Закон «развиваться, становясь подсистемой», по-видимому, имеет фундаментальное значение не только в технике, но и в развитии любых объектов - от элементарных частиц до галактик. Однако это только один из законов, знание которых необходимо изобретателю.

Законы развития технических систем можно разделить на три группы: «статику», «кинематику» и «динамику». Начнем со «статики» - законов, которые определяют начало жизни технических систем.

Любая техническая система возникает в результате синтеза в единое целое отдельных частей. Не всякое объединение частей дает жизнеспособную систему. Существуют по крайней мере три закона, выполнение которых необходимо для того, чтобы система оказалась жизнеспособной.

 

1. Закон полноты частей системы

Необходимым условием принципиальной жизнеспособности технической системы является нал и чие и минимальная работоспособность основных частей с и стемы.

Каждая техническая система должна включать четыре основные части: двигатель, трансмиссию, рабочий орган и орган управления. Смысл закона 1 заключается в том, что для синтеза технической системы необходимо наличие этих четырех частей и их минимальная пригодность к выполнению функций системы, ибо сама по себе работоспособная часть системы может оказаться неработоспособной в составе той или иной технической системы. Например, двигатель внутреннего сгорания, сам по себе работоспособный, оказывается неработоспособным, если его использовать в качестве подводного двигателя подводной лодки.

Закон 1 можно пояснить так: техническая система жизнеспособна в том случае, если все ее части не имеют «двоек», причем «оценки» ставятся по качеству работы данной части в составе системы. Если хотя бы одна из частей оценена «двойкой», система нежизнеспособна даже при наличии «пятерок» у других частей. Аналогичный закон применительно к биологическим системам был сформулирован Либихом еще в середине прошлого века («закон минимума»).

Из закона 1 вытекает очень важное для практики следствие. Чтобы техническая система была управляемой, необходимо, чтобы хотя бы одна ее часть была управляемой.

«Быть управляемой» - значит менять свойства так, как это надо тому, кто управляет.

Знание этого следствия позволяет лучше понимать суть многих задач и правильнее оценивать полученные решения. Возьмем, например, задачу 37 (запайка ампул). Дана система из двух неуправляемых частей: ампулы вообще неуправляемы - их характеристики нельзя (невыгодно) менять, а горелки плохо управляемы по условиям задачи. Ясно, что решение задачи будет состоять во введении в систему еще одной части (вепольный анализ сразу подсказывает: это вещество, а не поле, как, например, в задаче 34 об окраске цилиндров). Какое вещество (газ, жидкость, твердое тело) не пустит огонь туда, куда он не должен пройти, и при этом не будет мешать установке ампул? Газ и твердое тело отпадают, остается жидкость, вода. Поставим ампулы в воду так, чтобы над водой поднимались только кончики капилляров (а. с. № 264 619). Система приобретает управляемость: можно менять уровень воды - это обеспечит изменение границы между горячей и холодной зонами. Можно менять температуру воды - это гарантирует устойчивость системы в процессе работы.

 

2. Закон «энергетической проводимости» системы

Необходимым условием принципиальной жизнеспособности технической системы является скво з ной проход энергии по всем частям системы.

Любая техническая система является преобразователем энергии. Отсюда очевидная необходимость передачи энергии от двигателя через трансмиссию к рабочему органу.

Передача энергии от одной части системы к другой может быть вещественной (например, вал, шестерни, рычаги и т. д.), полевой (например, магнитное поле) и вещественно-полевой (например, передача энергии потоком заряженных частиц). Многие изобретательские задачи сводятся к подбору того или иного вида пере- дачи, наиболее эффективного в заданных условиях. Такова задача 53 о нагреве вещества внутри вращающейся центрифуги. Вне центрифуги энергия есть. Имеется и «потребитель», он находится внутри центрифуги. Суть задачи - в создании «энергетического моста». Такого рода «мосты» могут быть однородными и неоднородными. Если вид энергии меняется при переходе от одной части системы к другой - это неоднородный «мост». В изобретательских задачах чаще всего приходится иметь дело именно с такими мостами. Так, в задаче 53 о нагреве вещества в центрифуге выгодно иметь электромагнитную энергию (ее передача не мешает вращению центрифуги), а внутри центрифуги нужна энергия тепловая. Особое значение имеют эффекты и явления, позволяющие управлять энергией на выходе из одной части системы или на входе в другую ее часть. В задаче 53 нагрев может быть обеспечен, если центрифуга находится в магнитном поле, а внутри центрифуги размещен, например, диск из ферромагнетика. Однако по условиям задачи требуется не просто нагревать вещество внутри центрифуги, а поддерживать постоянную температуру около 250°С. Как бы ни менялся отбор энергии, температура диска должна быть постоянной. Это обеспечивается подачей «избыточного» поля, из которого диск отбирает энергию, достаточную для нагрева до 250°С, после чего вещество диска «самоотключается» (переход через точку Кюри). При понижении температуры происходит «самовключение» диска.

Важное значение имеет следствие из закона 2.

Чтобы часть технической системы была управляемой, необходимо обеспечить энергетическую проводимость между этой частью и органами управления.

В задачах на измерение и обнаружение можно говорить об информационной проводимости, но она часто сводится к энергетической, только слабой. Примером может служить решение задачи 8 об измерении диаметра шлифовального круга, работающего внутри цилиндра. Решение задачи облегчается, если рассматривать не информационную, а энергетическую проводимость. Тогда для решения задачи нужно прежде всего ответить на два вопроса: в каком виде проще всего подвести энергию к кругу и в каком виде проще всего вывести энергию сквозь стенки круга (или по валу)? Ответ очевиден: в виде электрического тока. Это еще не оконча- тельное решение, но уже сделан шаг к правильному ответу.

 

3. Закон согласования ритмики частей системы

Необходимым условием принципиальной жизнеспособности технической системы является согл а сование ритмики (частоты колебаний, периодичности) всех частей системы.

Примеры к этому закону приведены в гл. 1.

К «кинематике» относятся законы, определяющие развитие технических систем независимо от конкретных технических и физических факторов, обусловливающих это развитие.

 

4. Закон увеличения степени идеальности системы

Развитие всех систем идет в направлении увеличения степени идеальности.

Идеальная техническая система - это система, вес, объем и площадь которой стремятся к нулю, хотя ее способность выполнять работу при этом не уменьшается. Иначе говоря, идеальная система - это когда системы нет, а функция ее сохраняется и выполняется.

Несмотря на очевидность понятия «идеальная техническая система», существует определенный парадокс: реальные системы становятся все более крупноразмерными и тяжелыми. Увеличиваются размеры и вес самолетов, танкеров, автомобилей и т. д. Парадокс этот объясняется тем, что высвобожденные при совершенствовании системы резервы направляются на увеличение ее размеров и, главное, повышение рабочих параметров. Первые автомобили имели скорость 15--20 км/ч. Если бы эта скорость не увеличивалась, постепенно появились бы автомобили, намного более легкие и компактные с той же прочностью и комфортабельностью. Однако каждое усовершенствование в автомобиле (использование более прочных материалов, повышение к. л. д. двигателя и т. д.) направлялось на увеличение скорости автомобиля и того, что «обслуживает» эту скорость (мощная тормозная система, прочный кузов, усиленная амортизация). Чтобы наглядно увидеть возрастание степени идеальности автомобиля, надо сравнить современный автомобиль со старым рекордным автомобилем, имевшим ту же скорость (на той же дистанции).

Видимый вторичный процесс (рост скорости, мощностей, тоннажа и т. д.) маскирует первичный процесс увеличения степени идеальности технической системы. Но при решении изобретательских задач необходимо ориентироваться именно на увеличение степени идеальности - это надежный критерий для корректировки задачи и оценки полученного ответа.

 

5. Закон неравномерности развития частей системы

Развитие частей системы идет неравномерно; чем сложнее система, тем неравномернее разв и тие ее частей.

Неравномерность развития частей системы является причиной возникновения технических и физических противоречий и, следовательно, изобретательских задач. Например, когда начался быстрый рост тоннажа грузовых судов, мощность двигателей быстро увеличилась, а средства торможения остались без изменения. В результате возникла задача: как затормозить, скажем, танкер водоизмещением 200 тыс. тонн. Задача эта до сих пор не имеет эффективного решения: от начала торможения до полной остановки крупные корабли успевают пройти несколько миль...

 

6. Закон перехода в надсистему

Исчерпав возможности развития, система включается в надсистему в качестве одной из частей; при этом дальнейшее развитие идет на уровне надсистемы.

Об этом законе мы уже говорили.

Перейдем к «динамике». Она включает законы, отражающие развитие современных технических систем под действием конкретных технических и физических факторов. Законы «статики» и «кинематики» универсальны - они справедливы во все времена и не только применительно к техническим системам, но и к любым системам вообще (биологическим и т. д.). «Динамика» отражает главные тенденции развития технических систем именно в наше время.

 

7. Закон перехода с макроуровня на микроуровень

Развитие рабочих органов системы, идет сначала на макро -, а затем на микр о у ровне.

В большинстве современных технических систем рабочими органами являются «железки», например винты самолета, колеса автомобиля, резцы токарного станка, ковш экскаватора и т. д. Возможно развитие таких рабочих органов в пределах макроуровня: «железки» остаются «железками», но становятся более совершенными. Однако неизбежно наступает момент, когда дальнейшее развитие на макроуровне оказывается невозможным. Система, сохраняя свою функцию, принципиально перестраивается: ее рабочий орган начинает действовать на микроуровне. Вместо «железок» работа осуществляется молекулами, атомами, ионами, электронами и т. д.

Переход с макро- на микроуровень - одна из главных (если не самая главная) тенденций развития современных технических систем. Поэтому при обучении решению изобретательских задач особое внимание приходится обращать на рассмотрение перехода «макро-микро» и физических эффектов, реализующих этот переход.

 

8. Закон увеличения степени вепольности

Развитие технических систем идет в направлении увеличения степени вепол ь ности.

Смысл этого закона заключается в том, что невепольные системы стремятся стать вепольными, а в вепольных системах развитие идет в направлении перехода от механических полей к электромагнитным; увеличения степени дисперсности веществ, числа связей между элементами и отзывчивости системы.

Многочисленные примеры, иллюстрирующие этот закон, уже встречались при решении задач.

 

СТАНДАРТЫ НА РЕШЕНИЕ ИЗОБРЕТАТЕЛЬСКИХ ЗАДАЧ

В предыдущей главе мы начали построение многоэтажной пирамиды приемов: простые приемы, парные приемы, комплексы приемов... Усложняется структура, увеличивается сила приемов, начинает проявляться их специализация, «привязанность» к тому или иному классу задач. На четвертом этаже должны быть еще более сложные приемы, отличающиеся особой силой и четко специализированные. Такие приемы удалось обнаружить, они составляют фонд стандартов на решение изобретательских задач.

Несколько слов о названии. В нем есть некоторая демонстративность. Конечно, можно было бы заменить слово «стандарты» словами «решение типовых задач» или «некоторые характерные классы задач и их типовые решения». Но в слове «стандарт» короче и точнее отражена основная идея: есть комплексные приемы, которые надо применять обязательно, потому что для своих классов задач они гарантируют решение высокого уровня.

Итак, основные особенности стандартов состоят в том, что:

- в их состав входят не только приемы, но и физические эффекты;

- приемы и эффекты, входящие в стандарт, образуют определенную систему (т. е. соединены не «как попало», а в определенной последовательности);

- система приемов и эффектов отчетливо направлена на устранение физических противоречий, типичных для данного класса задач;

- хорошо видна связь стандартов с основными законами развития технических систем.

Широта, идентичность решения и эффективность - абсолютно необходимые требования к любому «кандидату» в стандарты. Возьмем, например, применение эффекта Томса. Использование этого физического эффекта всегда приводит к решениям высокого уровня. Но область его действия очень узка: в сущности речь идет об одной задаче - «Как уменьшить трение жидкости и твердого тела при их относительном движении?» В а. с. № 412 382 предлагается добавка длинноцепочечных полимеров в жидкость «для струйного воздействия на твердые материалы»; в а. с. № 424 468 тот же эффект патентуется в качестве «способа работы жидкостно-кольцевой машины, например компрессора»; в а, с. № 427 982 длинноцепочечные полимеры вводятся в смазку для волочения труб; в а. с. № 464 042 - снова то же самое, но речь идет об «электрической водозаполненной машине»... Таких изобретений множество, однако задача везде одна и та же: есть жидкость, нужно уменьшить ее трение о твердую поверхность. Изобретательские решения, основанные на использовании одного физического эффекта, быстро становятся тривиальными: применение электрогидравлического эффекта в конце 40-х годов давало сильные изобретательские решения, а через десять лет этот прием стал тривиальным. В стандартах указан не какой-то конкретный физический эффект, а тип эффекта, поэтому стандарты имеют значительно большую продолжительность жизни: в некоторых из них могут быть использованы и те физические эффекты, которые будут открыты в дальнейшем.

Описание каждого стандарта включает подробное его обоснование и многочисленные примеры, отражающие нюансы применения. Мы коротко рассмотрим только суть первых десяти стандартов (разработано уже около 50 стандартов, но многие из них еще не завершили свой «испытательный срок»).

Стандарт 1.Если объект трудно обнаружить в какой-то момент времени и если можно заранее ввести в него добавки, то задача решается предварительным введением в объект добавок, которые создают легко обнаруживаемое (чаще всего электромагнитное) поле или легко взаимодействуют с внешней средой, обнаруживая себя и, следовательно, объект. Аналогично решаются задачи на измерение, если их можно представить в виде последовательности задач на обнаружение.

Примерами могут служить решения задач 9 (добавка люминофора в рабочее вещество холодильника), 18 (добавка люминофора в краску) и 10 (добавка ферромагнетика в полимер). По а. с. № 415 516 температуру в труднодоступных местах измеряют, вводя алмазное зерно: с изменением температуры меняется показатель преломления света, проходящего через алмаз. Суть (в вепольном смысле) во всех этих случаях одна: дано одно вещество, вводится второе, «умеющее» хорошо взаимодействовать с внешним электромагнитным полем.

