Все началось с задачи.
Задача 10
Для получения тонких труб используют прошивной стан, на котором несколько валков проталкивают вперед и одновременно вращают нагретую докрасна сплошную заготовку, а крепкий стальной штырь пробивает в ней продольное отверстие. Но при этом одни валки давят на заготовку чуть сильнее, чем другие, штырь слегка изгибается – и в результате у готовой трубы получаются стенки разной толщины.
Не дав ребятам начать мозговой штурм, преподаватель продолжил:
– Вот, ребята, перед вами два изобретения. Какое из них вам больше нравится?
1. Для уменьшения разности толщины стенок трубы было предложено снабдить каждую пару валков гидравлическими домкратами, регулирующими нажим на заготовку. Для определения положения трубы была разработана лазерная система измерения, а для управления положением штыря установлен мощный электромагнит. Работой всей этой системы управляла вычислительная машина. Правда, условия работы для электроники не самые лучшие: высокая температура, летит окалина…
2. А вот другое изобретение. Предложено все оставить, как было, только заготовку в момент прошивки равномерно охладить снаружи. Тогда ее наружный слой будет существенно тверже, чем внутренний, штырь пойдет по мягкой сердцевине и не сможет никуда отклониться.
Ребята с полминуты «переваривают» решения, потом Боря под общий хохот восклицает:
– Как сквозь макаронину!
– Так какое изобретение вам больше нравится?
Большинство за второе. Почему? Ведь в первом так все здорово: лазеры, вычислительная машина.
– Второе красивее, – задумчиво тянет Дима. – Наверное, красивее – это когда проще, как в сказке: раз-два и готово!
– Техника должна становиться проще, незаметнее, – заявляет Таня.
– Ну да, наоборот, все становится больше, сложнее! – возражают ей. Таня и сама это понимает, но упорно отстаивает свою позицию. Страсти накаляются, пора вмешиваться.
– А как бы вы себе представили идеальный автомобиль? – спрашивает преподаватель.
– Скорость 200 километров в час!
– Литр бензина на 100 километров!
– Чтобы никогда не ломался…
Предложений масса, ребята разбираются в автомобилях лучше преподавателя. Но ответы не те, что нужно.
– Идеальная машина – это машина, которой нет, а ее функция выполняется! – не выдерживает «старичок» Боря. – Значит, нужен не автомобиль, а чтобы можно было оказаться в любое время в нужном месте!
– Как это – машины нет? – удивляются новички.
Да, именно так в ТРИЗ определяется понятие идеальной машины. Важнейший закон развития техники говорит, что все системы стремятся стать идеальнее, приблизиться к идеальной машине.
Это, конечно, не значит, что все они должны исчезнуть. Произойдет развитие, в результате которого на каждый килограмм массы машины, на каждый кубический сантиметр ее объема будет приходиться все больше полезных функций. Например, турбогенератор, созданный в пятидесятых годах 20-го века, при мощности 100 тысяч киловатт весил 250 тонн. А турбогенератор мощностью 500 тысяч киловатт, созданный в семидесятых годах, весил 380 тонн. Если посчитать мощность, приходящуюся на каждый килограмм, то у нового генератора она в 3,3 раза больше. Турбогенератор «исчезает» – железа становится меньше, а энергии – больше! Размеры мобильных телефонов почти не изменились за двадцать лет, потому что слишком маленький телефон неудобен. Но насколько больше они сегодня выполняют функций! Современный телефон может посылать сообщения, фотографировать, снимать видео, имеет связь с интернетом, систему навигации, может скачивать музыку, переводить с языка на язык и множество других функций!
Преподаватели вешают плакат
– С генератором и телефоном – все ясно. А вот с машиной, которой нет, а ее функции выполняются, – непонятно. Так же не бывает! Не бывает?
Теперь преподаватель рассказывает случай из собственной практики:
Задача 11
Контакты автоматических выключателей покрывали серебром, опуская в ванну с раствором соли серебра. Но серебрить нужно было не всю деталь, а только небольшой ее «хвостик». Поэтому ванну накрывали сеткой, на которую укладывали детали «хвостиками» вниз. Это позволяло экономить серебро, но получалось много брака. Дело в том, что уровень раствора в ванне часто менялся, поэтому «хвостики» покрывались либо не на полную высоту, либо с избытком, а значит, был перерасход серебра. Инженеры сделали систему для поддержания постоянного уровня раствора в ванне. Система включала датчики уровня, систему клапанов для впуска и выпуска раствора, электронное управляющее устройство и т. п. За два года не удалось толком наладить эту установку, так как датчики и клапаны постоянно засорялись и работали плохо.
