Иголка в стоге сена

Теория изобретательства изучает изобретательское творчество с целью создать эффективные методы решения изобретательских задач.

В этом определении присутствует мысль, которая может показаться «еретической»: что же — существующие методы плохи и нуждаются в замене? Но ведь, пользуясь этими методами, люди сделали величайшие изобретения! На этих методах основана современная индустрия изобретений, дающая ежегодно многие десятки тысяч новых технических идей. Чем же плохи существующие методы?

Не будем торопиться с ответом на этот вопрос, посмотрим сначала, как обычно решается изобретательская задача.

Вообще-то изобретатели не очень охотно и не часто рассказывают о путях, которыми они пришли к новой технической идее. Одно из счастливых исключений — книжка Б. С. Егорова «Секрет НСЕ».

Борис Сергеевич Егоров, талантливый изобретатель, подробно и объективно описывает историю создания намоточного станка. Воспользуемся этим и проследим ход мыслей изобретателя.

Итак, прежде всего — задача.

«Представьте себе большую электронно-вычислительную машину, в глубине которой несколько тысяч мельчайших кольцевых трансформаторов. Каждый из них имеет отверстие всего лишь в 2 миллиметра. На каждом из таких колечек намотан тончайший, тоньше человеческого волоса, проводок, покрытый шелковой оболочкой. Это, разумеется, надо было производить вручную, не повредив нежной изоляции. То был изнурительный труд...»

Задача ясна: есть маленькое колечко, сделанное из феррита; нужно быстро и аккуратно обмотать это колечко тонкой изолированной проволокой.

Несколькими годами раньше Б. С, Егоров успешно решил подобную задачу — тогда требовалось механизировать намотку дросселей телефонных фильтров. Внешне обе задачи совершенно подобны: есть кольцо и есть провод, которым нужно обмотать это кольцо. Но крохотное ферритовое колечко значительно меньше, чем кольцо телефонного дросселя, и это принципиально меняло задачу.

«Должен сказать, что задача, которую предстояло разрешить, вначале не показалась мне очень трудной. Но когда я вплотную подошел к ней, это мнение пришлось изменить.

Трудность состояла прежде всего в том, что колечко, на которое следует наматывать провод, было размером лишь в 2 миллиметра».

Действительно, в БЭСМ-2, например, используются ферритовые тороиды марки К-28, имеющие такие размеры: внешний диаметр — 3,1 мм, внутренний диаметр — 2,0 мм, высота — 1,2 мм. В запоминающем устройстве той же БЭСМ-2 применяются еще более миниатюрные тороиды марки ВТ-1 с внутренним диаметром 1,31 мм.

Обмотку этих колечек вели вручную с помощью шпули. Шпуля представляет собой, в сущности, иглу, несущую в себе запас провода. На рис. 1 изображены в увеличенном виде и колечко и шпуля. Поперечное сечение колечка (тороида) может быть квадратным, прямоугольным или круглым — это несущественно.

Разумеется, задача сильно упростилась бы, будь колечко составным. Но ферритовые тороиды изготовляются методами порошковой металлургии: материал прессуется, а затем спекается. Никакая обмотка не выдержит применяемых при этом давлений и температур, поэтому приходится наматывать провод на готовое неразъемное колечко.

Рис. 1. Наматывать провод на колечки приходилось вручную — с помощью шпули.

«Какой же величины должна быть шпулька? Как игольное ушко? Сразу стало ясно, что от шпульки, с помощью которой осуществлялась укладка провода на моем первом станке, придется отказаться, она была бы слишком мала. Это усложняло решение вопроса. А нельзя ли обойтись без нее, заменить ее, использовать совершенно новый принцип намотки? Но каким должен быть этот принцип? Вопросы не давали мне покоя...

— А не применить ли здесь маятник?

Это мнение разделяли многие товарищи, с которыми мне приходилось советоваться. И я задумал решить задачу с помощью маятника. Принцип был прост: два маятника, а между ними кольцо; на маятнике игла; правый маятник иглой продевает провод сквозь кольцо и подводит иглу к левому. Кольцо при этом поднимается; игла идет обратно, и все повторяется сначала. Так и осуществляется намотка провода на кольцо. Удивительно просто, и при этом все делается без шпульки».

Была построена модель станка. Ее испытания дали отрицательные результаты — провод натягивался лишь тогда, когда игла находилась в крайнем положении, когда же она была в движении, провод провисал, поэтому витки ложились как попало.

«Я заново, с удвоенной энергией взялся за работу. Попробовал иначе разместить маятники, иначе расположить кольца, и так и этак пытался изменить ход работы маятников, но нить все равно провисала. Я проделал свыше трехсот экспериментов. В конце концов пришел к заключению, что от маятников надо отказаться.

Стало ясно, что следует искать иной принцип работы машины. Но какой? Перебрал несколько разных вариантов, но ни один из них не подходил. Тогда возникла мысль осуществить намотку провода с помощью сжатого воздуха, который выполнял бы роль маятников. Ту же самую иглу будет толкать через кольцо не маятник, а сжатый воздух».

Егоров построил еще одну модель станка. Но сжатый воздух не помог: провод провисал, как и в маятниковом станке.

«И тут в голову пришла мысль, что сам принцип намотки провода на кольцо не годится. Ведь во всех вариантах принцип был один: игла прошивает кольцо. А она не дает возможности держать провод в натяжении. Следовательно, надо отказаться от использования самой иглы и предложить взамен новый, совершенно новый принцип. Но что можно предложить взамен? На этот вопрос не мог никто ответить».

Шло время. Егоров не переставал думать о задаче. И вот однажды появилась новая идея. Случилось это в электричке.

«Я перевожу взгляд на моих соседей, и вдруг мой взор привлекает старушка, которая вяжет кружево. В руках у нее крючок. Она совершает движение рукой — и крючок делает колечко, еще движение рукой — и еще колечко. Я машинально смотрю, не отрывая глаз, на руки вязальщицы. Колечко... Колечко... Мысленно повторяю движение крючка раз, еще раз и еще. Потом я уже представляю себе движение крючка не в руках старушки, а в моем станке...

А что, если вместо шпульки и маятников применить в станке крючки? Крючок захватит провод, который пройдет через колечко. А специальной пружинкой можно будет тогда поддержать провод в натянутом состоянии. Я достаю иглу с ниткой, делаю из иглы крючок, и пытаюсь повторить движения старушки. Раз... другой. Неужели в этом обыкновенном крючке секрет намоточного станка, неужели найдена разгадка казавшейся неразрешимой задачи? Да, так и есть. Витки ложатся на кольцо ровно. Это и есть тот самый принцип, который я так долго искал. С помощью крючков можно осуществить крепкую, надежную намотку витков на кольцо».

Так появился принцип намоточного станка — знаменитого НСЕ.

Что можно сказать о путях, которыми шел изобретатель?

Некоторые особенности сразу бросаются в глаза. Поиски велись, в сущности, наугад. Или, как говорят психологи, методом «проб и ошибок». Возникала идея: «А если сделать так?» Затем следовала ее теоретическая или практическая проверка. Одна идея оказывалась неудачной, выдвигалась вторая, третья...

Схематически этот метод изображен на рис. 2. От точки, которую мы назовем «Задача», изобретатель должен попасть в точку «Решение». Где именно находится эта точка, заранее, конечно, неизвестно. Изобретатель создает определенную поисковую концепцию ПК, т. е. выбирает направление поисков («И я задумал решить задачу с помощью маятника»). Начинаются «броски» в выбранном направлении (они условно обозначены стрелками): «А если попробовать так?» А потом становится ясно, что неправильна вся поисковая концепция — поиски идут не в том направлении («В конце концов пришел к заключению, что от маятников надо отказаться»). Изобретатель возвращается к задаче, выдвигает новую поисковую концепцию («Тогда возникла мысль осуществить намотку провода с помощью сжатого воздуха...») и начинает новую серию «бросков».

В практике количество попыток обычно намного больше, чем изображено на схеме. Егоров говорит о трехстах модификациях одной только первой модели станка, вообще же при поисках решения методом «проб и ошибок» количество попыток очень велико. Требуются тысячи, иногда и десятки тысяч «а если?», чтобы нащупать удачное решение.

Рис. 2. Схема поиска методом «проб и ошибок».

И еще одна очень важная особенность. На схеме стрелки расположены гуще в направлении, противоположном «Решению». Это, конечно, не случайно. Дело в том, что пробы не так хаотичны, как кажется на первый взгляд. Приступая к поискам, изобретатель опирается на свой предыдущий опыт. Егоров однажды уже создал станок для намотки телефонных дросселей, и при решении новой задачи мысль сначала неизбежно шла в привычном направлении: нужна — как и в прошлый раз — шпуля, но она должна быть очень тонкой; заменим ее иглой, т. е. той же шпулей, но без запаса провода.

В сущности, безуспешность почти всех попыток вызвана стремлением так или иначе использовать иглу. Эта первоначальная тенденциозность показана на схеме «вектором инерции» ВИ, выходящим из точки «Задача» и направленным в сторону от «Решения». Большим шагом вперед была мысль, что от иглы нужно вообще отказаться...

* * *

Мы еще продолжим разговор о методе «проб и ошибок». Но у читателя уже сейчас есть отличная возможность самому испытать этот метод.

Задача 1

Станок Егорова хорошо справляется с намоткой колечек, если их внутренний диаметр не менее 2 мм. Однако миниатюризация электронных машин требует более мелких колечек. Как и раньше, их обмотку приходится вести вручную. Как ее механизировать? Попытайтесь решить эту задачу. Без теории изобретательства.

Задача предельно наглядна: имеется колечко, сделанное из феррита; внутренний диаметр колечка, скажем, 0,5 мм. Имеется также тонкая изолированная проволока. Надо механизировать намотку.

Количество витков провода, вообще говоря, зависит от назначения тороида и меняется в широких пределах: в тороидальных трансформаторах их обычно несколько сотен, тороидальные элементы запоминающих устройств имеют всего по три витка. Допустим для конкретности, что на каждое колечко надо нанести двадцать витков проволоки.

Два дополнительных соображения. Первое: задача учебная, поэтому нельзя ее изменять, т. е. предлагать решения, связанные с отказом от применения ферритовых колечек. Второе: способ намотки может быть каким угодно, однако он должен обеспечивать высокую производительность: в запоминающем устройстве электронной машины используются сотни тысяч и даже миллионы колечек.

Для решения этой задачи не нужны какие-либо узкоспециальные знания. Но найти хорошее решение методом «проб и ошибок» вряд ли удастся даже опытному изобретателю. По правде сказать, я уверен — вы, читатель, не решите задачу. Тут довольно простой расчет. Предположим, вы не менее талантливы, чем Эдисон. Но ведь и Эдисону, по его собственному признанию, приходилось работать над одним изобретением в среднем семь лет. По крайней мере треть этого времени уходила на поиски идеи.

Вот что писал изобретатель Николай Тесла, работавший одно время в лаборатории Эдисона: «Если бы Эдисону понадобилось найти иголку в стоге сена, он не стал бы терять времени на то, чтобы определить наиболее вероятное место ее нахождения. Он немедленно с лихорадочным прилежанием пчелы начал бы осматривать соломинку за соломинкой, пока не нашел бы предмета своих поисков. Его методы крайне неэффективны, он может затратить огромное количество времени и энергии и не достигнуть ничего, если только ему не поможет счастливая случайность. Вначале я с печалью наблюдал за его деятельностью, понимая, что небольшие теоретические знания и вычисления сэкономили бы ему тридцать процентов труда. Но он питал неподдельное презрение к книжному образованию и математическим знаниям, доверяясь всецело своему чутью изобретателя и здравому смыслу американца».

Вы вряд ли решите задачу о намотке, но все-таки сделайте несколько попыток. В дальнейшем мы посмотрим, как эта задача решается с помощью, методики изобретательства. И тогда вы сможете, основываясь на своем опыте, сопоставить поиски решения путем «проб и ошибок» с планомерными методами, о которых рассказывает эта книга.

* * *

Намоточный станок создан талантливым рабочим-изобретателем. Ну, а если поиски решения ведет ученый? Повышается ли тогда эффективность метода «проб и ошибок»?

Некоторое время назад в журнале «Изобретатель и рационализатор» была опубликована статья кандидата технических наук Е. Веретенникова.

Это еще один из тех редких случаев, когда изобретатель говорит о путях, которыми он пришел к новой идее. Задача, решенная Е. Веретенниковым, не отличается особой сложностью, а наличие у изобретателя ученой степени делает этот случай достаточно показательным.

Вот что рассказывает изобретатель:

«Наш Куйбышевский индустриальный институт сотрудничает с Куйбышевским долотным заводом. Завод выпускает долота. Мне кажется, любой, кто попадет на участок сборки шарошечных долот, обязательно подумает: «Нельзя ли делать это как-нибудь по-иному?» Картина, мягко говоря, малоприглядная. Цапфу лапы долота обмазывают густой солидолово-графитной смазкой. Эта смазка играет роль клея. Она удерживает на двух горизонтальных площадках — дорожках качения цапфы — устанавливаемые там ролики подшипника, которые иначе соскальзывали бы в разные стороны. Когда два ряда роликов составлены, на цапфу надевают шарошку. Сборка производится обнаженными руками. На кожу минеральные масла действуют вредно. Кроме того, в этой массе иногда попадаются острые металлические занозы, ранящие руки сборщика. Труд тяжелый, требует высокой квалификации.

Подобный тип сборки, когда необходимо предварительное удерживание деталей в определенном положении друг к другу, весьма распространен. Для промежуточной фиксации пользуются струбцинами, стяжными хомутами, обоймами, применяют временное прихватывание деталей пайкой или сваркой, клеящими веществами или, как в данном случае, густыми липкими смазками.

Сборка шарошечных долот заставила меня задуматься над тем, как, например, удерживать ролики на цапфе при надевании сверху шарошки?»

Итак, задача состоит в следующем.

Для сборки секции бурового долота нужно сначала обложить шарошку двумя рядами роликов. Роликов в ряду несколько десятков. Понятно, что придерживать руками одновременно все ролики невозможно. Значит, нужно найти какой-то способ (вместо «приклеивания» густой мазью), позволяющий удерживать ролики на дорожках качения цапфы до момента, пока цапфа не вставлена в шарошку. Способ этот должен быть простым, производительным, допускающим в дальнейшем автоматизацию сборки.

«Первое, что пришло в голову, — рассказывает далее изобретатель, — была, конечно, веревка. Связать! Но как вытащить ее после сборки? Что ж, можно связать такой пленкой, которая в дальнейшем бесследно растает, растворившись в масле. Пожалуй, это выход... если не считать, что автоматизация сборки ничуть не упрощена.

Дальнейшие раздумья привели к решению, которое оказалось удачным. Надо прилеплять ролики к цапфе, но не клеем и никаким другим веществом. Их будут удерживать магнитные силы!»

Скажем сразу: Е. Веретенников сделал хорошее изобретение. История этого изобретения — плохой роман с хорошим концом. В самом деле, задача возникла давно, и тогда уже существовали средства, необходимые для ее решения. Изобретение запоздало по меньшей мере на 20—30 лет! Е. Веретенников сам подчеркивает, что каждому, кто попадает на участок сборки, обязательно бросится в глаза необходимость усовершенствовать, сборку долот. Задача словно кричала: «Пожалуйста, обратите на меня внимание! Ведь так важно и так нетрудно найти решение!» Но люди проходили мимо...

Это не случайность: в каждой отрасли производства имеется большое число изобретений, которые нужно и можно сделать (при современном развитии науки и техники), но которые еще не сделаны.

Посмотрим теперь, как шла работа изобретателя. Первая мысль — «конечно, веревка». Тут примечательны и «конечно» и «веревка». Исходный пункт размышлений — существующие конструкции (стяжные хомуты и т. д.). Использовать хомут — «металлическую веревку» — невозможно. Отсюда мысль: применить «просто веревку».

Идея «веревки» настолько сковывала воображение изобретателя, что он никак не хотел с ней расставаться. И следующий шаг — снова «веревка» (вот он, «вектор инерции»!), на этот раз пластмассовая... Понятно, что и этот современный вариант «веревки» тоже не привел к решению задачи.

. Последовали дальнейшие раздумья, которые наконец дали правильное решение: надо использовать магнитные силы.

Между тем задача эта из числа тех, в которых точная формулировка вопроса автоматически дает нужный ответ. Творчество здесь состоит в самом выборе задачи! Требуется, повторяем, чтобы ролики, укладываемые при сборке вокруг цапфы, не падали до тех пор, пока цапфа не вставлена в шарошку. Металлическая деталь должна прижиматься — на время — к другой металлической детали.

Достаточно так поставить задачу, и из десяти человек, обладающих знаниями в объеме восьми классов средней школы, пять сразу же ответят: «Магнит!»

Можно еще уточнить задачу: металлическая деталь должна «без ничего» (идеальный случай) прижиматься к другой детали (не сильно, только для уравновешивания своего веса). В этом случае из десяти ответов восемь или девять будут правильными.

В дальнейшем, когда мы ближе познакомимся с методикой изобретательства, станут очевидными и другие ошибки, допущенные при решении этой задачи. Но уже сейчас можно сделать некоторые выводы:

1. Изобретатель шел от известного к неизвестному: взял в качестве прообраза уже существующее приспособление (металлический хомут) и попытался его видоизменить. Это дало серию неудачных решений.

Так получилось и у Егорова. Может быть, «вектор инерции» всегда направлен в сторону от решения?..

2. Правильное решение потребовало от изобретателя принципиально иного подхода. Каков был путь к этому новому принципу, от изобретателя ускользнуло. Он уверенно и логично объясняет, как происходил переход отодной неудачной идеи к другой; а затем — разрыв и вместо объяснения ничего не значащие слова: «дальнейшие раздумья привели...».

Вспомним, что Егоров тоже не объясняет, почему правильная идея не появилась раньше.

3. Насколько удачен итог решения, настолько же несовершенен метод поисков этого решения.

Магнитная сборка могла быть изобретена значительно раньше. Давно назрела экономическая необходимость в этом изобретении, и давно появилась техническая возможность его сделать. Но изобретатели либо не замечали задачи, либо не брались за нее всерьез. Был допущен своеобразный «простой» задачи. И расплачиваться за него приходилось дорого: тяжелая и грязная работа годами выполнялась вручную.

Конечно, если говорить об исторически большой дистанции, изобретения появляются закономерно. Так, пароход не мог быть создан раньше появления парового двигателя, а паровой двигатель изобрели, когда возникла экономическая необходимость. Однако зачастую изобретения опаздывают без уважительных причин: есть все объективные условия, чтобы изобрести нечто, а это нечто никак не изобретается...

Закономерный ход исторического развития техники вовсе не означает, что можно сидеть сложа руки, а изобретения, из уважения к законам развития техники, будут появляться сами по себе. «Изобретательская промышленность», выпускающая ценнейшую продукцию — новые технические идеи, работает, в сущности, кустарными методами. «Продукции» выпускается меньше, и она худшего качества, чем это возможно. Порой даже трудно понять, почему та или иная «изобретательская продукция» не появилась значительно раньше.

Можно привести такой пример. Еще на заре автомобилизма на двигателе устанавливали вентилятор. И уже тогда каждый шофер знал: при низкой температуре воздуха вентилятор не нужен, более того, он вреден — напрасно тратит энергию, переохлаждает двигатель. Но выключающийся вентилятор был изобретен лишь в 1951 году! Тут «простой» затянулся почти на полстолетия, и платить за это пришлось реками бесполезно сожженного горючего.

* * *

Посмотрим теперь, какова «технология творчества» в более сложных случаях. Возьмем для примера историю изобретения менискового телескопа.

