Budapest, 2002
Fülkagyló formája Amfiteátrum alakja
Gramofon tölcsérje
162
Természeti elvek az analógia alapú tervezésben 55
Hallás
A természet ezernyi csodája, Reader's Digest Kiadó Kft., Budapest, 2002
Dobhártya a fülben Mikrofon membrán
163
Hallás„Specialitások”:
Infrahangok érzékelése:A siketfajd érzékeli az emberi fül számára hallható tartományon kívül eső, alacsony frekvenciájú hangokat is.
A fajon belüli kommunikációezen formája jellemző még:• Elefánt• Bálnák (Víz alatt akár 1000km)
A természet ezernyi csodája, Reader's Digest Kiadó Kft., Budapest, 2002164
Tapintás – Szaglás – Ízlelés
A természetben ezen oly gyakran alkalmazott információszerző elvek a műszaki gyakorlatban kevésbé terjedtek el.
Példák a műszaki gyakorlatból:
Tapintás: 3D-s letapogató szkenner, végállás kapcsolók
Szaglás: Füstérzékelő (?)
Ízlelés: Vegyi anyagok észlelése, indikátorpapír
165
Természeti elvek az analógia alapú tervezésben 56
166
Testbeszéd, jelek
167
Rejtőzködés
168
Rejtőzködés és figyelemfelkeltés
Természeti elvek az analógia alapú tervezésben 57
169
LED 55% fényerőnövelés
This image shows the misfit scales found on the lantern of the Photuris firefly. Researchers found that the sharp edges of the scales let out the most light.
170
Eagle Eyes®
Lokátorrendszerek
RADAR – RAdio Detection And Ranging = „Rádiós észlelés és bemérés”
• Levegőben
• Mikrohullámú frekvencia(1-35 milliárd Hz)
• Repülők és hajók irányítása
• Légvédelem
Hogy is van ez?, Reader's Digest Kiadó Kft., Budapest, 1995Microsoft® Encarta® Encyclopedia 2004. © 1993-2003 Microsoft Corporation
Radar és Szonár rendszerek
SONAR – SOund Navigation And Ranging = „Hang navigáció és bemérés”
• Levegőben hangfrekvencián indult
• Víz alatt és alacsonyabb frekvencián hatékonyabb
• Ellenséges tengeralattjárók bemérése
• A II. világháború alatt még aktív sonar
• A japánok ellen az USA hőérzékelést is bevetett
171
Természeti elvek az analógia alapú tervezésben 58
Lokátorrendszerek
Hogy is van ez?, Reader's Digest Kiadó Kft., Budapest, 1995Microsoft® Encarta® Encyclopedia 2004. © 1993-2003 Microsoft Corporation
Doppler-effektus
Kibocsátott hullámok
Visszavert (nagyobb frekvenciájú) hullámok
Ha a célpont mozgó tárgy, a visszaverődő jel frekvenciája kismértékben eltér a kibocsátott jelétől. Ezt az okozza, hogy a közeledő tárgyról visszaverődő rádióhullámok torlódnak, míg a távolról visszaverődők széthúzódnak.
172
A hang alapján tájékozódó denevér rövid, éles cincogásokat hallatva (30-120kHz) és azok visszhangját elemezve szerez információt a környezetéről és zsákmányáról.
A természet ezernyi csodája, Reader's Digest Kiadó Kft., Budapest, 2002
LokátorrendszerekVisszhanglokátor (a levegőben)
A nagy patkósorrú denevér a kimenő és beérkező jelek frekvenciáit összevetve értékeli a saját és áldozata egymáshoz viszonyított mozgását.
A szuszókok jól hallható csettegése is a visszhangos helymeghatározást szolgálja.
173
Ultrahangos lokátor
174
Természeti elvek az analógia alapú tervezésben 59
Lokátorrendszerek
Az óriás ámbráscet is érzékeli a tárgyakról visszaérkező hangot, és e visszhangok elemzése révén találja meg zsákmányát és kommunikál fajtársaival.
A delfin magas frekvenciájú hangokat, időnként csettintéseket bocsát ki, és a kapott visszhang segítségével találja meg táplálékát.
