Занятие началось с общего шума. Ребята выкрикивали решения задач, которые были предложены им вчера. Но мы пресекли шум и потребовали, чтобы они обосновали свои предложения. Дело в том, что при обучении методике изобретательства очень важно приучить к тому, что нужно не угадывать решение, а работать по установленным «правилам».
Давайте вспомним задачу 31 про крепление переносной лампы к днищу автомобиля.
Ребята рисуют веполи. В1 – днище автомобиля, B2 – лампа. Построили комплексный веполь – ввели в В2 магнит – В3 и магнитное поле. Теперь лампу легко прикрепить в любом месте, и руки свободны.
А как решили задачу 32 про сверление слюды?
Для того чтобы слюда (В1) не расслаивалась, ввели В2 – воду и тепловое поле – замораживание.
А задача 33 про очистку яиц от грязи?
Усовершенствовать очистку яиц просто: нужно ввести ферромагнитный порошок и вращающееся магнитное поле, создающее вихри порошка, которые и будут чистить яйца.
А как быть с пчелами, которые плохо собирают пыльцу, в задаче 34?
Для повышения эффективности сбора пыльцы пчел можно зарядить электрическим зарядом, чтобы пыльца лучше прилипала.
Во всех задачах ребята вышли на контрольные ответы, то есть на решения, которые ранее были признаны изобретениями. Правда, они немного сомневались насчет пчел, но мы показали им описание изобретения. Предлагаем новую задачу.
Задача 36
На тепловых станциях используют уловители золы. В специальную трубу подают горячие газы из топки, где сгорает топливо, и туда же впрыскивают воду. В трубе получается смесь газа, воды, водяного пара и золы, а также продуктов соединения топочных газов с водой, например серная кислота и разные соли. Поток этой смеси со скоростью около 100 метров в секунду бьет в стенки стальной трубы, которая от этого быстро изнашивается. Как увеличить срок службы золоуловителей?
Все строят вепольную схему исходной ситуации. В1 – стенка, В2 – смесь, есть и поле П – вредное действие смеси на стенку. Получается, что веполь уже есть. И называется он вредным. Чтобы решить задачу, его нужно разрушить. В ТРИЗ есть несколько способов разрушения вредного веполя. Самый простой – ввести между инструментом и изделием какое-то третье вещество – защитник:
– А разве это хорошо? – спрашивает Дима. – Ведь защитник тоже будет разрушаться! Получается противоречие: «защитник» должен быть, чтобы защитить трубу, и его не должно быть, чтобы не возиться с его установкой, восстановлением, не платить за него. Идеальный защитник должен сам возникать там, где нужно. Короче, он должен быть сделан из ресурсов. Каких?
– У трубы ресурсов мало, только металл.
– Зато у потока ресурсов хоть отбавляй:
• вещественные – вода, зола, всякие соли, а также газы;
• энергетические – тепло, давление, скорость потока.
– Есть еще один аргумент в пользу потока – это «инструмент», его ресурсы выгоднее использовать в первую очередь.
– Можно использовать воду! – у Миши есть решение. – Если сильно охладить стенки трубы, то на них будет нарастать слой льда. Он и будет защитником.
Неожиданно возражает Таня:
– Нет, лед – это плохо, ведь у нас нет среди ресурсов холода. А тепла много. Если трубы нагреть, то на стенках будет оседать накипь, как в чайнике!
– Отличное решение! Когда несколько лет назад работник тепловой станции, решавший эту задачу вместе со специалистами по ТРИЗ, вышел на него, он застыл, как от удара. Оказалось, что у них на станции иногда бывало, что при случайном перегреве потока на стенках откладывалась накипь. Но ее счищали! И не догадывались, что она может быть полезной.
Задача 37
Мелкие металлические шарики (гранулы) изготавливают, разбрызгивая расплавленный металл. Капли падают в воду и застывают. Но горячие капли, попав в воду, часто разрушаются из-за термических напряжений при резком охлаждении, и вместо гранул получается песок, что очень нежелательно. Как быть?
Снова вредный веполь: В1 – капля, B2 – вода, П – вредное поле взаимодействия капли и воды. Для разрушения нужно ввести В3 – модификацию имеющихся ресурсов. Что у нас есть?
– Вода! И еще воздух!
– А что нам нужно?