– Какое решение было бы идеальным?
– Чтобы расстояние от детали до раствора было всегда постоянным даже при сильном изменении уровня раствора. И – без всяких приборов, датчиков, компьютеров… – Этого не может быть!
– А вот мы раньше жили во Владивостоке, прямо около океана. Во время прилива вода поднимается и корабли вместе с нею. Очень красиво…
– Нужно, чтобы сетка просто плавала в ванне! Поставить ее на поплавки! Использовать закон Архимеда!
– Это мы и предложили. Закон Архимеда «сработал» и за датчики, и за управляющее устройство.
Ребята страшно довольны, они справились даже быстрее нас…
Задача 12
У массивной стальной шестерни привода экскаватора стерлись верхушки зубьев, причем всего на 1–2 миллиметра, но шестерня диаметром в несколько метров стала непригодной. Как быть?
– Наварить зубья!
– Это непросто. После наварки нужно все зубья обработать, ремонт получается сложный.
Больше предложений нет. А если представить себе, как было бы в идеальном случае? Ну, например, у нас есть волшебная палочка, выполняющая любое желание.
– Пусть каждый стершийся зуб сам вырастет!
– Как же, сам! – скептически замечает Женя. – Само ничего не делается. Хотя…
– Я придумал! – кричит Миша. – Нужно зуб немного расплющить!
Действительно, нам не хватает совсем немного металла, а в самой шестерне его много. Металл – наш ресурс вещества. Просто его нужно «перегнать» из одного места в другое. Это правильный ответ. Так ремонтируют не только шестерни.
Ребята явно устали от «голой техники» и преподавательница задает странный вопрос:
– У американского писателя Терри Гудкайнда в многотомном цикле романов «Меч Истины» многократно повторяется странная на первый взгляд мысль: «Не думай о проблеме, думай о решении». Как это можно объяснить с точки зрения ТРИЗ?
Ребята минут десять шумели – преподаватели сознательно не вмешивались. А потом очень четко сформулировали:
• Тот, кто слишком сосредоточен на проблеме, пытается искать решения методом проб и ошибок, пытается идти в разных направлениях и быстро теряет дорогу…
• А тот, кто думает о решении, начинает с того, что представляет себе идеальный конечный результат – систему с уже решенной проблемой. А потом строит путь или мост от проблемы к решению.
• Мост строится, как и настоящие мосты, сразу с двух сторон:
• определяется, какие ресурсы нужны для решения,
• определяется, какие ресурсы есть в системе,
• ищется возможность превратить имеющиеся ресурсы в необходимые.
Очень важно, что ребята поняли: хорошее, близкое к идеальному решение можно получить, если не вводить «со стороны» новые вещества, а использовать то, что в системе есть, но не применяется – ее ресурсы. Множество изобретений сделано именно таким образом: люди додумались, что можно применить неиспользуемую энергию, пустое место, время, не занятое полезным делом, и т. д.
Обычно требуется немалая изобретательская зоркость, чтобы разглядеть нужный ресурс. Но и к этому нужно подойти системно: разобраться, какие виды ресурсов бывают вообще, где они «прячутся», как их использовать с наибольшим эффектом.
Преподаватели вешают плакат
Теперь давайте решать задачи на использование ресурсов.
– Ура-а-а!
Задача 13
Танкеры привозят нефть и перекачивают ее на нефтеперегонный завод, стоящий на берегу. Для хранения нефти заводу нужны огромные резервуары. Где взять для них место? Все свободное пространство занято заводскими строениями.
– Какой ресурс нам нужен для решения проблемы?
– Нам нужно место – значит, пространственный.
– Хорошо. С видом ресурсов мы определились. А теперь посмотрим, что у нас есть на самом деле.
– У нас есть система – танкер. А вокруг – море, завод, поверхность земли, воздух…
– Верно. У нас целых пять пространственных ресурсов; поверхность земли, поверхность воды, пространство под водой, под землей и в воздухе. Что использовать?
– Поверхность земли ограничена. Из-за этого и возникла задача. Поверхность воды занимать нельзя – там корабли должны плавать.
– И в воздухе не получится, нужно ставить высокие столбы… А может быть, хранить в воздушных шарах?
– А как будут летать самолеты?
– Лучше под водой! Затопить старый танкер и использовать его как резервуар.
– Во время Сталинградской битвы в Волге затонула баржа с бензином. Поднять ее под обстрелом было невозможно. И тогда водолазы протянули к ней трубу под водой и спокойно качали топливо под носом у врагов, – рассказывает преподаватель.
