Учебник по ТРИЗ

Предисловие

Одним из основных недостатков, свойственных многим выпускникам вузов, является неумение самостоятельно ставить и решать плохо формализованные задачи. Поэтому, приходя на производство, они зачастую оказываются беспомощными перед возникающими техническими, увы, не учебными проблемами, теряются в нестандартных ситуациях, плохо ориентируются в быстро изменяющемся мире техники. Причина такого положения в том, что при изучении вузовского курса большинство учебных дисциплин, как правило, базируется на рассмотрении хорошо известных и отработанных на сегодняшний день объектов техники, на решении теоретических и практических задач, для которых уже имеется их готовая постановка. При этом объекты техники изучаются вне связи с законами развития техники, а способы решения задач даются в виде набора алгоритмов, иллюстрирующихся рафинированными учебными примерами, причем преподавателю (а часто и студенту) заранее известен правильный ответ. Решение подобных учебных задач обычно превращается в достаточно рутинную работу, не требующую глубоких творческих размышлений. Все это не способствует развитию инженерного мировоззрения, инженерного мышления.

Не отрицая необходимости приобретения навыков хорошего решения такого типа задач, хотелось бы высказать мысль, что каждый преподаватель высшей школы должен быть озабочен тем, чтобы будущий специалист, прежде всего, овладел бы системным видением мира, в том числе и мира технических систем, знаниями и навыками, необходимыми специалисту для решения нетиповых, творческих задач. При этом под творческими задачами мы как раз и подразумеваем такие из них, для которых в данный момент нет готовой четкой формулировки, неизвестен заранее способ решения, а близкие примеры решения аналогичных задач в данной отрасли техники не очевидны или попросту известны. При этом каждая задача может иметь несколько вариантов решений, из которых специалисту необходимо уметь выбирать наиболее рациональное. Работе с такими задачами Высшая школа не учит.

В значительной мере восполнить указанный пробел в постановке инженерного образования позволяет изучение приемов и методов решения творческих проблем, объединенных в рамках ТРИЗ — теории решения изобретательских задач.

К сожалению, ТРИЗ в качестве науки о законах и путях развитии технических систем и методах поиска новых технических решений по их преобразованию еще не стала полноправной вузовской дисциплиной. Есть пока — что относительно небольшой, хотя и постоянно пополняющийся, опыт внедрения ее в учебный процесс как у нас в стране, так и в вузах ряда промышленно развитых стран.

Одной из причин медленного внедрения этой дисциплины является практически полное отсутствие ВУЗовских учебников и учебных пособий. Осознание необходимости что-то изменить в этом положении вещей и стало побудительным мотивом для написания данного учебника.

В настоящее время ТРИЗ — это быстро развивающаяся дисциплина, постоянно расширяющая сферу своего влияния на «неинженерные» виды деятельности. В силу этого сегодня она включает много практических находок, которые появились в последние время и еще не получили должного теоретического обоснования. Данное обстоятельство привело авторов к мысли поместить в предлагаемом учебнике только те материалы по ТРИЗ, которые принято считать классическими, т. е. полученные при непосредственном участии создателя ТРИЗ Г. С. Альтшуллера.

Именно поэтому при написании учебника авторы стремились максимально придерживаться классических положений ТРИЗ, избегая каких-либо авторских трактовок и формулировок. Это в равной мере относится как к теоретическому материалу, так и к ряду примеров и задач.

Книга предназначена для преподавателей ТРИЗ и их студентов, а так же всех тех, кто хочет научиться решать любые творческие задачи.

Курс ТРИЗ в книге изложен в виде двадцати основных тем. Это, естественно, не вся ТРИЗ. Авторы отобрали лишь те вопросы, которые по их мнению, совершенно необходимы при формировании вузовского учебного курса по этой дисциплины. Объем материала по каждой теме неодинаков и потому не может рассматриваться в качестве материала двадцати отдельных занятий. Мало того, часть тем изложены в стиле лекций, некоторая, меньшая — в стиле практических занятий по развитию навыков применения отдельных инструментов ТРИЗ для решения задач. Сделано это для того, чтобы дать возможность каждому преподавателю адаптировать изложенный материал для конкретных условий своего вуза своей специальности.

Будучи специалистами разных отраслей техники, авторы в написанных ими разделах (темах) приводили часть примеров технических решений из своей отрасли, примеров, близких им профессионально. Это же касается и содержания части учебных задач. Эти материалы могут создать трудности как у студентов, так и у преподавателей. Устранить такой разброс в учебнике, не носящем узкоотраслевой характер, не только сложно, но и нецелесообразно. Преподавателю надо помнить и разъяснять студентам, что ТРИЗ — это наука о развитии любых технических систем. Поэтому иллюстрация законов развития техники и методологии решения задач должна демонстрироваться на широком наборе примеров, как из конкретной отрасли деятельности, специфичной для данного вуза, так и выходящих за эти рамки. В тех же случаях, когда эти трудности становятся непреодолимыми и пример или задача из учебника плохо вписывается в контекст изложения темы, преподаватель должен их заменить.

Авторы выражают особую благодарность Волюславу Владимировичу Митрофанову за неоднократное прочтение рукописи и ценные критические замечания по ее улучшению, неизменную доброжелательную поддержку в ее подготовке.

Учебник написан коллективом преподавателей московских Вузов: главы (занятия) 1, 5, 15, 16 — Гасановым А. И. (МИИТ); главы 10, 17, 18, 19 — Бубенцовым В. Ю. (МИХМ); главы 2, 13, 14, 19 — Евсюковым С. А. (МГТУ им. Н. Э. Баумана); главы 3, 4, 8, 9, 11, 12, 20 — Кудрявцевым А. В. (Центр ИННОТЭК); главы 6, 7 — Ревенковым А. В. (МАИ).

1. Предмет ТРИЗ

Гасанов А. И.

1.1 Введение

В книге рассматривается та грань инженерного труда, которая долгое время отсутствовала в вузовских курсах. Грань, которую то отдавали на откуп неуправляемому вдохновению, то пытались подменить математическими расчетами.

Речь в курсе пойдет об изобретательской деятельности, то есть о той силе, что сделала человека человеком, создала нашу цивилизацию. Овладение этой силой, ее управляемое применение и являются предметом нашего курса.

На занятиях будет рассмотрена современная методология инженерного творчества — ТРИЗ (теория решения изобретательских задач).

Курс состоит из ряда лекций, в которых излагаются вопросы теоретического характера и практических (семинарских) занятий, демонстрирующих применение теории к решению задач.

Так что же такое творчество? Ведь в обыденной жизни мы постоянно сталкиваемся со многими видами деятельности, к которым без особых напряжений относим понятие «творческая деятельность». Это, например, создание живописных, музыкальных, поэтических произведений и аналогичные виды деятельности. И все-таки обратимся за уточнением к «Словарю русского языка» С. И. Ожегова (Москва, 1972, изд. «Советская энциклопедия»). В соответствии с ним «Творчество — создание новых по замыслу культурных, материальных ценностей». Здесь особенно важно словосочетание «новых по замыслу».

В такой трактовке инженерной творческой деятельностью является изобретательская деятельность. И это очень важно понимать, т. к. развитие человеческой цивилизации, его темпы и уровень определяются именно изобретательской деятельностью людей, их творчеством. К числу выдающихся изобретений можно без всяких сомнений отнести способ добывания и сохранения огня, плуг и другие инструменты для обработки земли, колесо и повозку, порох, письменность, бумагу и печатный станок, ткацкий станок, паровую и электрическую машины, современные средства транспорта, электронную технику, включая электронные вычислительные машины.

Изобретая, человек создал мир второй, искусственной природы, мир вещей. Для этого он придумал множество способов использования и переработки естественных природных материалов, способов преобразования энергии воды, ветра, Солнца, ископаемого топлива в энергию различных силовых установок. Это, в свою очередь, позволило человеку не только освоить все уголки Земли, но и выйти за пределы атмосферы в космическое пространство.

Какое же место занимает изобретательское творчество в деятельности инженера в процессе создания новой и усовершенствования старой техники? Наиболее отчётливо это удаётся понять, рассматривая процесс проектирования техники, который можно представить в виде следующих укрупненных этапов:

•формулировка новой потребности, идеи, замысла ее удовлетворения;

•конструкторская и технологическая проработка (создание чертежей, расчет отдельных узлов и элементов, написание пояснительных документов);

•создание опытного образца, его испытания и доводка;

•окончательная корректировка технической документации и передача ее в производство.

Нас, пожалуй, в большей степени интересуют два первых этапа.

Включаясь в процесс создания новой техники на втором этапе, инженер-проектировщик должен использовать весь багаж своих знаний в области математики, вычислительной техники, специальных дисциплин, чему как правило неплохо обучают в ВУЗе. При этом, однако, совершенно ясно, что без хорошей начальной идеи, идеи, лежащей в основе разработки, труд проектировщика может оказаться малоэффективным: созданный образец техники вероятнее всего не будет способен выдержать конкуренцию с уже существующими товарами и услугами, или даже изначально окажется нежизнеспособным. Таких примеров техника знает предостаточно.

Чтобы избежать серьезных ошибок на этой важнейшей стадии создания проекта, существует ряд различных по сложности и эффективности методов поиска (генерирования) новых технических идей. Однако обучению этим методам в большинстве высших учебных заведениях пока уделяют мало внимания. Именно поэтому в подавляющем большинстве случаев даже высококвалифицированные специалисты, получившие хорошее фундаментальное образование, выдвигают новые идеи, основываясь на простом переборе вариантов, используя старый, как мир, но малоэффективный «метод проб и ошибок».

Возвращаясь еще раз к целям нашего курса, отметим, что он как раз и призван (хотя бы и частично) восполнить этот пробел в подготовке будущего инженера, познакомив его, насколько позволяет это сделать небольшой по своему объему учебный курс, с одним из эффективных методов поиска новых технических решений.

1.2 Исторический очерк создания методов изобретательского творчества

А давно ли возникла у человека потребность делать изобретения?

Когда в студенческой аудитории спрашиваешь, какая профессия самая древняя, то слышишь реплики: «ну, конечно же… мол, это всем известно…» В действительности же, одной из самых древних профессий, без которой, по-видимому, человек не смог бы стать человеком, является именно изобретательство. Привязанный к палке камень способствовал продлению средней продолжительности жизни человека на несколько лет и увеличивал тем самым и его численность на Земле. Это, безусловно, не самое первое его изобретение и тем более не последнее. По мере развития перед человеком постоянно вставали все новые и новые задачи, и они, так или иначе, решались в большинстве своем безвестными изобретателями. До нас дошли имена только самых выдающихся из них: Пифагора, Архимеда, Леонардо да Винчи.

