V Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2013

Академическое изобретательство (АИ) формируется как направление вузовского технического творчества и развивается с целью повышения качества творческой части квалификационных работ, выполняемых в рамках учебного процесса (бакалаврских, дипломных, диссертационных) [1– 5].

АИ базируется на принципе единства исторического и логического для построения логической модели развивающейся системы, дополненном принципом возможности эвристического прогнозирования новой системы с перспективными свойствами. Такой подход был реализован в учебном курсе «Культура технического творчества» по кафедре культурологии в НИУ МЭИ, а в дальнейшем был расширен в направлении курсового и дипломного проектирования и стал называться «Поисковое проектирование», а после введения разделов патентно-информационного поиска, цифрового моделирования и патентования изобретения, получил название «Академическое изобретательство» и был принят кафедрами радиотехнических систем, основ радиотехники, электронных приборов, электротехнических комплексов автономных объектов, атомных электрических станций [6–11] и рядом других подразделений института.

Содержанием АИ являются методология, разработка и патентование изобретений, введение результатов в учебный и научный оборот. По результатам АИ за последнее десятилетие студентами получено более 50 патентов РФ на изобретения, опубликовано более 100 работ и выполнено более 200 учебных отчетов.

Методология АИ создавалась на основе классических зарубежных и отечественных школ изобретательства, особенно Г.С. Альтшуллера, А.И. Половинкина, Г.Я. Буша, Р.П. Повилейко с учетом взглядов Л.С. Гуткина, В.Ф. Взятышева и других наших авторов.

Основной принцип АИ, введенный автором, – прогнозирование сложных систем по частям: известные аналоги сложных систем декомпозируют на части преимущественно методами диакоптики [12], а затем каждую часть по функциям и составу прогнозируют эврологическими методами на единый заданный временной лаг до получения признаков новой технической системы, пригодной к дальнейшей разработке и патентованию.

Методические средства, сформировавшиеся в процессе развития АИ, учитывают как ограниченность времени обучения (34-часовой семестровый курс), так и продолжительность взаимодействия с экспертизой ФИПС (1,5 – 2 года и более). Поэтому начало изобретательства отнесено на возможно более ранний период обучения, чтобы успеть получить положительное решение экспертизы о выдаче патента. Однако на начальных этапах обучения студент успевает освоить предметную область своей профессии не полностью и в основном на структурном и математическом уровне. На этом уровне и объеме знаний и построены методические средства и процесс технического творчества с учетом психологических особенностей изобретательства [13], составляющие основу метода экспресс-изобретательства (МэИ).

Основные процедуры МэИ [1–11] рассмотрим на сквозном примере изобретения [14] радиоэлектронной системы с применением цифрового моделирования. Изобретение разработано, запатентовано и защищено в качестве магистерской диссертации [14–17].

1. Поиск предметной области изобретательства проводится в соответствии с возможностями защиты результатов в качестве квалификационной работы. При этом привлекаются все доступные информационные поисковые системы, особенно сайта fips.ru. Для нашего примера предметной области соответствует рубрика Международной патентной классификации (МПК) H04B7/26 : "Системы радиосвязи, т.е. системы с использованием излучения, для связи между двумя или более станциями, из которых по меньшей мере одна передвижная".

2. Выбор объекта изобретательства производится при изучении патентного фонда, в процессе которого формируются личные интересы в предметной области и осознаются ограничения. Отобранные изобретения составляют личный патентный фонд. В рассматриваемом сквозном примере в качестве объекта определена "Центральная станция системы радиосвязи с доступом по запросу" по классу МПК Н04В7/26, а патентный фонд составили аналоги: SU1142896, SU1411985, RU2050695.

3. Информационные исследования проводятся по процедурам поиска, обобщения и сжатия информации путем структурно-функционального анализа. Выделенные объекты-представители характеризуются следующими показателями.

– В изобретении SU1142896 путем сокращения перерывов достигнуто уменьшение времени простоев без понижения пропускной способности. При этом сообщения переменной длины реализуются за счет фиксации конца текста. Это по классификации поисковых средств [1–9] соответствует эвристическому приему "адаптация".

– В изобретении SU1411985 путем использования общей полосы частот достигнуто ускорение доставки без понижения точности. При этом запросы идентифицируются по форме сигнала. Это соответствует эвристическому приему "адаптация".