Стандарт 2.Если нужно сравнить объект с эталоном, чтобы выявить отличия, то задача решается оптическим совмещением изображения объекта с эталоном или с изображением эталона, причем изображение объекта должно быть противоположно по окраске эталону или его изображению. Аналогично решаются задачи на измерение, если есть эталон или его изображение.

Пример - решение задачи 28. Другой пример - а. с. № 350 219; пластинку с просверленными отверстиями контролируют, совмещая желтое изображение пластинки с синим изображением эталона. Если на экране появляется желтый цвет, значит на контрольной пластинке отсутствует отверстие. Появление синего цвета означает, что на пластинке есть лишнее отверстие.

Стандарт 3. Если два подвижных относительно друг друга вещества должны соприкасаться и при этом возникает вредное явление, то задача решается введением между ними третьего вещества, являющегося видоизменением одного из веществ, данных по условиям задачи.

Пример - решение задачи 14. По стандарту 3 решается также задача 17: в месте поворота трубопровода снаружи устанавливают постоянный магнит, изнутри на стенку «налипает» слой шариков; движущиеся шарики сталкиваются уже не со стенкой, а с неподвижными шариками; если какой-то неподвижный шарик будет выбит, его место займет другой (а. с. № 304 356). Аналогично решается задача 36. В задаче 21 вредное явление (эрозия) возникает между водой и металлом: вводят «видоизмененную воду» - слой льда: части подводного крыла, которые нужно защитить, охлаждают, на них нарастает тонкий и постоянно восстанавливаемый слой льда (а.с. № 412 062).

Стандарт 4. Если нужно управлять движением объекта, в него следует ввести ферромагнитное вещество и использовать магнитное поле. Аналогично решаются задачи на обеспечение деформаций вещества, на обработку его поверхности, дробление, перемешивание, изменение вязкости, пористости и т. п.

Примеры - решение задачи 6 об изменении свойств почвы на полигоне и задачи 29 о перемещении линии рисунка. По а. с. № 147 225 ферромагнитные частицы вводят в чернила и управляют такими чернилами с помощью магнитного поля. По а. с. № 261 371 ферромагнитный порошок вводят в катализатор и управляют его движением с помощью магнитного поля. В а. с. № 433 829 описана заглушка с ферромагнитной жидкостью, твердеющей в магнитном поле, в а. с. № 469 059 изменение вязкости такой жидкости в магнитном поле используется для управления демпфирующими устройствами. Подобных изобретений очень много, и все они относятся к решениям высоких уровней.

Стандарт 5. Если нужно увеличить технические показатели системы (массу, размеры, скорость и т. д.) и это наталкивается на принципиальные препятствия (запрет со стороны законов природы, отсутствие в современной технике необходимых веществ, материалов, мощностей и т. д.), система должна войти в качестве подсистемы в состав другой, более сложной системы. Развитие исходной системы прекращается, оно заменяется более интенсивным развитием сложной системы. Примером может служить создание газотеплозащитного скафандра.

Стандарт 6. Если трудно выполнить операцию с тонкими хрупкими и легкодеформируемыми объектами, то на время выполнения этих операций объект надо объединить с веществом, делающим его твердым и прочным, а затем это вещество удалить растворением, испарением и т. д.

По а. с. № 182 661 тонкостенные трубки из нихрома изготовляют (волочением) на алюминиевом стержне, а затем вытравливают стержень щелочью.

Стандарт 7. Если надо совместить два взаимоисключающих действия (или два взаимоисключающих состояния объекта), то каждое из этих действий надо сделать прерывистым и совместить таким образом, чтобы одно действие совершалось в паузах другого. При этом переход от одного действия (состояния) к другому должен осуществляться самим объектом, например, за счет использования фазовых переходов, происходящих при изменении внешних условий.

Примеры - решение задачи 25 о молниеотводе и задачи 48 о защите от обледенения.

Стандарт 8. Если невозможно непосредственно определить изменение состояния (массы, размеров и т. д.) механической системы, то задача решается возбуждением в системе резонансных колебаний, по изменению частоты которых можно определить происходящие изменения.

Частота собственных колебаний - пульс технической системы (или ее части). Идеальный способ измерения: датчиков нет, система сама сообщает о своем состоянии... По а. с. № 244 690 по собственной частоте колебаний определяют вес движущейся нити (до этого приходилось отрезать часть нити и взвешивать).

Стандарт 9. Если нужно увеличить технические показатели системы (точность, быстродействие и т. д.) и это наталкивается на принципиальные препятствия (запрет со стороны законов природы, резкое ухудшение других свойств системы), то задача решается переходом с макро- на микроуровень: система (или ее часть) заменяется веществом, способным при взаимодействии с полем выполнять требуемые действия.

В стандарте 5 речь шла о переходе от системы к надсистеме; суть стандарта 9 заключается в переходе от системы к подсистеме. С примерами читатель уже знаком. В частности, по стандарту 9 решается задача 52 (для создания сверхточного крана надо использовать тепловое расширение, магнитострикцию, обратный пьезоэффект).

Большое значение для применения стандартов имеет возможность или невозможность вводить добавки - в соответствии с требованиями стандартов 1, 3, 4 и 6. До сих пор мы пользовались словами «можно менять объект», «нельзя менять объект». Теперь эти слова наполняются конкретным физическим смыслом, что позволяет применить более точные определения: «можно вводить добавки» и «нельзя вводить добавки». Степень трудности задачи во многом зависит от этих «можно» и «нельзя». Поэтому стандарт 10 специально относится к переводу «нельзя» в «можно».

Стандарт 10. Если нужно ввести добавки, а это запрещено условиями задачи, следует использовать обходные пути:

1) вместо вещества вводится поле; 2) вместо «внутренней» добавки используется «наружная»; 3) добавка вводится в очень малых дозах; 4) добавка вводится на время; 5) в качестве добавки используют часть имеющегося вещества, переведенную в особое состояние или уже находящуюся в таком состоянии; 6) вместо объекта используют его копию (модель), в которую допустимо введение добавок; 7) добавки вводят в виде химического соединения, из которого они потом выделяются.

Обходные пути 2 и 4, например, можно использовать для решения задачи 20. На алмазы напыляют тонкий слой металла и осуществляют ориентировку алмазных зерен с помощью магнитного поля. При шлифовке ненужный напыленный слой сразу стирается.

* * *

Решая задачу методом проб и ошибок, человек неожиданно обнаруживает решение. Мгновение назад ответа не было - и вдруг он сразу появился. Эта неожиданность отражена во многих терминах: «озарение», «осенение», «эврика», «инсайт»... Слова разные, а смысл одинаковый: решение появляется внезапно, тьма мгновенно заменяется светом.

Действительно, при работе методом проб и ошибок смена тьмы светом происходит в неуловимо короткий промежуток временя. Для психолога, изучающего изобретательское творчество на уровне метода проб и ошибок, «озарение» - одно из основоположных явлений. Иное дело, если психолог изучает изобретательское творчество, ведущееся на уровне АРИЗ. Здесь столь же основоположным оказывается отсутствие «озарений»: тьма постепенно сменяется светом. Вот магнитофонная запись решения задачи 54 о пропавшем алмазе (задачу решал математик, окончивший общественный институт изобретательского творчества): «Это задача на обнаружение. Следовательно, нужно применить стандарт 1: придется ввести какие-то добавки в алмаз. Да, но добавки вводить нельзя! Противоречие... Для этого есть стандарт 10... Вводить добавки на время или в микродозах - это тоже не подойдет, вводить добавки нельзя. Следующий обходной путь - использовать в качестве добавок что-то находящееся в веществе. А что в нем находится? Алмаз -кристалл. Кристаллическая решетка... Есть там нарушения кристаллической решетки? Должны быть! Значит, их надо использовать в качестве отметин... Как родинки у человека... С похищенным алмазом ничего уже не поделаешь, но для всех других надо заранее сделать рентгенограммы... Получается что-то вроде дактилоскопии для алмазов...»

Решая трудную задачу перебором вариантов, изобретатель может годами не сдвинуться с места: что из того, что из 50 тыс. вариантов уже рассмотрены 3 тыс. Иное дело - при решении задачи по АРИЗ. Человек сознательно управляет процессом решения, подключая знание тех или иных закономерностей, приемов, методов и т. д. Каждая операция приближает решение, проясняет тьму. Контуры решения выступают постепенно (и, конечно, намного быстрее, чем при работе методом проб и ошибок).

По традиции «озарение» привыкли считать непременным свойством творчества: есть «озарение» - есть и творчество, нет «озарения» - нет творчества. Теперь, на новом уровне организации творчества, вместо «озарения», «осенения» психологическим атрибутом творчества становится «прояснение» (постепенный переход к свету).

При этом (здесь есть своеобразный парадокс) решение задачи частично известно еще до постановки задачи. Не зная задачи, мы заранее знаем законы, т. е. ответ в общей форме. Процесс решения состоит в переходе от общих законов к конкретному их овеществлению в данном случае.

Стандарты на решение изобретательских задач можно применять до анализа (на шаге 1.7). Но эффективнее использовать их после анализа, во всяком случае, после построения модели задачи, поэтому стандарты входят в таблицу типовых моделей задач и вепольных преобразований.

Иногда для решения задачи необходимо последовательно использовать несколько стандартов.

Задача 56

Установка для укладки фруктов в картонные коробки включает вибростол, на который устанавливают ящик (вибрация позволяет значительно повысить плотность укладки). Сверху по лотку поступают фрукты. К сожалению, нежные фрукты бьются при падении (будем считать, что высота падения 0,5 м). Опускать лоток до дна коробки, а потом поднимать его, используя какое-то устройство, - решение слишком сложное и потому плохое. Как быть?

Один персик ударяется о другой, при этом возникает вредный эффект -типичная задача на стандарт 3. Нужно ввести между двумя соударяющимися персиками «мягкий персик», т. е. какие-то эластичные шарики, например из поролона (такие шарики благодаря вибрации будут находиться над верхним слоем фруктов). После заполнения коробки нужно удалить шарики - это уже задача на стандарт 4. В шарики введены ферромагнитные пластинки; после заполнения коробки включают расположенный над коробкой электромагнит, и шарики «выпрыгивают» из коробки; подают пустую коробку, отключают магнит, сбрасывают шарики. Эффективность решения (а. с. № 552 245) достигнута совместным применением двух стандартов; использованы шарики-амортизаторы и обеспечено управление ими.

 

ЗА ДЕРЕВОМ - ЛЕС

Наиболее сильные средства решения задач (вепольный анализ, стандарты) одновременно являются инструментами для выявления новых задач. Прогностическая функция присуща и приемам, используемым на шаге 6.3. Рассмотрим это на конкретном примере.

Допустим, впервые создан электромагнитный измеритель (расходомер) потока электропроводной жидкости. Принцип устройства такого расходомера весьма прост (рис. 16. а ): в измеряемый поток (П) введены электроды (Э), снаружи расположена магнитная система (М), создающая магнитное поле; поток пересекает магнитные силовые линии, и на электродах возникает электродвижущая сила. Если теперь поставить задачу: «Предложите новые конструкции электромагнитных расходомеров», поиск методом проб и ошибок не даст быстрых результатов, потому что неизвестно, как менять имеющуюся схему. Используем простейший при- ем - перестановку частей. Структуру исходной конструкции можно записать так: МЭПЭМ. В центре - поток, с обеих сторон потока - электроды, снаружи - магнитная система. Очевидно, путем перестановки частей можно получить еще пять конструкций; ЭМПМЭ (рис. 16, б ); ПМЭМП (рис. 16, в ); МПЭПМ (рис. 16, г ); ЭПМПЭ (рис. 16, д ); ПЭМЭП (рис. 16, е ).

К моменту, когда такой морфологический анализ провели впервые, были известны только лотковый расходомер по схеме МЭПЭМ и лаг (измеритель скорости) со схемой ПЭМЭП. Четыре схемы оказались новыми, имеющими свои особенности и преимущества. Например, схема МПЭПМ позволяет измерять локальный расход по ширине потока. Лаг по схеме ПМЭМП работает на внутреннем магнитном поле соленоида и потому более чувствителен, чем лаг по схеме ПЭМЭП, работающий на поле рассеяния.

Таким образом, даже простейшие приемы (перестановка частей) могут быть использованы не только как решения задач, но и для выявления области применения полученного принципа, т. е. в целях прогнозирования.

Рис. 16.

Рассмотрим, например, магнитный фильтр (задача 13). Он включает магнитную систему (М), ферромагнитный порошок (Ф), сквозь который проходит поток запыленного воздуха (обозначим этот поток буквой И - изделие). Структура фильтра МФИФМ.

Ясно, что возможны еще пять структур: ФМИМФ; ИМФМИ; МИФИМ; ИФМФИ; ФИМИФ.

Например, «Электромагнитный фильтр, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что с целью снижения удельного расхода энергии и увеличения производительности фильтрующий элемент из зернистого магнитного материала размещен вокруг источника магнитного поля и образует внешний замкнутый магнитный контур» (а. с. № 319 325). Это изобретение (магнит внутри) появилось только через семь лет после того, как был изобретен обычный фильтр (магнит снаружи) ...

Будем считать шесть возможных структур прографкой таблицы, а в боковик запишем пять возможных состояний изделия: газ, жидкость, твердое тело (например, стальной стержень), эластичное тело (резина), порошок. Получится таблица. содержащая 30 клеток, причем в них окажутся не только схемы фильтров, но и схемы иных по функциям технических систем. Например, в клетку на пересечении колонки «МФИФМ» и строки «твердое тело» можно поместить изобретение по а. с. № 499 912: «Способ бесфильерного волочения стальной проволоки, включающий деформацию растяжением, отличающийся тем, что с целью получения проволоки постоянного диаметра необходимую деформацию осуществляют путем протягивания проволоки через ферромагнитную массу, помещенную в магнитном поле». В патенте ЧССР № 105 766 описана магнитная пробка, установленная в картере двигателя для вылавливания частиц металла из масла: структура ИФМФИ, агрегатное состоящие изделия (масло) - жидкость.