Рассматривая их изобретательское творчество, историки науки и техники отмечают, что при поиске новых идей они пользовались ничем иным как методом «проб и ошибок». Об этом свидетельствуют, в частности, десятки записных книжек Леонардо да Винчи, в которых он записывал и зарисовывал случайным образом посещавшие его технические идеи. Метод случайного перебора иногда сознательно им усовершенствовался — например, когда конструкция летательного аппарата создавалась по аналогии с принципом полета птиц или бабочек.

Вопросы понимания механизмов человеческого мышления, выработки приемов повышения его эффективности в те далекие времена больше занимали, говоря сегодняшним языком, представителей гуманитарных профессий: философов, теологов, психологов. Первые упоминания об эвристике, учении о продуктивных методах творческого мышления, относятся к временам античности. Наиболее ранние попытки выявить особенности творческого подхода при решении задач нашли отражение в трудах Архимеда, Евклида, Апполония Бергамского, Аристея-старшего. Сам же термин «эвристика» впервые появился в трудах греческого математика Паппа Александрийского, жившего во второй половине III века нашей эры.

В дальнейшем к проблемам создания эвристики обращались ряд философов и математиков, например, Р. Декарт, Г. Лейбниц, Б. Больцано, А. Пуанкаре. Например, в труде «Правила для руководства ума» Р. Декарт предложил ряд принципов поиска истины. Они настолько интересны и актуальны еще и сегодня, что стоит кратко познакомиться с некоторыми его мыслями.

Декарт, во-первых, утверждал, что способность правильно судить и отличать истинное от ложного, что, собственно, и именуется здравым смыслом или разумом, от природы у всех людей одинакова. «Таким образом, различие наших мнений происходит не оттого, что одни люди разумнее других, но только оттого, что мы направляем наши мысли разными путями и рассматриваем не те же самые вещи. Ибо мало иметь хороший ум, главное — хорошо его применять». (Можно добавить, что мало иметь хорошие знания, главное уметь их применять.)

Для хорошего же применения своего ума Декартом сформулированы четыре принципа, следовать которым он рекомендовал, и которые остаются актуальными и в наше время. Приведем их и вслед за их автором настойчиво порекомендуем следовать им, и особенно — второму, поскольку он предвосхитил, как мы увидим дальше, один из фундаментальных системных принципов.

Первое — «никогда не принимать за истинное ничего, что я не познал бы таковым с очевидностью; иначе говоря, тщательно избегать опрометчивости и предвзятости и включать в свои суждения только то, что представляется моему уму столь ясно и столь отчетливо, что не дает мне никакого повода подвергать их сомнению».

Второе — «делить каждое из исследуемых затруднений на столько частей, сколько это возможно и нужно для лучшего их преодоления».

Третье — «придерживаться определенного порядка мышления, начиная с предметов наиболее простых и наиболее легко познаваемых и восходя постепенно к познанию наиболее сложного, предполагая порядок даже и там, где объекты мышления вовсе не даны в их естественной связи».

И последнее — «составлять всегда обзоры столь общие, чтобы была уверенность в отсутствии упущений».

Открытие учеными в XVIII–XIX веках электричества, магнетизма и радиоактивности привело к бурному развитию техники, появлению принципиально новых средств транспорта, связи, оружия, обрабатывающей техники и бытовых приборов. Потребность в большом числе новых технических разработок заставила инженеров и ученых всех областей знаний приступить к поиску прикладных методик изобретательства.

Возникло множество теорий, по-своему объясняющих творческие процессы и дающих рекомендации по их интенсификации. Появились и методы интенсификации поисковой деятельности. К наиболее интересным (с точки зрения исторического развития) и естественным методам, до сих пор активно используемым на практике, следует отнести рассмотренные ниже подходы.

Организационный подход, включающий:

•увеличение субсидий и соответственно коллективов исследователей;

•осознание необходимость создания объединений, коопераций разработчиков новой техники с целью дальнейшего повышения производительности их труда.

Такие объединения появились почти одновременно в ряде промышленно развитых стран. Так, в 1871 г. при Мюнхенском политехническом институте была образована первая лаборатория, занимавшаяся разработкой новых приборов для бурно развивавшейся техники низких температур.

Наиболее известным примером промышленно — исследовательских лабораторий может служить лаборатория Т. Эдисона, созданная им в 1872 году в городе Менло-Парк (США). Итоги деятельности лаборатории говорят сами за себя. За шесть с половиной лет было получено около 300 оригинальных технических решений (что составляет в среднем 1 патент за 8 дней). Еще более усовершенствовал систему поточного производства патентов А. Белл. С 1879 по 1900 год сотрудники лаборатории его компании получили свыше 3000 патентов. Именно в эти годы и были заложены основы промышленной электротехники и телефонии.

Развитие этого процесса привело к стремительному росту числа таких лабораторий. Характерен пример США: 1920 г. — 300, 1930–1600, 1940–2200, 1967 — 15000 лабораторий.

•конкурсное проектирование, которое также требует увеличенного субсидирования;

•переманивание «мозгов» (утечка мозгов), прежде всего характерная для науки и промышленности США

•японский подход, заключающийся в мощной поддержке и стимулирования рационализаторской и изобретательской деятельности на базе предельного «метода» проб и ошибок («думай непрерывно»).

Большой популярностью в Японии пользуются книги известного специалиста по проблемам стимулирования научно-технического прогресса Ясухиро Хиросиги. Вот его девять советов по тренировке творческого мышления:

•ежедневно выделяйте время для мышления; японская поговорка гласит: «лучше всего думается на коне, в постели и… в отхожем месте»;

•успокойтесь и подумайте;

•публикуйте свои достижения;

•ставьте себе конкретную цель, — это позволит наметить контуры будущего успеха;

•научитесь сосредотачиваться;

•избегайте шаблона;

•записывайте свои мысли;

•расширяйте общение с людьми других профессий;

•всегда ощущайте духовный голод, жажду деятельности.

Как легко заметить, что все рекомендации, несмотря на свою вероятную полезность, носят лишь самый общий и поэтому малопродуктивный характер.

Психологический подход.

Основной направленностью первого этапа психологических исследований, который можно отнести к последней трети 19 века, было изучение личности изобретателя. Причем сама личность часто рассматривалась как нечто, отмеченное божественной печатью исключительности. И лишь в ХХ веке на смену этим взглядам постепенно пришло убеждение, что творческие задатки есть в той или иной мере почти у всех людей.

Экспериментируя с задачами и головоломками, психологи выяснили, что испытуемые решают их перебором вариантов, что многое при этом зависит от предшествующего опыта. Это, однако, не прояснило главной проблемы, каким образом некоторым изобретателям удается малым числом проб решать задачи, заведомо требующие большого числа проб? Ответить на этот вопрос психология творчества не может и по настоящий день.

Возникает естественный вопрос, почему за длительный срок не было создано достаточно эффективных методов решения творческих задач? По-видимому, здесь можно выделить несколько причин. Это и низкий общий уровень развития методологии научного поиска, слабое понимание закономерностей развития природы и часто связанная с этим попытка решать более общую задачу: найти универсальные принципы, позволяющие решать любые творческие задачи во всех областях человеческой деятельности.

Однако более существенным в рассматриваемом вопросе, по-видимому, является то, что уровень промышленного и сельскохозяйственного производства в прошлые века, да и в начале ХХ века еще не создал ярко выраженной общественной потребности в разработке эффективных методов технического творчества, широкого их применения в практике создания новой техники, в практике работы изобретателя. Необходимые темпы технического прогресса вполне удовлетворялись случайными изобретениями, выполненными методом проб и ошибок.

Только современная мировая научно-техническая революция (начавшаяся в 30-е годы нашего столетия), характерной чертой которой является бурное развитие науки, техники и технологии, не могла не войти в противоречие со старым, малопроизводительным способом поиска новых решений.

Определяющими факторами этого момента были:

•увеличение спроса на новые идеи, особенно обострившиеся в преддверии и во время второй мировой войны;

•острый недостаток квалифицированной рабочей силы;

•высокая стоимость обучения и оплаты труда подобных специалистов;

•необходимость концентрации большого числа специалистов для решения комплексных, масштабных задач в ограниченные сроки.

Человечество ответило на это противоречие созданием методов и специальных приемов, активизирующих творческий процесс. Характерным оказался тот факт, что эти методы были созданы главным образом учеными и инженерами, непосредственно занимавшимися разработкой новой техники. Ими разработаны несколько различных методов поиска новых технических решений, различающихся своей сложностью и эффективностью. Большинство из них, однако, имеет лишь исторический интерес.

Среди наиболее эффективных и разработанных, позволяющих решать задачи разной степени сложности отметим следующие — мозговой штурм, синектику, метод фокальных объектов, морфологический анализ и, наконец, Теорию решения изобретательских задач (ТРИЗ).

Может возникнуть вопрос, а нужно ли в вузах изучать методы инженерного творчества, не достаточно ли в практике проектирования пользоваться методом проб и ошибок? Исследования науковедов и историков развития науки техники показывают, что, по-видимому, не достаточно! Стремительное развитие потребностей человечества, особенно отчётливо проявившееся во второй половине XX века, вступает в противоречие с темпами их удовлетворения, темпами развития техники и технологий. Создание и освоение производства техники новых поколений, позволяющей многократно повысить производительность труда, улучшить его условия, существенно снизить материальные, энергетические и финансовые затраты, уменьшить (а, по возможности, и ликвидировать) негативное влияние человека на окружающую среду — в первую очередь связано с разработкой новых эффективных изобретений.

Опыт же показывает, что одним из главных недостатков в подготовке большинства выпускников инженерных специальностей, именно тех специалистов, которые и призваны решать эти проблемы, является, неумение самостоятельно ставить новые задачи, отсутствие навыков поиска эффективных конструкторских и технологических решений на уровне изобретений, применения для перечисленных выше целей приобретенных знаний.

И вопрос этот актуален не только для нашего высшего образования. Приведем в связи с этим мнение американского специалиста в области методологии инженерного проектирования Дж. Диксона:

«Решение технических задач является высокоинтеллектуальным занятием, требующим применения знаний, а это заслуживает такого же внимания, как и приобретение знаний. Чтобы применять знания, нужно активно владеть ими и, кроме того, иметь определенную цель. При чтении курсов я все больше убеждался, что мои студенты знают больше того, что они понимают или могут использовать на практике».

Подчеркнем здесь слова о необходимости активного владения знаниями, что как раз и предполагает их использование при решении новых инженерных задач.

Сделав краткий экскурс в историю поиска эффективных подходов к решению изобретательских задач, в данном курсе мы сосредоточим свое внимание на изучении Теории решения изобретательских задач (ТРИЗ).

1.3 Инженерное творчество: системный подход

Что такое «техническая система»?