– В изобретении RU2050695 путем ограничения уровня загрузки достигнуто повышение эффективности без снижения надежности. Это реализуется исключением низкоприоритетных сообщений. Поисковое средство соответствует эвристическому приему "адаптация".

Композиционная прогностическая таблица

t → Ком- мпозиц. признаки	Аналог A-2 SU 11428961983/85гг.	Аналог A-1 SU 1411985 1986/88гг.	Аналог А-0 RU 2050695 1991/95гг.	Обликовый набор признаков (прогноз)
Кназ(t) (назначение)	Радиосвязь с досту-пом по запросу с ЦС	Радиосвязь с доступом по запросу с ППС	Управление радиосвязью с ЦС	А-1 + возможность передачи сообщений с ЦС
КЦЕЛ(t) (цель социаль-ная)	Сокращение простоев	Ускорение доставки	Повышение эффективности	Расширение функциональных возможностей
Кпро(t) (противоречие соц.-технич.)	Время простоя пропускная способность	Время доставки точность	Эффективность функциональная надежность	Функциональные возможности сложность
Кэвр(t) (эврис-тики)	Адаптация (к длине сообщения)	Адаптация (к занима-емой полосе частот)	Адаптация (к воздушной обстановке)	Интеграция
Кпут(t) (путь общете- хнический)	Сокращение пере-рывов (между со-общениями)	Дополнительное использование ресурса ( #f )	Учет объема загрузки и уровня приоритета	Введение дополнитель-ного информационного канала
KFц(t) (функция но- вых элементов)	Формирование на ППС сообщений переменной длины	Формирование запро-сов в общей полосе #f при разделении по форме сигнала	Исключение низко-приоритетных сообщений	Передача данных ЦС по линии "вверх" на f2
КF1(t) (подготови-тельная)	Прием на f2 данных	Прием на f2 данных и на #f запросов с [KFц]	Прием данных с учетом объема загрузки и уровня приоритета	А-1 с [KFц]
КF2(t) (основная)	Формирование зап-росов для ППС	Формирование отве-тов на запросы ППС	Формирование вы-ходных данных с [KFц]	А-1 с [KFц]
КF3(t) (выходная)	Передача на f1 запросов	Передача на f1 ответов	Передача данных	А-1 или передача на f2 данных с [KFц]
КF4(t) (управления)	Фиксация конца текста с [KFц]	Автоматическая коммутация цепей	Коммутация цепей с [KFц]	А-1 с [KFц]

Эти изобретения составляют цепочку аналогов от А-2 до А-0, по которым проводятся необходимые исследования развития конструкции во времени. По результатам информационных исследований формируется композиционная прогностическая таблица.

4. Формирование нового обликового решения проводится путем прогнозирования каждого композиционного признака по строкам композиционной таблицы и составления непротиворечивого обликового набора признаков, из которого с применением эвристических средств и учетом общих закономерностей развития технических систем композируется обликовое решение в виде функциональной схемы объекта, элементами которой являются функции F₁, ..., F₄ с обликовыми значениями соответствующих композиционных признаков КF₁, ..., КF₄, а связи между ними образуются на основе предшествующего опыта исследований в соответствии с типовым процессом функционирования.

5. Разработка технического решения проводится по функциональной схеме путем составления структурной схемы, элементы которой выбирают из элементов соответствующего функционального назначения, известных в рассматриваемой предметной области, в частности, из элементов, входящих в схемы рассмотренных аналогов. Связи между элементами образуются в соответствии с принципами функционирования аналогичных элементов и устройств

6. Патент на изобретение представленного устройства получен по классу МПК H04B7/26, RU № 2153773 [16].

7. Сравнительное моделирование изобретения проводится для доказательства соответствия изобретения условию патентоспособности "промышленная применимость" посредством компьютерного моделирования по методике сравнительного моделирования (МСМ) [10] в среде LabVIEW [11].

На рисунке приведен вид панели управления собранной модели [17].