– Замедлить охлаждение. В3 должно быть что-то, что охлаждает капли медленнее, чем вода. И это В3 должно получаться из воды или воздуха.
– Из воды и воздуха можно сделать пену! Надо только добавить в воду немного мыла и пустить воздух.
Да, именно так мы и решили эту задачу, которую много лет не могли решить на металлургическом комбинате. В пене мало воды, поэтому, пролетая через пену, капли охлаждаются постепенно.
Задача 38
Для экономного полива воду нужно очень мелко распылять. Но вылетающие из распылителя мельчайшие капельки слипаются друг с другом, при этом образуются крупные капли, что нежелательно. Как быть?
Веполь, конечно, вредный: В1 – одна капелька, B2 – другая, П – вредное «поле слипания». Как его разрушить?
– Нужно что-то ввести между капельками, чтобы они не липли друг к другу. У нас только капли и воздух. Пена не годится, ею капельки не покроешь, да и неизвестно, помешает ли она слипанию.
– Действительно, с введением модификации у нас не получается. В таких случаях применяют второй способ разрушения вредных веполей – вводят поле, противодействующее вредному:
– Электрическое поле! Нужно зарядить капельки одноименным электричеством, тогда они будут отталкиваться!
– Верно. Электрическое поле часто используется в таких случаях. Например, для эффективной сушки меховых шкурок после влажной обработки их заряжают: слипшиеся щетинки меха отделяются друг от друга, и он быстро сохнет. А один изобретатель придумал новый способ получения пышных причесок. Женщину в парикмахерской сажают на… «электрический стул» с изолированными ножками и подводят к нему напряжение. Волосы на голове встают дыбом, их укладывают, а затем закрепляют прическу лаком.
Задача 39
Эталоном прямолинейности может служить сильно натянутая тонкая стальная проволока. Но она под действием силы тяжести неизбежно прогибается. Как устранить прогиб проволоки?
– Расположить проволоку вертикально!
– Пожалуй. Но нужна именно горизонтальная линия. И не предлагайте заменить ее лазерным лучом. Рисуйте веполь. Изделие – проволока, инструменты… – Здесь возникла заминка, но большинство записали верно: земля. А вредное действие создает ее гравитационное поле. Здесь должно помочь противоположное поле, которое скомпенсирует прогиб. Какое же?
– Антигравитация! – резвятся любители фантастики. Но задача-то реальная…
– Магнит! Проволока стальная, ее притянет! В принципе верно. Но контрольное решение проще. Протягивают рядом с первой нитью вторую и пропускают по обеим ток: одноименные токи отталкиваются, разноименные притягиваются. Можно использовать и то и другое, разместив вторую нить выше или ниже эталона.
Задача 40
Экскаватор рыл котлован. Неожиданно ковш заскрежетал по металлу. Машинист взглянул в яму и замер: бывший солдат мгновенно узнал тысячекилограммовую бомбу. Приехавшие по срочному вызову саперы установили, что у сброшенной во время войны бомбы замедленного действия взрыватель не сработал. Но кто знает, может быть, достаточно ее тронуть, чтобы рвануло? А вокруг жилые дома, детсад, школа… И в этот момент саперы услышали, что внутри бомбы затикали часы. Что делать?
Ребятам трудно. Слишком мало информации. Неизвестно, какой у бомбы взрыватель, как устроен его механизм. Ничего не ясно, и времени на выяснение нет – часы-то тикают!
Но ТРИЗ учит тщательно анализировать ситуацию, даже если кажется, что нет нужной информации. Почему происходит взрыв? Одна часть взрывателя ударяет по другой или соприкасается и, например, включает электрический ток. Значит, внутри бомбы есть какие-то неизвестные нам В1 и В2 и вредное поле, хотя мы и не знаем, какое – механическое, химическое, тепловое? Но одно мы знаем твердо – у нас вредный веполь. И его нужно разрушить. Вещество внутрь бомбы ввести невозможно. Остается только поле. Какое поле может проникнуть внутрь бомбы и не дать сработать взрывателю?
– Магнитное или электромагнитное?
– Его задержит стальная оболочка бомбы, да и нельзя предсказать, как оно подействует.
– Гравитационное? Оно всюду проникает.
– Но мы не умеем управлять гравитационном полем, к сожалению.
– Электрическое? Очень опасно «дергать» бомбу током, вдруг это вызовет взрыв.