Термины, вынесенные в заголовок, очень часто встречаются в научной и технической литературе последних десятилетий. Это связано с тем, что в наше время в практике проектирования на передний план выступила необходимость решения не одиночных, а комплексных проблем, создания и совершенствования гораздо более сложных, чем это было ранее, технических объектов. Современный специалист весьма часто сталкивается с ситуациями, в которых приходится, с одной стороны, учитывать тенденции технического прогресса отрасли, но и, с другой стороны, — устранять негативные последствия использования устаревших конструкций, устройств и целых технологий. Системный подход — это попытка найти некоторые специфические методы, способные помочь решению всё усложняющегося комплекса проблем, с которыми инженеру приходится сталкиваться на этом пути.

Системные исследования в последние годы получили широкое развитие в самых различных сферах человеческой деятельности. Существуют многочисленные попытки сформулировать, что такое системный подход, системотехника, общая теория систем, дать этим терминам четкое определение. Разные авторы, однако, используя эти понятия при анализе интересующего их круга проблем, вкладывают в них неодинаковый смысл, и поэтому в настоящее время общепринятой трактовки данных терминов не существует. В то же время, понятие «система» носит ключевой характер в ТРИЗ, и именно поэтому (не претендуя на обобщающий характер наших высказываний) мы ниже изложим свою точку зрения на то, что такое системный подход в случае инженерной творческой деятельности. Как методология преобразования систем она включает в себя следующие структурные объекты (приводимый ниже перечень, естественно, не претендует на исчерпывающую полноту):

Понятийный аппарат: — совокупность присущих данному подходу определений и понятий, таких как система, структура, функция, системное качество, противоречие, модель системы.

•Язык описания систем и их взаимодействий (вепольный анализ).

•Законы строения и развития систем (ЗРТС).

•Приемы выявления и анализа новых потребностей.

Приемы анализа функционирования систем.

Приемы (операторы) преобразования систем, методы и алгоритмы их применения.

Приемы синтеза преобразованной системы.

Ряд положений этого перечня будут достаточно подробно рассмотрены на последующих занятиях; в этой вводной лекции мы дадим лишь ряд понятий, необходимых в дальнейшем.

Что мы будем понимать под термином «система»?

Прежде всего, надо понимать, что каждое научное понятие, в том числе и понятие «система», — это некоторая полезная абстракция, вводимая для выделения различных объектов из окружающего мира для удобства его изучения.

Система — это некоторая совокупность взаимосвязанных элементов, обладающая свойствами, не сводящимися к свойствам отдельных элементов.

Можно различать как естественные, так и искусственные, создаваемые людьми системы (например, технические, социальные).

Под технической системой (а именно с техническими системами мы в этом курсе будем иметь преимущественно дело) будем понимать такую совокупность элементов, которая позволяет ей выполнять некоторую полезную для людей функцию.

Элемент системы — относительно целая ее часть, обладающая некоторыми свойствами, не исчезающими при отделении от системы. Однако в системе свойства отдельных элементов не просто суммируются. Чаще всего часть свойств каждого элемента при вхождении его в систему гасится, нейтрализуется, теряет свою индивидуальность. Но зато каждая система в целом обладает каким-то особым качеством, которое не является результатом простого суммирования свойств составляющих ее элементов. В этой связи говорят, что система обладает особым системным качеством (системным свойством).

При этом можно выделить два типа проявления системных свойств:

•непропорционально большое изменение свойств, которые имеются у отдельных объектов, составляющих систему; например, биметаллическая пластина значительно сильнее изменяет свою форму при изменении температуры, чем каждая из составляющих ее пластинок в отдельности;

•появление нового свойства, которым не обладает ни один из составляющих ее объектов; автомобиль, состоящий как минимум из двигателя, передачи, движителя, системы управления, обладает свойством перемещать людей и грузы по поверхности земли, что не способны сделать перечисленные выше его составляющие по одиночке.

Отдельные элементы системы являются подсистемами по отношению к рассматриваемой системе, то есть они также могут состоять из элементов, непосредственно взаимодействующих друг с другом, и т. д. В свою очередь, каждая система может рассматриваться как подсистема (элемент) другой системы более высокого порядка — надсистемы.

Таким образом, сама система, её подсистемы и надсистема, в которую она входит, образуют иерархию, формируя непрерывный ряд все более и более усложняющихся элементов. Наряду с подобным иерархическим рядом существуют (иногда взаимодействуя с ним непосредственно, а иногда и имея к нему лишь отдалённое отношение) другие ряды систем; весь окружающий нас мир и является, по сути, совокупностью этих рядов.

Рассмотренный в качестве примера автомобиль, — это подсистема по отношению к надсистеме «автомобильный транспорт», которая, в свою очередь, является подсистемой ещё более высокоорганизованных систем, объединяющих разные виды перевозок, экономику региона, страны и т. д. В то же время экономика не замыкается на проблемы, связанные с совершенствованием автомобильных перевозок, в ней параллельно функционируют и другие иерархии систем, иногда вплотную связанные с автотранспортом, а иногда зависящие от него в минимальной степени.

Надо иметь в виду, что выделение конкретной совокупности объектов в систему или под(над)систему зависит только от характера той задачи, которую ставит перед собой решающий ее специалист.

Функция системы — это способность системы воздействовать на другую систему, изменяя ее состояние, характеризующееся, в свою очередь, некоторым набором параметров. Носитель функции — конкретная система. Функция системы определяется ее назначением. Цель функционирования задается при создании технической системы и определяет ее выходное состояние, выходные параметры. Не все функции системы равноценны: среди них есть основные, ради выполнения которых система создаётся, и вспомогательные, которые обеспечивают выполнение основной функции, способствуют сохранению жизнеспособности самой системы.

Внутренняя форма организации системы определяет её структуру. Структура — это совокупность элементов и связей между ними, предполагающая их единство и определенную пространственно — временную устойчивость. И то и другое определяется физическими принципами, использованными при осуществлении требуемой полезной функции. Устойчивость предполагает свойство саморегуляции, реализуемой подсистемой управления.

Функции системы и ее структура должны находиться в единстве, взаимосвязи, то есть функция и структура должны соответствовать друг другу. Однако, это единство носит относительный, временный, преходящий характер. В процессе развития системы может происходить рассогласование её структуры и выполняемых функций, что приводит к конфликту. Чаще всего разрешение возникающих противоречий реализуется путем изменения существовавшей структуры вплоть до отказа от её дальнейшего использования.

Набор функций, которые способна выполнять система, со временем может меняться, что скажется на числе элементов, в неё входящих, на распределении функций между отдельными подсистемами. В итоге это приводит к изменению пространственно — временной структуры системы.

Важнейшим свойством любой технической системы является то, что изменение одной из её частей отражается на состоянии других частей и всей системы в целом. И наоборот, изменение системы в целом сказывается на состоянии ее частей. В разных случаях эти взаимосвязи проявляются с разной силой.

Наиболее типичная форма организации систем — иерархическая. По преимуществу иерархия — структура жесткая, с глубокими и прочными связями. И чем ниже по иерархической лестнице, тем жестче становятся связи системы с подсистемами. Это означает, что адекватное задание целей конкретной создаваемой (или совершенствуемой) системы требует предварительного определения целей более широкой системы, в которую она входит в качестве подсистемы. Подобный подход ориентирует поиски решения проблемы не только на уровне самой системы, но и на более высоком иерархическом уровне, — уровне надсистем.

Так, например, повышение долговечности конструкций железнодорожного пути может быть реализовано не только за счет повышения прочностных свойств самих элементов пути (рельсов, шпал, скреплений, балласта), но и за счет совершенствования надсистемы — системы ведения путевого хозяйства (качества ремонтов пути, его текущего содержания), или улучшений в смежной системе — подвижном составе (снижения статических и динамических нагрузок, улучшении состояния ходовых частей подвижного состава). Осознание этого факта привело в свое время к созданию во Всероссийском научно-исследовательском институте железнодорожного транспорта целого отделения комплексных испытаний подвижного состава и пути.

В общей совокупности подходов к изучению различных по уровню сложности систем можно выделить два фундаментальных.

Во-первых, при изучении системы необходимо представить себе, как происходило её развитие во времени. Это позволяет понять, что вызвало необходимость рождения технической системы, как происходило (или происходит) её развитие, что ждёт эту систему в будущем, когда и при каких условиях наступит её старение, «смерть»… Такой подход, который часто называют «генетическим», весьма продуктивен, поскольку даёт возможность не только оценить эффективность рассматриваемой системы, но и дать рекомендации о целесообразности своевременного перехода от этой системы к новой, сменяющей её в рамках непрерывного процесса эволюции.

Во-вторых, рассматривая систему, необходимо отчётливо представлять её пространственные связи. Как мы уже говорили, каждая система характеризуется значительным числом уровней (подсистема — система — надсистема), связей с другими системами. Любое изменение на одном из этих уровней так или иначе затронет и рассматриваемую систему, причем далеко не все следствия таких изменений могут носить положительный характер. Это означает, что чем больше связей внутри и вне системы мы увидим, тем большим набором возможностей для её совершенствования мы будем обладать.

Подведем некоторый итог относительно того, какими же основными признаками должна обладать совокупность отдельных элементов с тем, чтобы её можно было считать системой?

Таких признака четыре, это:

функциональность (любая система должна выполнять некоторую полезную функцию);

целостность (система — это не простая совокупность отдельных элементов, а ещё и результат их взаимодействия, получить который трудно, а порой и невозможно, если какой-либо из этих элементов удалить);

организация (имеет место иерархия систем различного уровня, причём отдельные элементы должны быть взаимосвязаны не только в пространстве, но и во времени);

системное качество (система обладает качеством, не сводящимся к качествам её отдельных элементов).

1.4 Что такое «Теория решения изобретательских задач» (ТРИЗ)

Создана ТРИЗ нашим соотечественником, инженером, изобретателем, известным писателем-фантастом Генрихом Сауловичем Альтшуллером (1926–1998 г.г.). Работу над ее созданием со своим другом Р. Б. Шапиро он начал в 1946 году, будучи молодым сотрудником патентного бюро. В 1956 г. появилась первая их публикация в научном журнале (Вопросы психологии, № 6, 1956), в которой были сформулированы основные положения новой теории.

Они провозгласили новые по тем временам положения, что техника развивается не случайным образом, а в соответствии со своими внутренними законами, что эти законы можно выявить и на их основе сознательно совершенствовать технические системы. И, наконец, решение любой изобретательской задачи — это результат преодоления противоречия.

Кстати, можно утверждать, что и сама ТРИЗ родилась как результат разрешения противоречия между необходимостью помочь изобретателям, обращавшимся за консультациями к будущему автору ТРИЗ в части решения своих изобретательских задач, и отсутствием необходимых методических средств «делания» изобретений.