A természet ezernyi csodája, Reader's Digest Kiadó Kft., Budapest, 2002Microsoft® Encarta® Encyclopedia 2004. © 1993-2003 Microsoft Corporation
Visszhanglokátor (a víz alatt)
175
A természet ezernyi csodája, Reader's Digest Kiadó Kft., Budapest, 2002
LokátorrendszerekHanglokátor (a levegőben)
A gyöngybagoly pofáján szív alakú arcfátyla összegyűjti, majd tollazata alatt megbúvó füleihez továbbítja a hangokat. Egészen kis hanghatásokat is érzékelnek.
176
A természet ezernyi csodája, Reader's Digest Kiadó Kft., Budapest, 2002
LokátorrendszerekHanglokátor (a vízben)
A cápa füle alacsonyfrekvenciájú rezgésekre van hangolva, például olyanokra, amilyeneket a sebesült hal bocsát ki, és ezek a rezgések igen nagy távolságra is eljutnak. Így a cápa már több mint 2 km távolságból észleli leendő áldozatát.
A pörölycápa orrában lévő kocsonyával teli üregek elektromosságra érzékeny sejteket tartalmaznak, amelyek centiméterenként egy százmilliomod voltnyi feszültségváltozást is felfognak.
177
Természeti elvek az analógia alapú tervezésben 60
A természet ezernyi csodája, Reader's Digest Kiadó Kft., Budapest, 2002
LokátorrendszerekElektromos tér érzékelése
178
28. TRIZ alapelv: Mechanika helyettesítése„Mechanikus rendszer kiváltása elektromos, mágneses vagy elektromágneses mező alkalmazásával”
A pörölycápa és a kacsacsőrű emlős speciális elektromos szenzorokkal keresi táplálékát a homokban és iszapban
Hangszerek a természetben• A természetben fellelhető hangképző elvek műszaki alkalmazásai többnyire magukban az ember által létrehozott hangszerszámokban ismerhetők fel.
• A természetben megvalósuló hangképzés hatáselvei és hatáshordozói bizonyos esetekben alkalmazhatók tisztán műszaki feladatokra is
179
Alapfogalmak
A hang
szilárd, cseppfolyós és légnemű anyagokban keltett, hullám formájában tovaterjedő mechanikai rezgés, a zenei skála egy egysége
A zene
a ritmus, a dallam és a harmónia által – tudatosan elrendezett hangok folyamata, ahol a hangok és a csend időbeli változásáról beszélhetünk
A hangszer
zenei hang képzésére alkalmas eszköz
180
Természeti elvek az analógia alapú tervezésben 61
Kommunikáció a természetben
SzaghatásokPl: Területjelzés illatmirigyekkel vagy vizelettel, párzási hajlam jelzése, fajtársak és kölykök megkülönböztetése, stb.
MagatartásformákPl: behúzott farok, szoros szemkontaktus, méhek tánca, stb.
Optikai ingerekPl: szemfoltok, élénk színhatások, stb.
HangokPl: madárdal, szarvasbőgés, farkasüvöltés, macska dorombolása, delfinek kattogása, infra és ultra hangok, stb.
181
Hangszerek rendszerezése
Kezelés módja szerint :• Fúvós
• Ütős
• Billentyűs
• Vonós
• Pengetős
• Egyéb (rázó, kaparó, stb)
Hangképzés módja szerint :• Levegő (aerofon),
• Megfeszített húr (kordofon),
• Kifeszített hártya (membranofon),
• Rugalmas merev test (idiofon)
• Elektronika (elektrofon)
Dallam- és ritmushangszerek
Homofon és polifon hangszerek
182
síp
Aerofonhangszerek
Hangjukat elsődlegesen a levegőben magában végbemenő esemény hozza létre. A hang egy meghatározott hosszúságú légoszlop rezgéséből képződik, amit a fúvónyílás éles széle gerjeszt.