В таблице использованы только два приема: перестановка частей и изменение агрегатного состояния изделия. Можно использовать третий прием: переход от поступательного движения (изделия, порошка или поля) к вращательному и наоборот, т. е. можно построить две 30-клеточные таблицы для двух видов движения. Таким образом, исходная схема планомерно разворачивается в 60 схем.

При детальной проработке число схем можно значительно увеличить: для этого нужно учесть, какая часть системы движется, а какая неподвижна. «В 1962 г. Геннадий Шулев, в то время аспирант КТИРПиХ, предложил новую технологию обработки металлов - магнитно-абразивную. На нее в мае того же года получил а. с. № 165 651. Он остроумно модернизировал идею обработки металла, которая была предложена в нашей стране в 1938 г. Идея возникла, но результата не получилось, ибо первоначально предлагалось обрабатывать цилиндрические поверхности во вращающемся магнитном поле. Шулев развил идею: магнитное поле не- подвижно, а вращается деталь. Попробовал на станке - получается» («Техника и наука», 1976, № 7, с. 15). Двадцать четыре года на переход к идее «вращать не поле, а изделие»-такова плата за неорганизованность мышления. По АРИЗ-77 развитие и трансформация полученной идеи обязательны (шаг 6.3б). Значительное расширение области трансформаций идей можно получить введением третьей оси «Использование физических эффектов и явлений»; управление магнитными характеристиками путем изменения температуры системы, переход через точку Кюри, эффекты Гопкинса, Баркхаузена. Например, по а. с. № 397 289 при контактной приварке ферромагнитного порошка к рабочим поверхностям деталей (для обеспечения равномерности подачи порошка) его нагревают до точки Кюри. Две трехмерные таблицы - это уже свыше 200 схем. За деревом идеи отчетливо просматривается целая роща идей...

Построение и заполнение подобных таблиц является прекрасным упражнением на развитие «аризного» мышления и с 1976 г. систематически используется на занятиях в общественных школах и институтах изобретательского творчества. При этом нередко делают интересные изобретения и открывают новые направления исследований и разработок.

 

ЗАДАЧИ

Задачи 57-59 вы решите легко, хотя они весьма трудны для тех, кто не слышал о стандартах. А вот с задачей 60 придется поработать без спешки, терпеливо. Решение этой задачи можно развернуть в интересное исследование.

Задача 57

В а. с. № 206 207 описан станок для нарезания резьбы метчиками; для разгрузки инструмента от осевых усилий станок имеет камеру, заполненную жидкостью, и поплавок, соединенный со шпиндельным блоком. По а. с. № 354 297 аналогичное поплавковое устройство используют для разгрузки опорных подшипников в установке, измеряющей крутящие моменты. Чем больше поплавок, тем, естественно, больше развиваемая им гидростатическая сила. Но увеличивать размеры поплавковой камеры невыгодно. Использовать вместо воды тяжелую жидкость дорого, неудобно, опасно. Спрогнозируйте, в каком направлении будут развиваться подобные поплавковые камеры.

П р и м е ч а н и е. Если возникнут трудности, вернитесь к задаче 50.

Задача 58

Имеется установка для получения полимера в виде мелких шариков. Установка представляет собой бак, в котором находится расплавленный полимер. К его поверхности подведена труба, по которой поступает сжатый воздух, захватывающий и распыляющий полимер. Воздушный поток с капельками полимера отводится по трубе: капельки застывают, падают на нижнюю стенку трубы и скатываются в специальную емкость. К сожалению, установка дает много крупных шариков. Пробовали по-разному подавать воздух - лучше не получается. Ставили в трубе решетки, сетки - снижалась производительность.

Какой стандарт надо использовать? Каково решение задачи по этому стандарту?

Задача 59

Консервы выпускают в литровых башках с металлическими крышками. Необходимо проверять, достаточно ли плотно крышка закрывает горловину банки. Для этого опускают банки в ванну с водой и смотрят - появятся ли пузырьки воздуха (вода через неплотности проходит внутрь банки и вытесняет воздух). Способ медленный и ненадежный. Какой стандарт надо применить? Каково решение по стандарту?

П р и м е ч а н и е. Задача состоит в обнаружении капелек воды, проникших внутрь банки. Модель задачи относится к классу 1: дано одно вещество. Содержимое банки, сами банки, крышки не входят в модель задачи.

Задача 60

Ответ на задачу 59 разверните в таблицу «расположение частей - агрегатные состояния изделия». Используйте приведенные в тексте книги примеры изобретений для заполнения некоторых клеток таблицы. Попытайтесь заполнить пустые клетки схемами. Какое применение может быть у этих схем? Нет ли среди них новых изобретений?

 

«БЛУЖДАЯ РАССЕЯННЫМ ВЗГЛЯДОМ...»

Все-таки можно ли изобретать без теории? Без вепольного анализа, без дотошных операций по АРИЗ, без всей этой нелегкой науки? Можно. Вот типичный пример.

Сталь выплавляют в конверторах - огромных металлических тиглях с внутренней футеровкой (облицовкой) из огнеупорного кирпича. Каждые 7-10 дней футеровка сгорает, приходится прекращать работу, охлаждать конвертор, выламывать футеровку и выкладывать ее заново. Возникла идея: менять тигель конвертора целиком. Но конвертор - это сооружение высотой с восьмиэтажный дом; слишком сложно снимать тигель с подшипников, а потом устанавливать заново. Как же быть? Над этой проблемой долго размышлял изобретатель канд. техн. наук В. Горелов. Проблема не поддавалась, шли «пустые» пробы. И вот однажды... «Дочке необходимо было купить игрушку, - рассказывает Горелов. - Блуждая рассеянным взглядом по магазинным полкам, залюбовался русскими матрешками, красиво оформленными и выстроившимися за своей «мамой», в которую остальные вставляются одна в другую. Что-то они напоминали, но что? Прошел мимо, а потом вернулся - вспомнил! Да ведь если убрать верхнюю часть и пристроить руки-цапфы - это же конвертор, в который вкладывается чуть меньший корпус с футеровкой» («Изобретатель и рационализатор», 1976, № 9, с. 20).

Ну, а если бы В. Горелов не зашел в «Детский мир»? Или если бы в тот день на полках магазина не стояли матрешки?.. Конечно, задачу так или иначе решили бы, но с еще большими потерями времени.

Обратимся теперь к таблице основных приемов [13]. Нужно повысить «удобство ремонта» (строка 34). Если идти известными путями (снимать весь тигель), потребуется дополнительное время на установку отремонтированного тигля. Колонка 25 («потери времени») или 32 («удобство изготовления»); приемы в первой клетке: 32, 1, 19, 25; во второй: 1, 35, 11, 10. Прием 1 - разделить объект на части. Именно этот прием и обнаружил В. Горелов, «блуждая рассеянным взглядом». (Матрешка уже реализована в конструкции тигля, так как футеровка находится внутри корпуса. Суть изобретения в отделении футеровки, поэтому «рассеянный взгляд» должен был зафиксировать именно разобранную матрешку).

Другая задача и другой изобретатель - канд. техн. наук А. Белоцерковский: «...к идеальной жидкости для гидроэкструзии предъявляются два взаимоисключающих требования: в зоне действия ее на заготовку жидкость должна быть маловязкой и хорошо передавать высокое гидростатическое давление, а в зоне герметизации и трения (на входе плунжера в контейнер) жидкость должна быть высоковязкой с хорошими смазочными свойствами. Мы предпринимали многочисленные попытки скомбинировать такую жидкость из различных компонентов, обращались в институты химического профиля, терпеливо изучали литературу и патенты. Подходящую жидкость найти не удавалось. Решение пришло внезапно и в самом неподходящем для научного творчества заведении - в коктейль-холле. Как-то субботним вечером мы рассеянно поглядывали на манипуляции девушки-барменши, ловко сбивающей многослойные искрящиеся напитки. Тогда-то и возникла простая до нелепости идея: что, если сделать «коктейль» и в контейнере для гидро- экструзии (а. с. № 249 906). Попробовали - и действительно все прошло отлично» («Изобретатель и рационализатор», 1970, № 12, с. 21).

Физическое противоречие лежит на виду, решение задачи предельно облегчено. Сразу ясно, что противоречивые свойства мало разделить в пространстве. Следовательно, могут быть две и только две возможности: 1) взять одну жидкость и создать разные условия в разных частях машины; 2) взять две жидкости и разделить их в пространстве, причем жидкости не должны смешиваться друг с другом. Изобретатель долгое время видел только первый путь, да и то частично: искал жидкость, которая в разных частях машины ведет себя по-разному. Любой слушатель общественной школы изобретательского творчества знает, что есть жидкости, меняющие вязкость в магнитном или электрическом поле; есть жидкости, меняющие вязкость в зависимости от температуры, от градиента скорости в слоях... Но проще идти вторым путем: пусть в разных частях машины работают разные жидкости. Для этого надо подобрать несмешивающиеся жидкости («коктейль») - вязкую и маловязкую. Интересно сопоставить рассказ изобретателя и давным-давно опубликованный комментарий к одной из учебных задач [12, с. 176]:

«...Мы налили в контейнер для гидроэкструзии... маловязкую рабочую жидкость - попросту говоря, воды... В полость контейнера мы залили слой высоковязкой жидкости с плотностью ниже плотности воды... минеральное масло марки СУ».

«...Главное требование - не смешиваться с нефтью... Все вещества бывают либо органические, либо неорганические. Еще алхимикам было известно, что «подобное растворяется в подобном». Нефть - вещество органическое. Значит, экран должен быть неорганическим. Самая распространенная неорганическая жидкость - вода».

Конечные ответы совпадают: вода и масло, вода и нефть. В обоих случаях состав «коктейля» один и тот же...

Порой трудно понять, почему в поисках идеи «блуждают рассеянным взглядом» где угодно, но только не там, где следовало бы «блуждать» в первую очередь - в книгах по теории решения изобретательских задач. Ведь можно просто перебрать 40 основных приемов, этому даже учиться не надо...

Инженер Ю. Портнягин столкнулся с задачей, очень похожей на ту, которую решал В. Горелов: нужно было ускорить ремонт печи, на этот раз стекловаренной. Дно печи выкладывают огнеупорными шамотными брусьями - на это уходит 90 % времени, затрачиваемого на ремонт. Все дело в том, что брусья должны плотно прилегать друг к другу, поэтому их приходится обрабатывать вручную. Ю. Портнягин был на лекциях по ТРИЗ и знал, что существуют 40 приемов. Поэтому решение задачи пошло иначе. «Перебирая приемы решения изобретательских задач, - пишет Ю. Портнягин («Изобретатель и рационализатор», 1973, № 4, с. 28), - я все время ломал голову, как же сделать, чтобы швы между брусьями были минимальными? Есть такой прием - усилить вредный фактор и превратить его в полезный... Мысленно увеличиваю - шире и шире... Что дальше? Вот что: надо это пространство с неровными криволинейными стенками засыпать высокоогнеупорным бетоном... Наши экономисты подсчитали экономический эффект от облегчения труда -103 руб. 36 коп. за каждый кубометр кладки!.. Комитет по делам изобретений выдал мне на этот способ авторское свидетельство № 270 209».

Простая мысль - посмотреть список приемов, но как редко она возникает! Главный конструктор проекта Д. Цитрон рассказывает об изобретении, основанном на применении... «воздушного мешка»; как мы видели, это весьма распространенный прием, и в литературе по ТРИЗ нетрудно найти примеры его использования. Но Д. Цитрон обнаружил его не в книгах, а...среди игрушек сына: «Разбирая однажды с сыном его старые игрушки, увидел надувного резинового клоуна. То, что я искал!» («Изобретатель и рационализатор», 1972, № 5, с.12).

Еще один любопытный пример. Сформулируем его в виде задачи.

Задача 61

Существуют так называемые металлоплакирующие смазки. В них на 90 % обычного масла приходится 10 % тонко измельченного металлического порошка. При работе порошок создает на трущихся поверхностях тончайший защитный слой металла. Приготовление смазок очень простое - путем механического перемешивания.

Но такие смазки не годятся, если зазор между трущимися поверхностями меньше гранул порошка. Можно, конечно, сильнее истереть порошок - сделать коллоидный раствор. Но и в этом случае получаются слишком большие частицы. Больше измельчать - значит перейти от коллоидного раствора к истинному раствору (в истинном растворе металл содержался бы в виде молекул, атомов или ионов). Но металлы не растворяются в масле. Как быть?

Явное физическое противоречие: металл должен быть в смазке, чтобы шло плакирование, и металла не должно быть в смазке, чтобы не было крупных частиц. Типичнейшая задача на применение стандарта 10. Этот стандарт включает семь способов вводить вещество, когда вводить его нельзя. По условиям задачи сразу отпадают шесть способов (введение поля вместо вещества, введение «наружной» добавки и т. д.); остается один: ввести добавку в виде химического соединения, из которого она потом выделится.

Что же это за соединение? Очевидно, оно должно обладать тремя свойствами: содержать металл, растворяться в смазке (давать истинный раствор), выделять металл при возникновении сил трения.

Первому требованию легко удовлетворить. Есть сколько угодно веществ, содержащих металлы, например поваренная соль. Металл в ней есть и металла в ней нет (он связан и не проявляет своих металлических свойств). Третье требование тоже легко выполняется: вещества, содержащие металл, разлагаются, например, под действием электрического тока, теплового поля. Последнее лучше: ток надо подводить, а тепло само выделяется при трении. Теперь надо выяснить, какие вещества хорошо растворяются в смазке. Но и здесь нет трудностей. Смазка -органическое вещество, хорошо растворяются в ней органические же вещества («подобное растворяется в подобном»). Значит, нужно металлоорганическое вещество (какая-нибудь соль металла и органической кислоты), разлагающееся при нужной нам рабочей температуре трения. Остается взять справочник по органической химии и подобрать подходящую металлоорганическую соль.