Какой же был использован инструмент, позволивший, в конце концов, выявить в дальнейшем закономерности развития технических систем? Как описывают сами авторы упомянутой статьи, ими были изучены многочисленные материалы по истории техники, обширная мемуарная литература, относящаяся к работе крупных изобретателей. В дальнейшем на протяжении всей истории создания ТРИЗ основным инструментом разработок явилось изучение и обобщение материалов патентного фонда в наиболее активно развивавшихся разделах техники. Было показано, что каждое творческое решение новой технической задачи — независимо от того, к какой области техники оно относится, включает три основных момента:

•постановку задачи и определение противоречия, которое мешает ее решению обычными, уже известными в технике путями;

•устранение причины противоречия с целью достижения нового технического эффекта;

•приведение других элементов совершенствуемой системы в соответствие с измененным элементом (системе придается новая форма, соответствующая новой сущности).

Сообразно с этим процесс творческого решения новой технической задачи обычно должен включать три — отличные по цели и методу — стадии: аналитическую, оперативную и синтетическую.

Этот перечень явился в дальнейшем основой для создания целой серии (модификаций) основного инструмента ТРИЗ — алгоритма решения изобретательских задач (АРИЗов), средств планомерной обработки задачи, при которой происходит постепенное углубление в «физико-техническую» сущность конфликта, его целенаправленное обострение и последующее устранение. Таким образом, изобретатель получил в свое распоряжение инструмент организации мыслительных операций при решении своих задач.

В процессе решения задачи, а именно на оперативной стадии, необходимо чаще всего найти те приемы, которые создадут предпосылки для преобразования исходной и уже проанализированной системы в направлении повышения его параметров функционирования. Последовательный и неоднократный анализ патентного фонда информации позволил выявить не зависящие от отраслевой принадлежности типовые технические противоречия в системах и целую группу приемов для их устранения.

Дальнейшее развитие теории потребовало создания для описания систем единого языка. Таким языком в ТРИЗ стал язык вепольного анализа и синтеза систем. Согласно вепольному анализу любая ТС может быть представлена как взаимодействие различных веществ и полей и позволяет записывать ход решения изобретательских задач в виде специальных несложных формул, а в некоторых случаях сразу получать идею решения.

В дальнейшем было осознано, что наиболее сильные решения сложных изобретательских задач чаще всего связаны с использованием знаний из физики, химии, математики и ряда других наук. Но для эффективного использования этих знаний нужно было определить специфику их изобретательского применения. Это привело к систематизации такой информации и создании соответствующих специальных указателей по ее применению.

Соединение приемов устранения технических противоречий, вепольного анализа с использованием физических эффектов и явлений привело к появлению еще одного мощного инструмента ТРИЗ — стандартов на решение изобретательских задач, позволяющих по построенной вепольной модели предложить одно или даже группу сильных решений. Практика показывает, что система стандартов позволяет найти решение как минимум для половины встречающихся на практике задач.

Теория решения изобретательских задач направляет изобретателя на обострение существующих в задаче противоречий, преодолению стереотипов мышления, создающих «психологические тормоза» при решении задач, и учит не бояться явных конфликтов. Для этого хорошо бы иметь гибкое воображение. Поэтому в ТРИЗ разработан специальный курс развития творческого воображения (РТВ).

Систематическая творческая деятельность меняет самого человека. Поэтому применение «Теории решения изобретательских задач» совершенствует не только технику, но и самого человека — творца. Поэтому одним из продуктов использования ТРИЗ является формирование творческого стиля мышления вообще. В рамках ТРИЗ проделана большая работа по созданию педагогических подходов и методов формирования комплекса качеств, характеризующих творческую личность.

1.5 Заключение

Вернемся вновь к тому, о чем шла речь выше — к системному подходу.

История развития человеческого познания свидетельствует, что системный подход, системное исследование, не являются чем-то совсем новым, возникшим лишь в последние годы. Это естественный метод решения теоретических и практических проблем. Человек с давних времен в той или иной мере системно познавал и осваивал мир, часто даже не осознавая этого. В качестве примера можно привести используемые для решения различных задач такие методы логических рассуждений как индукция (перехода от частного к общему) и дедукция (получение выводов о частном на основе общих сведений), различные методики планирования, прогнозирования, исторического анализа. Но по мере развития самого человечества уровень, характер решаемых им задач непрерывно усложняется, а, следовательно, и уровень системного познания непрерывно углубляется, совершенствуется. Так, например, в период второй мировой войны и в послевоенные годы учёные и инженеры пришли к выводу, что проектировать, планировать следует не просто отдельное (пусть даже и очень сложное) изделие, а весь комплекс материальных условий и организационных мер, которые смогут обеспечить эффективное функционирование этого изделия. Более того, в процесс проектирования данного изделия в качестве важнейшей компоненты должно быть включено планирование самого процесса проектирования. В наше время эти идеи нашли дальнейшее развитие, и плодотворность системного подхода в творческой деятельности человека уже не вызывает сомнений.

Важно современному специалисту также понимать, что процесс становления системного подхода в технике опирается в том числе и на развитии общенаучного мировоззрения. «С давних пор, — пишет академик А. Н. Колмогоров, — известны аналогии между: а) сознательной целесообразной деятельностью человека; б) работой созданных человеком машин; в) различнейшими видами деятельности живых организмов, которые воспринимаются как целесообразные, несмотря на отсутствие управляющего ими сознания. Человеческая мысль искала веками объяснения этих аналогий на путях положительного знания, так и на путях религиозных и философских спекуляций». (Колмогоров А. Н. Предисловие к кн.: Эшби У. Р. Введение в кибернетику — М., 1959).

Стремительность технического прогресса, темпы которого будут только возрастать, требует от современного специалиста владения хорошими навыками системного подхода к рассматриваемой проблеме. Как и всякие задатки их (эти навыки) необходимо развивать целенаправленно, поскольку обыденный жизненный опыт способствует такому развитию лишь в минимальной степени.

Рассмотрение основных положений ТРИЗ, истории и логики ее развития позволяют достаточно уверенно утверждать, что сама ТРИЗ является ничем иным как достаточно цельной и стройной методологической системой, направленной на системный анализ изучаемого технического объекта и последующий системный поиск путей его преобразования. Поэтому «Теория решения изобретательских задач» (ТРИЗ), изучение которой мы начинаем этой лекцией, как раз и должна способствовать обострению системного мировоззрения специалиста, усилению системности подхода в его профессиональной деятельности.

3. Понятие идеальности

Кудрявцев А. В.

На предыдущем занятии был рассмотрен ряд законов, которым подчиняется процесс развития технических систем. Был выявлен общий план развития технических систем, даны закономерности, не привязанные конкретно к какой-либо машине или технологическому процессу.

Такой взгляд на технику дает возможность освободиться от непринципиальных моментов. Мы продолжим знакомиться с общими принципами, позволяющими прогнозировать направления развития технических систем, заниматься их совершенствованием осознанно, планируя его и здраво оценивая уже выполненные действия.

Нашей задачей будет выявление инструмента достаточно общего, применимого к любой технической системе, и в то же время конкретно помогающего в решении изобретательских задач. Новый инструмент должен помочь нам прогнозировать развитие технических систем, определять вектор оптимального направления их совершенствования. Для того чтобы подойти к пониманию возможности существования такого прогностического инструмента, рассмотрим некоторые исходные положения.

Общим качеством, присущим всем системам техники, является то, что они имеют потребительную стоимость, то есть полезность для общества или отдельного индивидуума. Полезность оценивается через выполняемое системой действие, через результат.

Однако эта полезность не дается человеку в чистом виде. Само существование искусственно созданных объектов, то есть преобразованных тел природы, предполагает, что технические объекты имеют и стоимость. Для получения желаемого результата необходимо создать саму систему и с ее помощью преобразовать некие ресурсы. То есть технический объект реализует в себе единство затрат и выигрыша. Их отношение лежит в основе практически всех систем оценки эффективности. Самый известный из применяемых — коэффициент полезного действия

Схематично можем представить любую техническую систему в следующем виде:

Вход (затраты)

Преобразователь

Выход (польза)

Рис. 3.1. Представление технической системы

Соотношение Выход/Вход = коэффициент эффективности.

Количественно все варианты такого рода коэффициентов могут находиться в диапазоне от 0 до 1.

Проанализируем характер изменения величин, составляющих данное отношение, то есть отношение Полезного выхода к Входу, к понесенным затратам. Анализ показывает, что это отношение исторически все более увеличивается. Уже многие поколения изобретателей направляют свои усилия на то, чтобы получать больше продукции на единицу понесенных затрат.

В приведенной выше схеме техническая система представляет собой преобразователь некоего потока. В качестве такого потока может выступать в простейшем случае какое-то вещество, или энергия, или информация. В реальности вход обычно представляет собой совокупность потоков, иными словами совокупность затрат. Обычно эффективность системы оценивается как соотношение выхода и входа. Затраты на саму систему при этом в затратах могут и не учитываться. Несколько изменим это соотношение и объединим в понятии «затраты» как ресурсы, поступающие на «вход», так и преобразователь. Это позволит нам рассматривать предельный случай отношения затрат, понесенных на создание и функционирование системы, и полученного полезного выхода.

Полезный выход можно определить как то, ради чего создана система, и при известных условиях отождествить его с главной полезной функцией.

Рассмотрим, что может быть пределом нашего стремления в совершенствовании технической системы применительно к конкретной полезной цели. Если не брать в расчет физические ограничения, то естественным было бы стремление вообще не иметь затрат и преобразователя, продолжая получать желаемый результат.

(Вход (затраты) + Преобразователь) = 0

Нулевые затраты  Выход (польза)

Пределом развития технической системы является получение полезного выхода в чистом виде без всяких затрат. Именно это можно рассматривать как конечную цель развития системы, обеспечивающей получение конкретного полезного результата. Это может восприниматься как ориентир, позволяющий разработчику понимать, в каком направлении проводить работу.

Итак, система с нулевыми затратами на ее создание и на выполнение работы, имеет эффективность, равную бесконечности.

Понимание предельно возможной или предельно желательной ситуации может позволить нам увидеть верное направление развития технической системы. Инструмент, позволяющий описывать предельное состояние системы, становится инструментом постановки цели.

Постановка цели является важнейшим этапом решения проблемы, так как именно цель определяет направление работы, привлечение тех или иных средств, а также служит критерием качества полученных решений. В то же время процедуру определения цели можно считать одной из наиболее сложных в силу недостаточной формализации процедуры.

Необходимость при решении задачи предсказывать, предвидеть результат, была осознана уже давно. Д. Пойа приводит в своей книге «Математическое открытие» широко распространенную в средние века фразу «Смотри в конец», а также пояснение Гоббса по этому поводу: «… во всех ваших действиях часто имейте перед глазами то, чего вы хотите достигнуть, как ту вещь, которая направляет все ваши мысли на пути к ее достижению». Известна также фраза Гаусса: «Мои результаты я имею уже давно, я только не знаю, как я их получу».

Д. Пойа в книге «Математическое открытие» писал: «… Вы должны не просто думать о своей задаче — думать некоторым, так сказать, неопределенным образом, — вы должны быть постоянно обращены к своей задаче, предельно ясно видеть ее перед собой и, прежде всего, задавать себе основной вопрос: Что требуется?