– А подземные хранилища? А вдруг под землей есть пещеры или выработанные шахты? Там тоже можно хранить нефть!
– Конечно! Но мы забыли о ресурсе другого вида. Почему нужны хранилища?
– Завод работает непрерывно, а танкеры приходят редко…
– Пусть танкер сам перерабатывает нефть, пока везет – и не нужны будут хранилища…
Такие решения известны. Здесь использован ресурс времени – время перевозки. Построены танкеры-заводы, которые в пункте назначения сливают продукты переработки.
– А можете сами привести примеры использования ресурсов?
– У нас в селе во многих дворах сажают овощи вокруг фруктовых деревьев, – рассказывает Алеша. – Это пространственный ресурс. И еще я видел опрыскиватель для сада, в котором давление жидкости создается при ходьбе работающего с ним человека: насос закреплен на сапоге.
– А это какой ресурс?
– Энергетический…
– Бетоновоз везет и одновременно перемешивает бетон – это временной ресурс! – вспоминает Таня.
– Не только временной, – замечает Женя. – Еще и энергетический – для вращения бака используется энергия движения автомобиля!
– А я видел: мощный гусеничный экскаватор стоит на специальной платформе, а ее везет по городу колесный трактор… – начал Дима.
– Это потому, что гусеницы испортят асфальт, иначе нельзя, – перебивает его Женя.
– Понятно, – продолжает Дима, – но ведь зря пропадают энергетические ресурсы – мотор самого экскаватора. Наверно, можно было бы его использовать?
– Конечно. Есть такое изобретение – самоходная тележка, у которой колеса соединяются ремнями с ведущими шестернями гусениц, а устройство управления – от рычагов экскаватора.
– Получается, что если найти неиспользованный ресурс, можно сделать изобретение? – спрашивает Дима.
– Можно. Ведь использование ресурсов – это проявление закона повышения идеальности технических систем. А законы сегодня подсказывают нам, какими станут машины завтра.
– Как в хроноскопе! – вырывается у Жени.
– А что такое хроноскоп? – спрашивает Таня.
– Хроноскоп – это фантастический прибор, – обстоятельно объясняет Женя, – который позволяет увидеть прошлое или будущее, как на экране телевизора.
– Но тогда таких экранов должно быть много, столько, сколько законов, – говорит Таня.
– Идея насчет экранов хроноскопа хорошая, мы ее обязательно используем, рассказывая о конкретных законах развития технических систем. Так какое изобретение самое красивое? – возвращаемся мы к началу занятия.
– Ясно, то, которое идеальнее и в котором затрат как можно меньше, а результат – больше!
Турнир рыцарей творчества
Вечером все собрались у эстрады. Ужин сегодня приготовили пораньше, чтобы больше времени осталось для турнира. Солнце уже низко, стало прохладней.
На сцену выходят восемь групп ребят. Своих «воинов» выставили отряды физиков, искусствоведов-этнографов, математиков, биологов, химиков, техников, астрономов и геологов. Нет только группы отряда РТВ – было бы несправедливо пускать в бой ребят, специально обучающихся решению хитрых задач, против необученных. Но зато в каждой группе есть «играющий тренер» из старичков отряда РТВ. У каждой группы свой герб: у химиков – колба, из которой, усмехаясь, вылетает джинн, у биологов – головка ромашки, у астрономов – хвостатая комета с игривой рожицей, танцующий робот у техников, человечек с рюкзаком у геологов. Появляется распорядитель – старший судья турнира. Он разворачивает свиток и торжественно зачитывает слова рыцарской клятвы:
Последняя заповедь вызывает смех среди зрителей, и распорядитель строго объясняет, что пробочник – человек, который ищет решения методом проб и ошибок, то есть выкрикивает: «А если сделать так?» – вместо того, чтобы подумать. «Воины креатива» торжественно повторяют заповеди и покидают сцену, на которой остаются только группы физиков и искусствоведов-этнографов – им предстоит сражаться первыми. На сцену вызывается жюри. Судьи – пять преподавателей разных секций – усаживаются в центре, боковые столы занимают «воины». Сражение будет происходить в три раунда (тут вкрался не рыцарский, а боксерский термин, он точнее отражает суть дела). Первый раунд – представление домашних заданий, второй – решение задач, предложенных жюри, третий – обмен «ударами» (группы решают задачи, заданные противниками). За хорошо выполненное задание или правильный ответ – два балла. За неверный, но остроумный ответ – один балл. За красивую задачу один балл. За задачу, решение которой требует только эрудиции, один балл снимается. Зрители тоже могут принять участие в сражении и помочь своей команде – предлагать свои решения распорядителю, за правильный ответ плюс полбалла своей команде. Система олимпийская: проигравший выбывает из борьбы, отряд-победитель получает главный приз и право выбрать королеву заключительного карнавала.