Эта задача неоднократно решалась на занятиях по ТРИЗ. На получение общей идеи решения («Нужно какое-то металлоорганическое соединение») уходит в среднем 30-40 мин; правильных ответов на первом курсе около 40 %, на втором - около 70 %. Подбор конкретного вещества дается в виде домашнего задания. Сдают работы в среднем 60 % (нужны справочники по химии, не все успевают их достать), практически во всех сданных работах правильные ответы (иногда указывают не только то вещество, которое нужно, но и еще два-три).

Теперь посмотрим, как была решена эта задача «в натуре». Из статьи изобретателя канд. техн. наук В. Шиманского: «...Короче говоря, нужна растворимая в масле присадка... Были обследованы самые различные соединения. Их даже трудно все перечислить. И опять помог случай. Как-то я стоял в книжном магазине, и кто-то попросил продавщицу: «Подайте, пожалуйста, «Методы элементоорганической химии». Счастливая мысль! А что если попробовать металлоорганические соединения? Попросил «Методы» для себя. Это была воистину золотая жила. Уксуснокислый кадмий, оказывается, разлагается при 250°. Эксперимент дал ответ: это вещество растворимо в масле. Поверхности трения покрываются кадмием» («Изобретатель и рационализатор», 1972, № 2, с. 6).

Пожалуй, самое трагичное в таких историях то, что из них не извлекают упреков на будущее. Те же изобретатели, решая другие задачи, действуют все тем же методом проб и ошибок, вновь теряя годы из-за незнания азов ТРИЗ. «Прошло три года, - пишет канд. техн. наук А. Белоцерковский о другой задаче, - я пробовал по- разному видоизменять процесс, однако безуспешно...» («Изобретатель и рационализатор», 1972, № 8, с. 6). Если в течение трех лет группа инженеров во главе с канд. техн. наук «по-разному видоизменяет процесс» и «блуждает рассеянным взглядом» - это обходится государству не менее чем в 50 тыс. руб. Для сравнения: годовая смета общественного института изобретательского творчества (при 100 слушателях) составляет всего 3 тыс. руб.

Мы говорили об изобретателях, решавших задачи в одиночку или небольшими группами. Может быть, в крупных коллективах дело обстоит иначе? Может быть, там существует более эффективная технология творчества?

Вот что рассказывает генеральный конструктор О. К. Антонов («Литературная газета», 14 августа 1968 г, с. 2):

«Когда конструировали «Антея», особенно сложным был вопрос о схеме оперения. Простой высокий киль с горизонтальным оперением наверху при всей ясности и заманчивости этой схемы, рекомендованной аэродинамиками, сделать было невозможно - высокое вертикальное оперение скрутило бы как бумажный пакет фюзеляж самолета, имеющий огромный вырез для грузового люка шириной 4 метра и длиною 17 метров.

Разделить горизонтальное оперение и повесить «шайбы» по концам стабилизатора тоже было нельзя, так как это резко снижало критическую скорость фляттера оперения.

Время шло, а схема оперения не была найдена».

Современное авиационное КБ - коллектив, планомерно работающий по общей программе. Генеральный конструктор думает о задаче не в одиночку. Каждым узлом самолета занимается группа талантливых конструкторов, располагающих самой свежей информацией обо всем, что относится к их специальности. Но если останавливается одна такая группа, это сбивает ритм работы всего коллектива. Нетрудно представить себе, что стоит за простой фразой: «Время шло, а схема оперения не была найдена.»

«Как-то раз, проснувшись ночью, - продолжает О. К. Антонов,- я стал по привычке думать о главном, о том, что больше всего заботило и беспокоило. Если половинки «шайбы» оперения, размещенные на горизонтальном оперении, вызывают своей массой фляттер, то надо расположить шайбы так, чтобы их масса из отрицательного фактора стала положительным... Значит, надо сильно выдвинуть их и разместить впереди оси жесткости горизонтального оперения...

Как просто!

Я тут же протянул руку к ночному столику, нащупал карандаш и записную книжку и в полной темноте набросал найденную схему. Почувствовав большое облегчение, я тут же крепко заснул».

За три года до опубликования статьи О. К. Антонова «Экономическая газета» посвятила свою шестнадцатистраничную вкладку материалам под названием «Внимание: алгоритм изобретения!» [25]. В этих материалах была, в частности, небольшая таблица устранения технических противоречий. Нужно увеличить площадь оперения - это третья строка таблицы; если идти известными путями, появляется вредный фактор - это 14-я колонка таблицы. На пересечении - в соответствующей клетке таблицы - указаны три приема, причем первый из них дословно совпадает с решением, найденным О. К. Антоновым: -«Вредные факторы могут быть использованы для получения положительного эффекта» (вспомните задачу, которую решал Ю. Портнягин). Такие таблицы публиковались и раньше, отнюдь не обязательно было перебирать множество вариантов, теряя время, искать решение бессонными ночами.

«Блуждание рассеянным взглядом» как метод решения изобретательских задач не только ведет к потерям времени, но и неизбежно порождает множество слабых, неудачных изобретений, которые невозможно внедрить. Вот типичный пример. В нашей стране ежемесячно выпускают около 300 млн. штук фаянсовой посуды. После первого обжига изделия делят на три группы, каждую из которых затем вторично обжигают по своей технологии. Сортировку ведут по звуку: работница берет тарелку, ударяет ее металлическим молоточком и в зависимости от тональности звука кладет тарелку на одну из трех позиций. Такая сортировка - труд чрезвычайно монотонный и тяжелый. Естественно, возникла изобретательская задача: надо избавиться от ручного труда. И вот группа изобретателей разрабатывает... «рукастый» автомат. Одна рука автомата хватает тарелку, другая ударяет молоточком: звуковые колебания воспринимаются микрофоном, анализируются... словом, полностью скопированы действия человека. В книгах по ТРИЗ есть множество примеров - весельный пароход, шагающий пароход, «рукастая» швейная машина, иллюстрирующих правило: нельзя механически копировать действия человека. «Рукастая» сортировочная машина была построена, ее попытались внедрить... и обнаружили массу недостатков. Машина резко повысила процент боя посуды; грубые манипуляторы машины были лишь внешней копией человеческой руки, которая на самом деле есть часть системы «рука - мозг». Машину не внедрили; деньги, затраченные на ее создание, оказались чистым убытком.

С точки зрения ТРИЗ - хрестоматийный случай плохой организации творчества. Проверка качества обжига тарелок - нерешенная задача. Но, может быть, в других отраслях техники аналогичные задачи решались, причем даже с более жесткими требованиями! в отношении производительности и точности? Такая проверка предусмотрена даже в ранних модификациях АРИЗ (в АРИЗ- 77 шаг 1.8 б). Взять хотя бы радиотехнику. Резисторы, широко используемые в радиотехнике, - та же керамика, их надо обжигать и проверять. Но резисторы - «тарелка» настолько маленькая, что молоточком не проверишь. Есть автомат АКС-1: керамика просвечивается двумя монохроматическими лучами света, об обжиге судят по соотношению интенсивностей прошедших через образец световых потоков.

Может быть, где-то есть способ контроля обжига еще более мелких изделий? Есть. Солнце «обжигает» зерна, поэтому в сельском хозяйстве и пищевой промышленности тоже приходится определять, как идет этот «обжиг». А. с. № 431 431: «Способ анализа структуры зерна пшеницы путем использования его оптических свойств, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что с целью повышения точности анализа определяют пропускную и отражательную способности, а о структуре судят по их отношению».

Когда изобретают, «блуждая рассеянным взглядом», очень мало шансов, что этот взгляд попадет именно на то авторское свидетельство (из многих сотен тысяч), которое подскажет путь решения. Взгляд останавливается на том, что видно всем... и появляется «рукастая» машина.

Трудности с внедрением неизбежны, если изобретение значительно опережает свое время. Бывают и трудности, обусловленные консерватизмом, нежеланием рисковать и т. д. И все-таки во многих случаях первопричина затруднений в том, что задача плохо решена.

 

НЕСКОЛЬКО ЗАМЕЧАНИЙ О ЛИТЕРАТУРЕ ПО ИЗОБРЕТАТЕЛЬСКОМУ ТВОРЧЕСТВУ

В цитированной статье О. К. Антонов справедливо отметил, что «о процессе творчества написано много, в том числе и много чепухи». Увы, дело обстоит именно так. «Осенения», «озарения», «случайные находки» - все эти выражения легковесны, внешне занимательны. Отсюда поток всевозможных историй о «блуждании рассеянным взглядом». Пять, десять, сорок таких историй - и у школьника, студента, молодого инженера складывается убеждение, что именно так и надлежит изобретать.

Правда, за последние годы наметились определенные сдвиги. Стали появляться книги и статьи по методам активизации поиска, в том числе отличная книга Дж. Джонса [26]. От методов активизации поиска, как уже говорилось, не приходится ожидать многого; они лишь улучшают обычный перебор вариантов. Но публикации таких методов заставляют обратить внимание на несовершенство существующей технологии - и это уже хорошо.

Повышенный интерес к новым методам решения творческих задач порой приводит и к появлению надуманных, чисто умозрительных методов. Такова, например, «стратегия семикратного поиска», предложенная Г. Бушем. «Известно, - пишет Г. Буш, - что эффективному одновременному рассмотрению, сравнению, изучению человек может подвергнуть до семи предметов, элементов, понятий, идей. В этом смысле система, основанная на «магическом» числе семь, имеет значительные преимущества перед десятичной системой» [27, с. 90]. Далее - семь стадий, в каждой - семь ключевых вопросов... Изобретателю, однако, не надо одновременно рассматривать семь стадий - ведь стадии представляют тобой последов а тельные этапы процесса. «Магия» числа семь здесь абсолютно не при чем. С таким же основанием можно потребовать, чтобы в каждом городе было семь районов, в каждом районе семь кварталов, в каждом квартале семь домов, в каждом доме семь этажей, на каждом семь квартир... За "магической" формой "стратегии семикратного поиска" спрятано безнадежно старое содержание. Например, при выявлении и формулировании изобретательской проблемы рекомендуется использовать семь вопросов римского ритора Квинтиллиана (I в.н.э.): кто? что? где? и т.д.

Для подобной "алхимии" (независимо от того, прячется ли она за "магией" или за ультрасовременной кибернетической терминологией) типичен полный отрыв от изучения объективных закономерностей развития технических систем, от исследования патентной информации, от решения конкретных изобретательских задач.

Существуют надежные критерии, позволяющие судить о новых работах по изобретательскому творчеству:

1. Основано ли исследование на достаточно большом массиве патентной информации?

Серьезная работа не может основываться на нескольких случайных фактах. Как показывает практика, хорошее исследование по теории изобретательства обычно строится на анализе не менее 10-20 тыс. авторских свидетельств и патентов.

2. Учитывает ли исследователь существование разных уровней изобретательских задач?

Если не "отсеять" многочисленные изобретения низших уровней, они "забьют" сравнительно редкие изобретения высших уровней и навяжут выводы, имеющие смысл только для простых задач.

3. Опробованы ли рекомендации на достаточно большом числе новых задач высших уровней?

Некоторое время назад Р.И.Дерягин [28, с.59] предложил по образу и подобию АРИЗ алгоритм решения исследовательских проблем (АРИП). В работе не было приведено ни одного примера использования АРИП для решения научных проблем. Естественно, АРИП не нашел никакого применения...

Творчество приобретает все большую общественную ценность. Это и порождает спекулятивные наскоки. Старые термины "озарение", "осенение" и другие иногда заменяются современными "кибернетическими" терминами. Появляются схемы со стрелками, кружочками и надписями "вход", "выход", "блок переработки информации", "накопитель" и т.д. Реального содержания за этим часто, увы, нет.

Изобретательское творчество - сложный предмет для исследования. За каждый, да- же очень небольшой, "квант" знания приходится платить огромным трудом. Но другого пути нет.

 

ШЕДЕВРЫ... ПО ФОРМУЛАМ

ТРИЗ учит решать изобретательские задачи "по формулам" и "по правилам". Возникает парадоксальная ситуация: человек делает изобретения высокого уровня (т.е. получает высококачественный пр о дукт творчества ), не прилагая при этом творческих усилий (т.е. без процесса творчества ). Одна и та же задача (учебная или производственная) решается в разных городах разными людьми по одним и тем же правилам и получаются одинаковые результаты независимо от индивидуальных качеств этих людей. Этот результат (изобретение) формально является творческим, фактически же он - обычная инженерная продукция, как, например, расчет балки по формулам сопротивления материалов.

Парадокс этот вызван тем, что понятие "творчество" не есть что-то неизменное, застывшее: содержание, вкладываемое в это понятие, постоянно меняется. В средние века, например, решение уравнений третьей степени было настоящим творчеством. Устраивались турниры: математики задавали друг другу уравнения; надо было найти корни... А потом появилась формула Кардано, и решение уравнений третьей степени стало доступным каждому математику-первокурснику...

Теперь представьте себе "переходный период"; все отыскивают корни алгебраических уравнений, перебирая варианты, а мы с вами знаем формулу Кардано. Для всех мы - гении (или таланты), но мы-то знаем, что работает формула... ТРИЗ позволяет сегодня решать изобретательские задачи на том уровне организации умственной деятельности, который завтра станет нормой.

