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发明技巧的故事1――如何平整地运送高温玻璃?——分割原理的应用

已有 639 次阅读 2021-10-20 16:47 |系统分类:科研笔记

如何平整地运送高温玻璃?——分割原理的应用

在玻璃批量生产线上,对玻璃先进行加热然后再进行加工,加工完成后的玻璃仍处于通红状态,需要将其输送到指定位置直至冷却下来。

现在的问题是,因为玻璃还处于高温,呈现柔软的状态,在滚轴传输线的输送过程中会因为重力下垂而造成变形,导致玻璃表面凹凸不平,后续需要大量的打磨工作来进行修正。

年轻的工程师提出将传输线上的滚轴直径做到尽量小,以减少玻璃悬空的面积,提高玻璃的平度。

“我们可以将滚轴直径像火柴棍一样细”,年轻的工程师说, “组成一个传输线”。

“那么,每米长度内将有大约500个滚轴,安装时需要像做珠宝首饰一样细致”,老工程师说,“想一想这个传输线的造价”。

“我认为我们不能再考虑滚轴传输线”,一位工程师说,“最好用新的方法来替代它”。

有什么好办法呢? ”年轻的工程师说道。

突然,萃智先生出现了。

“继续分割吧”,他说。

随后,一个基于分割原理的解决方案展示了出来:将滚轴直径无限缩小,小到头发丝、1/100毫米、1/1000毫米、1/10000毫米,…一直分割下去,会是什么呢?物质呈现分子、原子状态。

即用熔化的锡来代替滚轴。传输线是一个长长的、盛满熔化锡 的槽子。由于锡的熔点低而沸点高,正适合通红的玻璃板的冷却温度区间,熔化锡在重力作用下,会呈现出一个绝对平面,可以很好地满足此工序的要求。

 

这个故事说明了发明技巧的分割原理

分割(segmentation原理体现在3个方面

1.将物体分割为独立部分。

比如:电脑分割成主机与显示器、键盘、鼠标,这样方便调整,火车分割成多节车厢,分割笔芯和笔,就得到了自动铅笔;圆珠笔的笔芯与笔套是两个可分的部分,笔芯可以换,等等。

2.使物体成为可组合的(易于拆卸和组装)。

比如:刮胡刀的刀片与手柄可分离;可更换刀片的美工刀;可更换不同街头的电钻;抽油烟机油盒的可拆卸;可更换镜片的望远镜。

3.增加物体被分割的程度。

比如:存储食物制冷箱体的分割—冰箱包括冷冻室、冷藏室,再分割成保鲜室;多个块状竹制块(麻将块)的凉席替代竹条式凉席;将相机镜头部分分为多个套管连接实现伸缩镜头的结构;自行车、摩托车等的链条是一环一环相接的,每环都是可以取下来的,等等。

分割原理好处:

I)降低系统的规模和粒度,增加系统的可解析

降低系统规模和粒度的目的当然可以使得系统求解更加容易,对于制造业来说,可以使得制造更加容易,更加专业。在软件系统中的大文件分割成小文件,大系统分割成小系统,可以使得系统的实现变得更加简单和容易。同时,如果系统按功能进行分割,可以使得子系统各负其责,子系统的职责更加单一。

II)增加系统的灵活性,弹性和可维护性:

分割的另一个好处就是脱耦,通过脱偶可以增加系统的灵活性,弹性和可维护性。灵活性和弹性大家可以很容易理解,可维护性表达的是系统如果出问题,我们只要找到出问题的部分,进行替换就可以。现在制造业的组件化和软件设计的模块化(组件化)都是利用了这种思想。比如网络的分层,软件系统的多层架构。

III) 使得社会化生产,流水化作业成为可能

什么时候可以用这个原理呢?下面是一些典型的场景:

1)如果我们需要在一个现有的系统(或者物体)上的增加功能或职责,而现有系统的功能比较笼统的情况下;

典型的例子是垃圾箱,垃圾箱的功能是回收垃圾,但我们现在需要对垃圾的回收进行分类,这就增加了垃圾箱的职责,不仅要回收垃圾,还要分类,一个比较简单的办法就是将垃圾箱分成几个相对独立的部分(可回收垃圾,不可回收垃圾,其它垃圾),这也是原理中第一种情况。对于软件系统中,对数据的访问分成文件数据的访问和数据库数据的访问也属于此类。当然,如果增加的职责比较复杂,有时候简单的分割并不容易解决,反而会增加系统的复杂性和成本。

2)如果系统过于笨重或者体积过大,不便于移动或运输

这个主要是针对实物型的系统,比如可拆卸衣柜,整体衣柜大而笨重,不便于运输和搬动,通过分割原理变成可拆卸的衣柜后,就使得移动和运输更加容易。

3)如果系统比较复杂,整体上不便于制造。

这种情况下就需要分割成比较容易制造的子系统(组件),然后通过组装来完成。这种例子就非常多了。其实软件系统的构造者(Builder)模式就是这种思想;

4)如果系统过于庞大,不便于使用和维护

软件系统的面向服务,面向对象其实都是这种思想,将庞大的系统按照一定维度进行分拆,从而达到便于使用和维护的目的。

分割原理的副作用:

I)可能会增加系统的复杂性;

分割后,为了使各个组件还能整体工作,就需要协调各个组件,增加额外的设计,使得系统的复杂性增加,特别是分割不合理或者过度分割的情况下,系统的复杂性会增加很快,所以一定要把握住分割的度。

II)降低了系统的鲁棒性(健壮性);

这个比较容易理解,因为分割后需要增加连接组件,会使得系统的健壮性降低。

III)会带来额外的设计

系统进行分割后,为了将各个子系统连接成一个整体,就需要增加连接组件,比如一节棍变成双节棍后的链接链条。同时要让各个部分共同完成系统功能,还需要增加协调功能来协调各个部分的工作。

分割的方法:

在制造业中系统的分割一般是按子功能(如:动力装置,传动装置,控制装置,执行装置,转换装置,传感装置、辅助装置等)来进行,在软件系统设计中,也可以按子功能来分割,可以沿着功能的纵向和横向来进行,比如SOA就是按横向来进行,而分层就是沿着纵向来分割。

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;https://blog.csdn.net/hawksoft/article/details/39852141。




https://blog.sciencenet.cn/blog-267817-1308708.html

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2 尤明庆 李宏翰

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