Первыми выступают искусствоведы-этнографы. Их тема «Борьба со скукой в длительном космическом полете». Вперед выходят две девочки, на головах у них что-то вроде шлемов.
– Поздравляю со скорым отлетом! Даже завидно, никто еще не летал так далеко!
– Да, Денеб – это не шутка, не меньше двадцати лет пути в один конец!
– А вы хорошо подготовились?
– Конечно! Все системы в порядке, подарки для инопланетян готовы…
– А против главного врага оружием запаслись?
– Наши аннигиляционные пушки вдребезги разнесут…
– Да я о главном враге говорю – о скуке! Что вы будете делать двадцать лет полета?
– Да как-то не думали… Много вещей на борт не возьмешь, каждый грамм на счету. Впрочем, в библиотеке много микрофильмов, книг, учебников…
– Разве это спасает от скуки? Двадцать лет читать учебники! Твое счастье, что о вас позаботились ребята из отряда искусствоведов-этнографов летней школы НОУ!
Ребята по очереди выходят на середину сцены и провозглашают:
– Предлагается игра-детектив, в которой каждый должен разгадать задуманную другими историю!
– Предлагается ввести в ЭВМ корабля программу, по которой время от времени в разных системах корабля имитируются неполадки. Их устранение не дает скучать космонавтам, поддержит их в рабочей форме!
– Предлагаются новые спортивные игры в невесомости: фигурное катание на пылесосах, прыжки между двумя натянутыми сетками батута, дуэли на водяных пистолетах!
– Самый большой недостаток длительного полета – необходимость общения с одними и теми же людьми. С ним трудно бороться – количество людей в экипаже не может быть больше. Но есть выход. Весь полет – спектакль. Каждый космонавт умеет перевоплощаться, как актер в театре по системе Станиславского. Сегодня вы на вахте с задиристым д'Артаньяном, завтра – с героическим бароном Мюнхгаузеном, послезавтра – с проницательным Штирлицем!
Зрители долго аплодируют этнографам. Ничего, что некоторые идеи уже встречались в фантастике – зато как здорово они поданы! Теперь очередь их противников. Они взяли другую тему «малого интеркосмоса» – придумать, усовершенствовать рабочие инструменты космонавта в открытом космосе. За столом серьезная экзаменационная комиссия. Абитуриент выбирает карточку и зачитывает вслух:
– Билет № 16. Инструменты монтажника-космонавта. Можно, я буду отвечать без подготовки?
Комиссия благодушно кивает.
– На заре космической эры космонавт-монтажник таскал с собой большой набор различных инструментов. Сегодня все проще – есть ИМКа – инструмент монтажника-космонавта. ИМКа может все: сверлить, резать металл, полировать его, забить штифт, заварить шов или трещину. Питание – от небольшого аккумулятора, но при необходимости можно воспользоваться механическим заводом. В ИМКу встроены измерительные приборы, позволяющие проверить качество работы, и радиомаяк – она никогда не потеряется!
– Представьте себе, что вы работаете в дальней монтажной зоне и получили срочный вызов к командиру. Ваши действия? – задал дополнительный вопрос член комиссии и добавил: – Надеюсь, вам известно, что пользоваться ракетными двигателями в зоне монтажа запрещено?
– Конечно! Я воспользуюсь транспортным пистолетом. Выстрел в ближайший транспортный буй. Если немного промахнусь, мощный магнит буя притянет гарпун-репейник, который сцепится с обшивкой буя. Нажму еще раз на курок – и леска, закрепленная на гарпуне, станет наматываться на барабан под стволом. Перелетая от буя к бую, я доберусь до центральной станции.
– А если вам понадобится, например, сменить аккумулятор, сколько времени займет шлюзование? – коварно спрашивает другой экзаменатор.
– Нисколько! Шлюзование не нужно. Дежурный вложит аккумулятор в специальную капсулу и подаст ее в диафрагму эвакуационного модуля. Через несколько секунд капсула в моих руках.
– Как устроен эвакуационный модуль?
– Он представляет собой камеру с диафрагмой, уплотненной ферромагнитной жидкостью, которая удерживается сильным магнитным полем и не допускает разгерметизации станции.
– И последний вопрос! – сказал председатель комиссии. – Кто создал эти образцы современной монтажной техники, без которой сегодня невозможны работы на орбите? Не торопитесь, это сложный вопрос.