Эксперименты на модели показывают, что все процессы синхронизованы и имеют адекватный вид и характеристики. Так, например, по спектральным диаграммам видно, что при среднем условном уровне сигнала запроса ~10^–5 сигнал ЦС на частоте f2 = 64 цикла на входе заграждающего фильтра превышает уровень ~10^–2 (т.е. на 3 порядка), на выходе фильтра сигнал ЦС отсутствует, а на его месте (на частоте 64 цикла) наблюдается снижение уровня сигнала запроса в полосе режекции до ~10 ^–7 и ниже (т.е. достигается ослабление до пяти порядков). Поэтому может быть сделан общий вывод по результатам моделирования – рассматриваемое техническое решение соответствует условию патентоспособности "промышленная применимость".

Многолетний опыт автора преподавания в технических вузах убеждает, что именно разработка и патентование технических решений в соответствии с изложенной здесь в кратком виде методологией АИ повышают уровень общетехнической культуры и самоактуализации студентов, престиж и романтику научно-технического творчества, положительно отражаются на качестве квалификационных работ, особенно их творческой части, являются одним из решающих факторов готовности к практической деятельности и профессиональной мобильности, консолидируют усилия преподавателей, инженеров и студентов в развитии отечественного научного и технического творчества, обладающих огромным потенциалом для подъема российской экономики, повышения культуры и качества жизни в целом.

Литература:

1. Мельников Б.С. Академическое изобретательство // Радиотехнические тетради. Часть 1, 2010, № 43, с. 71–77; Часть 2, 2011, № 44, с. 71–77.

2. Б. Мельников. Академическое изобретательство. На примере изобретения радиотехнической системы. – Saarbrücken :LAP LAMBERT Academic Publishing, 2011.

3. Б. Мельников. Академическое изобретательство - 2. На примере изобретения системы управления аварией на АЭС. – Saarbrücken :LAP LAMBERT Acad. Publishing, 2011.

4. Б. Мельников. Академическое изобретательство - 3. На примере изобретений в электротехнике. – Saarbrücken :LAP LAMBERT Academic Publishing, 2011.

5. Мельников Б.С., Бодров В.Н., Обидин Г.И. Академическое изобретательство - 4. На примере изобретений в оптоэлектронике. – Saarbrücken :LAP LAMBERT Academic Publishing, 2012.

6. Мельников Б.С., Бодров В.Н., Обидин Г.И. Поисковое проектирование в оптоэлектронике :Учебн. пос. – М. :Издательство МЭИ, 2000.

7. Мельников Б.С., Горбатых В.П., Дубар А. Поисковое проектирование в атомной энергетике :Учебн. пос. – М. :Издательство МЭИ, 2001.

8. Мельников Б.С. Поисковое проектирование в электротехнике :Учебн. пос. / Под ред. Г.С. Мыцыка. – М. :Издательство МЭИ, 2003.

9. Мельников Б.С. Академическое изобретательство : Метод. пос. – М. :Издательство МЭИ, 2003.

10. Мельников Б.С. Основы сравнительного моделирования :Учебн. пос. / Под ред. В.Н. Бодрова. – М. :Издательство МЭИ, 2002.

11. Мельников Б.С. Сравнительное моделирование в среде LabVIEW / Под ред. Г.И. Обидина. – М. :Издательство МЭИ, 2003.

12. Крон Г. Исследование сложных систем по частям – диакоптика. – М. :Наука, 1972.

13. Шальнева И.К. Системный подход к изучению изобретательности [электронный ресурс]. – Режим доступа: http://icp-ua.com/ru/node/884.

14. Семенов А.В., Мельников Б.С. Изобретение центральной станции системы подвижной радиосвязи с доступом по запросу //Радиоэлектроника, электротехника и энергетика. Пятая междунар. научн.-техн. конф. Т.1.– М.: Издательство МЭИ, 1999. – С. 169.

15. Семенов А.В., Мельников Б.С. Сравнительное моделирование центральной станции подвижной радиосвязи //Радиоэлектроника, электротехника и энергетика. Седьмая междунар. научн.-техн. конф. Т.1. – М.: Издательство МЭИ, 2000. – С.148-149.

16. Патент РФ № 2153773. Центральная станция системы радиосвязи с доступом по запросу / А.В. Семенов // БИ. 2000. № 21.

17. Семенов А.В. Исследование и развитие сравнительного моделирования РЭУС : Магистерская диссертация / Научн. руков. Б.С. Мельников. – М. : Каф. РТС МЭИ(ТУ), 2003.

Код для цитирования: Скопировать