Когда одну и ту же задачу решают два человека перебором вариантов и по ТРИЗ - это что-то вроде соревнования бегуна и автомобилиста. Один бежит, так сказать, своими ногами, другого мчит мощный мотор, а судьи оценивают только время... Сегодня ТРИЗ - как автомобиль в начале века: машина новая, еще далеко не совершенная, но заведомо более быстрая, чем человек, а главное, поддающаяся дальнейшему почти неограниченному совершенствованию. ТРИЗ пока не осиливает некоторые классы задач (получение новых веществ, выявление оптимальных режимов работы и т.д.). Со временем эти задачи окажутся под силу ТРИЗ, здесь нет принципиальных затруднений...

Читатель вправе спросить: следовательно, наступит момент, когда все изобретения будут делаться "по формулам" и изобретательство как вид творческой деятельности прекратится? Да, так и будет. Изобретательское творчество, все эти пробы и ошибки, "осенения", "счастливые случайности" - не самоцель, а средство развития технических систем. Средство настолько несовершенное, что еще 17 веков назад была высказана мысль о необходимости заменить "творчество" более эффективным методом - "наукой". К этой мысли возвращались неоднократно. Но до недавнего времени не было необходимости в науке изобретать - просто увеличивали число изобретающих. Ныне положение изменилось: стало намного труднее «брать числом», недопустимыми стали потеря времени, неизбежные при использовании метода проб и ошибок Появление ТРИЗ, ее быстрое развитие - не случайность, а необходимость, продиктованная современной научно-технической революцией.

Проектирование технических систем, сто лет назад бывшее искусством, в наши дни стало точной наукой. До недавнего времени эта наука включала только проектирование известных технических систем и не затрагивала создание принципиально новых систем. Теперь можно с уверенностью говорить о том, что проектирование систем превращается в науку о развитии и проектировании технических систем. Изобретательство как метод создания новых систем и совершенствования старых исторически изживает себя. Обидно и неразумие «копать вручную» там, где можно использовать машину. Работа «по формулам» неизбежно вытеснит работу «наощупь». Но человеческий ум не останется без работы: люди будут думать над более сложными задачами.

Замена изобретательства наукой - процесс сложный и небыстрый, зависящий не только от развития ТРИЗ, но и от эволюции теории и практики патентной охраны изобретений, в первую очередь от постепенного изменения содержания, вкладываемого в понятие «изобретение». Как мы видели, нижняя граница требований к техническому решению, претендующему на то, чтобы считаться изобретением, сейчас весьма низка: даже самые тривиальные предложения зачастую патентуются в качестве изобретений. Надо полагать, в обозримом будущем требования к изобретениям повысятся. Несколько лет назад в учебном пособии по патентоведению впервые появилась мысль о том, что изобретение - устранение технического противоречия: «Таким образом, необходимое условие появления изобретений - наличие противоречия, присущего известным решениям технической задачи. Чтобы определить наличие изобретения в конкретном предложении, требуется выявить это противоречие в известных решениях задачи и установить, что данное предложение позволяет устранить это противоречие частично или полностью» [29, с. 20]. Пока это, записано в учебном пособии, введение подобного определения в нормативные акты по изобретательству приведет к тому, что нынешние изобретения первого, второго уровня перестанут считаться изобретениями. Требования к изобретениям должны регулярно пересматриваться и повышат ь ся.

Очень многое зависит и от развития системы обучения ТРИЗ. Пока система эта весьма невелика, но она быстро развивается и само ее существование создает предпосылки для перехода в дальнейшем к массовому обучению; накапливается опыт обучения, создаются учебные и наглядные пособия, идет подготовка преподавателей.

Обучение ТРИЗ организуют различные министерства и ведомства, администрация предприятий, НИИ, вузов, обкомы и горкомы комсомола. Всесоюзное общество «Знание», НТО, ВОИР. Занятия ведутся на трех уровнях:

1. Ознакомительный цикл лекций (20 учеб. часов). Цель таких лекций - изложить основные принципы ТРИЗ, показать необходимость серьезного изучения теории. Лекции позволяют отобрать слушателей для занятий в школе изобретательского творчества.

2. Школа (100-120 учеб. часов). Занятия обычно проводятся раз в неделю. Цель - научить технике применения АРИЗ. Программа школы соответствует программе первого курса общественного института изобретательского творчества: часть слушателей продолжает учебу в институте.

3. Институт (220-240 учеб. часов). Цель - подготовка специалистов по ТРИЗ (разработчиков, преподавателей).

В последнее время ТРИЗ стала учебным предметом в некоторых институтах повышения квалификации руководящих кадров. Занятия организуются по программе на 144 ч и проводятся (с отрывом от производства) в течение месяца. Затем слушатели продолжают самоподготовку. Через 5-6 мес. проводится защита выпускных работ. В каждой работе - решение актуальной для производства задачи на уровне изобретения и соответствующий методологический анализ хода решения.

Какова эффективность обучения?

В печати неоднократно публиковались сообщения об изобретениях, сделанных выпускниками общественных школ и институтов [19, с. 30-33]. Так, в газете «Магнитогорский металл» за 24 и 26 апреля 1969 г. инженер М. И. Шарапов рассказал о том, как была решена по АРИЗ одна из «застарелых» проблем. На изобретения, сделанные при этом, выданы а. с. № 212672 и 239759. Внедрение только на Магнитогорском комбинате дало 42 тыс. руб. годовой экономии («Изобретатель и рационализатор», 1974, № 1, с. 24). Ныне у М. И. Шарапова свыше 40 авторских свидетельств, почти все изобретения внедрены.

«Более десяти лет назад сотрудники нашего конструкторского бюро пытались создать простую и надежную систему программного управления, - писал изобретатель Ю. Чиннов в статье «Логика удачи» [34]. - И меня, и многих моих коллег тогда постигла неудача. В 1967 г. специально для проверки методики изобретательского творчества я выбрал эту задачу, так как считал ее достаточно сложной и у меня не было уверенности, что методика поможет решить ее. Но вопрос прежде всего заключался именно в том, чтобы проверить методику... Задача по созданию принципиально новой, надежной и простой системы была решена (а. с. .М" 222 491 и 248 819)». У заслуженного изобретателя Узбекской ССР Ю. Чиннова ныне около 70 авторских свидетельств, более 50 из них получены на изобретения, сделанные по АРИЗ.

Таких примеров можно привести очень много. Думается, однако, важнее другое: все выпускники общественных институтов (а в последние годы и общественных школ) заканчивают учебу дипломными работами на уровне изобретения. Вот, что писала «Правда» 6 мая 1975 г.: «Три года назад несколько десятков молодых людей стали студентами первого в стране института изобретательского творчества, созданного при ЦК ЛКСМ Азербайджана и республиканском совете ВОИР. Никаких особых способностей к техническому творчеству до того они не проявляли, в институте их отбирали без каких-либо ограничений, зачисляли всех, кто хотел. А из института они вышли полноценными изобретателями: некоторые с авторскими свидетельствами, остальные с блестящими, творческими перспективами, о чем можно судить по отличным оценкам, полученным большинством студентов за свои дипломные работы. Воспитанники института решали актуальные технические проблемы, которые раньше не поддавались усилиям изобретателей.»

Надо отметить, что в школах и институтах изобретательского творчества занимаются не только инженеры, но и педагоги, врачи, математики, химики и т. д. Как мы уже говорили, ТРИЗ развивает системное мышление, а умение организованно мыслить, управлять процессом мышления нужно не только в технике. Занятия идут на техническом материале, а ум развивается «вообще». И это естественно. Если человек рассмотрел 200-300 технических задач и научился каждую изобретательскую ситуацию видеть на нескольких уровнях (подсистема, система, надсистема) и в развитии, если человек научился чувствовать диалектику развития (возникновение и преодоление противоречий, единство противоположностей в объекте - антиобъекте), научился оперировать сконцентрированной информацией и видеть в частной задаче проявление общих законов развития, такой стиль мышления не может не распространиться и за пределы технических задач. Как в спорте: человек занимается определенным видом спорта, но «отдача» от этого - общее физическое укрепление организма.

Характерная особенность обучения ТРИЗ: слушатели не только получают готовые знания, но и активно участвуют в процессе их производства. Каждый слушатель с первых дней занятий начинает вести личную картотеку, собирая информацию о новых приемах, физических эффектах, материалах, особо удачных и красивых технических решениях и т. д. Потом из личных картотек (а их тысячи) отбирается самое интересное в сводную картотеку, ведущуюся совместно всеми школами и институтами. В ней скапливается все самое интересное, соприкасаются и вступают во взаимодействие разнородные информационные потоки.

И еще одно немаловажное обстоятельство. Метод проб и ошибок индивидуалистичен по самой своей природе: каждый перебирает варианты, можно «измельчить» проблему, но нельзя ввести разделение труда. Сохраняется эта индивидуалистичность и в мозговом штурме и в синектике; то же кустарное производство идей, только работает артель кустарей... ТРИЗ создает предпосылки для разделения творческого труда, тем самым создавая основу для перехода к подлинно коллективному творчеству. Уже в процессе обучения обнаруживается «привязанность» слушателей к тем или иным разделам теории. С течением времени такая «привязанность» переходит в своего рода специализацию. Появляется возможность обоснованно разделить работу в коллективе: прогнозирование тематики изобретений и выявление новых задач, регулярное и независимое от текущих дел пополнение информационного фонда, анализ задач, использование оператора РВС и других специальных психологических приемов, разворачивание полученной идеи в фонд идей (шаг 6.3). Вместе с тем при такой специализации у всего коллектива сохраняется общий язык (ИКР, ТП, ФП и т. д.) и общий по методологии подход к проблеме.

 

ТАМ, ЗА ГОРИЗОНТОМ...

Итак, изобретения даже самого высокого уровня можно и должно делать «по формулам». Многие из этих «формул» уже известны, их применению успешно обучают. В ближайшие десятилетия решение изобретательских задач превратится в точную науку о развитии технических систем.

Здесь заканчивается то, что сегодня мы твердо знаем. Чтобы заглянуть в будущее, придется вступить в область предположений и догадок. И все же я рискну высказать несколько мыслей.

По-видимому, у читателя уже давно возник вопрос: ну, хорошо, технические системы будут развиваться «по формулам», без «мук творчества», а как быть с наукой и с открытиями?

Техника «населена» развивающимися системами - машинами, наука - развивающимися системами - теориями. Жизнь теорий подчинена закономерностям, во многом совпадающим с закономерностями развития машин. Одинаковы по природе и затруднения, возникающие при совершенствовании тех и других систем методом проб и ошибок. Вот типичный пример. В книге Дж. Уотсона «Двойная спираль» рассказано, как возникла одна из гипотез о структуре и механизме воспроизведения ДНК. Фрэнсис Крик, будущий лауреат Нобелевской премии, услышал в пивном баре университета, как один астроном что-то сказал о «совершенном космологическом принципе». Что именно он под этим подразумевал - на это Крик не обратил внимания. Его увлекла другая мысль: а что если существует «совершенный биологический принцип»? То есть: а что если сформулировать ИКР для рассматриваемой проблемы? Крика интересовала проблема воспроизведения ДНК, поэтому в данном случае «совершенный биологический принцип» означал, что «ДНК сама себя воспроизводит...» Так был сделан первый шаг к одному из самых крупных открытий XX века.

Случайная фраза, услышанная в университетском баре... А если сознательно использовать ИКР для «делания открытий» хотя бы в той же биологии? И вот инженер (не биолог!) Г. Г. Головченко, преподаватель ТРИЗ из Свердловска, применяет понятие ИКР к... эволюции растений. Ход рассуждений примерно таков: сегодняшние растения по сравнению со вчерашними - это приближение к ИТР, к некоему идеальному растению, которое максимально полно усваивает вещества и энергию из внешней среды, посмотрим, какие могли возникнуть при этом противоречия и как растение их преодолевало, приближаясь к ИКР. Исследование, предпринятое Головченко, привело к открытию ветроэнергетики растений -способности растений непосредственно утилизировать энергию ветра [35].

Молекула ДНК - гигантская двойная спираль - при размножении сначала разделяется на две отдельные спирали. К каждой из них подсоединяются аминокислоты, образуются две двойные спирали. Долгое время не удавалось объяснить, как двойная спираль успевает раскрутиться. Расчет показал, что ДНК бактерий кишечной палочки должна раскручиваться со скоростью 15 тыс. об/мин, иначе ДНК не успеет удвоиться за то время, в течение которого она, судя по наблюдениям, удваивается. И только недавно удалось установить, в чем дело. Одна из спиралей разрывается во многих местах; каждый отрезок спирали раскручивается сам по себе, поэтому достаточно всего лишь нескольких оборотов - и отрезки оказываются раскрученными. А потом они снова соединяются в единую цепь.

Итак, противоречие: молекула должна раскручиваться и молекула не должна раскручиваться. Прием преодоления: дробление - объединение.

Интересно сравнить идею этого научного открытия с идеей изобретения, сделанного Ю. В. Чинновым [30]. Для изготовления кабеля надо скручивать провода. С этой целью провода подают в крутильную рамку. При вращении рамки провода скручиваются и поступают уже в виде кабеля на приемную катушку, расположенную в рамке. Казалось бы, зачем размещать катушку в рамке? От этого одни неприятности: катушку поневоле приходится делать небольшой и кабель получается в виде отрезков; при вращении катушки возникают значительные центробежные силы, это ограничивает производительность установки. Но вывести катушку из рамки нельзя: если крутить кабель «на проход» (т. е. при катушке, расположенной вне рамки), получается «ложное кручение». На сколько провода закручиваются до рамки, на столько же они раскручиваются после рамки. Специалисты предупредили Чиннова, что изобрести способ кручения кабеля «на проход» так же невозможно, как изобрести вечный двигатель...

Чиннов использовал АРИЗ-68 и решил эту задачу. Идея решения: во вращающуюся рамку поступает расплавленный металл, застывающий уже после выхода из рамки. Расплавление - тоже дробление, но на микроуровне. Противоречия в задачах (научной и изобретательской) одинаковы; соответственно одинаковы и решения.