– Да нет! Все это придумали ребята из секции физики летней школы НОУ! Там был мой дедушка!
– Поздравляем вас! Вы зачислены в Высшее космо-монтажное училище! Передавайте привет дедушке!
– Спасибо! Обязательно передам при первом же сеансе связи с Плутоном! Физики тоже заслужили аплодисменты. А теперь – второй раунд. Жюри предлагает «боевикам» творческие задания.
Задание 1
Герои пьесы Шекспира «Сон в летнюю ночь» – эльфы, феи. Актеры обычно играли их в пышных средневековых костюмах, чтобы показать, что действие происходит в старину. Но один режиссер решил, что это неправильно. Феи и эльфы – персонажи народных сказок, они не должны быть роскошно одеты. Получилось противоречие: костюмы должны быть пышными, чтобы казаться старинными, и должны быть простонародными. Как быть?
Задание 2
В машинах для получения жидкого гелия самая важная деталь – детандер – представляет собой вертикально стоящую трубу высотой около трех метров и диаметром около десяти сантиметров. Однажды в эту трубу уронили поочередно резиновый мячик, железный болт и медную гайку. Как доставать эти предметы?
Сражение идет, одна за другой сдаются задачи, но… здесь мы не будем публиковать ответы. Попробуйте решить эти задачи сами! Сейчас не получается – вернитесь к ним чуть позже, когда лучше познакомитесь с ТРИЗ. Третий раунд – обмен ударами-заданиями. Первыми предлагают свое задание физики.
Задание 3
Художнику И. С. Телятникову в 1942 году была поручена разработка ордена Александра Невского. На ордене должен быть портрет полководца, причем такой, чтобы сразу было ясно, кто это. Но не сохранилось ни портретов, ни описаний внешности русского князя. Как быть?
Задание 4
Во время профессионального матча по боксу спортсмены и их тренеры столкнулись с загадкой. Довольно средний боксер неожиданно одержал ряд побед над кандидатами в призеры, причем все – нокаутом. Проигравшие рассказали, что в начале боя его удары были обычные, но постепенно крепчали, достигая через некоторое время такой силы, будто боксер бил не обыкновенной перчаткой, а камнем. Но перчатки перед боем проверяет судья, булыжник в них не спрячешь. Что же происходило?
Вечерние размышления
Физики победили с небольшим перевесом. Первый турнир прошел интересно, ребятам понравился. Они увидели, что есть вещи более интересные, чем демонстрация эрудиции.
Еще один наш принцип – каждое занятие должно быть с сюрпризом. Иногда это награды, выдаваемые за лучшие ответы: интересные книги, которые мы начинаем закупать с зимы, добытые на кухне конфеты, орехи, какое-нибудь особенное красивое яблоко. Выдерживать строгий режим занятий – два полуторачасовых занятия с пятнадцатиминутным перерывом – никак не удается. Ребята срывают перерывы, задавая вопросы, – по сути дела занятие продолжается и в перерыве. Но мы включаем записи песен В. Высоцкого, Б. Окуджавы, Т. Шаова, а иногда и серьёзную музыку – Бетховена, Чайковского. Многие такую музыку слушают едва ли не впервые и удивляются – оказывается это совсем не «отстой» как они привыкли думать.
Занятие мы стараемся строить разнообразно. Кроме основной темы немного истории техники, немного искусства, если есть возможность – рассказываем о каких-то курьезах, изобретательский анекдот… Со следующей недели станем больше внимания уделять фантастике. Но больше всего ребята любят решать задачи. Каждая задача – это сделанное кем-то изобретение, иногда – наше собственное или коллег-специалистов по ТРИЗ, иногда – найденное в популярном журнале или в бюллетене изобретений. Каждая задача имеет ответ, который мы называем «контрольный». Но это не значит, что он – единственно возможный. Нередко во время занятий слушатели находят гораздо более интересное решение, чем сам автор изобретения.
Есть еще одна трудность – задачи нужно формулировать понятным ребятам языком, без технических сложностей. Обычно это удается. Самое забавное, такое «переложение» существенно облегчает их решение!
Задачи мы выбираем из самых разных областей, помимо основной цели – обучения поиску это расширяет для ребят «видение мира», помогает как-то систематизировать знания. Одна задача, вторая… десятая… сотая… Вместе с умением решать приходит уверенность в своих силах – важнейшая черта настоящего изобретателя!
Ребята нетерпеливо ждут следующий турнир. Он состоится через несколько дней. В этой книге мы больше к турнирам не вернемся – слишком много места требует их описание. Но задачи, которые решали ребята на турнирах, мы приведем в конце, чтобы читатели могли сами их порешать.