– Акустическое, ультразвук, вибрация? Опасно, тоже может вызвать взрыв.
– Тепловое? Оно может проникнуть внутрь. Но нагревать бомбу очевидно тоже опасно…
Но можно охладить! Сильный холод замедляет химические процессы, может остановить любой механизм, не подготовленный специально для работы при низких температурах: замерзнет смазка, попавшие внутрь пары воды, изменятся размеры некоторых деталей – перестанут вращаться оси в подшипниках, где-то что-то заклинит.
– Неужели так и было? Как же решили эту задачу саперы?
– Сейчас, конечно, трудно сказать, как пришел к этой идее командир саперов. Может, он о ней раньше знал. Но когда раздалось тиканье, он приказал принести с соседнего завода емкость с жидким азотом. Им стали поливать бомбу, и когда холод дошел до механизма (температура жидкого азота минус 196 градусов), он остановился! Как потом оказалось – меньше чем за минуту до взрыва!
– Да, такую задачу методом проб и ошибок долго решать не будешь. Первая ошибка и все!
– А есть еще какие-нибудь способы разрушения вредных веполей?
– Есть. Пожалуй, нужно отметить еще один способ, он называется «оттягивание вредного действия». Есть задачи, в которых вредное действие связано с избыточностью полезного действия. Тогда избыток поля «оттягивают» с помощью специально введенного вещества, а избыток вещества – полем.
Задача 41
Каждый, кому приходилось ездить ночью в автомобиле, знает, как неприятно и даже опасно ослепление светом от фар встречной машины. С этим пытаются бороться. Например, изобрели специальные системы. Стекло на фарах поляризовано в одном направлении, а лобовое стекло – в перпендикулярном направлении и практически не пропускает свет фар. Но это очень дорого и надо, чтобы на всех машинах заменили фары и стекла, что пока нереально. Как быть?
Строим веполь. В1 – глаз водителя, П – свет фары встречной машины. По правилу избыток поля нужно «оттянуть» каким-то веществом. Причем ввести его нужно в свою машину. Между глазом и светом только стекло. Ввести какую-то модификацию стекла?
Дальше дело затормозилось. Предлагались заслонки, темнеющие стекла… А решение есть совсем простое. Несколько лет назад один из слушателей семинара по ТРИЗ ехал на машине и вдруг обнаружил, что ему очень удобно «прятаться» от света встречных машин за небольшое пятнышко грязи на лобовом стекле. Назавтра он вырезал из липкой ленты несколько маленьких кружков. Перед ночной поездкой он приклеил их на лобовое стекло – свет чужих фар оказался не страшен! Избыток поля был убран веществом!
Задача 42
Сжиженные газы перевозят в специальных сосудах – дьюарах (что-то вроде большого термоса с узким отверстием вверху). Жидкость во время перевозки плещется, из-за этого сильно возрастает испарение. Закупорить сосуд нельзя – разорвет испаряющийся газ. Как быть?
Построили исходную вепольную модель: В1 – жидкий газ, B2 – тот же газ в газообразном состоянии над ним, П – механические толчки, колебания. Вредный веполь. Нужно для разрушения ввести B2 – модификацию.
– Пену из жидкого и газообразного вещества?
– Нет, из сжиженных газов пена не получается.
– Тогда можно сделать пену из пластмассы.
– Плавающая пластмассовая крышка! Так в деревне на поверхность воды в ведре кладут круги из фанеры, чтобы вода при переноске не выплескивалась.
– А как такой круг в сосуд всунуть? Горлышко-то узкое!
– Накидать туда шариков от пинг-понга! Они и образуют крышку.
– Мы тоже пришли к такому решению, – сказал преподаватель. – Но оказалось, что наше предложение только увеличило испарение. Выяснилось, что во время перевозки от толчков шарики слегка тонут, а потом всплывают, вынося наверх жидкость и испарение возрастает. Целая крышка была бы лучше, но ее не вставишь вовнутрь.
– Получается противоречие: «крышка» должна быть целой, чтобы жидкий газ не плескался, и должна быть из шариков, чтобы ее можно было ввести в узкое горлышко.
– Как такое противоречие разрешить?
– Во времени! Сначала крышка должна быть из шариков или отдельных кусочков, а внутри стать сплошной!
– Можно применить системный переход: сделать так, чтобы отдельные шарики держались вместе, как одно целое!