Еще до войны ленинградский оптик Д. Д. Максутов работал над созданием школьного телескопа. Задача состояла в том, чтобы дать простой, дешевый и хороший прибор, способный противостоять всем невзгодам школьной жизни. Известные системы телескопов были сложны, дороги и требовали очень осторожного обращения. Все попытки упростить и удешевить конструкцию приводили к ухудшению оптических качеств. Максутову никак не удавалось «совместить несовместимое».

«Менисковые системы, — рассказывает изобретатель в книге «Астрономическая оптика», — были изобретены мной в первых числах августа 1941 года, где-то на пути между Муромом и Арзамасом во время эвакуации из Ленинграда.

Оставляя Ленинград, а вместе с ним и подготовлявшееся массовое производство школьных телескопов, над реализацией которого с сомнительным успехом прохлопотал половину своей жизни, я задумался над печальной судьбой своего детища. На долю занятого человека редко выпадает возможность две недели ничего не делать и фантазировать на интересующие его темы.

Все ли хорошо в разработанной конструкции школьного рефлектора? Нет, не все хорошо, в частности зеркала, хотя бы и алюминированные, будут быстро выходить из строя. Рефлектор с открытой трубой вряд ли долго проживет в школе. Достаточно уборщице один раз стереть с зеркала пыль, и оно будет испорчено. Прикрыть трубу стеклом? Это, конечно, защитит зеркало. Но из чего сделать стекло? Простое стекло дешево, однако оно поглощает много света. Оптическое стекло хорошо, зато и стоимость его высока».

«Как же улучшить конструкцию? — продолжал размышлять изобретатель. — Единственный, казалось, выход — усложнить конструкцию, расположив в передней части трубы плоскопараллельное защитное окно. Введение плоскопараллельного окна из оптического стекла значительно удорожит инструмент...»

Обо всем этом изобретатель думал много лет. И каждый раз останавливался перед очевидным фактом: простое стекло не годится, а оптическое слишком дорого. Но в поезде Максутов, как он сам подчеркивает, «фантазировал». Иначе говоря, он мог уйти в сторону от «вектора инерции»: проверить варианты, которые считались заведомо невыгодными, произвольно допустить нечто фантастическое. И он мысленно сделал такое допущение: предположим, что оптическое стекло вдруг стало совсем дешевым, тогда сразу появится возможность установить на рефлекторах защитные окна. Что это даст? Прежде всего — продлится жизнь зеркала.

«Герметическая труба приятна еще и в том отношении, что в ней устраняются конвекционные потоки воздуха.

Мысль идет дальше и находит еще одно преимущество телескопа с защитным окном: к окну можно привязать диагональное зеркало, высверлив, например, в окне отверстие, пропустив через него хвост оправы диагонального зеркала, а затем приболтив этот узел к защитному окну. Мы освобождаемся от стойки или растяжек, поглощающих свет, порождающих дополнительные помехи».

Здесь Максутов делает первый шаг на пути к изобретению. Оптическое стекло — нечто вроде неизбежного зла. Ладно, говорит изобретатель, пусть будет оптическое стекло! Но, раз уж приходится его использовать, нельзя ли получить, в порядке своего рода компенсации, какие-то дополнительные преимущества?

Достаточно было поставить вопрос так, чтобы не только специалист, но и вообще каждый человек, знакомый с устройством телескопа, дал правильный ответ. Около входного отверстия трубы укреплено плоское зеркальце, направляющее лучи рефлектора в глаз наблюдателя. Раньше система крепления поглощала много света, теперь же это зеркальце (его называют еще вторичным зеркалом) можно прикрепить непосредственно к защитному окну.

«Но мысль идет дальше. Нельзя ли... выполнить защитное окно не в виде плоскопараллельного диска, а в виде мениска, чтобы заалюминированная его центральная часть служила вторичным зеркалом?»

Тут уже не только упрощается крепление вторичного зеркала, а исчезает, в сущности, само зеркало. Функцию вторичного зеркала «по совместительству» будет выполнять центральная часть защитного окна.

«Такая конструкция очень хороша (у вторичного зеркала исчезла оправа, экранирование стало минимальным), но не внесет ли мениск вредных аберраций? По-видимому, внесет (не ахроматическую, а сферическую аберрацию, притом как положительную, так и отрицательную).

И тут-то я чуть-чуть не упустил важного открытия, рассудив, что в таком случае можно рассчитать мениск, не вносящий, аберрации, т. е. безаберрационный мениск».

Внимательно вчитайтесь в эти строки. Изобретателю надо было преодолеть два барьера. Первый барьер — защитное стекло должно быть сделано из дорогого оптического стекла. Выяснилось, что удорожание можно компенсировать: расходы на оптическое стекло окупаются тем, что защитное окно будет выполнять не одну, а несколько функций. Значит, не обязательно прыгать через барьер, можно его обойти...

Но вот изобретатель подошел ко второму барьеру: потребовалось устранить искажения, создаваемые мениском. Казалось, тут бы и применить только что найденный метод компенсации. Пусть аберрация — еще одно неизбежное зло. Надо компенсировать это зло, извлечь из него какую-то пользу, а не устранять!

Однако здесь и проявилась слабость метода «проб и ошибок». На первый взгляд кажется, что пробы беспорядочны. Но в этом беспорядке есть своя система: пробы ведутся по линии наименьшего сопротивления. Легче всего пробовать в привычном направлении, и изобретатель, сам того не замечая, идет туда, где дорога более накатана (и где поэтому вряд ли можно найти новое). Возобновляются попытки перепрыгнуть через барьер, хотя буквально за несколько минут перед этим было открыто, что можно не прыгать, а идти в обход...

«На этих мыслях, — продолжает Максутов, — задержался несколько часов, пока не додумался, что значительно выгодней выбрать такой мениск, который вводит в систему положительную аберрацию, способную компенсировать отрицательную аберрацию сферического зеркала или сферических зеркал.

В этот момент и были изобретены менисковые системы».

Таким образом, второй барьер был преодолен тем же методом компенсации. Мениск искажает световой поток, и изобретатель понял, что с этим не надо бороться. Выгоднее использовать создаваемые мениском искажения для ликвидации других искажений, вызванных погрешностями при изготовлении главного зеркала телескопа — рефлектора.

Изготовление параболического рефлектора — исключительно сложная и трудоемкая работа. Изобретение Максутова позволило заменить параболические рефлекторы неизмеримо более простыми в изготовлении сферическими зеркалами. Раньше сферические зеркала нельзя было применять из-за того, что они создают очень большие искажения. Теперь появилась возможность компенсировать искажения рефлектора искажениями, создаваемыми мениском. Несвершенный (в оптическом смысле) рефлектор и несовершенный мениск, работая спаренно, давали вполне совершенную оптическую систему!

Максутов пишет:

«Работая над теорией менисковых систем и видя их преимущества, невольно вспоминаешь тернистый путь истории оптического приборостроения. Сколько было изломано копий в борьбе сторонников рефлектора и рефрактора! Сколько было затрачено энергии, с одной стороны, на овладение методикой изготовления и исследования точных асферических поверхностей, а с другой — на разрешение проблемы ахроматических стекол! Сколько изготовлено флинтгласа и других трудоемких сортов стекла для тех случаев, в которых их можно было бы и не применять! Наконец, сколько построено дорогих, громоздких и несовершенных телескопов с не менее дорогим и громоздким механическим оборудованием и дорогими помещениями с огромными вращающимися куполами!

Если бы на заре астрономической оптики был известен элементарно простой принцип менисковых систем, в основном доступный пониманию современников Декарта и Ньютона, то астрономическая оптика могла бы пойти по совершенно иному пути и иметь ахроматическую короткофокусную оптику со сферическими поверхностями, базирующуюся лишь на единственном сорте оптического стекла, безразлично с какими константами».

Итак, первостепенное по своему значению изобретение на этот раз запоздало на 250—300 лет!

Какова же его дальнейшая судьба?

Построив менисковый телескоп, Максутов использовал найденную идею для конструирования менисковых микроскопов, биноклей и других оптических приборов. Но даже в оптике идея Максутова была применена только к решению задач, как две капли схожих с первоначальной. Если же задача оказывалась несколько иной, ее не решали вообще или решали, заново проделывая весь тот путь, по которому прошел в свое время Максутов.

Вот история одного из таких изобретений. Обратите внимание — ход рассуждений и полученное решение поразительно напоминают историю изобретения менискового телескопа.

«Идея возникла случайно. Знал я одного человека — он тоже подводник-любитель, много лет носил очки. А под водой?.. Я посоветовал ему сделать маску из плексигласа и выфрезеровать на ней линзы, соответствующие стеклам очков. Идея была заманчива, но это доступно не каждому.

И вдруг оказалось, что решение проблемы находится в... воде. Если сделать плоскопараллельное стекло маски выпуклым, то граница двух сред — воды и воздуха — будет для наблюдателя вогнутой, рассеивающей лучи света, как вогнутые стекла очков. У спортсмена, о котором я упомянул, стекла очков имели минус 2—3 диоптрии. Как показали наши опыты, это эквивалентно стеклу маски с радиусом выпуклости в 15—10 см. Вот тут-то я и понял — дело совсем не в очках. Ведь под водой удаленные предметы видятся искаженно: крупнее и ближе. Но если сделать радиус выпуклости маски 20—25 см, увеличение, передаваемое водой, исчезнет, подводный мир предстанет перед нами в натуральную величину и куда более четко».

Подобно Максутову, изобретатель начал с мысли о том, что нужно убрать лишнюю «крепежную систему» и прикрепить линзы на иллюминаторе маски. Затем пришла догадка: проще вообще обойтись без очков, сделав иллюминаторы выпуклыми, то есть превратить их в мениск. Но мениск «по совместительству» можно использовать, чтобы устранить искажения, которые неизбежны при наблюдении через плоский иллюминатор маски. Так сформулировалась новая техническая идея. Значение ее очень велико, потому что производительность труда водолаза во многом зависит от условий видимости.

Самое ценное в изобретении Максутова — идея допустить недопустимое и потом это компенсировать. Можно смело утверждать, что среди многих не решенных современной техникой задач есть и такие, которые удалось бы решить «методом компенсации». Однако метод этот мало кому известен. Сотни раз описаны менисковые телескопы, но нет ни одной работы, в которой бы говорилось: вот удачная тактика решения самых различных изобретательских задач, используйте ее не только в оптике, но и в других отраслях техники...

* * *

До сих пор мы говорили об изобретателях, решавших задачи в одиночку. Может быть, в крупных коллективах дело обстоит иначе. Может быть, там существует более эффективная технология творчества?

Послушаем, что рассказывает генеральный авиационный конструктор Олег Константинович Антонов:

«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, имевший огромный вырез для грузового люка шириной 4,4 метра и длиною 17 метров.

Разделить вертикальное оперение и повесить «шайбы» по концам стабилизатора тоже было нельзя, так как это резко снижало критическую скорость флаттера 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. 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 флаттер, 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».

Обратите внимание: сначала Антонов, как и Максутов, безуспешно пытался убрать вредный фактор. У Максутова вредным фактором была аберрация, у Антонова — масса. А решение оказалось одинаковым: надо не убирать вредный фактор, а сделать его полезным.

Быть может, сегодня в каком-нибудь КБ снова пытаются устранить какой-то вредный фактор. Снова бьются о стенку. А рядом — открытая дверь...

* * *

Теперь нетрудно ответить на вопрос, поставленный в начале главы. Методика изобретательства нужна: чтобы изобретательские задачи не «простаивали» и вовремя попадали в поле зрения изобретателей;

чтобы решение изобретательских задач осуществлялось с возможно более высоким коэффициентом полезного действия;

чтобы однажды найденные приемы использовались и при решении других технических задач, избавляя изобретателей от необходимости каждый раз заново вести трудные и долгие поиски.

 

Уровни творчества

Изобретательство — древнейшее занятие человека. Собственно, с изобретения первых орудий труда и начался процесс очеловечивания наших далеких предков. С тех пор были сделаны миллионы изобретений. Но вот что удивительно: изобретательские задачи становились все более сложными, а методы их решения почти не совершенствовались. Как правило, изобретатели шли к цели путем «проб и ошибок».

«Изобретатель не знает ни благоразумия, ни предусмотрительности, ни их младшей сестры — медлительности, — пишет французский исследователь Шарль Николь. — Он не исследует и не занимается софизмами. Он сразу бросается на неисследованную область и этим самым актом побеждает ее. Проблема, окутанная туманом, которую обычный слабый свет не мог обнаружить, вдруг как бы озаряется светом молнии. И тогда рождается новое творение. Такой акт ничем не обязан ни логике, ни разуму».

Вот что говорит современный американский изобретатель Дж. Рабинов: «Было бы очень удобно, если бы изобретения были результатом логического и упорядоченного процесса. К сожалению, обычно это не так. Они представляются продуктом того, что психологи называют «интуицией» — неожиданной вспышки вдохновения, механизм которого лежит в глубинах человеческого разума».

Как и Николь, Рабинов не считает творческий процесс логическим. Однако в том, что говорит Рабинов, есть и свои оттенки. С точки зрения Николя, изобретатель прекрасно обходится без «благоразумия»: бросился на задачу — и победил. Рабинов рисует картину менее радужную и более близкую к действительности: бросился... и долго перебирал всевозможные варианты. И уж только потом победил.

Подобных высказываний можно привести множество, и все они — плод идеалистического мышления.

Выдающийся советский изобретатель Г. Бабат сравнивал творческую работу с восхождением на крутую гору: «Бредешь, отыскивая воображаемую тропинку, попадаешь в тупик, приходишь к обрыву, снова возвращаешься. И когда наконец после стольких мучений доберешься до вершины и посмотришь вниз, то видишь, что шел глупо, бестолково, в то время как ровная широкая дорога была так близка и по ней легко было взойти, если бы раньше ее знал».

Г. Бабат очень точно подметил характернейшую особенность творческого процесса: за «бестолковость» поисков приходится расплачиваться огромной затратой сил и времени. Не удивительно, что уже давно возникла мысль о необходимости как-то упорядочить поиски, найти правила выхода на «ровную и широкую дорогу», создать науку о решении творческих задач — эвристику.

Слово «эвристика» впервые появилось в трудах греческого математика Паппа Александрийского, жившего во второй половине III века нашей эры. Впоследствии о необходимости изучения творческого мышления говорили многие выдающиеся ученые, в том числе Лейбниц и Декарт. Постепенно накопилось множество наблюдений, свидетельствующих, что какие-то эвристические правила действительно существуют. Укреплялась уверенность в принципиальной познаваемости творческих процессов, но изобретатели продолжали (и сегодня еще продолжают) работать методом «проб и ошибок».

Почему же эвристика за семнадцать веков ее существования не создала эффективных методов решения изобретательских задач?

Прежде всего потому, что эвристика с самого начала ставила слишком общую цель: найти универсальные правила, позволяющие решать любые творческие задачи во всех отраслях человеческой деятельности. Античная философия всегда стремилась к отысканию немногих «изначальных» элементов, пригодных для объяснения широкого круга явлений. Вспомним хотя бы учение Аристотеля, согласно которому вещество построено из пяти элементов: огня, воздуха, воды, земли и эфира. В таком же примерно духе мыслилось и выявление «всеобщих элементов» творчества.

Разумеется, всем видам творчества присущи некоторые общие признаки. Но, ограничиваясь рассмотрением только этих универсальных (и в значительной мере внешних) признаков, трудно продвинуться дальше самых первоначальных представлений.

Примечательны в этом отношении работы П. Энгельмейера. Использовав богатый фактический материал, этот талантливый русский исследователь предложил следующую схему творческого процесса.

Первый акт — акт интуиции и желания. Происхождение замысла.

Второй акт — акт знания и рассуждения. Выработка схемы или плана.

Третий акт — акт умения. Конструктивное выполнение изобретения.

В принципе все верно: каждый творческий процесс включает замысел (постановку задачи), нахождение новой идеи (решение задачи) и разработку этой идеи (конструктивное ее воплощение). Но схема настолько неконкретна, что практически ничего не дает изобретателю.

Справедливости ради, надо отметить, что П. Энгельмейер, как и многие другие исследователи, не задавался целью создать практически работоспособную систему решения изобретательских задач. Вплоть до недавнего времени считалось, что производство изобретений вполне удовлетворяет спрос. Какая, в сущности, разница, сколько попыток сделал изобретатель, если в конце концов задача успешно решена?

«Индустрия изобретений» работала прадедовскими методами, но с заданием справлялась. Стоит ли удивляться, что разработка эвристики шла довольно вяло?

Положение осложнялось еще и тем, что проблему пытались решать с позиций узкой специализации. Историки техники, как правило, полностью игнорировали психологические особенности творческого процесса. А психологи, в свою очередь, не учитывали объективные закономерности исторического развития науки и техники, их интересовали главным образом индивидуальные творческие особенности выдающихся ученых и изобретателей. Так, в 1926 году американские психологи С. Кокс и Л. Термен опубликовали работу под примечательным названием «О ранних умственных чертах 300 гениев». Впоследствии Л. Термен и М. Иден на протяжении 25—30 лет изучали судьбу 1000 наиболее одаренных учащихся и написали трехтомное «Исследование гениальности».

Сами изобретатели долгое время также не стремились «прояснить» творческий процесс. Изобретателей было немного, ореол исключительности явно импонировал большинству из них. В двадцатых годах американский психолог Росман провел анкетный опрос изобретателей. Был, в частности, задан и такой вопрос: «Считаете ли Вы, что изобретательские способности прирожденные или изобретательству можно учиться?» Семьдесят процентов изобретателей ответили: «Научиться изобретать нельзя. Чтобы стать изобретателем, нужно иметь природные дарования». При этом никто из отвечавших на анкету Росмана не мог толком объяснить, в чем же они состоят, эти природные дарования.

Вскоре после этого опроса (в 1931 году) появилась книга Росмана «Психология изобретателя». В ней говорилось: «Мы в настоящее время практически ничего не знаем о психологическом процессе, создающем изобретение. Мы не знаем ни условий, благоприятных для создания изобретения, ни особенностей и характерных черт изобретателя».

Собрав множество интересных фактов, Росман не выявил сути изобретательского творчества. Выводы Росмана скромны: он ограничился приближенной схемой творческого процесса. Выглядит эта схема так:

1. Усмотрение потребности или трудности.

2. Анализ этой потребности или трудности.

3. Просмотр доступной информации.

4. Формулировка всех объективных решений.

5. Критический анализ этих решений.

6. Рождение новой идеи.

7. Экспериментирование для подтверждения правильности новой идеи.

В свое время Юлий Цезарь, завоевав Вифинию, сообщил об этом в Рим тремя словами: «Пришел, увидел, победил». Представьте себе, что, основываясь на этом историческом факте, кто-то изложил бы принципы военного искусства так: «Первая фаза — пришел. Вторая — увидел. Третья — победил...» А ведь нечто подобное этому и представляет собой схема Росмана: она перечисляет в хронологическом порядке основные этапы работы над изобретением, и только. При этом в один ряд поставлены совершенно различные процессы, например просмотр информации и рождение идеи изобретения. Получить информацию можно в библиотеке, тут все просто. Но как сделать, чтобы идея «родилась», и притом здоровой и сильной?.. Росман не смог ответить на этот вопрос, технология изобретательства осталась нераскрытой.

В 1934 году был опубликован первый том книги советского психолога П. Якобсона «Процесс творческой работы изобретателя». Критически рассмотрев выводы Росмана, П. Якобсон предложил свою схему творческого процесса. По этой схеме работа над изобретением также состоит из семи стадий:

1. Период интеллектуально-творческой готовности.

2. Усмотрение потребности.

3. Зарождение идеи-задачи.

4. Поиски решения.

5. Получение принципа изобретения.

6. Превращение принципа в схему.

7. Техническое оформление и развертывание изобретения.