В процессе решения задачи найдется много удобных случаев для постановки этого вопроса. Когда вы забрались чересчур глубоко в один из боковых ходов, который может, в конце концов оказаться тупиком или увести вас далеко от цели, когда ваши мысли начали блуждать, бывает очень важно снова спросить себя: Что требуется? — и снова тем самым поставить цель в центр вашего внимания».

Естественно, что и разработчики различных методов поддержки изобретателей включали советы такого рода в свои разработки. Однако, эти советы как правило, носили внешний характер, не указывая, как именно надо определить «конечную цель» или «идеальное решение» или «то, чего вы хотите достигнуть».

Поэтому практическую значимость представляет анализ механизмов, обеспечивающих определенное представление о результате решения, формируемое заранее, до получения самого решения. Известно, что чем раньше в процессе проектирования совершена ошибка, тем больше будут затраты на ее устранение. Следовательно, нет ничего более важного, чем правильно поставленная цель. Однако это до настоящего времени не нашло достаточного отражения в подготовке и практической деятельности инженеров, иных специалистов.

Основные усилия следует концентрировать на том, чтобы определить, есть ли вообще необходимость в постановке того или иного вопроса, а также на том, чтобы правильно сформулировать сам вопрос. Именно этот этап является корнем решения. Традиционный подход предполагает недвусмысленную, однозначную трактовку: принять решение, — значит дать ответ на вопрос. Но ответ на вопрос по существу является следствием, он вторичен, а главное — это выяснение сути проблемы. Всестороннее, детальное рассмотрение и обсуждение вопроса еще на начальном этапе следует проводить для того, чтобы четко определить причины беспокойства, выявить, существует ли необходимость принимать решение и что в нем главное. Таким образом, следует вначале выделить и тщательно проанализировать проблему, поставить цель, и лишь потом выработать пути ее достижения. И это представляется весьма существенным, ведь гораздо важнее (и, отметим, труднее) правильно сформулировать проблему и выбрать цели, чем найти пути их достижения. Получение исчерпывающего ответа на неправильный вопрос будет, по всей вероятности, намного менее полезным (а чаще — просто вредным), чем не до конца точный ответ на правильный вопрос.

Здесь находит подтверждение крылатая фраза Бэкона Веруламского «Путник, бредущий по прямой дороге, опередит всадника, который сбился с пути».

Итак, важнейший элемент творчества — это представление конечного результата до решения задачи, «знание о незнании».

Идеализация как метод моделирования в науке состоит в том, что выявив некоторое важное для нас свойство, тенденцию, мы предполагаем, что это свойство, тенденция достигает своего предела. При этом в модели могут быть отброшены остальные, неважные для конкретного рассмотрения свойства, характеристики объекта или процесса. Процедура идеализации дает возможность сформировать логический предел развития реального объекта — идеальный объект.

Идеал в общественных науках, в искусстве определяется энциклопедическим словарем как «идея, понятие, высшее совершенство, высшая конечная цель деятельности, стремлений, помыслов, совершенный образ, предел каких-либо мечтаний».

Два различных понятия идеального сливаются вместе в ситуации, когда мы строим идеальную функциональную модель технической системы. Она соответствует научной идеализации, так как формирует образ системы, через описание только ее полезной функции. И этот же образ может быть представлен как высшая конечная цель деятельности по совершенствованию технической системы.

Идеальные объекты создают определенный образ будущей конструкции. Существование этого образа связано с наличием у разработчика творческого воображения, фантазии. Обычно разработчики находятся в тисках реально возможного, постоянно учитывают существующие ограничения. При работе с идеальным объектом эти ограничения могут быть существенно ослаблены или сняты вообще.

Функциональная идеализация применяется при решении широкого круга задач. Рассмотрим, на какой базе она основана. В рамках функциональных моделей система описывается только через свою функцию. Для подобного описания не представляется важным, из чего «сложена» система. Предположим, что в борьбе за повышение эффективности она изготавливается из все более «невесомых» элементов. Свое логическое завершение такой процесс находит в «идеальной технической системе». Под идеальной системой понимается такая система, затраты на получение полезного эффекта в которой равны нулю. При этом под затратами понимается самый широкий круг понятий — энергия, материалы, занимаемое пространство… Понятие идеальной технической системы было выдвинуто Г. С. Альтшуллером. Образ идеальной системы позволяет сконцентрировать внимание разработчика только на ожидаемом полезном эффекте, лучше осознать, что требуется потребителю. Оценим, насколько эффективным может быть использование такого подхода к определению цели в практической деятельности.

Для этого рассмотрим эксперимент, проводившийся с использованием сюжета из сказки А. С. Пушкина о золотой рыбке. Итак, у старухи поломалось корыто, а дед в это время поймал золотую рыбку, которая взялась выполнить любое желание. Что же попросила старуха? Она попросила новое корыто. В процессе разворачивания сюжета мы видим как меняются представления о возможном и требования. Но они все время остаются конечными, хотя выполненное желание приводит к расширению понимания возможностей и росту неудовлетворенности. И только в своем последнем желании старуха, наконец-то приближается к истинной идеализации, к преодолению предела обыденных возможностей, к истинному всемогуществу. Она просит неограниченные права по управлению миром. (И, конечно не получает их, так как просьба эта очень запоздала, на ее выполнение не осталось ресурсов).

Здесь интересен постепенный переход от конкретных требований к предельным. Эксперимент, упомянутый выше, многократно проводился с группами инженеров, изучавших ТРИЗ. Им предлагалось, оказавшись в ситуации, описанной в сказке (надо стирать, а корыто прохудилось), что-то попросить у золотой рыбки. Значительная часть испытуемых просила стиральную машину. И только меньшая часть формулировала свой запрос по иному.

Эффективный подход связан с пожеланием иметь результат без технической системы, которая сейчас обеспечивает его достижение. Это может быть пожелание иметь чистую, самоочищающуюся, не пачкающуюся одежду, одноразовую одежду… Как можно видеть, существует два принципиально разных подхода к постановке цели, формированию ожидаемого результата — через выбор уже существующего технического средства и через определение истинных ценностей, истинных потребностей.

Как же практически может использоваться понятие идеальной технической системы? Это важный и эффективно действующий инструмент, широко применяющийся как самостоятельно, так и в составе комплекса иных средств. О его использовании в составе алгоритма решения изобретательских задач мы поговорим позднее. Сейчас же рассмотрим возможности его автономного применения. Но перед этим еще раз зафиксируем, что важнейшей (системной) закономерностью, присущей всем объектам техники в их историческом развитии, является закономерность уменьшения затрат на получаемую продукцию, за выполняемую функцию.

Доведенная до своего логического завершения, эта закономерность позволяет построить новую модель технического объекта — идеальную техническую систему. Рассмотрим эту тенденцию на примерах.

Пример 3.1. Наиболее ярким, наглядным примером повышения идеальности технических систем является развитие компьютерной техники. Всего за несколько десятков лет компьютеры прошли путь от огромных сооружений со сроком бесперебойной работы в несколько часов, до микроминиатюрных конструкций, занимающих кубические сантиметры и не требующих обслуживания в течение всего срока своего функционирования… При этом невообразимо выросли скорость счета, память, скорость обмена информацией. Журнал «Эксперт» в мае 2000 года привел данные, показывающие уменьшение количества атомов, которые необходимо организовать для хранения одного бита информации. Если в пятидесятых годах их для этого требовалось 10^12, то в 1975 году уже 10^8, а в настоящее время — 10^4 атомов. В ближайшее время возможен переход к квантовым компьютерам, в которых один атом будет хранить один бит информации.

Внешне тенденция к миниатюризации электронных приборов, казалось бы, противоположна тенденции развития транспортных и обрабатывающих средств. Аппараты, машины, устройства этого направления все увеличиваются в размерах. Но что происходит на самом деле? Обратимся к примерам.

Абсолютно идеальное транспортное средство — когда средства нет, а груз транспортируется (другими словами, когда груз сам движется в нужном направлении с необходимой скоростью). Стремление к этому идеалу проявляется в повышении отношения «вес полезного груза к полному весу транспортного средства».

Пример 3.2. Журнал «Компьютерра» от 7 декабря 1999 года сообщил о статье в немецком журнале «Lastauto — Omnibus» («Грузовик — Автобус»). Этот журнал долгие годы … проводит эксплуатационные испытания тяжелых автопоездов по кольцевой трассе длиной 745 километров. Так вот, за тридцать лет, с 1966 года по 1996 год, удельная мощность этих сорокатонных чудовищ выросла с 5,53 до 10,60 лошадиной силы на тонну, средняя скорость возросла с 49,4 до 71,6 километра в час, расход же топлива снизился с 48,8 до 33, 4 литра на сотню километров. То есть комплексный показатель транспортной эффективности, отнесенной к единице топлива, а проще говоря, к литру солярки, возрос в 2,2 раза! И это при невиданном улучшении экологических показателей данного вида транспорта.

Как видно из примеров, в обоих случаях реализуется одна и та же тенденция — все более экономная реализация требуемой функции.

Итак, под идеальной технической системой понимается получение полезного результата без каких бы то ни было затрат, то есть реализация функции в чистом виде. Предмет нашей обработки сам преобразуется в нужное нам изделие. Модель объекта, с которой работают при функциональной идеализации, очень эвристична. Предполагается, что требуемую функцию мы получаем без каких-либо затрат, следовательно и без технической системы. Модель идеального объекта состоит в том, что самого объекта нет. Выполнение его функции теперь поручается тому изделию, обработку которого было необходимо проводить. При этом предполагается, что объект обработки имеет определенные внутренние резервы, которые и могут быть использованы.

Если объект уже как-то обрабатывается другой системой, то можно возложить выполнение требуемых функций на существующую систему. Сама постановка вопроса акцентирует поиск этих резервов, что в большом числе случаев приводит к возможности существенно уменьшить требования к инструменту, средствам обработки, т. е. произвести переформулирование проблемы. Концентрируя внимание на объекте обработки, мы рассматриваем его не отвлечённо, а в реальных условиях, в динамике.

Пример 3.3. Для крепления крышек различных химических аппаратов (теплообменников, реакторов и т. п.), применяют шпильки — металлические стержни с резьбой по обоим концам. На аппарат, работающий под большим давлением, может потребоваться до 200 шпилек. Каждая шпилька выполнена из стали, имеет диаметр в 50–70 мм, длину до 400 мм.

Все они должны иметь клеймо — на клейме указывается номер аппарата. Клеймо наносится ударом молотка по остро заточенной форме, приложенной к торцу шпильки. Работа трудоемкая, делать ее надо сразу после изготовления шпильки. Необходимо дать предложения по совершенствованию процесса клеймения.