– Шарики должны склеиваться!
– Но клей нельзя вводить, газ будет загрязнен.
– Шарики должны быть с магнитиками внутри! Тогда они слипнутся друг с другом и не будут болтаться в сосуде.
– Вот это другое дело. Это решение мы реализовали и добились желаемого результата. Но совершенно неожиданно решилась другая мучившая нас не один год задача: как измерить в сосуде уровень жидкого газа?
– А как уровень бензина измеряют – опускают в бак линейку, вытаскивают и смотрят, до каких пор она мокрая.
– С сильно охлажденным жидким газом так не получится: газ мгновенно испаряется на воздухе и ничего не увидишь. Да и горловина сосуда закрыта специальным устройством.
– Сделать в сосудах окошки!
– В принципе можно, но сосуды станут дороже, да и теплоизоляция ухудшится. Посмотрите, что у нас получилось. На поверхности гелия плавают шарики с магнитиками. Как узнать, где они находятся?
– Понятно, можно компас использовать – он покажет, где магнитики расположены.
– Верно. Задачи такого вида мы еще не решали. До сих пор мы работали с техническими системами, в которых что-то нужно было усовершенствовать, изменить. А есть целый класс задач, в которых нужно получить некоторую информацию о состоянии системы, о ее параметрах. Для них тоже справедливо правило достройки веполя, но есть особенности. В обычных задачах (их в ТРИЗ называют задачами «на изменение») поле играет роль либо посредника между инструментом и изделием, либо управляет инструментом, обрабатывающим изделие. А в задачах «на измерение или на обнаружение» поле выносит из системы интересующую нас информацию, воздействуя либо прямо на органы чувств человека, либо на специальные измерительные приборы.
Задача 43
Как своевременно и достоверно определить, что начала разрушаться ответственная конструкция, например деталь самолета?
Исходная вепольная ситуация затруднений не вызывала: есть только В1 – деталь. И больше ничего. Веполь нужно достроить – ввести B2 и поле П. Какие это вещество и поле? Неясно. Мы знаем только, что именно B2 должно стать источником такого поля, которое отреагирует на изменение состояния В1.
Предложений поступило много. Всем понравилась идея Светы. Она вспомнила, как Шерлок Холмс в период обострения его отношений с главой преступного мира профессором Мориарти натягивал у входа тонкую, практически невидимую глазу нить, чтобы узнать, не посещалась ли квартира в его отсутствие. Если в деталь заранее заложить специальные нити? Например, световоды. По нитям идет световой луч, который, если все в порядке, попадает на световой индикатор, При недопустимой деформации световод рвется, это означает начало разрушения. Другой вариант решения – в ответственные места закладывают микрокапсулы с сильно пахнущими веществами. При разрушении капсулы разрушаются и запах сигнализирует о поломке.
Иногда в системе уже есть вещества, способные стать источниками легко обнаруживаемых полей. Так, всем известные миноискатели находят стальные предметы. Но чаще такие вещества нужно вводить.
Задача 44
Как сделать, чтобы пузырек воздуха в жидкости был виден даже в темноте? Речь идет об уровне – приборе, показывающем отклонение поверхности, на которой он стоит, от горизонтали.
– Нужно заставить пузырек светиться! Напустить туда светлячков!
– Или пусть жидкость сама светится!
Все ясно – нужно ввести в пузырек вещество, способное светиться в темноте. Такие вещества известны – это люминофоры. Но они, как правило, светятся при воздействии на них ультрафиолетового излучения. Люминофор – такой же универсальный помощник в решении задач на обнаружение, как и ферромагнитный порошок. С помощью разных люминофоров метят айсберги и даже отдельные бактерии.
Задача 45
Хорошо ли выполнена контактная сварка, можно узнать по температуре разогрева свариваемых листов в зоне контакта. Как легко и быстро определить эту температуру?
У нас неполный веполь» В1 – зона контакта и поле П – температура в этой зоне. Нужно достроить веполь – ввести вещество В2, которое может преобразовать тепловое поле в легко обнаружимое, например в оптическое. На наружные поверхности листов наносят термокраску – состав, меняющий свой цвет в зависимости от температуры. Запатентована даже кастрюля с ручкой, покрытой такой краской – по ее цвету можно определить, хорошо ли разогрето содержимое кастрюли.