Как легко заметить, эта схема во многом похожа на предложенную Росманом. Но в книге П. Якобсона отчетливее выражена мысль о необходимости вскрыть законы технического творчества и создать научно обоснованную методику решения изобретательских задач. Предполагалось, что во втором томе П. Якобсон изложит суть этой методики. Однако второй том так и не был написан, хотя П. Якобсон продолжал в дальнейшем публиковать другие работы в области психологии.

К середине тридцатых годов на полках патентных библиотек скопились описания миллионов изобретений. Изобретательство в нашей стране приобретало все более массовый характер. Становилось очевидным: нужна научная методология творчества. Однако в силу целого ряда причин и неблагоприятных обстоятельств в течение последующих двадцати лет новые работы по технологии изобретательства почти не публиковались. А старые теории, расплывчатые и практически неработоспособные, уже не годились. Тем более они непригодны теперь, в период бурного развития научно-технической революции, когда, как сказано в отчетном докладе Центрального Комитета КПСС XXIV съезду партии, «наиболее слабыми являются звенья, связанные с практической реализацией достижений науки, с их внедрением в массовое производство». А ведь достижения науки входят в производство именно через изобретения.

* * *

В 1944 году американский математик Д. Пойа писал об эвристике: «...так называлась не совсем четко очерченная область исследования, относимая то к логике, то к философии, то к психологии. Она часто охарактеризовывалась в общих чертах, редко излагалась детально и, по существу, предана забвению в настоящее время».

История эвристики вообще состоит из недолгих приливов, разделенных куда более продолжительными отливами. Каждый прилив обогащал эвристику новыми надеждами и новой терминологией. Однако вскоре оказывалось, что надежды не спешат оправдываться, а за новыми терминами стоят старые и крайне расплывчатые идеи. Тогда начинался отлив.

Возникновение кибернетики на первых порах усилило очередной отлив эвристики. В электронной вычислительной технике господствовал принцип последовательного перебора вариантов. Популярная и внешне убедительная аналогия между работой вычислительной машины и работой мозга укрепила мнение, что изобретательские задачи должны обязательно решаться путем «проб и ошибок».

Электронные вычислительные машины совершенствовались, и к концу 50-х годов стало ясно, что сплошной перебор вариантов — даже при колоссальном быстродействии — не годится для решения творческих задач. Пришлось вспомнить об эвристике. Возникла идея эвристического программирования: пусть машины не перебирают подряд все варианты, а по определенным правилам отбирают относительно небольшое количество вариантов, достаточное для решения.

В 1957 году американские исследователи А. Ньюэлл, Дж. Шоу и Г. Саймон опубликовали эвристическую программу под названием «Общий решатель проблем». Терминология была новая, с кибернетическим акцентом, а идея старая: создать универсальные правила решения творческих задач. Однако «решатель проблем» оказался весьма специализированным: он был пригоден в основном для доказательства теорем математической логики. А. Ньюэлл попытался использовать «Общий решатель» для игры в шахматы — ничего не получилось. Об изобретательских задачах и говорить не приходится: они заведомо были не под силу «Общему решателю».

Впоследствии А. Ньюэлл, Дж. Шоу и Г. Саймон создали специальную шахматную программу. Но при этом пришлось отказаться от традиционных для эвристики поисков универсальных правил. Исследователи обратились к изучению объективных закономерностей шахматной игры. Имеется хорошо разработанная шахматная теория — она и была положена в основу программы.

Казалось бы, найден верный путь: создавая эвристические программы, надо основываться на объективных закономерностях, действующих в данной области. Однако современная эвристика без особого энтузиазма осваивается с этой мыслью. Дело в том, что в шахматах была готовая теория, были учебники с правилами, обобщениями, советами, были многочисленные анализы сыгранных партий. Не будь всего этого, пришлось бы проделать в тысячи раз более сложную работу: сначала создать теорию, а уж потом, опираясь на эту теорию, разработать эвристическую программу игры. Именно поэтому сегодняшняя эвристика ничего не может предложить изобретателям.

* * *

Разделяя творческий процесс на отдельные стадии, Росман и другие исследователи не учитывали, что каждая стадия может проходить на качественно отличающихся уровнях.

Это типично для исследований, посвященных изобретательскому творчеству. Изобретения рассматриваются «вообще», хотя на самом деле они представляют собой множество весьма отличающихся друг от друга объектов.

Сравним два конкретных изобретения:

Авторское свидетельство № 166584

Приспособление для открывания бутылок, выполненное в виде укрепленного на рукоятке захвата, отличающееся тем, что с целью открывания бутылок, укупоренных полиэтиленовыми пробками, захват выполнен в виде скобы подковообразной формы с загнутым внутрь ее по всему периметру бортиком с фаской.

Авторское свидетельства № 123209

Способ усиления электромагнитных излучений (ультрафиолетового, видимого, инфракрасного и радиодиапазонов волн), отличающийся тем, что усиливаемое излучение пропускают через среду, в которой с помощью вспомогательного излучения или другим путем создают избыточную, по сравнению с равновесной, концентрацию атомов, других частиц или их систем на верхних энергетических уровнях, соответствующих возбужденным состояниям.

Безусловно, в обоих случаях творческий процесс должен проходить через одни и те же стадии (в каждом деле есть начало, середина и конец). Но существует очевидная качественная разница между «усмотрением потребности» в механизации извлечения полиэтиленовых пробок и «усмотрением потребности» в создании индуцированного излучателя (лазера). Столь же очевидная качественная разница должна быть и в механизме «рождения новой идеи» в двух этих изобретениях.

Я опросил подряд 29 человек в возрасте от 12 до 46 лет — все они за 2—5 минут находили идею механизма для открывания пластмассовых пробок. Привожу запись решения задачи моим сыном (12 лет):

«Экспериментатор. Нужно придумать открывалку для пластмассовых пробок. Штопор не годится. Острая штуковина, которой открывают металлические пробки, тоже не годится. Для пластмассовых пробок нужна какая-то другая открывалка.

Испытуемый. Мама открывает ножом.

Экспериментатор. Ножом неудобно. Нужна специальная открывалка.

Испытуемый. Можно ножницами.

Экспериментатор. А почему ножницами лучше?

Испытуемый. Ну, нож захватывает пробку только с одной стороны, а ножницы — с двух сторон.

Экспериментатор. А как сделать еще лучше?

Испытуемый (с энтузиазмом). Надо захватить с трех сторон! (Примечание: это и есть «скоба подковообразной формы» по авторскому свидетельству № 166584.)

Экспериментатор. Но все-таки нужна специальная открывалка.

Испытуемый. Ну такое лезвие, чтобы хватало пробку с трех сторон (показывает пальцами). А сверху прицепить ручку».

Чтобы разобраться в технологии изобретательского творчества, необходимо рассмотреть изобретательскую деятельность с учетом многообразия уровней на каждом этапе творческого процесса.

Этим мы и займемся.

На стр. 32 приведена структурная схема творческого процесса. Этапы обозначены на ней буквами (А, Б, В, Г, Д, Е), уровни — цифрами (1, 2, 3, 4, 5). Каждая стадия может быть пройдена на одном из пяти уровней.

В дальнейшем мы детальнее рассмотрим, чем отличаются уровни. А пока с некоторым приближением можно считать характерным:

для первого уровня: использование готового объекта без выбора или почти без выбора;

для второго уровня: выбор одного объекта из нескольких;

для третьего уровня: частичное изменение выбранного объекта;

для четвертого уровня: создание нового объекта (или полное изменение исходного);

для пятого уровня: создание нового комплекса объектов.

Приведем несколько конкретных примеров изобретений разного уровня.

Процесс изобретательского творчества

Структурная схема

Первый уровень

Авторское свидетельство № 157356: «Защитный колпак к баллонам для сжатых, сжиженных и растворимых газов, отличающийся тем, что, с целью значительного снижения стоимости и экономии металла, колпак выполнен из пластмассы и снабжен ребрами жесткости на внутренней поверхности».

Взята готовая задача (призыв к экономии металла содержится в любом темнике). Использованы готовая поисковая концепция (надо заменить металл чем-нибудь подешевле) и готовое решение (выполнить колпак из пластмассы). Никакой специальной информации собирать не пришлось (пластмассовые колпаки широко применяются в термосах). Конструкция тоже готовая (ребра жесткости на внутренней поверхности колпака) и потому не требующая доводки при внедрении.

Авторское свидетельство № 262335: «Сифон для перекачивания жидкого металла, включающий Л-образную трубу с газопроницаемой керамической пробкой и штуцером для соединения с вакуум-насосом, всасывающий конец которой выполнен в виде горизонтального патрубка, отличающийся тем, что, с целью повышения чистоты перекачиваемого металла путем установки сифона над уровнем осадка в емкости, всасывающий конец сифона снабжен упором».

Чтобы трубка не опускалась на дно, приделана подставка: тривиальная задача и тривиальное решение.

Второй уровень

Авторское свидетельство № 210662: «Индукционный электромагнитный насос, содержащий корпус, индуктор и канал, отличающийся тем, что, с целью упрощения запуска насоса, индуктор выполнен скользящим вдоль оси канала насоса».

Электромагнитный насос известен давно — это труба и индуктор (электромагнит), выполненный в виде кольца, охватывающего трубу. В рабочем положении конец трубы опущен в металл, а индуктор находится выше уровня металла. Но для запуска насоса нужно сначала втянуть металл до уровня индуктора, и тут возможны различные решения: поставить в нижней части вспомогательный (пусковой) индуктор; перед началом работы заливать металл сверху; опускать трубу с индуктором вниз и т. д. Выбрано одно решение (вероятно, лучшее): опускать в начале работы индуктор (не опуская самой трубы), «захватывать» металл и поднимать его вверх, до уровня, соответствующего рабочему положению индуктора.

Это изобретение второго уровня: стадия Г пройдена на втором уровне.

Третий уровень

Авторское свидетельство № 163487:

«Способ перекрытия светового пучка с использованием взрывного затвора, например при скоростной киносъемке, отличающийся тем, что, с целью многократного использования одного и того же прерывателя светового пучка, взрыв или искровой разряд производят в жидкости, помещенной между двумя защитными стеклами так, чтобы ее свободная поверхность в спокойном состоянии касалась светового канала оптической системы».

Известный способ взрывного перекрытия светового пучка состоит в разрушении стекла. Понятно, что при этом прерыватель может быть использован только один раз. Изменение агрегатного состояния прерывателя обеспечивает появление нового качества: жидкостный прерыватель может быть использован многократно. Стадии Г и Д пройдены на третьем уровне.

Среди изобретений третьего уровня много таких, в которых новый эффект достигается изменением агрегатного состояния.

Авторское свидетельство № 256956:

«Способ удаления внутренностей у рыбы, отличающийся тем, что, с целью повышения качества зачистки брюшной полости, внутренность намораживают на охлаждаемый элемент, имеющий температуру от -5 до -50°C».

Четвертый уровень

Авторское свидетельство № 163559:

«Способ контроля породоразрушающего инструмента, например буровых долот, отличающийся тем, что, с целью упрощения контроля, в качестве сигнализатора износа применяют монтируемые в тело долота ампулы с резко пахнущими химическими веществами, например с этилмеркаптаном».

Это изобретение четвертого уровня: здесь предлагается новый («запаховый») способ контроля, а не совершенствуется старый.

Авторское свидетельство № 187135:

«Система испарительного охлаждения электрических машин, отличающаяся тем, что, с целью исключения необходимости подвода охлаждающего агента к машине, активные части и отдельные конструктивные элементы ее выполнены из пористых порошковых сталей, пропитанных жидким охлаждающим агентом, который при работе машин испаряется и таким образом обеспечивает кратковременное интенсивное и равномерное ее охлаждение».

Обычные системы охлаждения действовали извне — и потому были громоздкими и неэффективными. В авторском свидетельстве № 187135 впервые предложено заранее запасать хладоагент внутри металла.

Пятый уровень

Авторское свидетельство № 70000:

«Способ получения порошков металлов, сплавов и других токопроводящих материалов, отличающийся тем, что, с целью использования при замыкании цепи электродинамических сил для вырывания из электродов порций диспергируемого материала и выбрасывания их в окружающую среду, подлежащие диспергированию материалы включены в качестве электродов в цепь электрического колебательного (разрядного) контура, который настроен так, что он работает в области искрового разряда (в области нестационарного электрического разряда)».

С этого изобретения началась вся история электроискровой обработки материалов.

* * *

Конечно, стадии и уровни могут быть детализированы. Однако качественные отличия между уровнями намного важнее количественных отличий в пределах одного уровня.

Поясним это аналогией. Невозможно изучать вещество, например воду, «вообще» Существуют качественно отличные «уровни» воды — лед, жидкая вода, пар. Это вещества с разными свойствами, они (вещества) подчиняются разным закономерностям. Конечно, существуют отличия и в пределах одного уровня: вода при 4° отличается от воды при 99°, а пар при температуре закритической отличается от пара с докритической температурой. Но при структурном анализе (во всяком случае, на его первом этапе) внутриуровневые отличия не играют существенной роли.

Вероятно, у читателя уже возник вопрос: а каково соотношение между количествами изобретений первого и, например, пятого уровней?

Я проанализировал изобретения по 14 классам за 1965 и 1969 годы. Анализ дал следующее соотношение (%):

1-й уровень ...... 32

2-й уровень ...... 45

3-й уровень ...... 19

4-й уровень ...... Менее 4

5-й уровень ...... Менее 0,3

Следовательно, 77% зарегистрированных (признанных) изобретений фактически представляют лишь новые конструкции. В принципе каждый инженер должен уметь делать изобретения на двух первых уровнях. В этом диапазоне не приходится иметь дело с выработкой новых задач, новых технических идей и т. д, для успешной работы достаточны те знания и навыки, которыми обязан обладать каждый современный инженер. С другой стороны, высшие подуровни пятого уровня связаны с использованием новых открытий. Для современного изобретательского творчества типичен таким образом, диапазон третьего уровня до середины пятого уровня. Количественно это менее ¼ регистрируемых изобретений. Но именно эти изобретения обеспечивают качественное изменение техники.

* * *

Разницу между уровнями (на стадии Г) можно охарактеризовать так: на первом уровне число проб и ошибок, необходимых среднему инженеру для отыскания решения, измеряется единицами, на втором уровне — десятками, на третьем — сотнями, на четвертом — тысячами и десятками тысяч, на пятом — сотнями тысяч, миллионами. На верхних ступенях пятого уровня пробы можно продолжать до бесконечности, поскольку среди «спрятанных» решений еще нет нужных (нет открытий, которые позволили бы решить данную изобретательскую задачу).

Психологи довольно точно,разобрались в механизме мышления на первом и втором уровнях (поскольку этот механизм, не отличается от «творческого мышления), идет перебор вариантов, негодные варианты отбрасываются, каждый отброшенный вариант проясняет задачу, перестраивая ее условия.

Трудности для традиционной психологии возникают, при раскрытии механизма творчества на более высоких уровнях. Теоретически число подлежащих перебору вариантов очень велико, но не вызывает никаких сомнений, что изобретатель не перебирает их все подряд, а каким-то образом сужает число проб и ошибок: из 100 000 возможных проб изобретатель эвристически выделяет «участок», скажем, со 100 пробами. Решающее значение имеет механизм этого выделения, дальше действует обычный перебор.

Вся эвристика (в значительной мере и психология творческого мышления) построена на надежде выявить механизм перехода от 100 000 вариантов к 100. Эксперименты в этом направлении столь же стары, как и сама эвристика. И столь же безрезультатны.

Ошибочно исходное положение. Никаких эвристических механизмов перехода от «большого поискового поля» (сотни тысяч попыток) к «малому, но нужному участку» (сотни попыток) не существует. Хотя задачу, требующую 100 000 проб, изобретатель действительно решает всего 100 пробами.

Кажущееся противоречие объясняется тем, что психологи рассматривают действия одного человека, а задачи высших уровней решаются последовательными усилиями многих людей.

Представим себе, что клад спрятан в поле площадью 100 000 м2. В течение нескольких поколений последовательно на поле работали 1000 человек. Каждый вел раскопки на участке в 200 м2 (участки часто перекрывают друг друга). Постепенно выяснились области, где бесполезно копать, но все равно там копали... Наконец появляется 1001-й искатель. Он уже знает, где заведомо не надо копать — за полвека это выяснили его предшественники. Он выбирает некопаный участок — и находит клад. Тут появляется психолог: «Скажите, как вам удалось найти клад с такого небольшого числа попыток?» А ведь все просто: остальные участки были раскопаны, полувековая работа сузила громадное поисковое поле до скромного участка.

В качестве конкретного примера рассмотрим изобретение компактного вариатора.

Вариатор — бесступенчатая коробка передач. Возможность плавного регулирования числа оборотов исключительно важна для машиностроения и ряда других отраслей техники. Поиски наилучшего вариатора ведутся во многих странах с начала XX столетия.

С 1945 года над этой проблемой работал изобретатель Е. И. Пирожков под руководством доктора технических наук Г. Г. Баранова. Ранее Е. И. Пирожков изобрел небольшой гидравлический вариатор (а. с. № 70842). Таким образом, налицо идеальные условия: действует человек, уже имеющий изобретательский опыт, а за его действиями следит известный ученый.

Как же протекала работа?

Вот ее описание, взятое из журнала «Изобретатель и рационализатор» (№ 7, 1969 г.):

«Было выполнено несколько серьезных научно-исследовательских работ. Изучено колоссальное количество отечественной и зарубежной литературы. По «косточкам» разобраны конструкции практически всех вариаторов и выявлены сильные и слабые стороны каждого. Это был титанический, не прекращающийся ни на один день труд. Несмотря на успех своего изобретения, Пирожков понял, что гидравлические передачи так же, как и пневматические и электрические, страдают одним существенным недостатком, исправить который нельзя...

...Среди специалистов мало кто обращал внимание на фрикционные передачи. Многих отпугивали их бьющие в глаза недостатки. Например, вариаторы, работающие всухую, очень ненадежны... фрикционные тела проскальзывают... приходится очень сильно сжимать контактирующие пары. Силы, возникающие при этом (до нескольких десятков тонн!), быстро разрушают валы и подшипники.

Интересно также, что в свое время считалось, будто колеса паровоза и рельсы надо делать зубчатыми. Иначе локомотив не сдвинется с места. Очевидно, с тех пор и осталось предубеждение против фрикционных передач. А ведь у них есть прекрасные качества...

...Пирожков оценил это. Если избавиться от недостатков или хотя бы свести их к минимуму, то фрикционным передачам не будет равных.

Это оказалось возможным благодаря простой, но чрезвычайно остроумной идее: если силы, действующие на сателлит, перераспределить так, чтобы они образовали замкнутый многоугольник, то их сумма будет равна нулю. Тогда промежуточное тело будет находиться в равновесии, а вал и подшипники разгрузятся. Вся сложность заключается в том, что в любом вариаторе одна из сил меняет свое положение. Значит, надо найти такую, далеко не всякую и одновременно простую форму промежуточного тела, которая позволила бы уравновесить сателлит. Выяснилось, что приемлемая форма его — сочетание двух усеченных конусов.

...Решение это пришло неожиданно.

Пирожков уехал в командировку, вырвавшись из текучки преподавательских работ, отчетов, докладов. И в поезде мелькнула вдруг та редкая и счастливая мысль, которую, по выражению Эйнштейна, не надо даже записывать. Схема нового вариатора стояла перед глазами. Это было в 1952 году. Прошло семь лет напряженного труда с тех пор, как Пирожков впервые столкнулся с проблемами вариаторостроения...»

Проанализируем теперь ход этой семилетней работы.