В исходной постановке задачи было необходимо «механизировать процесс клеймения шпилек». Сформулировав требование: «шпилька сама клеймится», мы задаем рамки системы, в которой будет происходить данная операция. Эта формулировка является эвристической подсказкой, позволяющей локализовать область, в которой мы будем искать средства выполнения нужной нам операции. Поэтому методически верно будет уточнить ее. Необходимо раскрыть смысл термина «клеймится». Клеймение в рамках данной нам технологии осуществляют ударом молотка с клеймом на бойке. Т. е. клейму придают определенную кинетическую энергию, которая при соударении со шпилькой превращается в деформацию металла. Следовательно, задача рабочего или механического пресса — придать энергию, обеспечить соударение.

Теперь требование может звучать так: «шпилька сама накапливает энергию (разгоняется) и ударяет по клейму». Можем ли мы представить себе эту картину? Конечно, это сделать намного проще, чем в первоначальном варианте. Шпилька может сама разогнаться, если ее бросить вниз. Упасть точно на клеймо — задача более трудная. Необходимо организовать процесс падения, он должен происходить в каких-то направляющих. А как поднять шпильку на высоту, с которой она будет падать? Это делать не надо, так как шпилька после обработки на станке уже находится на определенной высоте.

Итак, все или почти все может происходить «само собой». В данной ситуации шпилька — это металлический стержень, намного более массивный, чем молоток, с помощью которого производится клеймение. Но для того, чтобы заставить именно шпильку самостоятельно выполнять требуемую работу, пришлось использовать понятие идеальности. Все должно происходить само собой, без затрат энергии и материалов. Обслуживающей, обрабатывающей системы быть не должно, а результат должен получаться.

Пример 3.4. Знаменитое Месояхское месторождение природного газа, многие годы питавшее энергией Норильск с его мощным горнометаллургическим комбинатом, со временем потеряло силу: упало давление в подземных пластах. Скважины пришлось законсервировать, хотя по подсчетам специалистов в недрах осталось еще не меньше половины запасов газа. Оставлять в недрах такое богатство — дорого, и откачивать газ специальными насосами невыгодно — тоже дорого.

Модель системы будет иметь вид: «газ сам выходит из недр». Еще более точно «газ сам откачивает себя из недр». Здесь может быть предложено откачивать газ, вращая насосы двигателями, работающими на том же газе. Но это, как мы уже выяснили, дорого. Задача была решена разработчиками, сумевшими использовать для откачки газа энергию газовых потоков другого месторождения. Газоносные пласты Месояха подсоединили через эжекторную станцию к трубопроводу, по которому с большой скоростью идёт газ Соленинского месторождения. Этот скоростной поток и служит откачивающей средой. Таким образом, удается извлекать ежегодно сотни миллионов кубометров газа.

Пример 3.5. Известному создателю куполов Р. В. Фуллеру принадлежит высказывание: «Если вы хотите установить степень совершенства здания, взвесьте его». Действительно, при прочих равных показателях более легкое здание предпочтительно — на него пошло меньше материала. Стены, элементы перекрытий и т. п. нужны нам не сами по себе, а как носители определенных функций. И чем меньше затрат необходимо на реализацию этих функций, тем лучше. История архитектуры, градостроительства, показывает нам, как неуклонно повышается степень «невесомости» зданий. Рассмотрим в качество примера элемент конструкций, во все времена являвшимся образцом наивысшего уровня архитектурного искусства и инженерных знаний — сферический купол.

Один из наиболее древних дошедших до нас значительных куполов перекрывает Римский Пантеон, созданный еще во времена античности. Пролет купола 43,3 метра, толщина в верхней части 1,6 м, в районе опор 2,5 м, средний вес одного квадратного метра порядка 8000 кг. Общий вес купола составляет 10 000 тонн. Рекордные показатели Пантеона по диаметру перекрываемой без промежуточных опор площади продержались 18 столетий. Снизить удельный вес купола и увеличить его пролет позволил только переход к новым материалам. Вот краткая летопись борьбы за «невесомость куполов». Рекорд Римского Пантеона был перекрыт только в начале двадцатого века. Зал «Столетия» в Польше имел диаметр 47 метров. Вес купола при этом снизился в полтора раза. В 1930 году в Лейпциге был построен купол над рынком. Он покрывал основание диаметром 76 метров. Использование металла высокого качества позволило снизить вес купола до двух тысяч тонн. Вес одного квадратного метра составил 476 килограмм. В 1956 году в одном из университетов США была построена аудитория с куполом, имеющим диаметр проекции в 91,5 метра. Здесь уже использовался алюминий, и это дало возможность вновь резко снизить вес конструкции — до 93 тонн. Один квадратный метр теперь весит 22,6 кг. Наконец, в 1984 году в СССР был построен стенд для испытания опор и линий электропередач. Диаметр перекрываемой площади составлял 220 метров, а весил купол всего 152 тонны!

В 400 раз снизился удельный вес одного метра поверхности. И это при том, что площадь, покрываемая куполом, выросла в тридцать раз.

В основном прогресс в строительстве куполов зависел от появления новых материалов. Материалы становились более «идеальными», они выполняли требуемые функции все более компактными средствами и позволяли создавать все более легкие конструкции.

Принцип повышения идеальности широко используется и в бизнесе. Многие предприятия обеспечивают снижение себестоимости продукции с помощью принципа «Потребитель сам…». Интересные примеры этого приводит Эдвин Тоффлер в книге «Третья волна».

Пример 3.6. «В 1956 году Американская телефонная и телеграфная компания, исследуя запросы в области коммуникации, начала вводить новую электронную технологию, которая позволила абонентам самостоятельно звонить на дальние расстояния. Сегодня стало возможным осуществлять прямой набор во многие заокеанские страны. Набирая соответствующий номер, потребитель выполняет задачу, прежде возлагавшуюся на оператора.

В 1973–1974 годах из-за арабского эмбарго на нефть цены на бензин поднялись. Крупнейшие нефтяные компании получили огромную прибыль, но местные бензозаправочные станции вынуждены были отчаянно бороться за экономическое выживание. Желая снизить цену, многие владельцы бензоколонок ввели самообслуживание. Поначалу это казалось странным. Газеты печатали забавные истории о водителях, которые пытались вставить шланг в радиатор. Однако вскоре потребитель, лично заправлявший свою машину, уже никого не удивлял…

В тот же период появились электронные банкоматы, которые не только упразднили понятие „часов работы“ банка, но также значительно сократили число кассиров, предоставив клиенту осуществлять операции самому, прежде выполнявшиеся банковскими служащими.

То, что клиент самостоятельно выполняет часть работы, не так уж ново — экономисты называют это „экстернализацией стоимости труда“. На этом принципе построены все супермаркеты. Улыбающегося продавца, знавшего ассортимент и приносившего вам товар, заменила тележка для покупок, которую вы сами катите перед собой…

Благодаря совершенствованию техники стоимость междугородних телефонных переговоров снизилась и это создает условия для развития в будущем системы ремонта, при котором владелец бытовой техники сможет, глядя на экран своего телевизора и слушая советы мастера, сам починить свою технику.

Еще 10 лет назад в Соединенных Штатах непрофессионалам продавалось только 30 % электроинструментов, остальные 70 % покупали плотники и другие ремесленники. Менее чем за 10 лет эти цифры поменялись местами: сегодня только 30 % инструментов покупают профессионалы, а 70 % — потребители, которые все чаще следуют призыву „сделай сам“.

Еще один вид реализации принципа идеальности — включение все большего числа потребителей в процесс проектирования изделий. Роберт Андерсон, руководитель отдела информационных услуг компании Рэнд Корпорейшен», предполагает: «Через 20 лет самой творческой вещью будет необычайно творческое потребление… Например, вы дома придумываете для себя фасон одежды или вносите изменения в стандартную модель, а компьютер выкроит ее для вас с помощью лазера и сошьет на машинке с цифровым управлением…»

Модель идеальной технической системы «заряжает» человека для решения или для оценки решения и в этом ее необходимость. Понятие идеальности задает внутреннюю планку для полета, прыжка, оно является топливом или стимулирует появление этого топлива, формирует внутренние критерии для процесса отбраковки приходящих при решении вариантов.

На базе модели идеальной технической системы Г. С. Альтшуллером был построен оператор ИКР (идеальный конечный результат). Суть его состоит в том, что задачу по реализации какой-либо функции возлагают на выбранный элемент (объект обработки, либо элемент технической системы, уже выполняющий какую-то полезную функцию).

Структура оператора ИКР:

Элемент

сам

выполняет требуемое действие (вместо иного элемента)

продолжая выполнять функцию, ради которой он был первоначально создан.

Так в уже приведенных примерах усовершенствования конкретных технических систем были реализованы следующие ИКР:

Шпилька САМА набирала энергию для деформации своего торца, сохраняя способность выдерживать силовую нагрузку в процессе работы.

Газ Соленинского месторождения САМ создает разряжение, достаточное для выкачивания дополнительного газа из недр, продолжая транспортироваться к потребителю.

В обоих рассмотренных примерах реализована общая схема — вместо специализированной системы обработку объекта поручают самому объекту (или объекту, сопутствующему). Этот подход можно назвать наиболее эффективным. Техническая система отсутствует, а функция ее выполняется. В этом случае мы имеем пару: «Обрабатываемый объект — отсутствующая техническая система».

ИКР: Объект сам обрабатывает себя, не ухудшая своих потребительских свойств.

Если же осуществить такой подход не удается, то возможны иные варианты построения ИКР.

Пара элементов теперь выглядит так: Инструмент (рабочий орган технической системы) — отсутствующие вспомогательные элементы системы.

ИКР: Инструмент сам обрабатывает объект, без вспомогательных элементов технической системы.

И, наконец, если не удается сократить систему, с помощью которой мы проводим обработку, то следует повышать эффективность, сокращая иные системы, действующие совместно. Следовательно, пара примет вид: «Система А — отсутствующая система Б.»

ИКР: Техническая система «А» сама обрабатывает объект как техническая система «Б», продолжая обрабатывать его и как «А».

Рассмотрим эти варианты несколько подробнее. Во всех этих формулировках присутствует некоторый элемент, которому поручается выполнение не только своей функции, но и вдобавок, функции иных элементов. Вот как это может выглядеть на реальном примере: В качестве системы А рассмотрим токарный станок, в качестве системы Б связанный со станком магазин заготовок. Тогда для обрабатываемой детали вариант 1 может быть сформулирован в следующем виде:

«Деталь сама придает себе требуемую форму, продолжая быть полезной для потребителя».

Второй вариант построения модели идеальной системы нам придется формулировать уже для инструмента, имеющегося в станке — для резца. Он может иметь следующую форму:

«Инструмент сам обрабатывает деталь без поддержки вспомогательных элементов (станины, суппорта и прочего)».