– Прошу слова!
Оказывается, Боря снова хочет продолжить защиту метода проб и ошибок. Старички на занятиях внимательно ведут подробные конспекты – учатся сами преподавать. Их выступления на наших занятиях – это стажировка перед самостоятельным ведением кружка.
– Прошу судей заметить, что преподаватели непоследовательны, они еще недавно ругали моего подзащитного, заслуженного товарища МПиО, а теперь прибегают к его помощи и вас этому учат! Вепольный анализ ведь основан на переборе: «Попробуем магнитное поле… или тепловое… А если вибрацию?» Безобразие!
Боря сел на место очень довольный собой. Что же, в его словах есть доля истины, вот только какая?
– Сколько примерно мы перебираем полей?
– Магнитное, электрическое, механическое, гравитационное, – перечисляют ребята, – тепловое, звуковое…
Есть и другие поля, но эти встречаются чаще всего.
– Ничего не забыли?
– Наверное, что-нибудь забыли. Нужно придумать специальное слово или фразу, чтобы, как стихи, запомнить самые важные поля, – предлагает Таня.
Отличная идея. Ребята предлагают свои варианты «магического слова».
Совместно выбрали легко запоминающееся слово «МАТХЭМ»:
• М – механическое поле – перемещение, давление, сила тяжести, силы упругости, трение, вибрация, удары, а также силы инерции, в том числе центробежные силы, и т. п.
• А – акустическое поле – звук, включая ультразвук и инфразвук.
• Т – тепловое поле – нагрев или охлаждение, перепады температур.
• Х – химическое – воздействие химически активных веществ – разных окислителей, кислот, щелочей, катализаторов, ингибиторов, реакций полимеризации и т. п.
• Э – электрическое и электромагнитное поля – создаваемые электрическими зарядами или токами.
• М – магнитное поле, создаваемое токами или постоянными магнитами.
А теперь вернемся к обвинению в переборе вариантов.
– Какого уровня задача, для решения которой нужно перебрать десяток-полтора вариантов? – Ребята оборачиваются на плакат с уровнями изобретений, висящий на стене.
– Первого!
– Правильно. А задачи, которые мы решали, были примерно от второго до четвертного уровней. Вепольный анализ свел их к первому уровню. Никто не возражает против перебора десятка вариантов. Для этого достаточно нескольких минут. Страшно потерять годы на перебор тысяч вариантов.
– Ага! Значит МПиО не так и плох! – торжествует Боря.
– Совсем не плох, но только для очень простых задач, – соглашается преподаватель.
Вечерние размышления
Ребята легко и быстро решили задачу на обезвреживание бомбы. А когда даешь эту задачу взрослым, порой поднимается что-то вроде «микробунта» – они отказываются решать, требуют дополнительную информацию: «Каково устройство бомбы, взрывателя? Какие еще есть аппараты?» И еще множество других вопросов. А откуда все это могли знать саперы? Да и времени у них не было.
Наша работа в области решения изобретательских задач показала, что инженерная привычка к получению как можно большего количества информации очень часто оказывается просто вредной – погоня за информацией заменяет попытки размышления и творчества, в самых тяжелых случаях приводит человека к творческому бесплодию. Но и без информации не обойтись. Получается противоречие: информация нужна, чтобы решить задачу, но если ее слишком много, она используется неэффективно. Информационный взрыв – болезнь 20-го века. Беда не в том, что информации много, а в том, что много информации необработанной, ненужной, из-за этого невозможно найти то, что действительно необходимо. В «Кибериаде» фантаста Станислава Лема великие конструкторы Трурль и Клапауций победили страшного разбойника Мордона, завалив его лавиной осмысленной, правдивой, но совершенно ненужной информации!
Но самое интересное, в последние годы эта проблема перестала казаться такой уж «страшной». Ее если и не решило полностью, то очень сильно ослабило появление компьютерных баз данных, а также становящихся все более умными поисковых систем вроде Гугла и Яндекса.
Борьба с излишней информацией всегда была в центре внимания науки. Сама наука – способ свертывания информации, позволяющий заменить множество примеров одним правилом, законом. Такая «свернутая» информация есть и в ТРИЗ. Она включает специально подобранные сведения о физических, химических и других эффектах и явлениях, которые можно применять в изобретательстве. Завтра мы приступаем к изучению этого фонда.