Существовало обширное поисковое поле, на котором уже полвека работали тысячи людей. Изобретатель начал с участка, который был связан с его личным опытом: попытался усовершенствовать гидравлические вариаторы. Попытки оказались безуспешными, и участок поисков начал дрейфовать по поисковому полю. Одновременно собиралась информация о поисковых участках других изобретателей. Это чрезвычайно важная особенность, реального изобретательского творчества, которая полностью пропадает при психологическом моделировании творческих процессов. Психолог, следи он за Е. И. Пирожковым, зарегистрировал бы его личные пробы и не учел бы пробы других изобретателей. Между тем дрейф поискового участка, в пределах которого вел пробы Е. И. Пирожков, корректировался информацией с других участков. Займись изобретатель этой задачей лет на 30—40 раньше, информации с других участков не было бы, вся картина поисков выглядела бы совершенно иначе.

В оценке подобных ситуаций сейчас все поставлено с ног на голову. Если изобретатель решил задачу, которую не смогли решить тысячи его предшественников за полстолетия, говорит: тут должны быть выдающиеся изобретательские способности. И не учитывают, что решить задачу без предшественников намного труднее: увеличивается степень неопределенности и, следовательно, количество требуемых попыток. Как ни парадоксально, но решить задачу тем легче, чем большее количество людей безуспешно пыталось сделать это раньше. Ибо каждая неудачная попытка — это дополнительная информация, позволяющая лучше понять задачу и сузить поле поисков.

Перелом в работе Е. И. Пирожкова наступил тогда, когда изобретатель существенно перестроил задачу. Основываясь на своих пробах и на информации о чужих пробах, он отказался от попыток усовершенствовать наиболее популярные прототипы и обратил внимание на «золушку» — фрикционную передачу. Поисковый участок был перемещен в самый дальний, заброшенный угол поля. Осуществился переход с поля в сто тысяч попыток «на уголочек» в сто попыток, и отыскание решения стало неизбежным.

Сама идея подвижного многоугольника сил известна, например, в текстильном машиностроении, там она широко использована. Но эту идею нетрудно было открыть вновь, если бы участок поисков с самого начала был ограничен только фрикционными передачами.

Итак, целесообразная тактика (искомая эвристика!) должна была состоять в том, чтобы найти «золушку» и узнать, как расколдовывают «золушек» в соседних царствах-государствах (других отраслях техники). Но мы видим, насколько далека картина реального изобретательского творчества от эвристически направленного процесса.

* * *

Сделаем небольшое отступление.

При анкетных опросах выяснилось, что некоторые изобретатели не хотят знакомиться с патентной литературой до решения задачи. Мотивировкам патентная информация подталкивает к тривиальным решениям, сковывает воображение.

Попробуем разобраться в этих утверждениях.

Если нужно улучшить имеющийся объект, т. е. сделать изобретение второго-третьего уровней, мы всегда можем найти в патентной литературе разделы, подлежащие изучению. В этом случае патентная информация обязательно должна быть использована до решения задачи.

Если же нужно изобрести нечто принципиально новое, т. е. сделать изобретение четвертого-пятого уровней, условия задачи расширяются настолько, что нельзя определенно ответить на вопрос: какую именно патентную информацию следует смотреть?

Обратимся к конкретной задаче.

Существующий способ измерения глубины на середине реки состоит в том, что человек подплывает к нужному месту, например, на лодке, а затем опускает шест или канат с грузом. Нужно предложить способ измерения глубины реки с берега. Способ должен быть простым, а устройство легким и компактным, чтобы его могли использовать геологи, туристы и другие.

Исходный объект (измерение с лодки, плота) здесь отвергнут условиями задачи. Возникает вопрос: к каким же разделам патентной литературы обратиться? Очевидно, что прототипом окажется изобретение не очень далекой области. Можно смотреть классы E 21 (глубокие скважины), F 22 (паровые котлы), G 10 (акустика), E 03 (способы и устройства для добывания, хранения и распределения воды), E 02 (гидротехнические сооружения), B 63 (водолазное дело, подъемное дело).. А может быть, взять класс F 16 (там упоминаются «поплавки»)? Или класс F 24 (снабжение горячей водой в зданиях)? Или класс H 01 (там имеются «электрические устройства, использующие особые физические эффекты»)?..

В сущности, прототип можно искать в любом классе. Такая ситуация типична для задач, решаемых на четвертом-пятом уровнях. Именно поэтому существующая система использования патентной информации не срабатывает при решении задач высших уровней.

* * *

Со времен Паппа эвристические приемы считаются универсальными. Исследуя творчество, психологи экспериментируют на головоломках и других простых задачах, считая механизм творчества одинаковым на всех уровнях. С таким же успехом можно пытаться постичь законы кораблестроения, экспериментируя с бумажными корабликами.

Эвристическое отыскивание решения в поисковом поле площадью в 100 000 попыток не может не отличаться от поиска на участке в 100 попыток. Тут нужны совершенно различные психологические механизмы.

Эвристические приемы низших уровней описаны, например, в книге Дж. Диксона «Проектирование систем: изобретательство, анализ и принятие решения» (изд-во «Мир», 1969 г.). Это простые правила типа «Помни о психологической инерции», «Используй аналогию», «Поставь себя на место рассматриваемого объекта (эмпатия)» и т. д. Такие приемы вполне годятся для решения задач первого и — в определенной мере — второго уровня. Выше этого они бесполезны, а иногда даже вредны. Об этом свидетельствуют решения учебных задач на семинарах и эксперименты с анкетным решением задач.

Никакие призывы «помнить о психологической инерции» не срабатывают, если человек не знает, как именно бороться с инерцией. Тщетными остаются рекомендации использовать аналогии, когда этих аналогий слишком много. Эмпатия только запутывает дело, если объект достаточно сложен.

Эвристике на таком уровне можно было научить всех инженеров. Но практически нет особой разницы — сделано ли изобретение после 20 попыток или эвристически с двух попыток. В полную меру сила эвристики могла бы проявиться лишь на высших уровнях творчества. Но там эвристические приемы низших уровней оказываются бессильными. А высших эвристических приемов не существует.

И это не случайно.

На протяжении всей эволюции мозг человека приспосабливается к решению задач, соответствующих по сложности примерно первому уровню. Эволюция сделала свое дело: задачи этого уровня могут решаться с полной уверенностью. Даже с избыточной уверенностью. Выработанные механизмы мышления (включая эвристические приемы) годятся и на втором уровне. Но они оказываются совершенно непригодными для работы на высших творческих уровнях.

Естественный отбор способствовал появлению и закреплению механизмов, свойственных первому уровню. Если и рождался человек с эвристическими способностями высших порядков, он не имел ни малейших преимуществ. Скорее наоборот.

Природа не выработала эвристических приемов высшего порядка хотя бы из-за длительности каждого цикла. Сделав в течение жизни одно-два изобретения четвертого уровня, человек просто не успевает накопить «высший» эвристический опыт.

Эволюция пошла испытанным путем: создана надежная система из ненадежных элементов. Нет одного изобретателя «мощностью» в 100 000 попыток. Но изобретения, требующие такого числа попыток, тем не менее делаются. Поле в 100 000 попыток с избытком перекрывается тысячью участков но 300 попыток.

Поэтому эвристические приемы, которые, казалось бы, должны играть решающую роль на высших уровнях, фактически проявляются лишь в виде едва ощутимых проблесков при решении немногих изобретательских задач на низших уровнях. Два анкетных опроса, четверть века личного наблюдения за изобретателями (в том числе на учебных семинарах), анализ анкетных решений изобретательских задач, наконец, собственный опыт дают мне основание со всей категоричностью констатировать: изобретения на высших уровнях делаются без высших эвристических приемов — теми же методами, которыми делаются изобретения низших уровней.

Драма изобретательства состоит в том, что на высших уровнях приходится работать методами, соответствующими низшим уровням.

* * *

Количественно задачи разных уровней отличаются числом проб и ошибок, необходимых для отыскания решения. Но почему одна задача требует 100 проб, а другая в 1000 раз больше? В чем качественная разница между ними?

Сравнительный анализ задач позволяет ответить на этот вопрос.

На первом уровне задача и средства ее решения лежат в пределах одной профессии (одного раздела отрасли). На втором уровне в пределах одной отрасли (машиностроительная задача решается способом, уже известным в машиностроении, но в другой его области). На третьем уровне — в пределах одной науки (механическая задача решается механически). На четвертом уровне — за пределами науки «задачедательницы» (например, механическая задача решается химически). На высших подуровнях пятого уровня — вообще за пределами современной науки (поэтому сначала нужно сделать открытие, а потом, опираясь на новые научные данные, решать изобретательскую задачу).

Когда задача возникает, ее пытаются решить сначала на первом уровне, затем на втором и т. д. Изобретатель, приступающий к решению задачи четвертого уровня, с точки зрения психологов, начинает с первой попытки. На самом деле он начинает с n-й попытки, причем n — весьма большое число.

При решении задачи первого уровня человек прежде всего использует «житейское знание». Как показали опыты Л. Секея, именно это мешает понять задачу cразу. Но разница между «житейским знанием» и подходом, требуемым на первом уровне, очень невелика. Поэтому достаточно нескольких попыток, чтобы осмыслить задачу.

Идеальная тактика решения на первом уровне практически совпадает с реальной тактикой. На четвертом уровне такого совпадения нет.

Когда наш далекий предок встречал льва, возникала примерно такая задача: «Позади высокое дерево. Чуть дальше — скалы. И еще озеро, оно совсем рядом. Куда бежать?» Ход решения: «Хорошо бы в озеро, но, кто знает, — вдруг лев может плавать... Дерево? Не успею забраться. По опыту знаю, на такую процедуру нужно время — и чтобы кто-нибудь подсадил. Остаются скалы... Ну, нажмем!»

Задачи такого уровня сложности решались из поколения в поколение и продолжают решаться сегодня каждым из нас в повседневной жизни. Эволюция выработала механизмы мышления, соответствующие таким задачам.

Изобретательская задача четвертого уровня значительно сложнее повседневных ситуаций. Если обратимся к нашей модели со львом, то сложная изобретательская задача выглядит так: «Вокруг — 500 хищников. Не все они львы. Некоторые временами превращаются в змей, некоторые — в воробьев, а некоторые — непонятно в кого. Бежать к озерам? Но их сто штук и на пути к каждому множество разных препятствий. Да и сами озера ведут себя сложно! иногда мелеют, иногда движутся. К тому же динамичные хищники, вероятно, могут превращаться в крокодилов — что им озеро.. Деревья? Но они меняют высоту прямо на глазах — то становятся карликовыми, то превращаются в баобабы. А тут еще что-то такое летает в воздухе. То ли орлы, то ли скворцы. И неизвестно, что за этим холмом, и что за другими холмами, и что вон за тем кустарником... Трудное положение! Правда, спешить некуда: я могу разбираться в этой ситуации хоть пять лет...»

* * *

Теперь мы можем четко сформулировать отличие между задачами первого и четвертого уровней.

Для изобретательской задачи первого уровня (а также для повседневных житейских задач и экспериментальных психологических задач) характерно:

1. Небольшое число элементов в задаче.

2. Неизвестных элементов нет (редко один-два неизвестных элемента).

3. Легкость анализа: элементы, которые могут быть изменены, легко отделяются от элементов, не поддающихся изменениям в условиях данной задачи. Легко прослеживается взаимное влияние элементов.

4. На решение дается короткое время.

Изобретательская задача четвертого уровня отличается:

1. Большим числом элементов.

2. Значительным числом неизвестных элементов.

3. Трудностью анализа: сложно отделить известные элементы от неизвестных; практически невозможно построить полную модель, учитывающую взаимодействие элементов.

4. На решение дается достаточно большое время.

* * *

В процессе эволюции наш — мозг научился находить приближенные решения простых задач. Но эволюция не выработала механизмов для медленного и точного решения сложных задач.

Если бы мы с величайшей точностью знали все, что происходит в голове хорошего изобретателя, это не приблизило бы нас к созданию тактики, соответствующей четвертому уровню. Мы бы просто обнаружили, что при решении задачи четвертого уровня изобретатель применяет ту же тактику, что и на первом уровне.

Эвристические механизмы высших порядков не могут быть открыты — их нет. Но они могут и должны быть созданы .

 

Изобрести способ изобретать

В 1953 году американский психолог А. Осборн предпринял попытку усовершенствовать метод «проб и ошибок». Пытаясь решить задачу этим методом, изобретатель выдвигает какую-то идею («А если сделать так?»), а затем проверяет, годится она или нет. Есть люди, которые по складу ума хорошо «генерируют» идеи, но плохо справляются с их анализом. И наоборот: некоторые люди больше склонны к критическому анализу идей, чем к их «генерации». Осборн решил разделить эти процессы. Пусть одна группа, получив задачу, только выдвигает идеи, хотя бы и самые фантастические. Другая группа пусть только анализирует выдвинутые идеи.

Мозговой штурм (брейнсторминг) — так назвал Осборн свой метод — не устраняет беспорядочных поисков. В сущности, он делает их даже более беспорядочными. Как мы видели, «пробы» долгое время идут в направлении «вектора инерции»: они не просто беспорядочны, они преимущественно направлены не в ту сторону. Поэтому переход к «простой беспорядочности» — уже какой-то прогресс.

Основные правила мозгового штурма несложны:

1. В группу «генераторов» идей должны входить люди различных специальностей.

2. «Генерирование» идей ведут, свободно высказывая любые идеи, в том числе явно ошибочные, шутливые, фантастические. Регламент — минута. Идеи высказываются без доказательств. Все идеи записываются в протокол или фиксируются магнитофоном.

3. При «генерировании» идей запрещена всякая критика (не только словесная, но и молчаливая — в виде скептических улыбок и т. п.). В ходе штурма между его участниками должны быть установлены свободные и доброжелательные отношения. Желательно, чтобы идея, выдвинутая одним участником штурма, подхватывалась и развивалась другими.

Рис. 3. Американский психолог А. Ф. Осборн усовершенствовал метод «проб и ошибок», предложив «мозговой штурм»

4. При экспертизе следует внимательно продумывать все идеи, даже те, которые кажутся явно ошибочными или несерьезными.

Обычно группа «генерации» идей состоит из шести — десяти человек. Продолжительность штурма невелика: 20—40 минут.

На рис. 3 показана схема штурма (для трех участников — А, Б, В). Специальности у штурмующих разные (условно это показано тремя разными окружностями), поэтому пробы не так привязаны к вектору инерции ВИ, как обычно. К тому же правила штурма стимулируют «генерирование» смелых и даже фантастических идей: штурмующие выходят за пределы узкой специальности — а именно там, за этими пределами, и лежат решения высших уровней.

На схеме отражен еще один важный механизм штурма — взаимодействие и развитие идей. Участник штурма А высказал идею 1, ее тут же видоизменил В — возникла идея 2. Теперь А иначе видит свою идею, это позволяет продолжить ее развитие (стрелка 3). Образуется цепь идей 1—2—3—4, направленная к решению второго уровня. Правда, механизм подхватывания идей иногда столь же последовательно (цепь 5—6) ведет и в сторону от решения...

В уже упоминавшейся книге Дж. Диксона «Проектирование систем: изобретательство, анализ и принятие решений» приведены протоколы нескольких мозговых штурмов. Вот отрывок из одного протокола, зафиксировавшего решение задачи о том, как при сортировке отделить зеленые (незрелые) помидоры от созревших.

«ТОМ: Мы сортируем их по цвету. В данном случае, вероятно, нужно применять индикатор цвета.

ЭД: Излучательная или отражательная способность. Зеленый помидор должен иметь большую отражательную способность.

ДЕЙВ: Твердость. Мы надавливаем на них слегка или притрагиваемся к ним.

ДИК: Электропроводность.

ТОМ: Сопротивление электрическому току.

ДЕЙВ: Магнетизм!

ДИК: Размер. Разве зеленые помидоры не меньше по размеру?

ЭД: Вес. Созревшие помидоры будут тяжелее.

ТОМ: Размер и вес должны быть связаны друг с другом.

ДЕЙВ: Размер и вес дают плотность.

ЭД: Удельный объем.

ТОМ: В зрелых помидорах очень много воды, потому они имеют удельный объем воды.

ДЕЙВ: Они плавают или тонут?

ДИК: Может быть, сортировать их по плотности — в зависимости от того, плавают они в воде или тонут?

ЭД: Не обязательно в воде, может быть и в другой жидкости».

Известны различные разновидности мозгового штурма: обратный штурм (ищут недостатки машины или процесса; выявление недостатков позволяет поставить новые изобретательские задачи), индивидуальный, парный, массовый, двухстадийный (два этапа по полтора часа, в перерыве ведется свободное обсуждение проблемы), поэтапный (последовательно штурмуются постановка задачи, решение, развитие идеи в конструкцию, проблема внедрения).

За последние годы мозговой штурм использовался для решения проектных, конструкторских и различного рода практических проблем. Этот успех объясняется не столько достоинствами метода мозгового штурма, сколько недостатками традиционного метода «проб и ошибок». Если начальная температура -100°, то и переход к -50° — уже оттепель.

«Бестолковость» поисков, возведенная мозговым штурмом в принцип, компенсируется количественным фактором — задачу штурмуют «оравой». Внешне штурм выглядит эффектно — задача решается за один день. Но выигрыш тут в значительной мере кажущийся: 50 человек в течение одного дня затрачивают столько же работы, сколько один человек за 50 дней. А мозговой штурм всегда требует (учитывая время на предварительную подготовку) несколько сотен человеко-дней. Выигрыш достигается лишь за счет сокращения малоперспективных попыток в направлении «вектора инерции».

Мозговой штурм дает положительный эффект, например, когда надо найти новые способы рекламы, но он не дает существенных результатов, когда дело касается более сложных проблем, которые могут быть решены на изобретательском уровне: здесь его «потолок» — решения второго уровня.

Есть два пути усовершенствовать мозговой штурм: перейти к профессиональному мозговому штурму (об этом я расскажу чуть позже) и повысить эффективность самой процедуры штурма. Второй путь изучался Общественной лабораторией методики изобретательства при ИС ВОИР на задачах, по которым исследователи знали ответ. При такой постановке опытов экспериментаторы находились как бы над лабиринтом, в котором блуждали испытуемые: было отчетливо видно, ведет ли тот или иной шаг к ответу или куда-то в сторону.

При этом выяснились принципиальные недостатки мозгового штурма. Мозговой штурм исключает управление мышлением — в этом его принципиальный недостаток. Штурм действительно помогает преодолевать инерцию: мысль сдвигается «с мертвой точки», разгоняется... и часто проскакивает то место, где надо остановиться. Десятки раз в ходе экспериментов наблюдалась такая картина: один участник штурма высказывает мысль, ведущую в правильном направлении, другой подхватывает эту мысль, развивает ее; до выхода на финишную прямую остается несколько шагов, но в этот момент кто-то выдвигает совершенно иную идею, цепь обрывается, и группа снова оказывается на исходных позициях.

В ходе мозгового штурма запрещена явная критика, но она почти неизбежно заменяется скрытой критикой в форме выдвижения новых предложений, пресекающих развитие других идей.

Мы проводили мозговые штурмы с запретом скрытой критики: не разрешалось обрывать развивающиеся цепи идей — требовалось доводить каждую идею до логического завершения («А если разделить корабль на две части?.. Предлагаю делить на много частей: корабль из блоков... Корабль из мелких частиц... Из порошка... Корабль из отдельных молекул, корабль-облако... Из отдельных атомов...»). При такой организации эффективность штурма повышается. Но резко возрастают и затраты времени: штурм приходится вести в течение многих дней. Это уже не мозговой штурм, а мозговая осада.

При мозговой осаде можно в какой-то степени управлять мышлением, но суть дела от этого не меняется: поиск по-прежнему ведется простым перебором вариантов.

* * *

Вероятно, кое-кому из изобретателей приходила на ум заманчивая идея: а нельзя ли получить — для каждой задачи — список всех возможных вариантов? Ведь имея такой список, не рискуешь что-либо упустить...

Чтобы составить полный список, нужен специальный метод. Таким методом (точнее — приближением к нему) является так называемый морфологический анализ, предложенный в 1942 году известным американским астрономом Ф. Цвикки.