Сделать изобретение - значит придумать такую техническую систему, которая не имеет противоречий, присущих предшествующей системе. Точно так же сделать открытие - значит придумать такую теорию (научную систему, которая не имеет противоречий, присущих предшествующей теории.

В начале XX века был открыт так называемый эффект Рассела: оказывается, некоторые металлы, если их поверхность очистить от окисной пленки, дают изображение на приложенной к ним в темноте фотопластинке. Многие исследователи заинтересовались этим открытием. Было установлено, что на пластинку действует атомарный водород, образующийся при взаимодействии металла с парами воды. Казалось бы, все ясно. Но вдруг обнаружилось нечто непонятное: пластинка, чернела и в тех случаях, когда ее отодвигали на десятки миллиметров от металла, хотя атомарный водород никак не мог пробежать такое расстояние... 70 лет парадокс не поддавался объяснению. Ленинградский инженер и преподаватель ТРИЗ В. В. Митрофанов использовал для объяснения этого парадокса понятие о физическом противоречии. Атомы водорода должны преодолевать большое расстояние, чтобы действовать на пластинку, и атомы водорода не должны преодолевать большого расстояния, поскольку они при этом «погибнут». Противоречие очень похоже на то, с которым мы встречались в задаче 61 о плакировании (металл должен быть и не должен быть в смазке). И решение сходное (стандарт 10). Образовавшиеся у поверхности металла атомы водорода объединяются в возбужденные молекулы: такие молекулы выдерживают «пробег» до пластинки, но, «добежав» до нее, распадаются под действием поверхностных сил. Атомарный водород есть, и атомарного водорода нет... Парадокс был разгадан [36].

Сравните теперь .изобретение способа измерения подвижностей ионов (задача 35) с открытием природы эффекта Рассела. Одинаковые физические противоречия, сходные способны их преодоления. Разница в том, что в первом случае Идея превратилась в Вещь, а во втором - в Теорию. Формы воплощения (внедрения) разные, а механизм решения один и тот же.

Объяснение Тунгусского взрыва - типичная «задача на открытие». Нужно придумать такое космическое тело, которое дало бы сильный точечный взрыв (но не ядерной природы - нет следов ядерного взрыва); чтобы получить «точечность», приходимся уменьшать размеры предполагаемого объекта, но тогда не удается объяснить силу взрыва: масса невелика, скорость сравнительно невелика (таковы свидетельства очевидцев), откуда же взялась энергия?... Нужно построить непротиворечивую модель - и на этом этапе никакой разницы между открытием и изобретением нет.

Некоторые исследователи, например Г. Л. Фильковский, считают, что практически весь аппарат ТРИЗ можно использовать при построении теории развития научных систем. Что ж, будущее покажет...

Революция в способах решения задач не случайно началась именно в технике. Только в технике существует патентный фонд; в науке и искусстве данные о новшествах разбросаны, растворены в необъятной литературе. Закономерности развития систем проявляются в технике отчетливее: негодная теория иногда живет очень долго, негодная машина просто не будет работать. Изобретатель может искать готовые ключи к задачам в физике, а где искать такие ключи (да и существуют ли они?) для «задач на открытие»?..

И все-таки новая технология решения творческих задач в той или иной форме неизбежно распространится и за пределы техники. Насколько далеко? Трудно сказать. Кто мог предвидеть, что из опыта Герца, из уравнений Максвелла, из грозоотметчика Попова возникнет радиотехника, ныне так или иначе влияющая на жизнь каждого человека?..

По-видимому, возможности управления процессом мышления безграничны. Их нельзя исчерпать, потому что Разум, величайший инструмент познания и преобразования мира, способен преобразовывать и себя самого. Кто может сказать, что есть предел процессу очеловечивания человека?.. До тех пор, пока будет существовать человек, будет совершенствовать управление этой силой. Мы лишь в самом начале долгого пути.

ЗАДАЧИ

Большинство задач, приведенных в предыдущих главах, мы разобрали. Чтобы у читателя была возможность потренироваться, предлагаем еще несколько учебных задач. Помните: решить задачу - значит прежде всего указать правило, на основе которого должна быть решена задача, а уж потом дать конкретный ответ.

Задача 62

Детали из резины и других эластичных материалов невозможно было обрабатывать на станках. Как обточить материал, меняющий форму от малейшего усилия резца? Чехословацкий изобретатель И. Паукерт решил эту проблему (патент ЧССР № 121 621). В чем заключается идея изобретения? Какой стандарт надо использовать для решения задач такого типа?

Свой ответ вы можете проверить по журналу «Изобретатель и рационализатор», 1969, № 2, с. 27.

Задача 63

В гл. 7 упоминался эффект Томса. Состоит он в том, что небольшая (доли процента) добавка длинноцепочечных полимеров в жидкость значительно уменьшает трение движущейся жидкости о твердую поверхность, например о стенки трубы. А если добавить эти полимеры в твердое тело? В какое твердое тело можно ввести такие добавки и что это даст?

Ответ см. в бюллетене «Открытия. Изобретения. Промышленные образцы. Товарные знаки», 1974, № 35, с. 88, а. с. № 444 039.

Задача 64

Автомобильные указатели уровня бензина неточны и капризны. Бывает так, что по показаниям прибора в баке еще много бензина, а на самом деле там почти ничего нет; выехала машина на шоссе и застряла. Нужен предельно простой способ оповещения водителя о том, что бензина осталось минимальное количество и пора ехать на заправку.

Помните, что поплавковые схемы с электрической передачей информации уже есть. Нужно что-то другое.

Решите эту задачу, используя таблицу типовых моделей и вепольных преобразований. Если ваше решение может быть внедрено каждым водителем за пять минут без всякой переделки оборудования, причем затраты не превышают 20-30 коп. и способ обладает абсолютной надежностью, - значит вы правильно решили задачу... Ответ см. в «Пионерской правде» за 15 ноября 1977 г.

Задача 65

В лаборатории имелась порошкообразная окись бериллия с температурой плавления выше 2000°С. Нужно было расплавить окись бериллия так, чтобы ничем ее не загрязнить. Тигля, выдерживающего требуемую температуру, в лаборатории не было. Появилась мысль: плавить окись бериллия в самой окиси бериллия. Возьмем «кучу» окиси бериллия и нагреем токами высокой частоты середину этой «кучи». Расплав не будет соприкасаться ни с чем (кроме окиси бериллия) и потому не загрязнится. Все великолепно, но вот беда: окись бериллия становится электропроводной только при высокой температуре, как же ее нагреть? Пробовали использовать электрическую дугу, плазменную горелку, индукционный нагрев - не получается. Окись бериллия или не нагревается или загрязняется. Четкое противоречие: чтобы сделать окись бериллия электропроводной, мало ввести в нее металл, а чтобы сохранить чистоту, металл вводить нельзя...

Решите эту задачу, используя стандарты. Проверить ответ можно по журналу «Изобретатель и рационализатор», 1977, № 3, с. 23.

Задача 66

На моторостроительном заводе после сборки двигатели поступают на обкатку. Для этого вал двигателя присоединяют к электроприводу, дающему постоянное, сравнительно небольшое число оборотов. Поршни двигателя приходят в движение относительно внутренней поверхности цилиндров и постепенно притираются; неровности, выступы, шероховатости сглаживаются, а поршни лучше прилегают к стенкам цилиндров. Процесс в сущности предельно прост: одну шероховатую поверхность трут о другую шероховатую поверхность, пока не сгладятся шероховатости.

Обкатку надо вести до того момента, пока поршни не притрутся к цилиндрам. Но как его уловить? Пробовали следить за процессом, добавляя в масло люминофор и наблюдая за гашением люминесценции под действием попадающих в масло металлических частиц, но это оказалось слишком громоздким. Еще более громоздкий способ периодически останавливать двигатель для разбора и осмотра притирающихся поверхностей. Решите задачу по АРИЗ с шага 2.2. Ответ см. в бюллетене «Открытия. Изобретения. Промышленные образцы. Товарные знаки», 1972, № 15, с. 155, а. с. № 337 682.

Задача 67

В повести Д. Пеева «Седьмая чаша» («Искатель», 1975, № 1 и 2) описано расследование убийства, происшедшего при загадочных обстоятельствах. Семь человек (дело происходило в загородном доме) собрались на вечеринку. Налили коньяк в рюмки, но не выпили сразу, а минут 15 походили по даче. Затем вернулись к столу, выпили коньяк - и один человек умер, в его рюмке оказался яд. Следователь установил, что в течение этих 15 минут все были друг у друга на глазах, никто не мог подсыпать яд.

В чем разгадка преступления?

Задача 68

Уже давно исследуют поверхность пористых тел, делая срез и рассматривая его под микроскопом (например, для изучения формы и расположения пор).

Что надо сделать для усовершенствования этого способа? Если задача вызывает у вас затруднения, перечитайте гл. 2.

Ответ см. в бюллетене «Открытия. Изобретения. Промышленные образцы. Товарные знаки», 1974, № 32, с. 103, а. с. № 441 481.

Задача 69

Капиллярные силы помогают припою проникать при пайке в едва заметный зазор между деталями. Те же силы вредны, когда нужно припаять к внутренней поверхности втулки пористую вставку. Припой проникает в поры и закрывает их. Как быть?

Похожую задачу мы рассматривали в гл. 4.

Ответ см. в журнале «Изобретатель и рационализатор», 1977, № 3, с.44.

Задача 70

Полимеры постепенно портятся, стареют. Происходит это из-за того, что под действием кислорода в полимере возникают свободные радикалы. Для защиты полимера в перо надо ввести вещества-«перехватчики» кислорода, например металлы в сильно измельченном виде. Но как ввести такой металл, чтобы он при этом не покрылся пленкой окиси и не потерял своих «перехватывающих» свойств? Тонкоизмельченный металл жадно соединяется с кислородом, осуществлять «заправку» полимера в вакууме или в среде инертного газа слишком сложно.

Какой стандарт надо использовать для решения этой задачи? Что надо сделать в соответствии с этим стандартом?

Ответ на задачу см. в журналах «Химия и жизнь», 1977, № 1, с. 44.

 

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

АЛГОРИТМ РЕШЕНИЯ ИЗОБРЕТАТЕЛЬСКИХ ЗАДАЧ АРИЗ-77

Часть 1. Выбор задачи

1.1. Определить конечную цель решения задачи:

а. Какую характеристику объекта надо изменить?

б. Какие характеристики объекта заведомо нельзя менять при решении задачи?

в. Какие расходы снизятся, если задача будет решена?

г. Каковы (примерно) допустимые затраты?

д. Какой главный технико-экономический показатель надо улучшить?

1.2. Проверить обходной путь. Допустим, задача принципиально нерешима: какую другую задачу надо решить, чтобы получить требуемый конечный результат?

а. Переформулировать задачу, перейдя на уровень надсистемы, в которую входит данная в задаче система.

б. Переформулировать задачу, перейдя на уровень подсистем (веществ), входящих в данную в задачей систему.

в. На трех уровнях (надсистема. система, подсистема) переформулировать задачу, заменив требуемое действие (или свойство) обратным.

1.3. Определить, решение какой задачи целесообразнее - первоначальной или одной из обходных. Произвести выбор.

П р и м е ч а н и е. При выборе должны быть учтены факторы объективные (каковы резервы развития данной в задаче системы) и субъективные (на какую задачу взята установка - минимальную или максимальную).

1.4. Определить требуемые количественные показатели.

1.5. Увеличить требуемые количественные показатели, учитывая время, необходимое для реализации изобретения.

1.6. Уточнить требования, вызванные конкретными условиями, в которых предполагается реализация изобретения.

а. Учесть особенности внедрения, в частности допускаемую степень сложности решения.

б. Учесть предполагаемые масштабы применения.

1.7. Проверить, решается ли задача прямым применением стандартов на решение изобретательских задач. Если ответ получен, перейти к 5.1. Если ответа нет, перейти к 1.8.

1.8. Уточнить задачу, используя патентную информацию.

а. Каковы (по патентным данным) ответы на задачи, близкие к данной?

б. Каковы ответы на задачи, похожие на данную, но относящиеся к ведущей

отрасли техники?

в. Каковы ответы на задачи, обратные данной?

1.9. Применить оператор РВС.

а. Мысленно меняем размеры объекта от заданной величины до 0. Как

теперь решается задача?

б. Мысленно меняем размеры объекта от заданной величины до 7. Как теперь решается задача?

в. Мысленно меняем время процесса (или скорость движения объекта) от заданной величины до 7. Как теперь решается задача?

г. Мысленно меняем время процесса (или скорость движения объекта) от заданной величины до 7. Как теперь решается задача?

д. Мысленно меняем стоимость (допустимые затраты) объекта или процесса от заданной величины до 7. Как теперь решается задача?

е. Мысленно меняем стоимость (допустимые затраты) объекта или процесса от заданной величины до 7. Как теперь решается задача?

Часть 2. Построение модели задачи

2.1. Записать условия задачи, не используя специальные термины.

П р и м е р ы

(Задача 24)

Шлифовальный круг плохо обрабатывает изделия сложной формы с впадинами и выпуклостями, например ложки. Заменять шлифование другим видом обработки невыгодно, сложно. Применение притирающихся ледяных шлифовальных кругов в данном случае слишком дорого. Не годятся и эластичные надувные круги с абразивной поверхностью - они быстро изнашиваются. Как быть?

(Задача 25)

Антенна радиотелескопа расположена в местности, где часто бывают грозы. Для защиты от молний вокруг антенны необходимо поставить молниеотводы (металлические стержни). Но молниеотводы задерживают радиоволны, создавая радиотень. Установить молниеотводы на самой антенне в данном случае невозможно. Как быть?

2.2. Выделить и записать конфликтующую пару элементов. Если по условиям задачи дан только один элемент, перейти к шагу 4.2.

П р а в и л о 1. В конфликтующую пару элементов обязательно должно входить изделие.