И, наконец, третий вариант формулировки может выглядеть так:

«Станок сам хранит заготовки деталей, не прекращая их обрабатывать».

Еще один пример: построение вариантов ИКР для транспортного средства.

А. Полезный груз сам себя транспортирует, не теряя потребительских качеств.

Б. Кузов транспортного средства сам перемещает полезный груз, без двигателя, движителя и системы управления.

В. Транспортное средство само обрабатывает транспортируемый груз (например, изготавливает бетон из компонентов), продолжая транспортировать его.

На практике реализуется большое количество разнообразных инструментов, помогающих изобретателю повышать идеальность существующих систем. Все они, оставаясь однотипными по существу, внешне принимают различные формы. Рассмотрим один из таких инструментов — оператор РВС, предложенный Г. С. Альтшуллером как инструмент для снятия психологической инерции.

Оператор РВС (размер, время, стоимость)

В ТРИЗ существует некоторое количество операторов, инструментов, предназначенных для снятия психологической инерции. Одним из них является оператор РВС. РВС расшифровывается как «Размер, Время, Стоимость». Суть оператора состоит в том, что предлагается последовательно исследовать возможности изменения совершенствуемого объекта в рамках заданных мысленных экспериментов. Изменив одну из заданных характеристик объекта на порядок (увеличив или уменьшив), следует представить себе такой объект, возможность реализации выполняемой им функции, возможные ограничения и пути их преодоления. Применение оператора РВС дает подчас неожиданные и интересные результаты. Уже много лет этот инструмент используется при решении практических задач. Этот оператор использует понятие идеальности для снятия психологической инерции у решающего задачу.

Мысленные эксперименты по увеличению размеров исследуемой системы до бесконечности или уменьшения их до нуля дают пищу воображению, приводят к пониманию каких — то новых возможностей или ограничений. Аналогичные путешествия к сверхбольшому и сверхмалому проводятся и относительно времени осуществления рабочего процесса или его стоимости.

Так, проводя исследование, например, бытового пылесоса и постепенно меняя при этом его размеры в сторону их уменьшения, можно прийти к выводу о том, что накопитель пыли не может находиться внутри такого пылесоса. Это должен быть уже не пылесос, а пылесборник. При этом возникает потребность представить себе, как может выглядеть подобный пылесборник. Пыль может накапливаться на поверхности аппарата, а может быть, как-то обрабатываться им, преобразовываться в вид, удобный для последующей сборки, например, коагулироваться, скатываться в достаточно большие объемы.

Процесс мысленного увеличения пылесоса приводит к тому, что он начинает постепенно захватывать все пространство комнаты или квартиры, а затем и дома. Возникает картина жизни в пылесосе, и становится ясно, что функцию пылесоса должен взять на себя, например, пол. Аналогичные процедуры можно проделать и с оставшимися осями. Рассмотрим ситуацию, когда время сбора пыли стремится к нулю. На этом пути придется не только повышать мощность устройства, но и позаботиться о том, чтобы оно было размещено везде, где может быть загрязнение. И опять возникает идея дома — пылесоса, поверхностей, самостоятельно борющихся с загрязнениями.

Тот же результат получается при последовательном увеличении времени работы. Стоит последовательно увеличить время очистки поверхности от сегодняшних минут и часов на несколько порядков, как становится понятной принципиальная невозможность ручной работы. Пылесос должен работать сам, работать медленно, постепенно и незаметно убирая пыль. Это приводит и к пониманию невозможности использовать существующий сегодня принцип засасывания пыли струей воздуха, ведь витание частиц возможно только при определенной скорости, а она у нас по условиям все должно делаться очень медленно…

Снижение стоимости процесса заставляет искать возможность выполнить очистку поверхности, избавиться от пыли за счет уже существующих систем иного назначения. В дело могут пойти различные электризующиеся поверхности (представьте себе, например специальную «пылесборную» пластинку, которую ставят на проигрыватель, когда надо собрать пыль в воздухе.

Как ни странно для обычного мышления, наименьшее количество эффективных решений находят при использовании варианта «стоимость стремится к бесконечности». Но это становится понятным исходя из понятия идеальности — использование дополнительных затрат для реализации функции прямо противоречит выявленной нами общей закономерности развития технических систем!

4. Практическое использование понятия идеальности

Кудрявцев А. В.

Идеальность — одно из ключевых понятий Теории решения изобретательских задач. Понятие идеальности составляет суть одного из законов (закон повышения идеальности), а также лежит в основе иных законов развития техники, наиболее отчетливо проявляясь в таких, как:

•закон вытеснения человека из технической системы;

•закон перехода от макросистем к микросистемам.

Г. С. Альтшуллер говорил, что идеальная система — это такая система, которой нет, а функция ее выполняется.

При построении образа идеальной технической системы необходимо выполнить два действия — представить себе, что реальной системы может и не быть, что можно обходиться без нее, а также сформулировать и точно определить функцию, ради которой система необходима. Выполнение обоих действий в реальных условиях может вызывать определенные трудности. Рассмотрим их более детально.

Формулирование системы как отсутствующей в учебном процессе обычно совершается достаточно просто. (Идеальный телефон — такой телефон, которого нет…, идеальный фонарик — такой фонарик, которого нет… и так далее). Однако в реальной деятельности, при работе с объектами, важными для решателя, у него могут возникнуть проблемы с самим объединением того, что дорого и необходимой по процедуре фигуры отрицания. Например, абстрактное понятие «идеального специалиста» строится легко. Идеальный специалист — это такой специалист, которого нет, а функции которого выполняются. Такое определение формируется достаточно просто. Но у многих людей вызывает затруднение формулировка идеальной модели именно для их специальности. Для многих конкретных специалистов возникают затруднения при формировании модели мира, в котором отсутствует потребность в их услугах. Врачу трудно определить, что такое идеальный врач, учителю, что такое идеальный учитель. Ранее ясная, модель в данном случае может деформироваться, сводиться к иной, например, к перечислению комплекса предъявляемых требований. Здесь проблема в построении новой модели мира, такого, в котором отсутствует важный и кажущийся незыблемым элемент.

Нелегко выполнить и вторую часть предписания — точно определить, что же такое «а функции ее выполняются». Но именно в этой работе и состоит наиболее важный аспект применения модели — понять, зачем вообще потребовалась совершенствуемая система.

В процессе решения задачи зачастую формулируются без предварительного определения и уточнения цели. Определение будущего результата работы подменяется описанием машины, предназначенной для достижения этого результата. Например, при необходимости фиксировать деталь, в задании на разработку может появиться формулировка «разработать устройство для фиксации детали». Такие исходные фомулировки должны, по возможности, корректироваться и уточняться.

В предыдущей лекции об идеальности отмечалось, что очень важно и полезно уметь увидеть цель, освобожденную от конкретных средств ее реализации. Видеть цель — это видеть результат действия еще до того, как станет понятно, с помощью чего можно подойти к этому результату. Такой подход необходим еще и потому, что оценка найденных средств может быть выполнена только при понимании желаемой цели. Глубина этого понимания определяет возможности и точность оценки, выбора оптимального для конкретной ситуации средства.

Например: «необходимо разработать устройство для опускания оборудования в колодец».

Эта формулировка может быть заменена на более общую — «необходимо опустить оборудование в колодец». Здесь уже появляется возможность воспользоваться существующими средствами. Эта формулировка также может быть изменена в очередной раз на еще более общую. Например, на такую: «Необходимо, чтобы оборудование находилось в колодце».

Можно ли продолжить ряд обобщений? Конечно, если мы обратимся к назначению оборудования. Если оно предназначено для подъема воды на поверхность, то цель может звучать так: «Необходимо, чтобы вода поднималась на поверхность». При этом появляется возможность рассмотреть варианты, в которых устройство, расположенное наверху, поднимает воду из колодца.

Самостоятельное, автономное применение принципа идеальности и определения идеальной технической системы, является одной из отличительных черт, формирующих стиль работы специалистов по ТРИЗ. Однако наиболее часто можно встретить в литературе использование этого принципа в операторе ИКР (формировании идеального конечного результата) — одного из наиболее интересных и эвристически ценных шагов АРИЗ.

Объем понятия Идеального конечного результата может отличаться от объема понятия и возможностей идеальной технической системы. ИКР — это постановка перед выбранным объектом требования самостоятельно реализовать комплекс функций, первоначально реализовавшихся другим объектом, (элементом той же системы, надсистемой, внешней средой). Возможны три варианта такой реализации, различающихся степенью идеальности (исчезновения) исходно заданной технической системы.

1. Объект сам (без обычных, специально предназначенных систем или устройств) обрабатывает себя, сохраняя при этом потребительские качества. Это означает, что изделие выполняет функцию системы, предназначенной для ее обработки (оставаясь полезной для потребителя). Данный ИКР фактически совпадает с пониманнием идеальной технической системы. Однако формулирование такого варианта не всегда бывает целесообразным, так как в некоторых задачах оно может вступать в противоречие с ранее заданным уровнем конкретизации зоны конфликта.

Система, предназначенная для обработки, как правило, состоит из ряда узлов. (Состав этих узлов в обобщенной форме рассматривался при изучении закона полноты частей системы). Идеальность такой системы повышается, если какой-либо из ее элементов берет на себя дополнительную функцию, замещает иные элементы. Наиболее целесообразно требовать это от инструмента, части системы, непосредственно обрабатывающей изделие. В этом случае ИКР имеет вид:

2. Инструмент сам выполняет функцию вспомогательных элементов системы (снабжает себя энергией, ориентирует себя в пространстве…), продолжая обрабатывать изделие (то есть выполнять свою функцию).

Естественно, что при этом инструмент может брать на себя не все вспомогательные функции, а их часть (например функции управления, либо снабжения энергией…). В различных случаях будут получаться системы, отличающиеся уровнем «свернутости» — системы без ярко выраженного источника энергии, либо без трансмиссии, либо без органа управления.

Если по каким либо причинам не удается избавиться от системы, реализующей важную функцию, то можно нагрузить эту систему дополнительными функциями и за счет этого избавиться от иных систем. ИКР в этом случае записывается в следующей форме:

3. Система сама выполняет дополнительную функцию, продолжая осуществлять свою.

Как видно, общая структура ИКР выглядит так:

Выбранный объект

САМ

выполняет дополнительную функцию,

продолжая выполнять свою функцию (здесь могут быть введены и иные дополнительные условия).

Отдельно следует рассмотреть ситуацию, когда в процессе работы над задачей принято решение ввести дополнительный элемент. Это может быть элемент, реально существующий в окружении системы, а может быть абстрактное представление — так называемый «Х-элемент». В таких ситуациях принято формулировать ИКР по следующей структуре:

Выбранный объект («Х-элемент»)

САМ

Устраняет ранее сформулированный нежелательный эффект

Абсолютно не усложняя систему (ведь требование сохранения собственных функций элемента здесь чаще всего избыточно, а риск усложнения системы дополнительными элементами вполне реален).