На первый взгляд может показаться странным, что метод организации творческого мышления придумал астроном. На самом же деле здесь все закономерно. Астрономия первой из наук столкнулась с большими динамическими системами (звездами, галактиками) и первой ощутила необходимость в методах, позволяющих анализировать такие системы.

В начале XX века нидерландский астроном Герцшпрунг и американский астрофизик Рассел построили диаграмму «Спектр — светимость». На одной оси этой диаграммы указаны спектральные классы, а на другой — светимость звезд. Оказалось, что каждому спектральному классу звезд соответствует определенная светимость. В бесчисленное множество звезд сразу был внесен порядок — звезды разместились на диаграмме по одной линии («главная последовательность»). Более того, упорядочилось и представление о развитии звезд: с увеличением возраста меняется спектр звезды; звезда перемещается на диаграмме вдоль линии «главной последовательности».

Диаграмма Герцшпрунга — Рассела оказала огромное влияние на астрономическое мышление (как таблица Менделеева — на мышление химиков). В последующие годы она уточнялась, развивалась, были найдены новые линии для звезд-гигантов, звезд-карликов и т. д., были построены новые двухмерные и трехмерные диаграммы.

В 1939 году Ф. Цвикки, анализируя белые пятна на диаграмме «Масса — светимость», сделал выдающееся открытие — теоретически доказал существование нейтронных звезд. Три года спустя, когда Цвикки привлекли к ракетным разработкам, он перенес метод построения многомерных диаграмм в технику, назвав его морфологическим методом.

Сущность этого метода заключается в построении многомерных таблиц (морфологических ящиков), в которых осями берутся основные показатели данной совокупности объектов. Предположим, надо найти оптимальную конструкцию ранцевого устройства для передвижения пловца-подводннка. Мы можем начать перебирать различные «а если сделать так?». Например: а если использовать электромотор и аккумуляторы? Или: а если использовать энергию сжатого воздуха и турбинку? Или: а если использовать энергию сжатого воздуха, но не с турбинкой, а с плавником типа «рыбий хвост»?..

При морфологическом методе — до выбора — нужно построить многомерную таблицу, на одной оси которой надо отложить (в данном случае) вид используемой энергии (электрическая, механическая, химическая и т. д.), на другой оси — разные типы двигателей (электромоторы, турбины, ракетные двигатели различных систем), на третьей — типы возможных движителей (винт, плавник, ракета и т. д.). Такой ящик охватит почти все мыслимые комбинации.

Конечно, ящик будет тем полнее, чем больше осей в нем и чем длиннее эти оси. Так, ящик, составленный Цвикки для прогнозирования одного только типа ракетных двигателей, имел — при 11 осях — 36864 комбинации!..

В этом, собственно, и заключается один из основных недостатков морфологического метода. При решении изобретательской задачи даже средней трудности в ящике могут оказаться сотни тысяч и миллионы вариантов.

Другой недостаток метода — отсутствие уверенности в том, что при построении ящика учтены все оси и все классы вдоль этих осей. Интуитивный поиск вариантов заменяется интуитивным же поиском осей и классов. Выигрыш в том, что мы переходим от перебора мелких (и потому легко теряющихся) единиц (вариантов) к подбору крупных единиц (оси, классы по осям). Проигрыш в том, что, упустив хотя бы одну ось, мы автоматически теряем очень большую группу вариантов. А с осями, как с вариантами, самые тривиальные лезут в глаза, а самые интересные прячутся за психологическими барьерами. И все-таки морфологический метод — большой шаг вперед по сравнению с обычным перебором вариантов.

Наиболее эффективно применение этого метода при решении конструкторских задач общего плана (проектирование новых машин, поиск новых компоновочных решений). Возьмем, для примера, проектирование снегоходов. Можно построить морфологический ящик со следующими осями и классами по осям.

1. Двигатель:

внутреннего сгорания;

газовая турбина;

электрический;

турбореактивный;

парусный (для снегоходов это не лишено смысла).

2. Движитель:

моноколесо (кабина внутри колеса);

обычные колеса;

ребристые колеса;

овальные колеса;

квадратные колеса;

цилиндрические пневмокатки;

гусеницы;

снежные винты;

лыжи и вибролыжи;

воздушный винт;

воздушная подушка;

ноги (шагающий движитель);

спиральный движитель;

рессорно-листовой движитель;

импульсно-фрикционный движитель;

снегометный движитель;

вращающиеся тарелки и еще не менее 15 комбинированных движителей.

3. Опора кабины:

на движитель (например, на лыжи);

непосредственно на снег.

4. Тип кабины:

открытая;

закрытая однокорпусная;

катамаран;

сдвоенная тандемного типа.

5. Обеспечение амортизации:

за счет движителя;

за счет специальных амортизаторов;

без амортизации.

6. Управление:

изменение направления двигателя;

изменение направления движителя;

снежные рули;

воздушные рули.

7. Обеспечение заднего хода:

реверс двигателя;

реверс движителя;

без реверса (разворотом).

8. Торможение:

основным двигателем;

вспомогательным двигателем;

воздушными тормозами;

снежными тормозами.

9. Предохранение от примерзания на стоянке:

механическое;

механическое с помощью двигателя;

электрическое;

химическое;

тепловое;

без предохранения.

Мы охватили далеко не все возможные оси и не все классы по осям. Тем не менее в ящике уже более миллиона вариантов.

Морфологический метод надо признать, таким образом, как полезный вспомогательный прием.

* * *

Чтобы как-то упорядочить перебор вариантов, можно составить списки наводящих вопросов. Такой метод называется методом контрольных вопросов. Различные списки предлагались многими авторами еще в 20-е годы.

В США наибольшее распространение получил список вопросов А. Осборна. В этом списке девять групп вопросов, например: «Что можно в техническом объекте уменьшить?» или «Что можно в техническом объекте перевернуть?» Каждая группа вопросов содержит подвопросы. Например, вопрос «Что можно уменьшить?» включает подвопросы: можно ли что-нибудь уплотнить, сжать, сгустить, конденсировать или применить способ миниатюризации? укоротить? сузить? отделить? раздробить?

Один из наиболее полных и удачных списков принадлежит английскому изобретателю Т. Эйлоарту. Вот некоторые пункты этого списка: «Набросать фантастические биологические, экономические и другие аналогии. Установить варианты, зависимости, возможные связи, логические совпадения... Узнать мнение некоторых совершенно неосведомленных в данном деле людей.. В воображении залезть внутрь механизма...»

В сущности, каждый вопрос — это проба (или серия проб). Составляя списки, их авторы, естественно, отбирают из изобретательского опыта относительно сильные вопросы. Однако отбор ведется без исследования внутренней механики изобретательства. Поэтому списки указывают, что делать, и не объясняют, как это делать. Как, например, «установить варианты» или «проследить возможные связи», если их очень много? Как построить аналогию или как «в воображении залезть внутрь механизма», чтобы это действительно навело на решение задачи?

Метод контрольных вопросов помогает в какой-то мере уменьшить психологическую инерцию, и только.

* * *

Пытаясь усовершенствовав мозговой штурм, нетрудно обнаружить, что целесообразно было бы использовать две возможности:

1. Создать не один метод, а комплекс разных методов.

2. Организовать дело так, чтобы этот комплекс применяли группы людей, специально обученных и постепенно накапливающих опыт методического решения задач.

Из этих положений исходил американский исследователь Уильям Гордон, предложивший так называемую синектику и основавший в 1960 году изобретательскую фирму «Синектикс».

Слово «синектика» в переводе с греческого означает «совмещение разнородных элементов». В проспекте фирмы «Синектикс» дано такое определение «Синектические группы — группы людей различных специальностей, которые встречаются с целью попытки творческих решений проблем путем неограниченной тренировки воображения и объединения несовместимых элементов».

В основу синектики положен мозговой штурм, проводимый постоянными группами. Такие группы, накапливая приемы, опыт, работают сильнее случайно собранных. В синектические группы обычно включают людей разных специальностей (за обучение одной группы фирма «Синектикс» берет от 20 до 200 тысяч долларов; заказчики — «Дженерал моторс», «ИБМ», «Дженерал электрик» и другие крупнейшие фирмы).

Решение задачи синектической группой начинается с ознакомления с «проблемой, как она дана» (ПКД). Затем группу, уточняя проблему, превращает ее в «проблему, как она понимается» (ПКП), Далее начинается собственно решение, основанное, как пишет Гордон, на превращении непривычного в привычное и привычного — в непривычное, т. е. на систематических попытках взглянуть на задачу с какой-то новой точки зрения и тем самым сбить психологическую инерцию. Для этого в синектике используют четыре вида аналогий.

Прямая аналогия (ПА) — рассматриваемый объект сравнивается с более или менее аналогичным объектом из другой отрасли техники или с объектом из живой природы. Например, если мы хотим усовершенствовать процесс окраски мебели, то применение ПА будет состоять в том, чтобы рассмотреть, как окрашиваются минералы, цветы, птицы и т. д. Или — как окрашивают бумагу, как «окрашивают» телеизображение.

Личная аналогия (ЛА) — ее называют также эмпатией: решающий задачу человек вживается в образ совершенствуемого объекта, пытаясь выяснить возникающие при этом чувства, ощущения. Например, в предыдущем случае можно представить себя белой вороной, которая хочет как-то окраситься.

Символическая аналогия (СА) — обобщенная, абстрактная аналогия. Например, для шлифовального круга СА будет «точная шероховатость».

Фантастическая аналогия (ФА) — в задачу вводятся какие-нибудь фантастические существа, выполняющие то, что требуется по условиям задачи. Или какие-нибудь фантастические средства (шапка-невидимка, сапоги-скороходы и т. п.).

Ход синектического заседания обязательно записывается магнитофоном, затем запись тщательно изучается с целью совершенствования тактики решения.

Синектика — наиболее сильное из того, что есть в зарубежных странах в области методики изобретательства. Но возможности синектики весьма ограничены. Синектика осталась механическим набором приемов, оторванных от изучения объективных закономерностей развития техники. Задачи второго уровня и нижних подуровней третьего уровня — таков потолок синектики.

* * *

Для эффективного решения изобретательских задач высших уровней нужна эвристическая программа, позволяющая заменить перебор вариантов целенаправленным продвижением в район решения. Иначе говоря, нужен эвристический алгоритм, способный свести, скажем, задачу четвертого уровня «ценой» в 100 000 проб к задаче первого уровня «ценой» в 10 проб.

Такой алгоритм не может быть создан на основе опыта отдельного изобретателя или даже группы изобретателей. Чтобы получить работоспособный эвристический алгоритм, нужно: выявить объективные закономерности развития технических объектов; исследовать большие массивы патентной информации; создать программу решения, в которой каждый шаг органически вытекал бы из предыдущего; постоянно отрабатывать и совершенствовать эту программу на практике.

Я начал эту работу в 1946 году. Не хотелось бы сейчас, задним числом, утверждать, что уже тогда имелось в виду получение общей методики изобретательства. Первоначальная цель была намного проще: найти приемы, помогающие в моей личной изобретательской практике. Однако к 1948 году изобретения отошли на второй план. Стало очевидным, что «изобретение способа изобретать» — проблема намного более интересная. «Обычным» изобретениям оставалась роль подопытных кроликов, на которых испытывался алгоритм решения изобретательских задач.

В следующих главах мы подробнее познакомимся с основными положениями методики изобретательства и алгоритмом решения изобретательских задач. Сейчас отмечу только, что алгоритмическая методика рассматривает процесс решения изобретательской задачи как последовательность операций по выявлению, уточнению и преодолению технического противоречия. Направленность мышления достигается при этом ориентировкой на идеальный способ, идеальное устройство. На всех этапах решения используется системный подход. Алгоритм включает также конкретные шаги по устранению психологических барьеров, имеет развитый информационный аппарат— данные о типовых приемах преодоления технических противоречий.

Чтобы создать практически работоспособную методику решения изобретательских задач, каждый вывод, каждая рекомендация обязательно испытывались на практике.

Первый, еще весьма беглый, очерк на эту тему был опубликован в 1956 году в далеком от техники журнале «Вопросы психологии» и не привлек внимания изобретателей. Положение изменилось только в 1959 году, когда «Комсомольская правда» рассказала о практических результатах, даваемых методикой изобретательства. Вслед за этим ее основные принципы были изложены в журнале «Изобретатель и рационализатор». В течение года на страницах журнала проходила дискуссия.

Большинство участников дискуссии выразило уверенность в том, что методика «станет могучим оружием в руках тысяч новаторов техники и производства». Одобрил методику и Экспертный совет Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР.

Подводя итоги дискуссии, редакция писала: «В наше время бурного развития науки и техники, когда созидательное творчество стало делом миллионов советских людей, проблема раскрытия «секретов» изобретательского мастерства, выведения разумных правил, действенных способов работы над техническими новшествами становится все более и более насущной...»

В 1961—1965 годах был опубликован ряд работ, которые дали возможность изобретателям использовать методику при решении новых технических задач, на практике испытать и подправить рекомендуемые методы творческой работы. Одновременно продолжалось изучение накопленного изобретателями опыта. Дважды проводились анкетные опросы новаторов — в них участвовали изобретатели более чем из 180 городов нашей страны. В Москве, Баку, Свердловске, Новосибирске, Дубне и других городах были организованы семинары по теории и практике изобретательства. Общее количество изобретений, сделанных с помощью предложенной методики, — по далеко не полным данным — превышает 3 тысячи.

В 1968 году Центральный совет ВОИР создал Секцию методики технического творчества, а год спустя — Общественную лабораторию методики изобретательства. Лаборатория, объединившая усилия энтузиастов, подготовила и опубликовала учебные пособия — программы, сборники задач, тексты лекций. Была наложена подготовка преподавателей, и теперь теория и практика решения изобретательских, задач преподается в общественных институтах изобретательского творчества, в молодежных, изобретательских школах, в университетах технического творчества.

С 1971 года в Баку при республиканском совете ВОИР и ЦК ЛКСМ Азербайджана работает учебный и исследовательский Общественный институт изобретательского творчества. Институт готовит изобретателей, способных решать сложные творческие задачи в различных отраслях техники. Основной учебный предмет в институте — алгоритмическая методика решения изобретательских задач. Умение пользоваться эвристическим алгоритмом вырабатывается в процессе практических занятий — сначала на учебных задачах, а затем на новых, взятых из производственной практики.

 

Умением, а не числом

Развитие техники, как и всякое развитие, происходит по законам диалектики. Поэтому теория изобретательства основывается на приложении диалектической логики к творческому решению технических задач. Но для создания работоспособной методики одной логики недостаточно. Необходимо учитывать особенности «инструмента», с помощью которого работает изобретатель, а это «инструмент» весьма своеобразный — мозг человека. При правильной организации творческой работы максимально используются сильные стороны человеческого мышления, такие, как интуиция, способность воображения, но учитываются — во избежание ошибок — и слабые стороны мышления, например его инерция.

Наконец, теория изобретательства многое черпает из опыта, из практики. У квалифицированных изобретателей постепенно вырабатываются свои приемы решения технических задач. Как правило, количество этих приемов ограничено и относятся они к какой-либо одной стадии творческого процесса. Методика изобретательства обобщает критически отобранные наиболее ценные приемы.

Разумеется, для того чтобы сделать очень крупное или великое изобретение (т. е. изобретение, относящееся по нашей классификации к верхним подуровням пятого уровня), необходимы и соответствующие исторические обстоятельства, и благоприятные для творческой работы условия, и выдающиеся человеческие качества: настойчивость, огромная работоспособность, смелость, эрудиция и т. д. Методика изобретательства отнюдь не является «самоучителем» или рецептом для штамповки изобретений. Ее цель — научная организация творческого труда. А насколько нужна научная организация творчества, читатель, вероятно, уже понял по примерам, приведенным в первой главе. Но приведу еще одну из историй, о каких часто рассказывает журнал «Изобретатель и рационализатор».

«Бился я над изобретением, — придумывал, как автоматизировать спуск на воду спасательных средств. Ничего у меня не получалось.

И вот еду в трамвае, читать нечего, думаю о своих спасательных средствах. Вошла женщина, молодая, симпатичная. «Садитесь, — говорю, — пожалуйста», — и хочу место ей уступить. А она поблагодарила, но отказалась: скоро, мол, выходить.

Сижу я и гляжу ей вслед. Действительно, выходит. Вышла, я ее глазами проводил. И вдруг заметил, как закрываются трамвайные двери. Сколько раз глядел, а тут впервые обратил внимание: цилиндр со штоками! Они очень подходят для моего изобретения.

Позже я получил авторское свидетельство».

Рассказано это для того, чтобы произнести традиционную мораль: всякое, мол, бывает. Но обратите внимание — как плохо организован поиск решения. Спасательные средства (шлюпки, например), судя по задаче, должны были как-то выдвигаться в сторону от борта корабля, а затем опускаться на воду. Цилиндр со штоками — решение, в общем, тривиальное, в пределах первого уровня. И все-таки потребовалось нагромождение случайностей (трамвай, незнакомка, взгляд на дверь), чтобы прийти к этому простому решению.

Однажды, просматривая патентные описания, я наткнулся на изобретение под названием «Водолазная галоша». Я уже знал, что запаздывание изобретений — почти железный закон. Но тут был случай, изумительный по своей наглядности.

«Известные водолазные галоши, — писали изобретатели, — как правило, изготавливаются одного размера. Поэтому они для одних водолазов велики, а для других малы. Предлагаемая водолазная галоша устраняет эти недостатки за счет того, что она имеет передвижной штампованный носок с продольным пазом. Сквозь паз проходит винт-ограничитель, фиксирующий носок в соответствии с размером ступни водолаза относительно задника».

Итак, на протяжении, по крайней мере, 100 лет свинцовые галоши для водолазов делались одного размера. На протяжении 100 лет галоши были одним малы, а другим велики. Люди работали в неудобной обуви. И за 100 лет никто не сделал галош с передвижным носком!

Изобретение простейшее, тут даже не возникает вопрос: «Как решать такую задачу?» Ее способен решить и школьник. Гораздо труднее понять, почему изобретение не было сделано лет семьдесят или восемьдесят назад...

Могут сказать: галоши, в конце концов, мелочь. Но, во-первых, не такая уж мелочь; во-вторых, крупнейшие изобретения тоже запаздывают, и порой надолго. Линзы и очки были известны за 300 лет до изобретения телескопа. 300 лет никому не приходило в голову взять одну линзу и посмотреть на нее через другую. Допустим, не было необходимости в телескопах. Но полководцы — с древнейших времен! — нуждались в подзорных трубах. И все-таки первоклассное по масштабам изобретение запоздала на 300 лет.

Почему?

Считалось, что линза дает искаженное изображение. Две последовательно расположенные линзы должны были (так подсказывал «здравый смысл») дать двойное искажение... Этот «психологический барьер» на три столетия задержал появление телескопа. Между тем едва ли можно назвать изобретение, которое оказало бы большее, чем телескоп, революционизирующее влияние на мировоззрение человека. Телескоп открыл человеку далекие звездные миры, отодвинул в бесконечность границы вселенной, подорвал основу основ религии — представление об ограниченности нашего мира. Применение телескопа дало огромный толчок развитию науки. Трудно даже представить, насколько ушла бы вперед современная цивилизация, появись телескоп вовремя...

В одной из статей А. Эйнштейна есть такие строки: «История научных и технических открытий не так уж блещет независимостью мысли и творческим воображением. Человек непременно нуждается в каком-то внешнем стимуле, чтобы идея, давно уже выношенная и нужная, претворилась в действительность. Человек должен столкнуться с явлением, что называется, в лоб, и только тогда рождается идея». К сожалению, практика современного изобретательства убедительно подкрепляет эту горькую истину.

Изобретение № 163892 1964 г.