П р а в и л о 2. Вторым элементом пары должен быть элемент, с которые непосредственно взаимодействует изделие (инструмент или второе изделие).

П р а в и л о 3. Если один элемент (инструмент) по условиям задачи может иметь два состояния, надо взять то состояние, которое обеспечивает наилучшее осуществление главного производственного процесса (основной функции всей технической системы, указанной в задаче).

П р а в и л о 4. Если в задаче есть пары однородных взаимодействующих элементов (А1, А2... и Б1, Б2...), достаточно взять одну пару (А1 и Б1).

П р и м е р ы

Изделие - ложка. Инструмент, непосредственно взаимодействующий с изделием, - шлифовальный круг.

В задаче два «изделия» - молния и радиоволны и один «инструмент» - молниеотвод. Конфликт в данном случае не внутри пар «молниеотвод - молния: и «молниеотвод - радиоволны», а между этими парами.

Чтобы перевести такую задачу в каноническую форму с одной конфликтующей парой, нужно заранее придать инструменту свойство, необходимое для выполнения основного производственного действия данной технической системы, т. е. надо принять, что молниеотвода нет, и радиоволны свободно проходят к антенне.

Итак, конфликтующая пара: отсутствующий молниеотвод и молния (или непроводящий молниеотвод и молния).

2.3. Записать два взаимодействия (действия, свойства) элементов конфликтующей пары: имеющееся и то, которое надо ввести; полезное и вредное.

П р и м е р ы

1. Круг обладает способностью шлифовать.

2. Круг не обладает способностью приспосабливаться к криволинейным поверхностям.

1. Отсутствующий молниеотвод не создает радиопомех.

2. Отсутствующий молниеотвод не ловит молнию.

2.4. Записать стандартную формулировку модели задачи, указав конфликтующую пару и техническое противоречие.

П р и м е р ы

Даны круг и изделие. Круг обладает способностью шлифовать но не может приспосабливаться к криволинейной поверхности изделия.

Даны отсутствующий молниеотвод и молния. Такой молниеотвод не создает радиопомех, но и не ловит молнию.

Часть 3. Анализ модели задачи

3.1. Выбрать из элементов, входящих в модель задачи, тот, который можно легко изменять, заменять и т.д.

П р а в и л о 5. Технические объекты легче менять, чем природные.

П р а в и л о 6. Инструменты легче менять, чем изделия.

П р а в и ло 7. Если в системе нет легко изменяемых элементов, следует указать « внешнюю среду ».

П р и м е р ы

Форму изделия нельзя менять: плоская ложка не будет держать жидкость. Круг можно менять (сохраняя, однако, его способность шлифовать - таковы условия задачи).

Молниеотвод - инструмент, «обрабатывающий» (меняющий направление движения) молнию, которую в данном случае следует считать изделием. Аналогия: дождевая труба и дождь. Молния - природный объект, молниеотвод - технический, поэтому объектом надо взять молниеотвод.

3.2. Записать стандартную формулировку ИКР (идеального конечного результата).

Элемент (указать элемент, выбранный на шаге 3.1.) сам (сама, само) устраняет вредное взаимодействие, сохраняя способность выполнять (указать полезное взаимодействие).

П р а в и л о 8. В формулировке ИКР всегда должно быть слово « сам» (« сама», « само»).

П р и м е р ы

Круг сам приспосабливается к криволинейной поверхности изделия, сохраняя способность шлифовать. Отсутствующий молниеотвод сам обеспечивает « поимку» молнии, сохраняя способность не создавать радиопомех.

3.3. Выделить ту зону элемента (указанного на шаге 3.2), которая не справляется с требуемым по ИКР комплексом двух взаимодействий. Что в этой зоне - вещество, поле? Показать эту зону на схематическом рисунке, обозначив ее цветом, штриховкой и т.п.

П р и м е р ы

Наружный слой круга (внешнее кольцо, обод); вещество (абразив, твердое тело).

Та часть пространства, которую занимал отсутствующий молниеотвод. Вещество (столб воздуха), свободно пронизываемое радиоволнами.

3.4. Сформулировать противоречивые физические требования, предъявляемые к состоянию выделенной зоны элемента конфликтующими взаимодействиями (действиями, свойствами).

а. Для обеспечения (указать полезное взаимодействие или то взаимодействие, которое надо сохранить) необходимо (указать физическое состояние:

быть нагретой, подвижной, заряженной и т. д.);

б. Для предотвращения (указать вредное взаимодействие или взаимодействие, которое надо ввести) необходимо (указать физическое состояние: быть холодной, неподвижной, незаряженной и т. д.)

П р а в и л о 9. Физические - состояния, указанные в п.п. а и б, должны быть взаимопротивоположными.

П р и м е р ы

а. Чтобы шлифовать, наружный слой круга должен быть твердым (или должен быть жестко связан с центральной частью круга для передачи усилий).

б. Чтобы приспосабливаться к криволинейным поверхностям изделия, наружный слой круга не должен быть твердым (или не должен быть жестко связан с центральной частью круга).

а. Чтобы пропускать радиоволны, столб воздуха должен быть не проводником (точнее, не должен иметь свободных зарядов).

б. Чтобы ловить молнию, столб должен быть проводником (точнее, должен иметь свободные заряды).

3.5. Записать стандартные формулировки физического противоречия.

а. Полная формулировка: (указать выделенную зону элемента) должна (указать состояние, отмеченное на шаге 3.4 а), чтобы выполнять (указать полезное взаимодействие), и должна (указать состояние, отмеченное на шаге 3.4 б), чтобы предотвращать (указать вредное взаимодействие).

б. Краткая формулировка: (указать выделенную зону элемента) должна быть и не должна быть.

П р и м е р ы

а. Наружный слой круга должен быть твердым, чтобы шлифовать изделие, и не должен быть твердым, чтобы приспосабливаться к криволинейным поверхностям изделия.

б. Наружный слой круга должен быть и не должен быть.

а. Столб воздуха должен иметь свободные заряды, чтобы “ловить” молнию, и не должен иметь свободных зарядов, чтобы не задерживать радиоволны.

б. Столб воздуха со свободными зарядами должен быть и не должен быть.

Часть 4. Устранение физического противоречия

4.1. Рассмотреть простейшие преобразования выделенной зоны элемента, т. е. разделение противоречивых свойств

а) в пространстве;

б) во времени;

в) путем использования переходных состояний, при которых сосуществуют или попеременно появляются противоположные свойства;

г) путем перестройки структуры: частицы выделенной зоны элемента наделяются имеющимся свойством, а вся выделенная зона в целом наделяется требуемым (конфликтующим) свойством.

Если получен физический ответ (т. е. выявлено необходимое физическое действие), перейти к 4.5. Если физического ответа нет, перейти к 4.2.

П р и м е р ы

Стандартные преобразования не дают очевидного решения задачи 24 (хотя, как мы увидим дальше, ответ близок 4.1 в и г).

Задача 25 может быть решена по 4.1 б и в.

Свободные заряды сами появляются в столбе воздуха на начальных этапах возникновения молнии. Молниеотвод на короткое время становится проводником, а затем свободные заряды сами исчезают.

4.2. Использовать таблицу типовых моделей задач и вепольных преобразований. Если получен физический ответ, перейти к 4.4. Если физического ответа нет, перейти к 4.3.

П р и м е р ы

Модель задачи 24 относится к классу 4. По типовому решению вещество В2 надо развернуть в веполь, введя поле П и добавив Вз или разделив В2 на две взаимодействующие части. (Идея разделения круга начала формироваться на шаге 3.3. Но если просто разделить круг, наружная часть улетит под действием центробежной силы. Центральная часть круга должна крепко держать наружную часть и в то же время должна давать ей возможность свободно изменяться...) Далее по типовому решению желательно перевести веполь (полученный из В2) в феполь, т. е. использовать магнитное поле и ферромагнитный порошок. (Это дает возможность сделать наружную часть круга подвижной, меняющейся и обеспечивает требуемую связь между частями круга).

Модель задачи 25 относится к классу 16. По типовому решению вещество В1 должно раздваиваться, становясь то В1, то В2, т. е. столб воздуха должен становиться проводящим при появлении молнии, а потом возвращаться в непроводящее состояние.

4.3. Использовать таблицу применения физических эффектов и явлении. Если получен физический ответ, перейти к 4.5. Если физического ответа нет, перейти к 4.4.

П р и м е р ы

Задача 24: по таблице подходит п. 17 - замена «вещественных» связей «полевыми» путем использования электромагнитных полей.

Задача 25: по таблице подходит п. 23 - ионизация пол действием сильного электромагнитного поля (молния) и рекомбинация после исчезновения этого поля (радиоволны - слабое поле). Другие эффекты относятся к жидкостям и твердым телам, требуют введения добавок или не обеспечивают самоуправления.

4.4. Использовать таблицу основных приемов устранения технических противоречий. Если до этого получен физический ответ, использовать таблицу для его проверки.

П р и м е р ы

По условиям задачи 24 надо улучшить способность круга «притираться» к изделиям разной формы. Это адаптация (строка 35 в таблице). Известный путь - использовать набор разных кругов. Проигрыш - потери времени на смену и подбор кругов, снижение производительности: колонки 25 и 39. Приемы по таблице: 35, 28, 35, 28, 6, 37. Повторяющиеся и потому более вероятные приемы: 35 - изменение агрегатного состояния (наружная часть круга «псевдожидкая», из подвижных частиц); 28 - прямое указание на переход к феполю, что и выполнено выше.

По условиям задачи 25 надо ликвидировать действие молнии - вредного внешнего фактора (строка 30). Известный путь - установить обычный металлический молниеотвод. Проигрыш - появление радиотени, т. е. возникновение вредного фактора, создаваемого самим молниеотводом (колонка 31). В таблице эта клетка пуста. Возьмем колонку 18 (уменьшение освещенности, появление оптической тени вместо радиотени). Приемы: 1, 19, 32, 13. Прием 19 - одно действие совершается в паузах другого.

4.5. Перейти от физического ответа к техническому: сформулировать способ и дать схему устройства, осуществляющего этот способ.

П р и м ер ы

Центральная часть круга выполнена из магнитов. Наружный слой - из ферромагнитных частиц или абразивных частиц, спеченных с ферромагнитными. Такой наружный слой будет принимать форму изделия. В то же время он сохранит твердость, необходимую для шлифовки.

Чтобы в воздухе появлялись свободные заряды, нужно уменьшить давление. Потребуется оболочка, чтобы держать этот столб воздуха при пониженном давлении. Оболочка должна быть из диэлектрика, иначе она сама даст радиотень.

А. с. № 177 497: («Молниеотвод, отличающийся тем, что с целью придания ему свойства радиопрозрачности он выполнен в виде изготовленной из диэлектрического материала герметически закрытой трубы, давление воздуха в которой выбрано из условия наименьших газоразрядных градиентов, вызываемых электрическим полем развивающейся молнии».

Часть 5. Предварительная оценка полученного решения

5.1. Провести предварительную оценку полученного решения.

Контрольные вопросы

1. Обеспечивает ли полученное решение выполнение главного требования ИКР («Элемент сам...»)?

2. Какое физическое противоречие устранено (н устранено ли) полученным решением?

3. Содержит ли полученная система хотя бы один хорошо управляемый элемент? Какой именно? Как осуществлять управление?

4. Годится ли решение, найденное для «одноцикловой» модели задачи, в реальных условиях со многими «циклами»?

Если полученное решение не удовлетворяет хотя бы одному из контрольных вопросов, вернуться к 2.1.

5.2. Проверить (по патентным данным) формальную новизну полученного решения.

5.3. Какие подзадачи могут возникнуть при технической разработке полученной идеи? Записать возможные подзадачи - изобретательские, конструкторские, расчетные, организационные.

Часть 6. Развитие полученного ответа

6.1. Определить, как должна быть изменена нодсистема, в которую входит измененная система.

6.2. Проверить, может ли измененная система применяться по-новому.

6.3. Использовать полученный ответ при решении других технических задач.

а. Рассмотреть возможность использования идеи, обратной полученной.

б. Построить таблицу «расположение частей - агрегатные состояния изделия» или таблицу «использованные поля - агрегатные состояния изделия» и рассмотреть возможные перестройки ответа по позициям этих таблиц.

Часть 7. Анализ хода решения

7.1. Сравнить реальный ход решения с теоретическим (по АРИЗ). Если есть отклонения, записать.

7.2. Сравнить полученный ответ с табличными данными (таблица вепольных преобразований, таблица физических эффектов, таблица основных приемов). Если есть отклонения, записать.

 

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

ТИПОВЫЕ МОДЕЛИ ИЗОБРЕТАТЕЛЬСКИХ ЗАДАЧ И ИХ ВЕПОЛЬНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ

Тип 1. Дан один элемент

1. Вещество плохо поддается управлению (обнаружению, измерению, изменению); требуется обеспечить эффективное управление.

а. Общий путь решения задач этого класса - достройка веполя (введение второго вещества и поля).

б. Для задач на обнаружение и измерение - стандарт 1. Введение второго вещества (например, люминофора, ферромагнетика и т. п.), взаимодействующего с внешним электромагнитным полем):

в. Для задач на перемещение, дробление, обработку поверхности, деформации, изменение вязкости, прочности и т. п. - стандарт 4. Введение ферромагнитных частиц и магнитного поля:

г. Если нельзя вводить В2-стандарт 8 (измерение собственной частоты колебаний) и 10 (обходные пути: вместо В2 вводят поле, а также «наружное» В2, вводят В2 на время или в очень малых дозах, используют в качестве В2 часть В1, используют вместо объекта его копию, вводят В2 в виде химических соединений).

2. Поле плохо поддается управлению (обнаружению, измерению, изменению, преобразованию в другое поле); требуется обеспечить эффективное управление.

а. Преобразование исходного поля П1 с помощью вещества-преобразователя или двух взаимодействующих веществ:

б. Введение вещества В, которое меняет свои свойства под действием поля П1, причем это изменение легко обнаруживается с помощью поля П2, действующего на В:

3. Вещество (или поле) обладает двумя конфликтующими сопряженными свойствами; требуется улучшить одно свойство, не ухудшая другого.