Pl: fa- és rézfúvósok, sípok, szájharmonika, wurlitzer, kintorna, stb.
harsona
tuba
trombita
kürt
pánsíp
szájharmónika
wurlitzer
kintorna (verkli)
183
Természeti elvek az analógia alapú tervezésben 62
Aerofona természetben
• A madaraknak nincsenek hangszálaik
• A gége a hangképző szerv
• Az áramló levegő a redőkön rezgésbe jön
• A hang magasságát és színét a hártyák helyzete és feszültségállapota befolyásolja
Tüdő
Hasüregbeli légzsákKarcsont
Nyaki légzsákGégecső
Az udvarló fülemüle hímek egyszerre négy különböző hang kiadására is képesek,
A pintyek énekében néhol 150 trillaváltás figyelhető meg másodpercenként
184
Aerofona természetben
185
186
Aerofona természetben
Természeti elvek az analógia alapú tervezésben 63
• Gőzhajók, gőzmozdonyok jelző kürtjei
• Kukta vagy teáskanna lefúvó sípjai
• Vadriasztó
Beáramló levegő
Magas frekvenciájú hanghullámok
187
Aerofonműszaki alkalmazás
Kordofonhangszerek
Hangkeltő közege egy 1 dimenzióban feszített rezgő húr, amelynek hosszúságától, vastagságától és feszítettségének mértékétől függ a létrejövő rezgés frekvenciája, vagyis a hang magassága:
Megszólaltatásuk: pengetéssel (gitár, lant, hárfa), dörzsöléssel (hegedű, brácsa, gordonka, nagybőgő) vagy ütéssel (cimbalom vagy zongora)
188
Kordofona természetben
• A hím mezei tücsök a mellső szárnyain kiálló erek egymáshoz dörzsölésével ciripel
• Hangadás a különböző fajoknál:
· Tücsök és szöcske (két szárny)
· Sáska (szárny és comb)
· Kabóca (rugalmas kitinlemez és izmok)
Hangszál
189
Természeti elvek az analógia alapú tervezésben 64
190
Kordofona természetben
Membranofonhangszerek
Egy kétdimenziósan kifeszített rugalmas hártya rezgetésével jön létre a hang
Pl: dobok, köcsögduda, fésűre szorított selyempapír
+
191
Membranofona természetben
• Dobhártya
192
Természeti elvek az analógia alapú tervezésben 65
Membranofonműszaki alkalmazás
• Dinamikus hangszóró
Membrán Lengő tekercs Pille (rugó)
Állandó mágnes Mágneses mag Kosár
193
Idiofonhangszerek
Egy önfeszültséggel rendelkező rugalmas szilárd test jön rezgésbe
Pl: cintányér, csengő, harang, gong, xilofon, doromb, kasztanyetta, csörgő, kereplő, hangvilla, stb.
194
Idiofona természetben
Shekere
195
Természeti elvek az analógia alapú tervezésben 66
Idiofona természetben
196
Idiofona természetben
Mákgubó Maracas197
Idiofona természetben
Kasztanyetta
198
Természeti elvek az analógia alapú tervezésben 67
Hely-változtatási
elvek
Természeti analógiák rendszerezése
Korszerű anyagok
Energia és hulladék-
gazdálkodás
F o r m a a l k o t ó e l e m e k
K o n s t r u k c i ó s me g o l d á s o k
Természeti analógiák
Gép-szerkezeti
elemek
Teherviselő szerkezetek
Szerszámok és
eszközök
Információ-technika
Szervező elvek
199
Bányaművelés
200
201
Precíziós öntés
Természeti elvek az analógia alapú tervezésben 68
Redundancia elve
11. TRIZ alapelv: Megelőző beavatkozásPl.: „Relatív kis megbízhatóság kompenzálása”
Cápa fogsora
Páros szervek
202
Logaritmikus spirális
203
Principle 14: Spherically- Curvature„Minimize dimensions with replacing linear to a curve”
circular gliding in rising air flows to linear upward
proboscis of butterflies snail shell
204
Spirál
Természeti elvek az analógia alapú tervezésben 69
Következtetések, célok• Az ember tudatalattijában hordozza a természettel való ősi
kapcsolatát
• Természeti adaptációval a tervezés ideje csökkenthető
• A természetből merített intuíciók terméktervezésben való alkalmazása a siker kulcsa lehet
• Alkalmazhatósági kritériumok megfogalmazása szükséges
• Az élővilágban való megoldáskeresés tudatosan folyamat
• A természet hatáselveinek és hatáshordozóinak rendszerbe foglalásasegíti a folyamatot
205
Köszönöm a figyelmet!
206