«Устройство для очистки всасывающего патрубка насоса от морских водорослей, отличающееся тем, что оно выполнено в виде смонтированных подвижно на патрубке хомутов с ножами, причем очистка патрубка производится при вертикальном движении поплавка на волнах».

Рассмотрим, например, авторское свидетельство № 162593 на автономный подводный светильник. Водолазу, чтобы избежать непроизвольного всплытия, навешивают тяжелый свинцовый груз: пусть вместо него подвешивается аккумуляторная батарея для светильника. Простая и остроумная идея. Конструируя подводные светильники, боролись за каждый грамм — ведь это дополнительный и потому ненужный вес. Но никто не обращал внимания, что в самом водолазном снаряжении есть пассивный груз.

Использование пассивного груза — этот принцип давно известен в авиастроении. Еще в 40-х годах на самолетах С. В. Ильюшина броня «по совместительству» выполняла функции конструктивных элементов — шпангоутов, лонжеронов и т. п.

Подавляющее большинство изобретений основано на принципах, которые в том или ином виде уже применялись при решении задач в других отраслях техники.

Сравните два изобретения:

Изобретение № 112684 1958 г.

«Устройство для очистки поверхностей свай, находящихся в воде, отличающееся тем, что оно выполнено в виде одеваемого на сваю кольцевого поплавка, снабженного подпружиненными рифлеными валиками, очищающими поверхность сваи в процессе вертикального перемещения поплавка при волнении».

Изобретение № 163892 1964 г.

«Устройство для очистки всасывающего патрубка насоса от морских водорослей, отличающееся тем, что оно выполнено в виде смонтированных подвижно на патрубке хомутов с ножами, причем очистка патрубка производится при вертикальном движении поплавка на волнах».

Изобретения относятся к разным патентным разделам» а идея у них общая: цилиндрическая конструкция (свая, труба), находящаяся в воде, может «самоочищаться» кольцевым поплавком, перемещающимся при волнении. Но второе изобретение сделано только через шесть лет после первого. Пройдут годы, и кто-то вновь использует эту идею применительно к другой конструкции (не обязательно даже цилиндрической).

Здесь отчетливо проявляется низкий уровень организации изобретательского творчества. Есть общий принцип, общий ключ к целой группе изобретений, но после однократного использования этот ключ выбрасывают и в следующий раз приходится заново искать решение путем долгих «проб и ошибок».

Бывает и хуже: ключ выбрасывают, даже не использовав! Как-то в журнале «Изобретатель и рационализатор» появилась ехидная заметка. Некий Р. Петц из Санкт-Петербурга, говорилось в заметке, получил привилегию № 22347 на пневматическую защиту паровоза при столкновении: по мысли изобретателя впереди паровоза размещался надувной резиновый амортизатор. Заканчивалась заметка так: «Разумеется, при первом же солидном ударе изобретение лопнуло бы и в прямом и в переносном смысле». Что ж, в прямом смысле изобретение могло бы и лопнуть. Зато в переносном смысле оно оказалось весьма живучим: идея надувного амортизатора была вновь найдена другими изобретателями. Советский изобретатель Морев получил авторское свидетельство № 115000 на надувной мешок-амортизатор для авиапассажиров. Вскоре американцу Шандору Бела выдали патент № 2931665 на аналогичный амортизатор для шоферов. Затем на железных дорогах Франции стали применять надувные амортизаторы, предохраняющие грузы от ударов в пути. Наконец, появилось сообщение, что в Гамбурге ведутся опыты по применению надувных мешков из резины или нейлона для предохранения грузов от ударов при качке...

Анализ изобретений (были проанализированы тысячи авторских свидетельств и патентов) показывает, что существует несколько десятков общих принципов, лежащих в основе большинства современных изобретательских идей.

Приведу пример. Чтобы шахтная крепь лучше противодействовала давлению вышележащих горных пород, перешли от прямых балок к арочным. Некоторое время спустя этот прием был использован и в гидростроении: на смену прямым плотинам пришли арочные. В горной технике следующим шагом был переход от жесткой арочной крепи к податливой шарнирной. Точно так же вслед за арочными плотинами были созданы податливые шарнирные плотины.

Производство экскаваторных ковшей — совсем другая область техники, однако и здесь та же логика развития: сначала передняя кромка ковша была прямой и зубчатой (она даже внешне походила на прямую плотину), затем появился арочный ковш. «Надо полагать, — писал я в первом издании этой книги, — следующим, пока еще не сделанным, шагом будет создание податливых шарнирных ковшей». Прогноз оказался верным, и вскоре я увидел в «Бюллетене изобретений» авторское свидетельство № 284715: «Ковш к машине для погрузки породы, включающий днище с режущей частью, боковые и заднюю стенки, отличающийся тем, что с целью уменьшения напорных усилий при внедрении ковша его режущая часть выполнена по ширине ковша составной с секциями, каждая из которых шарнирно прикреплена к днищу».

Продолжая анализ изобретений, можно обнаружить общий для разных отраслей принцип — отчетливую тенденцию перехода от прямолинейных объектов к криволинейным, от плоских поверхностей к сферическим, от кубических конструкций к шаровым.

Существуют и другие общие принципы, из которых каждый дает «куст» изобретений. Все это патентоспособные и разные изобретения, в основе которых лежит общий принцип. Зная такие принципы и умея ими пользоваться, можно существенно повысить к. п. д. творческой работы. Это одна из главных предпосылок создания рациональной системы решения изобретательских задач.

* * *

Задавая вопрос: «Как делаются изобретения?» — часто забывают, что изобретательское творчество не есть что-то неизменное. В разные эпохи изобретали по-разному. Поэтому утверждения, относящиеся к творчеству современного изобретателя, нельзя (без поправок на время) основывать на фактах, связанных с изобретениями, сделанными 50 или 100 лет назад. Однако чаще всего именно так и поступают. Описывается история какого-либо изобретения и само собой подразумевается, что выводы имеют силу и при решении современных технических задач.

«Известно, — пишет, например, Н. Середа в книге «Рабочий-изобретатель», — что английский изобретатель Генри Бессемер (1813—1898), не будучи металлургом и не располагая необходимыми теоретическими сведениями, эмпирически открыл и запатентовал в 1860 году способ передела жидкого чугуна в литую сталь путем продува сквозь него сжатого воздуха во вращающемся конвертере. Следовательно, в числе изобретателей есть и такие, которые не имеют достаточных теоретических познаний, их изобретения являются результатом пытливой мысли и упорного, кропотливого труда...»

Бессемер действительно пришел к своему изобретению на ощупь, но сейчас, спустя столетие, в той же металлургии искать новое эмпирическим путем крайне нерационально. Взять хотя бы столь частную для металлургии задачу, как создание нового жаропрочного сплава. Вот что говорит об этом академик П. Капица:

«Применение эмпиризма в этих исследованиях обычно связано с трудоемким накоплением больших количеств опытных данных и с большой сложностью их систематизации и использования... Нам известно около 100 элементов, которые образуют сплавы. Положим, что описание нужных свойств одного металла или сплава, его прочности, жаропрочности, упругости, электропроводности и т. д. занимает одну страницу. Для описания свойств самих элементов потребуется 100 страниц, для описания бинарных сплавов потребуется уже 10 тысяч страниц. Сплавы тройных систем займут миллион страниц. Таким образом, эмпирический метод изучения имеет свои естественные пределы». Действительно, если бессистемно перебирать все мыслимые варианты решения современной технической задачи, то не хватит человеческой жизни. Можно, конечно, рассчитывать на случайную удачу — вроде той, которая в свое время помогла Бессемеру. «Такие многокомпонентные сплавы, — продолжает П. Капица, — может быть, были найдены случайно, но вероятнее — интуитивным «нюхом» талантливого ученого, который, как искусный повар, умеет готовить вкуснее других.

Если есть интуиция, значит, есть и закономерности. Задача науки — выявить эти закономерности».

Во времена Бессемера изобретатель вынужден был идти к цели методом «проб и ошибок», рассчитывая на терпение или счастливую находку — тогда других методов творческой работы просто не знали. Теперь положение несравнимо изменилось, изобретательская задача, как правило, может быть решена в результате планомерных мыслительных операций. Главное значение приобретает правильная организация творческого процесса, а не количество дней, месяцев, лет, затраченных на слепые поиски.

Отдавая должное терпению, присущему великим изобретателям прошлого, нельзя забывать, что современный изобретатель может и должен работать иначе. В наше время долгие поиски идеи, решения свидетельствуют не только о настойчивости изобретателя, но и о плохой организации творческой работы.

* * *

Творчество вполне совместимо с системой, с планомерностью. Творчество характеризуется не озарением и вдохновением, а результатом работы. Если создано нечто новое, значит, работа творческая. Дело вовсе не в количестве «проб и ошибок». Задачи могут и должны решаться умением, а не числом попыток.

Никто не сомневается, например, что получение нового химического вещества — творчество. Однако бесчисленные химические вещества построены из одних и тех же «типовых деталей» — из химических элементов. Можно пытаться создавать новые химические вещества, наугад подбирая разные «типовые детали». Так раньше и делали алхимики. А можно изучить не только «типовые детали» (химические элементы), но и законы их соединения. Этим занимается современная химия. Новые вещества, созданные и создаваемые современными химиками, намного сложнее серной кислоты, «творчески» открытой алхимиками. Но кто скажет, например, что синтетические полимеры — это не результат творчества?!

Творчество — понятие меняющееся: его содержание постоянно обновляется. Одни виды деятельности исключаются из категории творческих, другие (более сложные) включаются. Было время, когда даже простые арифметические задачи считались творческими. В XV веке один ученый взялся научить купеческого сына сложению, но написал (письмо сохранилось до нашего времени), что умножению римских цифр обучать не сможет. В письме содержится совет отправить ученика в Италию, где возможно, есть хорошие специалисты по умножению...

Весь смысл теории изобретательства, в сущности, состоит в том, что задачи, сегодня по праву числящиеся творческими, она позволяет решать на том уровне организации умственного труда, который будет завтра.

Когда-то величайшими догадками были идеи о возможности соединить паровой двигатель с кораблем и получить пароход, соединить паровой двигатель с рельсовой тележкой и получить паровоз. Имена их авторов вошли в историю. Но не пытайтесь вспомнить, кто изобрел атомоход. Простые комбинационные приемы, бывшие когда-то вершиной творчества, стали общедоступными. В «Основах изобретательства» рассказано о задаче, поставившей в тупик Эдисона. Суть задачи такова.

Эдисон лично беседовал с теми, кто хотел поступить к нему в лабораторию. Он расспрашивал об их планах, интересовался, есть ли у них идеи, которые они стремились бы развить. Однажды некий молодой человек сказал Эдисону, что у него есть чудесная идея.

— Чудесная? — переспросил Эдисон.

Молодой человек объяснил:

— Я хочу изобрести универсальный растворитель. Понимаете, жидкость, которая бы все растворяла.

— Универсальный растворитель? — удивился Эдисон. — Скажите, а в какой посуде вы собираетесь его хранить?!

Молодой человек растерянно промолчал...

И вот «Пионерская правда» предложила эту задачу школьникам 5—7-х классов. Редакция дала мне возможность познакомиться с полученными ответами. Из 3000 участвовавших в конкурсе пионерских отрядов более 2500 справились с задачей, ошеломившей Эдисона.

Вот некоторые ответы: «Хранить растворитель надо при низкой температуре, в замороженном виде» (6-й класс); «Надо хранить растворитель в твердом виде» (6-й класс); «Растворитель будет проводником, поэтому его можно хранить в электромагнитном поле, как плазму» (7-й класс).

Полвека назад идея сохранения универсального растворителя в другом агрегатном состоянии, в химически связанном виде или в электромагнитном поле была бы шедевром изобретательского творчества. Сейчас такими приемами уверенно владеют школьники.

Разве изобретательство от этого прекратилось? Возникли новые, более сложные задачи и новые, более тонкие приемы их решения.

Допустим, произойдет самое «страшное» — решение современных изобретательских задач удастся полностью автоматизировать. Что же, сразу возникнут новые задачи — более высокого порядка сложности.

Мир безграничен, вселенная неисчерпаема, и человеческому уму никогда не грозит безработица.

 

Идеальная машина

Существует наивное, но распространенное мнение, будто новые машины, механизмы, приборы возникают «из ничего»: сначала ничего нет, но приходит великий изобретатель и создает нечто вполне готовое. По такой примерно схеме, если верить мифам, в свое время появилась богиня Афина Паллада: взмахнул Гефест топором, мощным ударом расколол череп Зевсу, не повредив ему, и вышла на свет из головы громовержца могучая воительница богиня Афина Паллада. В полном вооружении, в блестящем шлеме, с копьем и щитом предстала она перед изумленными очами богов-олимпийцев...

Машины, однако, не выходят из головы изобретателя «в полном вооружении». Они рождаются слабыми и крепнут постепенно, вбирая в себя многие изобретения. На рис. 4 показана, например, двухсотлетняя история гребного винта. Изобретательская мысль шла тремя разными путями — в качестве прототипов были взяты крылья ветряной мельницы, водоподъемный винт Архимеда и водяное мельничное колесо. Каждый прототип развивался усилиями многих изобретателей в разных странах. Три цепи изобретений постепенно сближались и привели наконец к появлению современных гребных винтов.

За любой современной машиной (это относится также к механизмам, к производственным процессам, словом, к любым техническим объектам) стоят десятки, сотни и тысячи последовательных изобретений. Даже по такой несложной «машине», как карандаш, выдано более двадцати тысяч патентов и авторских свидетельств!

Каждое изобретение подталкивает развитие машины. В паузах между двумя «толчками» машина остается неизменной. Раньше эти промежутки были длительными, машины совершенствовались медленно. Путь от первого экспериментального образца до первой практически пригодной вещи занимал десятки лет. Например, идея электрической лампы накаливания возникла еще в начале XIX века. Первый опыт освещения раскаленным проводником был поставлен в 1840 году. А первая лампа, пригодная для массового использования, появилась лишь тридцать девять лет спустя.

Рис. 4. Двухсотлетняя история гребного винта.

В наше время машины, механизмы, приборы взрослеют намного быстрее. Например, идея оптического квантового генератора (лазера) высказана в 1952 году, через два года уже проводились испытания первого такого прибора, а еще через шесть лет налажен промышленный выпуск разнообразных лазеров.

Машины развиваются постоянно, и поэтому в изобретательских задачах никогда нет недостатка. Между тем изобретатели занимаются решением новых технических задач, как правило, от случая к случаю.

Как показали анкетные опросы, существуют, так сказать, два типа отношений между изобретателем и задачей. Из десяти изобретателей восемь как бы выжидают, пока решение задачи станет остро необходимым, и лишь после этого приступают к работе. Тут, в сущности, задача сама находит изобретателя.

Другие изобретатели ведут активный поиск нерешенных проблем: зная, что требования к данной машине завтра возрастут, изобретатели уже сегодня выявляют перспективные задачи и решают их, используя наиболее современные технические средства.

Различие тут весьма существенное. Представьте себе, что человек толкает вагонетку. Можно, толкнув вагонетку, ждать, пока она будет двигаться по инерции, а потом снова толкнуть. Можно поступить иначе, непрерывно подталкивать вагонетку. Понятно, что во втором случае скорость движения будет значительно больше. Так обстоит дело и в изобретательстве. Налаженное производство движется, не встречая препятствий, и изобретателю кажется, что нет поводов к творчеству. Потом вдруг появляется какое-то «узкое место», например возникают перебои в снабжении материалами. Только тогда изобретатель принимается за решение проблемы, возникновение которой легко было предвидеть раньше.

Долгое время считалось, что массовое изобретательство вообще требуется лишь для устранения «узких мест» производства. Изобретатели рассматривались как некий резерв, который надо вводить в действие лишь в «аварийных» случаях. В первые послевоенные годы таких случаев было достаточно, чтобы «нагрузить» новаторов. Но производство налаживалось, перебои, трудности и прочие «узкие места» становились все более редкими. А число людей, стремящихся не только производить, но и совершенствовать процесс производства, быстро увеличивалось. Теперь, в период развернутого строительства материальной базы коммунизма, изобретатели не должны, не могут ограничиться борьбой с «узкими местами» Технику надо совершенствовать постоянно и планомерно.

Ждать, пока возникнет «узкое место», тормозящее развитие производства, все равно что ждать обострения болезни и лишь тогда задумываться о ее лечении. Если производство выдвинуло задачу — это значит, что решение нужно уже в данный момент. А на поиски решения, на конструкторскую отработку и доводку изобретений, наконец, на вещественное воплощение идеи — даже в лучшем случае — нужно немало времени. Почему же все это время неотложная задача должна ждать?!

«Чаще всего изобретательская задача возникает у постели больного, — пишет, отвечая на анкету, изобретатель И. П. Хмельчонок (Иркутск). — Бывает так, что существующими инструментами мы не можем спасти жизнь человеку, например, извлечь инородное тело из бронха. Вот тогда начинаешь думать о создании нового инструмента».

К сожалению, так работают изобретатели во многих отраслях техники. Вот что пишет изобретатель Л. из города Лысьва:

«Как-то на заводе возникла острая необходимость снизить расход дефицитного материала, идущего на покрытие изделий. Мне удалось разработать способ односторонней металлизации, и я получил авторское свидетельство на изобретение».

Л. — технолог по специальности, имеет производственный стаж 33 года. И вот за треть века он сделал всего одно изобретение — и то лишь по случаю «возникновения острой необходимости»! Но разве и без «острой необходимости» нельзя было искать новые способы экономии металла? Можно не сомневаться, что этот безусловно одаренный человек за треть века смог бы сделать десятки ценнейших изобретений.

И еще одно примечательное высказывание:

«Начинаем работу с того, что упираемся в стенку», — говорит в своей анкете изобретатель, главный инженер завода Л. С. Иванов (Ставрополь).

Несколько десятилетий назад почти во всех отраслях техники изобретательством можно было заниматься эпизодически. Человек считался изобретателем, если за десять — пятнадцать лет он получал одно-два авторских свидетельства. В наше время темпы развития техники резко ускорились, непрерывно растет и потребность в изобретениях. Машины все быстрее и быстрее вытесняются новыми, более совершенными. В этих условиях уже трудно считать изобретателем человека, который занимается созданием нового от случая к случаю и решает изобретательские задачи, скажем, раз в пять — десять лет. Ведь не считаем мы певцом человека, который поет раз в году...

Если решать изобретательские задачи с большими промежутками, то опыт и навыки, приобретенные в процессе творческой работы, будут утрачиваться. Каждый раз придется заново приобретать изобретательскую квалификацию. Постоянная творческая работа, наоборот, обогащает арсенал приемов, дает уверенность в своих силах.

Характерно, что почти все изобретатели, ведущие (по данным анкетных опросов) активный поиск задач, имеют при сравнительно небольшом стаже работы (пять — семь лет) по пятнадцать — двадцать авторских свидетельств.

Изобретательство становится второй постоянной профессией творчески мыслящего рабочего, техника, инженера.

* * *

В изобретательских задачах никогда и нигде нет недостатка, нужно только уметь правильно выбирать, отличать задачи действительно необходимые от таких, которые можно решать, а можно и не решать.

Обычно изобретательскую задачу формулируют так: «Создать такой-то технический объект для таких-то целей». Иногда речь идет не о создании, а об усовершенствовании уже имеющегося объекта: «Улучшить такой-то объект, чтобы получились такие-то результаты». Бывает и так, что задача дается в половинчатой формулировке: «Улучшить то-то». В этом случае цель улучшения считается очевидной. Например, если речь идет об уменьшении веса транспортных машин, то цели здесь достаточно ясны. Реже задача состоит из другой «половины»: «Достичь такого-то результата». При этом обычно неизвестно, что является техническим объектом и какую именно машину (часть машины, процесс) надо улучшить или создать.