а. Задачи этого класса переводят в задачи классов 1 и 2 заменой исходного вещества В (или поля П) на вещество (или поле ), которому заранее в полной мере придано одно из сопряженных свойств:

Например, задачу «Надо увеличить высоту антенны, не увеличивая ее веса» переводят в задачу «Высокая антенна должна быть такой же легкой, как и низкая». Из двух сопряженных качеств объекту заранее надо приписать то, которое обеспечивает максимальную эффективность основного действия. Поэтому взята высокая антенна, а не низкая.

б. Если конфликтуют свойство и антисвойство (горячий - холодный, сильный -слабый, магнитный - немагнитный), то конфликт может быть устранен разделением в пространстве, во времени и в структуре (целое имеет одно свойство, а часть - другое). Если используют разделение вещества во времени, целесообразно, чтобы переход от одного состояния к другому осуществлялся самим веществом, поочередно принимающим разные формы (изменение агрегатного состояния, переход через точку Кюри, диссоциация - ассоциация и т. д.).

Тип 2. Даны два элемента

4. Два вещества не взаимодействуют (или очень плохо взаимодействуют); одно вещество (или оба) можно изменять: требуется обеспечить хорошее взаимодействие.

Вещество В2 разворачивают в веполь, который образует цепь с В1 и, таким образом, обеспечивает взаимодействие В1 и В2; затем, если есть возможность, развернутый из В2 веполь переводится в феполь, т. е. веполь с магнитным полем Пм и ферромагнитным веществом Вф (желательно в виде мелких частиц);

Если, несмотря на то, что В2 развернуто в веполь, между В2 и В1 не устанавливается прямая связь, можно использовать связь через поле П:

В задачах на измерение или обнаружение В2 разворачивают в веполь с полем на выходе, например:

5. То же, что и в классе 4, но оба вещества нельзя изменять.

а. Задачу переводят в класс 4, используя стандарт 10.

б. Вместо веществ используют их оптические копии.

6. Поле П1 не управляет полем П2: требуется обеспечить эффективное управление.

Введение вещества (или двух взаимосвязанных веществ), способность которого взаимодействовать с П2 зависит от действия П1:

Степень управления в некоторых случаях может быть увеличена за счет использования такого вещества В, которое при действии П1 совершает фазовый переход (например, плавится, переходит через точку Кюри и т. д.).

7. Поле и вещество не взаимодействуют; требуется обеспечить их взаимодействие.

Введение вещества-посредника В2 или комплекса веществ (В2Вз), через которые П1 действует на В1. Если второе вещество вводить нельзя, использовать стандарт 10.

8. Два вещества взаимодействуют, но одно из веществ или оба вещества, или их взаимодействие плохо поддается управлению (обнаружению, измерению, изменению); заменять эти вещества другими нельзя; требуется обеспечить эффективное управление.

а. Введение поля (преимущественно электрического, магнитного или оптического), проходящего через систему и «выносящего» информацию о ее состоянии.

б. Введение поля П, действующего по-разному на В1 и В2 или действующего только на одно из веществ.

в. Постройка веполя с комплексом (ВзВз); поле П действует на Вз.

9. Поле и вещество взаимодействуют, но один из этих элементов или оба элемента, или их взаимодействие плохо поддается управлению (обнаружению, измерению, изменению); заменять элементы нельзя; требуется обеспечить эффективное управление.

а. Введение В2, взаимодействующего с П и В1.

б. В2 переводит в , возникает хорошо управляемый веполь из элементов В1, В2 и .

10. Два вещества (или вещество и поле) взаимодействуют; одно вещество можно изменять; требуется установить (или улучшить) второе (дополнительное) взаимодействие (или действие), не ухудшая первого (имеющегося).

а. Постройка веполя, обеспечивающего второе взаимодействие, причем вводимое поле не должно влиять на первое взаимодействие:

б . Постройка цепных веполей, например:

11. Поле и вещество связаны двумя конфликтующими сопряженными взаимодействиями; требуется ликвидировать одно взаимодействие, сохранив другое.

Введение В2, через которое поле действует на В1, причем это второе вещество является частью В1 или видоизменением В1:

В1 «пропускает» одно действие и задерживает другое.

12. Два вещества взаимодействуют, требуется ликвидировать это взаимодействие.

Стандарт 3: ввести третье вещество, являющееся видоизменением одного из данных веществ.

Тип 3. Даны три элемента

13. Дан веполь, плохо поддающийся обнаружению или измерению; заменять и изменять данный веполь нельзя; требуется обеспечить эффективное обнаружение или измерение.

Веполь, данный по условиям задачи, рассматривают как комплексное вещество В2 (задача фактически переводится в класс 1); вводится поле, например:

Если в веполе есть ферромагнитное вещество, выгодно вводить магнитное поле.

14. То же, что и в классе 13, но можно заменять или менять В2, входящее в данный веполь.

Вещество В2 разворачивают в веполь введением Вз и П. Образуется цепной веполь:

15. Дан веполь, плохо поддающийся управлению; можно заменять В2 и поле П; требуется обеспечить эффективное управление.

Веполь, данный по условиям задачи, перестраивают в феполь. Фактически задача переводится в класс 1:В2 и П отбрасывают, остается один элемент В1, который достраивают до полного веполя введением ферромагнитного вещества и магнитного поля.

16. Вещество хорошо взаимодействует с полем П1, но плохо взаимодействует с полем П2; вводить новые вещества и поля нельзя; требуется обеспечить хорошее взаимодействие В и П2, сохранив взаимодействие В и П1.

Вещество В1, раздваивают на В1 и В1. Поле П1 действует на В1, поле П2 - на В2. Если эти действия несовместимы во времени, В1 раздваивают таким образом, чтобы оно поочередно становилось то В1 , то В1 и одно действие совершалось в паузах другого (стандарт 7).

17. Поле П1 хорошо взаимодействует с веществом В1, но плохо взаимодействует с веществом В2; вводить новые вещества и поля нельзя; требуется обеспечить эффективное взаимодействие П1 и В2, сохранив взаимодействие П1 и В1.

а. Поле П1 раздваивают на П1 и П1 . Поле П1, действует на В1, поле П2 - на В2. Если эти действия несовместимы во времени, П1 раздваивают таким образом, чтобы оно поочередно становилось то П1, то П1 и одно действие совершалось в паузах другого.

б. Вводят поле П, которое одинаково по природе с полем П1, но противоположно ему по направлению («антиполе»):

18. Дан веполь, который надо ликвидировать.

Задачу переводят в класс 12 и решают по стандарту 3.

 

ПРИЛОЖЕНИЕ 3

ПРИМЕНЕНИЕ НЕКОТОРЫХ ФИЗИЧЕСКИХ ЭФФЕКТОВ И ЯВЛЕНИЙ ПРИ РЕШЕНИИ ИЗОБРЕТАТЕЛЬСКИХ ЗАДАЧ

Требуемое действие, свойство

Физическое явление, эффект, фактор, способ

1. Измерение температуры

Тепловое расширение и вызванное им изменение- собственной частоты колебаний. Термоэлектрические явления. Спектр излучения. Изменение оптических, электрических, магнитных свойств веществ. Переход через точку Кюри. Эффекты Гопкинса, и Баркхаузена

2. Понижение температуры

Фазовые переходы. Эффект Джоуля - Томсона. Эффект Ранка. Магнитокалорический эффект. Термоэлектрические явления

3. Повышение температуры

Электромагнитная индукция. Вихревые токи. Поверхностный эффект. Диэлектрический нагрев. Электронный нагрев. Электрические разряды. Поглощение излучения веществом. Термоэлектрические явления

4. Стабилизация температуры

Фазовые переходы (в том числе переход через точку Кюри)

5. Индикация положения и перемещения объекта

Введение меток - веществ, преобразующих внешние поля (люминофоры) или создающих свои поля (ферромагнетики) и потому легко обнаруживаемых. Отражение и испускание света. Фотоэффект. Деформация. Рентгеновское и радиоактивное излучения. Люминесценция. Изменение электрических и магнитных полей. Электрические разряды. Эффект Доплера

6. Управление перемещением объектов

Действие магнитным полем на объект или на ферромагнетик, соединенный с объектом, Действие электрическим полем на заряженный объект. Передача давления жидкостями и газами. Механические колебания. Центробежные силы. Тепловое расширение. Световое давление

7. Управление движением жидкости и газа

Капиллярность. Осмос. Эффект Томса. Эффект Бернулли. Волновое движение. Центробежные силы. Эффект Вайссенберга

8. Управление потоками аэрозолей (пыль, дым, туман)

Электризация. Электрические и магнитные поля. Давление света

9. Перемешивание смесей. Образование растворов

Ультразвук. Кавитация. Диффузия. Электрические поля. Магнитное поле в сочетании с ферромагнитным веществом. Электрофорез. Солюбилизация

10. Разделение смесей

Электро- и магнитосепарация. Изменение кажущейся плотности жидкости - разделителя под действием электрических и магнитных полей. Центробежные силы. . Диффузия. Осмос

11. Стабилизация положения объекта

Электрические и магнитные поля. Фиксация в жидкостях, твердеющих в магнитном и электрическом полях. Гироскопический эффект. Реактивное движение

12. Силовое воздействие.

Регулирование сил. Создание больших давлений Действие магнитным полем через ферромагнитное вещество. Фазовые переходы. Тепловое расширение. Центробежные силы. Изменение гидростатических сил путем изменения кажущейся плотности магнитной или электропроводной жидкости в магнитном поле. Применение взрывчатых веществ. Электрогидравлический эффект. Оптико- гидравлический эффект. Осмос

13. Изменение трения

Эффект Джонсона - Рабека. Воздействие излучений. Явление Крагельского. Колебания

14. Разрушение объекта

Электрические разряды. Электрогидравлический эффект. Резонанс. Ультразвук. Кавитация. Индуцированное излучение

15. Аккумулирование механической и тепловой энергии

Упругие деформации. Гироскопический эффект. Фазовые переходы

16. Передача энергии: механической тепловой лучистой электрической

Деформации. Колебания. Эффект Александрова. Волновое движение, в том числе ударные волны. Излучения. Теплопроводность. Конвекция. Явление отражения света (световоды). Индуцированное излучение, индукция. Сверхпроводимость

17. Установление взаимодействия между подвижным (меняющимся) и неподвижным (неменяющимся) объектами

Использование электромагнитных полей (переход от «вещественных» связей к «полевым»)

18. Измерение размеров объекта

Измерение собственной частоты колебаний. Нанесение и считывание магнитных и электрических меток

19. Изменение размеров объектов

Тепловое расширение. Деформации. .Магнито-, электрострикация. Пьезоэлектрический эффект

20. Контроль состояния и свойств поверхности

Электрические разряды. Отражение света. Электронная эмиссия. Муаровый эффект. Излучения

21. Изменение поверхностных свойств

Трение. Адсорбция. Диффузия. Эффект Баушин- гера. Электрические разряды. Механические и акустические колебания. Ультрафиолетовое излучение

22. Контроль состояния и свойств в объеме

Введение «меток» - веществ, преобразующих внешние поля (люминофоры) или создающих свои поля (ферромагнетики), зависящие от состояния и свойств исследуемого вещества. Изменение удельного электрического сопротивления в зависимости от изменения структуры и свойств объекта. Взаимодействие со светом. Электро- и магнитооптические явления. Поляризованный свет. Рентгеновские и радиоактивные излучения. Электронный парамагнитный и ядерный магнитный резонансы. Магнитоупругий эффект. Переход черед точку Кюри. Эффекты Гопкинса и Баркхаузена. Измерение собственной частоты колебаний объекта. Ультразвук, эффект Мёссбауэра. Эффект Холла

23. Изменение объемных свойств объекта

Изменение свойств жидкости (кажущейся плотности, вязкости) под действием электрических и магнитных полей. Введение ферромагнитного вещества и действие магнитным полем. Тепловое- воздействие. Фазовые переходы. Ионизация под действием электрического поля. Ультрафиолетовое, рентгеновское, радиоактивное излучения, Деформация. Диффузия. Электрические и магнитные поля. Эффект Баушингера. Термоэлектрические, термомагнитные и магнитооптические эффекты. Кавитация. Фотохромный эффект. Внутренний фотоэффект.

24. Создание заданной структуры. Стабилизация структуры объекта

Интерференция волн. Стоячие волны. Муаровый эффект. Магнитные поля. Фазовые переходы. Механические и акустические колебания. Кавитация

25. Индикация электрических и магнитных полей

Осмос. Электризация тел. Электрические разряды. Пьезо- и сегнетоэлектрические эффекты. Электреты. Электронная эмиссия. Электрооптические явления. Эффекты Гопкинса и Баркхаухена. Эффект Холла. Ядерный магнитный резонанс. Гиромагнитные и магнитооптические явления.

26. Индикация излучения

Оптико-акустический эффект. Тепловое расширение. Фотоэффект. Люминесценция. Фотопластиче ский эффект

27. Генерация электромагнитного излучения

Эффект Джозефсона. Явление индуцированного излучения. Туннельный эффект. Люминесценция. Эффект Ганна. Эффект Черенкова

28. Управление электромагнитными полями

Экранирование. Изменение состояния среды, например увеличение или уменьшение ее электропроводности. Изменение формы поверхностей тел, взаимодействующих с полями

29. Управление потоками света.

Модуляция света Преломление и отражение света. Электро- и магнитооптические явления. Фотоупругость, эффекты Керра и Фарадея. Эффект Ганна. Эффект Франца - Келдыша

30. Инициирование и интенсификация химических превращений

Ультразвук. Кавитация. Ультрафиолетовое, рентгеновское, радиоактивные излучения. Электрические разряды. Ударные волны. Мицеллярный катализ