В большинстве случаев изобретатель получает уже сформулированную задачу. Для всего творческого процесса чрезвычайно важно избежать ошибки в постановке задачи. Поэтому никогда нельзя принимать на веру задачи, сформулированные другими. Если бы эти задачи были правильно сформулированы, их, вероятнее всего, решили бы те, кто впервые их встретил.

Представьте себе, что некто зашел в тупик. И вот вам предлагается пройти дальше по этому тупику. Что и говорить — занятие малоцелесообразное! Надо поступить иначе: сначала отойти к исходной точке, а затем пойти в правильном направлении. К сожалению, задачи чаще всего формулируются так, что они настоятельно (хотя и незаметно) толкают в тупик.

Чтобы понять, почему это происходит, посмотрим, как появляется формулировка изобретательской задачи.

Производство ежечасно, ежеминутно ставит самые различные задачи. Каждый день на любом заводе главный инженер, конструкторы, технологи, мастера, рабочие решают множество технических задач. Чаще всего их можно решить в рабочем порядке, используя общеизвестные приемы и способы. Нередко приходится сталкиваться с задачами, для решения которых нужны элементы технического творчества. Это — рационализация: творчество проявляется в том, чтобы найти нечто уже известное в данной отрасли техники и приспособить применительно к конкретным условиям. Иными словами, надо найти один из наиболее подходящих ключей и подогнать его по замку. Решение же изобретательской задачи — это тот случай, когда вообще нет готового ключа.

Намного проще сделать ключ заново, чем возиться с переделкой плохой, подчас вообще неисправимой заготовки. Между тем чаще всего изобретателю приходится начинать именно с такой плохой заготовки.

Как это получается?

В процессе производства возникла задача. Сначала решение ее искали в рабочем порядке, применяя широко известные средства, но они оказались непригодными. Попытались решить задачу на рационализаторском уровне, однако и это не привело к успеху. Тогда начались попытки найти решение по-изобретательски, то есть придумать нечто новое. Если это удалось, задача не попадает в темники.

Допустим теперь, что придумать новое не удалось; те, кто первыми столкнулись с задачей и попытались решить ее на изобретательском уровне, зашли в тупик. Они обратились к помощи других изобретателей и сформулировали условия задачи. При этом были две возможности: либо изложить задачу так, как она рисовалась при первой встрече, либо сформулировать то, на чем пришлось остановиться. В подавляющем большинстве случаев, предпочитают последнее. Намерения при этом самые благие: «Ведь уже пройдено полдороги, зачем же начинать сначала?» Действительно, расстояние пройдено — и подчас немалое. Но пройдено-то оно не в ту сторону!

В условиях задачи, как мы видели, есть два указания: какова цель (что надо достичь) и каковы средства (что надо сделать, улучшить, изменить). Цель почти всегда выбирается правильно. А средства почти всегда указываются неверно. Та же цель может быть достигнута и другими средствами.

Пожалуй, это самая распространенная ошибка при постановке задачи. Для достижения какого-то результата изобретателя ориентируют на создание новой машины (процесса, механизма, прибора и т. д.). Внешне это выглядит логично. Есть машина, скажем, М1 дающая результат Р1. Теперь нужно получить результат Р2, и, следовательно, нужна машина М2. Обычно Р2 больше Р1 поэтому кажется очевидным, что М2 больше М1.

С точки зрения формальной логики здесь все верно. Но логика развития техники — это логика диалектическая. Чтобы получить, например, двойной результат, вовсе не обязательно использовать удвоенные средства.

Некоторое время назад был объявлен конкурс на лучшее предложение по механизации погрузки тарных грузов (мешков) в железнодорожные вагоны. При ручной погрузке рабочий берет из штабеля (в складе) мешок и несет его в вагон, где снова укладывает в штабель. Передвижение груза от склада до вагона легко механизируется, например, применением транспортеров. Однако нет портативных машин, которые могли бы штабелировать грузы в вагоне. Автопогрузчики, перевозящие на поддонах по 6—10 мешков, с трудом разворачиваются внутри вагона и не обеспечивают нужной скорости погрузки. В условиях конкурса задача формулировалась так: усовершенствовать транспортеры или автопогрузчики, чтобы полностью устранить ручной труд.

Правильно ли поставлена задача?

Конечно, нет. Ее пытались решить, используя известные средства (транспортеры, автопогрузчики). Зашли в тупик. И предложили задачу именно в этой «тупиковой» формулировке: надо усовершенствовать транспортеры или автопогрузчики...

Условия задачи сужены. Проблема состоит в том, чтобы обеспечить высокопроизводительную погрузку тарных грузов в вагон. И недопустимо заранее подменять эту общую задачу другой, более узкой: усовершенствовать транспортеры или автопогрузчики. Ведь не исключено, что задача будет решена вообще без применения этих машин.

Чтобы правильно сформулировать задачу, необходимо учесть тенденции развития данного технического объекта. В частности, главная тенденция в развитии погрузочно-разгрузочных работ состоит в том, чтобы оперировать большими «блоками» грузов. Грузить не по одному мешку (как на транспортере) и не по 6—10 мешков (как на автопогрузчике), а «блоками» в 50 или 70 мешков — вот в чем правильная задача.

Существует простой способ проверить, верно ли поставлена задача: надо посмотреть, как формулируются аналогичные задачи в других отраслях техники. В особенности там, где задачи ставятся более жестко или имеют больший масштаб. Так, например, для уточнения задачи о транспортировке тарных грузов надо равняться на строительную технику: в строительстве часто приходится вести массовую транспортировку штучных грузов.

Раньше стройматериалы (кирпичи, камни и т. п.) вручную укладывали на машины, а на стройке вручную разгружали. Затем перешли к использованию крупных блоков и панелей, что создало условия для эффективной механизации погрузки и разгрузки.

Штабель мешков нечто вроде крупного блока. Целесообразно ли его ломать, затем с помощью механизмов доставлять «обломки» в вагон и там снова восстанавливать блок? Очевидно, такое решение не диктуется тенденциями развития техники.

Так мы еще раз приходим к выводу, что первоначальная формулировка задачи бесперспективна. Вместе с тем уже отчетливо вырисовывается правильная задача: крупный «блок» штабеля (размеры «блока» лимитируются только размерами дверного проема вагона) должен целиком вдвигаться в вагон и занимать там свое место.

Как и следовало ожидать, лучшим на конкурсе оказалось предложение, решающее именно эту задачу. Оно обеспечивало наибольшую скорость погрузки при наименьших затратах на механизацию: поддоны, несущие по 50 мешков, сами скатывались на шаровых опорах (или воздушной подушке) в открытые двери вагона.

* * *

Машины развиваются не «как попало», а в определенной логической последовательности.

На рис. 5 показано, например, как развивался паровой котел. К конструкции котла предъявляются противоречивые требования: для обеспечения прочности — при повышении давления — котел, должен иметь шаровую или цилиндрическую форму, а эта форма дает минимальную поверхность нагрева и, следовательно, низкую паропроизводительность. Чтобы удовлетворить этим противоречивым требованиям, пришлось сохранить цилиндрическую форму и одновременно увеличить длину цилиндра. Котел-сосуд постепенно превратился в систему труб с большой суммарной поверхностью нагрева.

Одно из главных направлений в развитии машин — изменение их размеров. Машины рождаются, если так можно выразиться, средней величины. А затем начинается их развитие в двух противоположных направлениях: идет увеличение размеров и одновременно создаются образцы все более миниатюрные. Две эти тенденции отчетливо видны, например, в развитии экскаватора. Для транспортных и обрабатывающих машин типичнее увеличение размеров единичного агрегата. А вот контрольно-измерительные приборы, например, имеют тенденцию к уменьшению размеров.

Каждая машина стремится к определенному идеалу и развивается, так сказать, по своей линии. Но в конечном счете эти линии сходятся в одну точку — подобно тому, как сходятся у полюса меридианы. «Полюсом» для всех линий развития является «идеальная машина».

«Идеальная машина» — это условный эталон, обладающий следующими особенностями: вес, объем и площадь объекта, с которым машина работает (то есть транспортирует, обрабатывает, и т. п.), совпадают или почти совпадают с весом, объемом и площадью самой машины.

Машина не самоцель, она только средство для выполнения определенной работы. Например, вертолет предназначен для перевозки пассажиров и грузов. При этом мы вынуждены — именно вынуждены! — «возить» и сам вертолет. Понятно, что вертолет будет тем «идеальнее», чем меньше окажется его собственный вес (при условии, что другие качества не ухудшатся). Идеальный вертолет состоял бы из одной только пассажирской кабины, способной перемещаться с такой скоростью, с какой ее «возит» вертолет.

И еще одна особенность идеальной машины: все ее части все время выполняют полезную работу в полную меру своих расчетных возможностей.

Машина существует для того, чтобы работать. Между тем многие машины работают лишь периодически. Больше того, мы привыкли считать машину работающей даже в тех случаях, когда фактически работает какая-то одна ее часть, а остальные части простаивают. Так, машина, перевозящая стеновые панели, простаивает при каждом рейсе сорок — пятьдесят минут. При погрузке (или разгрузке) работает только кузов машины, а двигатель и ходовая часть бездействуют. Та же автомашина в комплексе с несколькими съемными кузовами почти не теряет времени на погрузку и разгрузку: нагружают один кузов, машина везет другой, а третий кузов уже разгружается, поджидая машину на стройке.

Рис. 5. Эволюция парового котла: котел-сосуд превратился в систему труб с большой суммарной поверхностью нагрева.

Прогрессивными и действующими в течение долгого времени оказываются только те тенденции, которые приближают реальную машину к идеальной. Взять хотя бы такую тенденцию, как увеличение размеров единичного агрегата. На первый взгляд неясно, почему увеличение размеров приближает машину к идеальной. Но все очень просто: чем больше машина, тем обычно меньше отношение ее собственного веса (объема, площади) к тому весу (объему, площади), с которым она работает. Грузовик, перевозящий три тонны груза, весит полторы тонны. Треть усилий двигателя тратится на то, чтобы «катать» саму конструкцию. Грузовик же, рассчитанный на пятнадцатитонный груз, весит всего пять тонн. Доля «мертвого» груза значительно снижается, а именно это и приближает машину к идеальной. 140-тонный самосвал разгружается за пятнадцать секунд — это намного меньше времени, необходимого для разгрузки двадцати восьми пятитонных машин.

Нередко идеалом считают машину «покрасивее». Это серьезная ошибка. Она создает психологический барьер, который изобретателю нелегко преодолеть. Мысль заранее настраивается на поиски решений в тех направлениях, которые ведут к машинам «изящным», «красивым». Принципиально новые пути при этом чаще всего оказываются в стороне.

Не приходится спорить: хорошая машина обязана быть красивой. Но это относится к «взрослым» машинам, а новорожденная имеет право быть уродливой. Важно, чтобы ее принцип был более совершенным, чем принцип уже известных машин. Если это условие соблюдено, можно не сомневаться, что машина скоро «похорошеет» и затмит старых красавиц.

Изобретатель, решая задачу, не должен думать о красоте будущей машины. Надо не бояться, если понадобится, предложить внешне еще неуклюжую, но внутренне безупречную конструкцию.

* * *

Если задача решается методом «проб и ошибок», поиски идут либо по «вектору инерции», либо — в лучшем случае — «во все стороны». Между тем, приступая к решению задачи, изобретатель может резко сузить «угол поисков». Решение должно приближать исходный объект к идеальной машине. Определив, какой должна быть в данном случае идеальная машина, изобретатель сразу находит наиболее перспективное направление поисков.

Разумеется, в каждом конкретном случае нужно уметь определить идеальную машину. Чем точнее изобретатель представляет себе идеальную машину, тем меньше доля случайности, тем направленнее ведутся поиски.

Идеальная машина играет роль маяка, указывающего, куда надо идти. Когда изобретатель ищет решение без такого маяка, его мысли разбегаются под влиянием множества причин. «Каждый из нас, — пишет американский психолог Эдвард Торндайк, — при решении интеллектуальной задачи осаждается буквально со всех сторон различными тенденциями. Каждый отдельный элемент как бы стремится захватить сферу влияния на нашу нервную систему, вызвать свои ассоциации, не считаясь с другими элементами и общим их настроением».

Привычные схемы осаждают изобретателя, блокируют пути, ведущие к принципиально новым решениям. В этих условиях, как отмечал И. П. Павлов, особенно сильно дают себя знать обычные слабости мысли: стереотипность и предвзятость.

Планомерный поиск, наоборот, упорядочивает мышление, повышает его продуктивность. Мысли как бы концентрируются на одном (главном для данной задачи) направлении. При этом посторонние идеи оттесняются, уходят, а идеи, непосредственно относящиеся к задаче, сближаются. В результате резко повышается вероятность встречи таких мыслей, от соединения которых и рождается изобретение.

Направленные поиски отнюдь не исключают интуицию. Напротив, упорядочение мышления создает «настройку», благоприятную для проявления интуиции.

* * *

Понятие об идеальной машине — одно из фундаментальных для всей методики изобретательства. Многие трудные задачи только потому и трудны, что в них содержатся требования, противоречащие главной тенденции в развитии машин — стремлению быть «повоздушнее». Почти все темники пестрят словами: «Создать устройство, которое...» Но зачастую никакого устройства и не надо создавать: вся соль задачи состоит в том, чтобы обеспечить требуемый результат «без ничего» или «почти без ничего». В сущности, идеальное решение — это когда машины совсем нет, а результат получается тот же, что и с машиной.

Возьмем для примера конкретную изобретательскую задачу — одну из тех, что публикуются в журнале «Изобретатель и рационализатор» под рубрикой «Требуются изобретения».

Задача 2

«Существующие дождевальные машины имеют низкую производительность. Если же попытаться достичь нужной интенсивности дождевания, увеличивая ширину захвата крыльев машин, резко возрастет их металлоемкость.

Выход? Облегчить конструкцию, применяя пластмассы. И подумать над тем, чем заменить... лейку. Ведь в дождевальных машинах используется принцип именно этого простейшего садового инструмента. Веера трубок, многоэтажный душ, пульверизаторы и разбрызгивающие турбины — все что угодно, лишь бы при экономии каждого квадратного сантиметра площади крыльев машины дождь моросил над наибольшей поверхностью участка».

Дождевальная машина — это трактор, оборудованный насосом и фермами-крыльями (консолями). На крыльях укреплены разбрызгиватели (лейки). Двухконсольный агрегат ДД-100М подает ежесекундно 90—100 л воды. Рабочий напор — 30 м, рабочая ширина захвата — 120 м. Машина передвигается вдоль оросительных каналов, нарезанных через каждые 120 м.

Дождеватели — металлоемкие, громоздкие сооружения. Вес фермы пропорционален кубу ее длины. Если, например, увеличить длину фермы только наполовину, то вес ее возрастет в 3 с половиной раза. Поэтому и приходится ограничиваться крыльями размахом около 100 м.

Делалось немало попыток решения этой задачи. «Поливная труба», например, подвешивалась на аэростатах. Или поднималась с помощью вертолетов, винты которых вращаются под напором накачиваемой снизу воды. Или устанавливалась на башне и приводилась во вращение с помощью турбореактивных двигателей. Нетрудно заметить нечто общее в этих проектах: они нисколько не приближают исходный объект к идеальной машине.

Для полива нужна только вода. Оборудование лишь помогает доставлять воду. Понятно, что чем проще и компактнее будет это оборудование, тем ближе мы подойдем к идеальному дождевателю. Аэростаты, вертолеты, турбореактивные двигатели — все это существенно усложняет исходную конструкцию дождевателя. Тут пробы явно направлены в сторону от идеальной машины.

Намного лучше самоходная дождевальная установка с надувными консолями. В ее конструкции уже чувствуется некоторое приближение к идеальному дождевателю: вес консолей уменьшается, в нерабочем положении консоли могут быть компактно сложены. К сожалению, с увеличением размаха надувных крыльев быстро увеличивается их площадь, растет парусность, помехой становится даже небольшой ветер.

Идеальный дождеватель представлял бы собой поливную трубу, которая сама (без трактора и поддерживающей фермы) передвигалась бы над полем. Труба эта, очевидно, должна быть в несколько раз длиннее, чем ферма современного дождевателя. В нерабочем положении труба должна занимать возможно меньший объем.

Мы довольно точно определили, какой должна быть в данном случае идеальная машина. Попробуйте поискать решение. Задача опять-таки учебная, поэтому не надо предлагать другие способы орошения (подземные или перетаскиваемые трубопроводы, брандспойты и т. п.). Речь идет о передвижном дождевателе. Надо заставить легкую поливную трубу длиной метров в 300 передвигаться над полем. По возможности без сложных приспособлений.

 

Технические противоречия

Попытаемся решить задачу о дождевателе обычными приемами. Нужно втрое увеличить размах крыльев; что ж, сделать трехсотметровую ферму технически вполне осуществимо. Что мы при этом проиграем? Возрастет вес. Если размах крыльев увеличить втрое, ферма станет тяжелее в 27 раз.

У машин и механизмов (вообще у технических объектов) есть несколько важнейших показателей, характеризующих степень их совершенства: вес, габариты, мощность, надежность и др. Между этими показателями существуют определенные взаимозависимости. Скажем, на одну единицу мощности требуется определенный вес конструкции. Чтобы увеличить один из показателей уже известными в данной отрасли техники путями, приходится «платить» ухудшением другого.

Вот типичный пример из авиаконструкторской практики: «Увеличение в 2 раза площади вертикального оперения одного из типов самолетов уменьшило амплитуду колебаний самолета всего лишь на 50%. Но это, в свою очередь, повысило восприимчивость самолета к порывам ветра, увеличило лобовое сопротивление, утяжелило конструкцию самолета, — что выдвинуло дополнительные сложные задачи.

Конструктор, учитывая конкретные условия, выбирает наиболее благоприятное сочетание характеристик: что-то выигрывает, а что-то проигрывает. «Когда вы обдумываете решение и технические условия, — говорит известный авиаконструктор О. Антонов, — которые, может быть, и не будут никогда записаны на бумаге, выделите самое главное. Только в крайнем случае, если что-нибудь не удается выполнить, идите к допустимому. Допустимое — это некоторое невыполнение заданных технических условий, так сказать, компромиссное решение. Предположим, конструируя самолет, вы выполните требования по грузоподъемности и скорости, но у вас немножко не выйдет с длиной разбега. Тогда вы начнете взвешивать эти три важных требования и, возможно, несколько поступитесь разбегом — пусть разбег будет не 500, а 550 метров, зато все остальные качества будут достигнуты. Это как раз то, что допустимо».

Академик А. Н. Крылов в своих воспоминаниях рассказывает о таком эпизоде. В 1924 году ученый работал в составе советско-французской комиссии, осматривавшей в гавани Бизерты русские военные корабли, уведенные туда Врангелем. Здесь бок о бок с русским эсминцем стоял эсминец французский — примерно того же возраста и размеров. Разница в боевой мощи кораблей была настолько велика, что адмирал Буи — председатель комиссии — не выдержал и воскликнул: «У вас пушки, а у нас пукалки! Каким образом вы достигли такой разницы в вооружении эсминцев?» Крылов ответил так: «Взгляните, адмирал, на палубу: кроме стрингера, в котором вся крепость, все остальное, представляющее как бы крышу, проржавело почти насквозь, трубы, их кожухи, рубки и т. п. — все изношено. Посмотрите на ваш эсминец, на нем все как новенькое, правда, наш миноносец шесть лет без ухода и без окраски, но не в этом главная суть. Ваш миноносец построен из обыкновенной стали и на нем взято расчетное напряжение в 7 кг на 1 мм2, как будто бы это был коммерческий корабль, который должен служить не менее 24 лет. Наш построен целиком из стали высокого сопротивления, напряжение допущено в 12 кг и больше — местами по 23 кг/мм2. Миноносец строится на 10—12 лет, ибо за это время он успевает настолько устареть, что не представляет более истинной боевой силы. Весь выигрыш в весе корпуса и употреблен на усиление боевого вооружения, и вы видите, что в артиллерийском бою наш миноносец разнесет вдребезги, по меньшей мере, четыре, т. е. дивизию ваших, раньше, чем они приблизятся на дальность выстрела своих пукалок». «Как это просто!» — сказал адмирал».

Искусство конструктора во многом зависит от умения определить, что надо выиграть и чем можно за это поступиться. Изобретательское творчество состоит в том, чтобы найти такой путь, при котором уступки вообще не требуется (или она непропорционально мала по сравнению с получаемым результатом).

Предположим, для ускорения погрузки-разгрузки на необорудованных аэродромах необходимо создать портативное подъемное устройство, монтируемое на тяжелых транспортных самолетах. Такую задачу вполне можно решить уже имеющимися в современной технике средствами. Основываясь на общих принципах конструирования подъемных устройств и используя, скажем, опыт создания легких автокранов, квалифицированный конструктор в состоянии спроектировать требуемое устройство. Понятно, что это увеличит в той или иной мере «мертвый» вес самолета. Выигрывая в одном, конструктор одновременно проигрывает в чем-то другом. Зачастую с этим можно смириться, и задача конструктора сводится к тому, чтобы побольше выиграть и поменьше проиграть.

Необходимость в изобретении возникает в тех случаях, когда задача содержит дополнительное требование: выиграть и... ничего не проиграть. Например, подъемное устройство должно быть достаточно мощным и в то же время не должно утяжелять самолет. Решить эту задачу известными приемами невозможно: даже лучшие передвижные краны имеют немалый вес. Здесь нужен новый подход, нужно изобретение.

Таким образом, обычная задача переходит в разряд изобретательских в тех случаях, когда необходимым условием ее решения является устранение технического противоречия.

Нетрудно создать новую машину, игнорируя технические противоречия. Но тогда машина окажется неработоспособной и нежизненной.

* * *

Всегда ли изобретение состоит в устранении технического противоречия?

Надо сказать, что существуют два понятия «изобретение» — правовое (патентное) и техническое. Правовое понятие различно в разных странах, к тому же оно часто меняется.

Правовое понятие стремится возможно точнее отразить границы, в которых в данный момент экономически целесообразна юридическая защита новых инженерных конструкций. Для технического же понятия важны не столько эти границы, сколько сердцевина изобретения, его исторически устойчивая сущность.

С точки зрения инженера, создание нового изобретения всегда сводится к преодолению (полному или частичному) технического противоречия.

Возникновение и преодоление противоречия — одна из главных особенностей технического прогресса. Анализируя развитие мельниц, Маркс писал в «Капитале»: «Увеличение размеров рабочей машины и количества ее одновременно действующих орудий требует более крупного двигательного механизма... Уже в XVIII веке была сделана попытка приводить в движение два бегуна и два же постава посредством одного водяного колеса. Но увеличение размеров передаточного механизма вступило в конфликт с недостаточной силой воды...»

Это яркий пример технического противоречия: попытка улучшить какое-либо свойство машины вступает в конфликт с другим ее свойством.

Многочисленные примеры технических противоречий приводит Фридрих Энгельс в статье «История винтовки» В сущности, вся эта статья представляет собой анализ внутренних противоречий, определяющих историческое развитие винтовки. Энгельс показывает, например, что с момента появления винтовки и до изобретения винтовок, заряжающихся с казенной части, главное противоречие состояло в том, что для усиления огневых свойств требовалось укорачивание ствола (заряжение производилось со ствола и при коротком стволе облегчалось), а для усиления «штыковых» свойств винтовки нужно было, наоборот, удлинять ствол. Эти противоречивые качества были соединены в винтовке, заряжающейся с казенной части.

Вот несколько задач из разных отраслей техники, содержащих технические противоречия. Задачи эти не придуманы автором, а взяты из газет, журналов, книг.

Горное дело

С давних пор для изоляции района подземного пожара шахтеры возводят перемычки — специальные стенки из кирпича, бетона или брусчатки. Сооружение перемычек сильно осложняется, если в шахте выделяются газы. В таком случае перемычку нужно делать герметичной, тщательно заделывать каждую щелку, и все это под постоянной угрозой взрыва. Чтобы уберечься, горняки стали сооружать по две перемычки. Первую — временную — кладут наспех. Она пропускает воздух и служит лишь баррикадой, под прикрытием которой можно, уже не торопясь, сооружать вторую, постоянную. Таким образом, горняки выиграли в безопасности, но проиграли в трудоемкости.

Химическая технология

При повышении давления скорость синтеза увеличивается и, следовательно, растет производительность колонны синтеза. Но одновременно увеличивается расход энергии на сжатие данного количества газа: по конструктивным соображениям приходится ограничивать размеры аппаратов и, следовательно, их мощность. Увеличиваются растворимость азотоводородной смеси в жидком аммиаке и ее потери.

Электроника

Современная электроника столкнулась с серьезной дилеммой: с одной стороны, непрерывно повышаются требования к рабочим характеристикам и, соответственно, усложняются электронные системы; с другой стороны, все более ужесточаются ограничения габаритов, веса и потребляемой мощности... Такое же, а может быть, и большее значение имеют проблемы надежности, вызванные возросшей сложностью аппаратуры.

Радиотехника

У антенны радиотелескопа есть две основные характеристики — чувствительность и разрешающая способность. Чем больше площадь антенны, тем выше чувствительность телескопа и тем дальше он может заглянуть в глубины Вселенной. Разрешающая способность — это «острота зрения» телескопа. Она показывает, насколько хорошо аппарат различает два разных источника излучения, находящихся на небольшом угловом расстоянии друг от друга. Кроме того, большой «радиоглаз» должен охватывать своим взглядом возможно большую часть неба. Для этого антенна должна быть подвижной. Но перемещать громоздкую антенну, сохраняя ее форму неизменной с точностью до миллиметров, очень трудно.

Пока не разрешено это противоречие, конструирование телескопов идет по двум направлениям: либо строятся очень большие, но неподвижные антенны, либо подвижные и относительно небольшие.

Моторостроение

Механизм клапанного газораспределения состоит в основном из деталей, движущихся возвратно-поступательно. Увеличить число оборотов двигателя — значит увеличить инерционные нагрузки. Чтобы этого избежать, стараются уменьшить массу возвратно-движущихся деталей, для чего клапанный механизм помещают непосредственно в блоке цилиндров. Но камера сгорания при этом становится сплющенной, щелевидной, с большой поверхностью теплоотдачи. В этом одно из противоречий: увеличение числа оборотов при нижнем расположении клапанов приводит к увеличению мощности и экономичности, щелевидная же камера сводит весь выигрыш на нет.

Сельскохозяйственное машиностроение

Есть такое понятие — мощность на крюке». Это та часть мощности тракторного двигателя, которая может фактически выполнять полезную работу. Показатель этой мощности для данного трактора зависит в первую очередь от сцепных свойств его движителей (колес или гусениц) и от сцепного веса машины. Мощная, но легкая машина при больших нагрузках буксует, поэтому для выполнения полезной работы может быть использована лишь небольшая часть мощности тракторного двигателя. Тяжелые тракторы лучше сцепляются с почвой, но значительная часть энергии их двигателя тратится на перемещение собственного веса по полю... Конструкторы облегчают машину и повышают ее мощность. А в процессе эксплуатации начинается движение в обратную сторону, так как снижение веса означает ухудшение сцепных свойств, то есть уменьшение эффективной мощности на крюке. Вот и приходится на месте утяжелять машину — ставить на колеса чугунные диски, делать уширители на гусеницах и колесах, сводя на нет достижения конструкторов.

Автомобилестроение

Стоит увеличить мощность двигателя, не применив каких-то новых конструктивных решений, увеличатся его вес и расход топлива. Значит, и несущая система (рама, кузов) автомобиля должна быть более мощной, тяжелой, а места для пассажиров остается меньше.

Мягкие шины обеспечивают спокойствие хода, автомобиль плывет по неровной дороге, как челн. Но чем меньше давление в шинах, тем больше сопротивление дороги, тем меньше скорость. Можно сделать автомобиль, который будет низким и устойчивым, но он не пройдет по плохой дороге. Конструктор находит золотую середину, взвешивает, каким из качеств автомобиля можно пренебречь, а какое — выдвинуть на первый план.

Судостроение

При проектировании корпуса яхты необходимо учитывать три основных требования: 1) минимальное сопротивление формы корпуса, 2) минимальное сопротивление трения, 3) максимальная остойчивость.

Эти требования взаимно противоречивы. Узкая, длинная яхта имеет малое сопротивление формы, но она малоостойчивая, не может нести достаточно большой парусности. Повышение остойчивости путем увеличения веса балласта сопровождается одновременным увеличением осадки и, следовательно, увеличением сопротивления трения. Увеличение остойчивости путем увеличения ширины корпуса вызывает увеличение сопротивления формы корпуса. Задача конструктора состоит в отыскании «золотой середины», в примирении противоречивых условий конструирования.

Самолетостроение

У главного конструктора рождается идея. Ну, скажем, нужен самолет для перевозки крупногабаритных и тяжелых грузов; необходимо обеспечить удобство и быстроту погрузки. Для этой цели требуется, чтобы фюзеляж, вместительный и обтекаемый, на стоянке был как можно ближе к земле, значит, необходимо низкое шасси, его легче убрать в фюзеляж.

Вес полезной нагрузки определяет вес конструкции, и все вместе — мощность и число двигателей. Если двигатели турбовинтовые, их устанавливают на крыле, и крыло должно быть поднято так, чтобы пропеллеры не задевали за бетон. Еще деталь ясна: крыло нужно положить сверху фюзеляжа.

Это только первый шаг проекта. Множество различных требований постепенно уточняют «лицо» будущего самолета. Необходимость хороших взлетных и посадочных свойств на грунтовых аэродромах ведет к применению объемных пневматиков с низким давлением, прямого крыла с мощной аэродинамической механизацией.

В этом случае, правда, не может быть получена очень большая скорость, но в угоду другим важным качествам конструктору приходится искать разумный компромисс.

* * *

По положению изобретение должно обладать «существенной новизной». Но что означает слово «существенная»? В «Указаниях по методике экспертизы заявок на изобретения» сказано так: «Существенная новизна в решении технической задачи характеризуется тем, что это решение имеет новые, не известные ранее признаки, сообщающие объекту изобретения (устройству, способу, веществу) новые свойства, создающие положительный эффект». С незначительными вариациями такое определение применяется уже десятки лет и приводит к бесчисленным спорам по заявкам. Новизна, говорится в определении, это наличие новых свойств. Но что считать новыми свойствами? На этот счет нет точных указаний.

И получается: новизна — это, когда есть новизна...

На практике «существенная новизна» неизбежно сводится к понятию «существенное изменение» (по сравнению с прототипом) и далее к понятию «значительное изменение». Много изменил — есть изобретение, мало изменил — нет изобретения. Причем «много» или «мало» определяется в конечном счете личным мнением эксперта.

Между тем существует объективный критерий: изобретение — это устранение технического противоречия. Используя этот критерий, можно в значительной мере объективизировать экспертизу заявок.

Обратимся к конкретному примеру.

В журнале «Изобретатель и рационализатор» была опубликована статья эксперта Е. Немировского «Что такое изобретение?». В ней автор привел эпизод из личной практики.

Два инженера разработали конструкцию самонаклада для подачи в машину переплетных крышек. «Рассматривая эту заявку, — пишет эксперт, — я вспомнил о таком же примерно устройстве, имеющемся в одном из немецких патентов. Единственное различие состоит в том, что наши изобретатели установили стенки стапельной коробки на расстояние, меньшее длины переплетной крышки... Я счел это отличие несущественным и подготовил проект решения об отказе в выдаче авторского свидетельства».

Здесь все характерно. Это классический пример метода сравнения. Эксперта не интересует, зачем сделаны изменения, какие при этом получаются результаты. Нет, действует принцип формального сравнения. Эксперт отыскивает прототип. Изменение кажется ему несущественным: подумаешь, изменили какую-то длину стенки! А несущественное, незначительное изменение означает, по мнению эксперта, отсутствие существенной новизны. И он спокойно пишет проект отказа.

Но метод сравнения на этот раз дал явную осечку. Е. Немировский рассказывает: «Однако наши изобретатели разъяснили, что боковые упоры, описанные в немецком патенте, должны быть весьма жесткими, чтобы устранить прогибание стопы. С другой стороны, если упоры окажутся слишком жесткими, присосы не смогут вытащить крышку из коробки. Это противоречие делало самонаклад неработоспособным. Стоило лишь изменить расстояние между стенками, как они начали воспринимать вес крышек... новое соотношение размеров, принятое московскими изобретателями, позволило неработоспособное устройство сделать работоспособным. Я признал, что ошибся. Изобретателям выдали авторское свидетельство». Здесь, в самом конце статьи, Немировский произнес то слово, с которого следовало бы начать: «противоречие». Оказывается, дело не в значительности или незначительности внесенного изменения, а в том, что было техническое противоречие и изобретение позволило его устранить.

Еще один пример.

Ленинградские инженеры Л. Гинзбург и Я. Перский послали заявку на ламповый блок с тороидальным трансформатором. «Вам удалось создать очень хорошую конструкцию, — ответил эксперт, — но в ней нет элементов существенной новизны». В Ленинградском областном совете ВОИР рассмотрели заявку и... нашли существенную новизну. Вот в чем она состояла:

«При конструировании лампового блока, в котором объединены лампа высокого напряжения (вентиль) и питающий эту лампу трансформатор накала, необходимо изолировать ламповые гнезда и другие точки вентиля, находящиеся под высоким напряжением, от окружающих предметов иного потенциала, в том числе и от трансформатора накала. До сих пор повсеместно практика конструирования шла по пути создания достаточно большого разрядного расстояния между ламповыми гнездами и корпусом трансформатора. Для этого приходилось устанавливать между трансформатором и вентилем длинный изолятор с высоковольтным монтажом. Между тем при конструировании аппаратуры важно не увеличивать, а сокращать габариты.

И вот инженеры Л. Гинзбург и Я. Перский предложили несколько увеличить окно тороидального трансформатора накала и внутрь этого окна поместить ламповые гнезда и другие точки высокого потенциала (сопротивление «сетка» — «катод» и высоковольтный вывод), залив это компаундом. Остроумное решение позволило отказаться от изолятора и внешнего высоковольтного монтажа. Но самое важное в другом: общие габариты блока сократились, и при таком принципе конструирования их уже не нужно расширять по мере увеличения напряжения вентиля».

Спор с экспертизой закончился так: «Было доказано, что авторам удалось преодолеть отмеченное выше противоречие и решить задачу именно потому, что в их конструкции трансформатор накала выполняет роль не только трансформатора, но и изолятора высоковольтных точек вентиля. Использование трансформатора в качестве изолятора и является новизной конструкции». Изобретатели получили авторское свидетельство.

Если изобретатели научатся видеть в изобретениях устранение технических противоречий, а эксперты научатся находить в заявках способы устранения таких противоречий, количество отклоненных заявок намного сократится.

* * *

Иногда техническое противоречие, содержащееся в задаче, отчетливо видно. Таковы, например, задачи, решение которых обычными путями наталкивается на недопустимое увеличение веса. Иногда противоречие незаметно, оно как бы растворено в условиях задачи. Тем не менее изобретатель всегда должен помнить о техническом противоречии, которое ему предстоит побороть.

«Надо добиться такого-то результата», — это лишь половина задачи; изобретателю необходимо видеть вторую половину: «добиться, не проиграв того-то и того-то».

Анкетные опросы показывают, что опытные изобретатели хорошо видят техническое противоречие, содержащееся в задаче. Так, П. Фридман (Ленинград), имеющий более двадцати авторских свидетельств на изобретения, пишет: «Изучаю трудности и противоречия существующих машин, аппаратов и систем». Каунасский изобретатель Ю. Чепеле очень точно характеризует эту важнейшую особенность изобретательского мастерства: «Надо найти в задаче техническое противоречие, затем использовать подсказываемые опытом и знаниями способы устранения противоречия».

Известный советский изобретатель Б. Блинов, подводя итоги своей тридцатилетней изобретательской работы, пишет: «На основании опыта говорю: вы не станете изобретателем, если не научитесь отчетливо видеть противоречия в вещах».

У изобретателя Ю. Чиннова было девять авторских свидетельств; освоив методику изобретательства, Ю. Чиннов получил еще три десятка авторских свидетельств, решив ряд задач, считавшихся неразрешимыми. Один из главных инструментов Ю. Чиннова — анализ технических противоречий. Когда Ю. Чиннову поручили спроектировать высокопроизводительную машину для кручения телефонных кабелей, он прежде всего вскрыл содержащееся в задаче техническое противоречие:

«При проектировании машины выяснилось, что повышению ее производительности препятствует сила натяжения нитей (проводов), которая возникает от трения нитей во время их движения о стенки крутильной рамки и приводит к недопустимому растяжению нитей (проводов). С увеличением скорости вращения рамки и ее диаметра увеличивается центробежная сила, прижимающая нити к рамке, а следовательно, и сила трения нитей. Получается заколдованный круг:

С увеличением диаметра и скорости вращения крутильной рамки недопустимо увеличивается центробежная сила, которая приводит в конечном счете к растяжению нитей. С другой стороны, уменьшая диаметр крутильной рамки, можно повысить скорость кручения, но тогда недопустимо уменьшается диаметр приемной катушки, установленной внутри рамки, и, следовательно, длина изготовляемого кабеля.

Явное техническое противоречие!»

В изобретательской практике нередки случаи, когда главное — обнаружить техническое противоречие, а коль скоро оно обнаружено, преодолеть его не представляет труда. Бывает, однако, и так, что ясно видимое техническое противоречие отпугивает изобретателя: нужно совместить несовместимое, а это кажется невозможным!

«Нужно найти способ кручения кабеля на проход, — рассказывает далее Ю. Чиннов, — то есть вынести приемную катушку из вращающейся рамки и закрепить ее на неподвижном основании вне рамки. Такую катушку можно сделать неограниченного диаметра, а кабель — неограниченной длины, и, кроме того, увеличить скорость кручения.

Начальник КБ новой техники Ташкентского кабельного завода предупредил меня, что в этом направлении очень много поработали изобретатели и конструкторы. В конце концов они пришли к выводу, что изобрести способ кручения на проход так же невозможно, как и изобрести вечный двигатель.

Однако я не отказался от мысли справиться с этой задачей. Решил действовать по методике изобретательства...»

Не бойтесь технических противоречий!

Вот одна из простых задач. Решите ее самостоятельно; для этого достаточно четко сформулировать техническое противоречие.

Задача 3

«При взгляде на гоночный автомобиль сразу бросаются в глаза колеса. Они придают машине свирепый вид. А между тем они создают добавочное сопротивление воздуха, снижают максимальную скорость. Даже у обычных легковых автомобилей колеса закрыты обтекаемым капотом. Так почему же колеса гоночных машин не закрыты обтекателями?

На виражах гонщик все время следит за передними колесами. Увидев их положение, он получает первую информацию о направлении движения машины. Теперь предположим, что колеса закрыты крыльями. Повернув руль, гонщик должен смотреть, как пойдет машина, и вмешаться в управление после того, как автомобиль заметно отклонится от намеченного пути. Вот почему автомобили для шоссейных гонок делают без крыльев. Другое дело автомобили, предназначенные для гонок на специально оборудованных треках. Там не нужна поворотливость. И машины закапотированы».

Чтобы решить эту задачу, надо точно найти «несовместимое» и ответить на вопрос: где и что придется изменить для устранения «несовместимости»? Задача относится к гоночным автомобилям. Значит, решение может и не быть рассчитано на массовое и длительное применение.