Работа с «Х-элементом» (в ранних версиях АРИЗов использовалось понятие «Внешняя среда») требует специальных навыков. Ведь строя ИКР и выполняя некоторые последующие действия, изобретатель формирует комплекс требований, свойств, характеристик, введение которых в систему позволит решить поставленную задачу. «Х-элемент» — это совокупность таких требуемых харатеристик, которые потом придется искать в самой системе как ее латентные, скрытые, непроявленные возможности. При невозможности такого внутреннего подбора, появляется необходимость использования элементов с требуемыми свойствами.

Попробуем выработать навык формулирования ИКР и его практического использования при решении изобретательских задач.

Используем ИКР применительно к такой области техники, как передача тепла на расстояние. Общеизвестно, что лучшие из доступных нам природных проводников тепла — это металлы. Особенно выделяются в этом плане медь, серебро, золото. Но и металлы передают тепло не так хорошо, как иногда этого бы хотелось. Например, передать значительный поток тепла по металлическому пруту длиной несколько метров будет достаточно сложно. Нагретый конец такого прутка может уже начать плавиться, а с противоположной стороны его вполне можно будет держать руками. Здесь вырисовывается интересная задача: как обеспечить переток значительной мощности через ограниченное сечение в условиях малых перепадов температур.

Сформулируем идеальный конечный результат в следующем виде: «Тепловой поток большой мощности сам проходит через пространство без потерь и при минимальной разности температур».

Такие устройства были созданы. Они получили название «тепловые трубы». Рассмотрим простейшую конструкцию подобного устройства.

Возьмем трубу, выполненную из теплостойкого материала (например, из стали). Выкачаем из нее воздух и введем внутрь некоторое количество жидкости — теплоносителя (рис. 4.1).

Рис. 4.1

Расположим трубу таким образом, чтобы ее нижний конец оказался в зоне нагрева, а верхний в зоне отвода тепла. Нагрев жидкости превратит ее в пар. Пар мгновенно заполнит весь объем и начнет конденсироваться на холодном торце. При этом будет отдана теплота, равная теплоте парообразования. (Ведь известно, что теплота парообразования равна теплоте, отдаваемой при конденсации пара) Капли, сконденсировавшиеся на верхней поверхности теплоносителя, будут падать вниз и вновь нагреваться. Такой «круговорот воды в природе» может переносить действительно очень большие мощности.

Как видно из этого описания процесса теплопереноса, тепловой поток действительно сам распространяется по объему тепловой трубы.

Рассмотрим теперь новую ситуацию с придуманным нами устройством. В предыдущем случае мы имели зону нагрева внизу, а съема тепла — вверху. Зададимся вопросом: что произойдет, если зона нагрева окажется вверху, а съем тепла будет производиться снизу (рис. 4.2)? Очевидно, что устройство перестанет работать. Для того чтобы оно заработало, надо, чтобы жидкость перед нагревом поднялась вверх.

Задача 4.1.: как обеспечить подьем теплоносителя к верхнему торцу трубы?

Рис. 4.2

Первое побуждение — поднять жидкость вверх с помощью специального устройства — например, насоса. Но построим ИКР. Мы можем применить этот оператор к трубе, к жидкости, к тепловому полю, к охлаждающему агенту. Важно при этом, чтобы формулировки были действительно построены до конца и полностью произнесены или записаны. Например:

ИКР: труба сама поднимает жидкость вверх, в зону нагрева, не мешая свободному распространению пара;

(вариант реализации: в теле трубы могут быть выполнены специальные каналы, по которым будет подниматься жидкость);

ИКР: жидкость сама поднимается в зону нагрева, не мешая свободному распространению пара;

(вариант реализации: можно ли так рассчитать параметры каналов, чтобы жидкость поднималась сама? Конечно, если они будут капиллярами);

ИКР: тепловое поле само поднимает жидкость в зону нагрева, не прекращая нагрева;

(вариант реализации: тепловое поле, распространяемое сверху, может выполнять полезную работу по подъему жидкости в зону нагрева).

Еще раз подчеркнем, что выполнение ИКР, то есть работы дополнительной для элемента, не должно мешать выполнению его полезных функций, и конечно же не должно мешать выполнению главной полезной функции всей системы. Выбор этого вспомогательного требования зависит от того, какую функцию выполняет выбранный элемент.

Кроме того, можно говорить о зоне внутри трубы, из которой выкачан воздух. Для нее мы тоже можем сформулировать ИКР, звучащий очень похоже на уже построенные. «Зона внутри трубы сама…» Есть и еще один объект — это тот самый насос, без которого мы хотим обойтись. Для того, чтобы обеспечить выполнение системой основной функции, может оказаться полезным предварительно ввести в систему новый элемент, просто для того, чтобы тут же постараться от него избавиться, оставив себе все его достоинства. В данном случае мы можем попробовать представить себе систему с насосом и согласно ИКР оставить в системе только рабочий орган насоса — например, его крыльчатку. И уже после этого потребовать от крыльчатки, чтобы она сама, без помощи двигателя и иных элементов поднимала жидкость — теплоноситель в зону нагрева.

Конечно, если мы выберем насос, работающий на ином принципе, например перистальтический, то требование будет предъявлено уже к иному рабочему органу. «Трубка сама пульсирует и поднимает жидкость наверх».

Вся совокупность построенных вариантов ИКР может и не определяться в рамках реального решения задачи. Но из сделанных построений виден общий принцип — ИКР обеспечивает концентрацию интеллектуальных усилий на выбранном элементе, заставляет человека, решающего задачу, искать в нем скрытые возможности.

Эффективным решением задачи о самостоятельном подъеме теплоносителя в зону нагрева при малых длинах трубки является использование капилляров. Кстати, капилляры также являются наиболее эффективным средством доставки теплоносителя в зону нагрева при использовании тепловой трубы в невесомости. Боковая поверхность трубки при этом выстилается слоем капиллярно-пористого вещества. Для труб с высокой рабочей температурой в качестве капилляров используется насечка на внутренней поверхности трубы.

Известно, что на поверхности тепловой трубы в рабочем режиме устанавливается (САМА!) постоянная температура. Это очень удобно для термостатирования, ведь в технике часто требуется обеспечить постоянство температурного поля, например, при сушке, при испытании серии приборов… С помощью тепловой трубы это реализуется довольно просто. Можно иметь на входе нагреватель с любой температурой, превышающей температуру испарения теплоносителя, и тепловая труба будет «срезать» все лишнее. Температура поверхности трубы будет зависеть только от соотношения интенсивностей подвода и отвода тепла и площадей теплообмена. Если процессы подвода и отвода тепла устоялись и равны площади поверхностей испарителя и конденсатора, то температура трубы равна половине суммы температур нагрева и конденсации.

Задача 4.2.: Рассмотрим работающую тепловую трубу. Она внешне не отличается от трубы неработающей. На испытательном стенде возникла задача: как определить, что тепловая труба вышла в рабочий режим. Поставим и эту задачу через формулирование ИКР, через определение требуемого результата. Конечно, для этого требуется понимать, что же происходит с трубой, когда она выходит на рабочий режим. Об этом могут сообщать ее элементы, находящиеся в измененном состоянии: в состоянии, связанном именно с тем, что тепловая труба устойчиво работает.

Что же происходит с элементами, когда тепловая труба работает? Вся поверхность корпуса имеет постоянную температуру. Капилляры заполнены жидкостью, поднимающейся вверх. Существует перепад давления между концами трубы. В зоне нагрева давление паров теплоносителя максимально, в зоне конденсации оно практически отсутствует. Нагретый теплоноситель, ставший паром, переносится от горячего конца в зону конденсации.

Все эти явления, которые мы можем назвать особенностями конкретной ситуации, могут сообщать нам о появлении нужного нам режима. На каждом из них можно сформулировать ИКР и построить на основе этих ИКР варианты возможных решений.

Один из вариантов, реализованный в лаборатории с целью проверки работоспособности тепловой трубы, состоял в том, что внутрь трубы был помещен обычный свисток (или упругая пластинка, которая колебалась в потоке пара и заставляла трубу звучать). Конечно, это решение в чем-то «идеально», а в чем-то и нет. Ведь в реальной установке этот способ, скорее всего, неприменим из-за дополнительного звукового фона. Но это «быстро внедряемое» решение обеспечило получение нужного знания с помощью подручных средств. Оно же дало еще одну задачу: как заставить свисток звучать только в требуемый момент. И здесь тоже ответ может подсказать оператор ИКР. Его можно сформулировать следующим образом.

«Свисток сам звучит только в момент, когда это необходимо оператору».

Построим еще более точную формулировку требования:

«Язычок свистка сам колеблется только в момент, когда это необходимо оператору».

Такое избирательное поведение может быть реализовано с помощью внешней силы, например, ввинчиваемого в боковую поверхность трубы стопора, заживающего язычок свистка.

Рассмотрим ситуации, в которых для поиска путей решения будет использоваться идеальность и основанный на ней оператор ИКР.

Задача 4.3.: Из металла изготавливаются небольшие металлические пустотелые шарики. Требуется, чтобы стенки шариков были равной толщины. Для обеспечения такого отбора можно создать сложное устройство бесконтактного контроля, а можно попробовать построить ИКР и искать решение на основе его формулировки.

Но сначала желательно определить, к какому из шариков предъявляется требование. Например, к шарику, в котором внутренняя полость расположена не центрально. Если так, то после этого уточнения требование определить значительно проще.

«Плохой» шарик сам отделяется от хороших шариков.

Более точно, то есть после рассмотрения природы явления на физическом уровне:

«Смещенный центр тяжести» шарика сам отделяет его от «хороших».

Возможный принцип решения: шарики поочередно должны скатываться по узкой линейке, установленной наклонно. Те из них, у которых центр масс расположен не в центре, будут отклоняться от прямолинейной траектории и падать с узкой дорожки. Разделение качественно изготовленных и бракованных шариков происходит при этом «само собой».

Задача 4.4.: Рассмотрим реальную ситуацию, описанную в книге М. Вертгеймера «Продуктивное мышление».

«Два мальчика играли в саду в бадминтон. Я мог видеть и слушать их из окна, хотя они меня не видели. Одному мальчику было 12 лет, другому — 10. Они сыграли несколько сетов. Младший был значительно слабее; он проиграл все партии.

Я частично слышал их разговор. Проигрывающий, назовем его „В“, становился все более и более грустным. У него не было никаких шансов. „А“ часто подавал так умело, что „В“ даже не мог отбить волан. Ситуация все более ухудшалась. Наконец „В“ бросил ракетку, сел на поваленное дерево и сказал: „Не буду больше играть“. „А“ пытался убедить его продолжать игру. „В“ не ответил. „А“ сел рядом с ним. Оба выглядели огорченными.

Здесь я прерываю рассказ, чтобы задать читателю вопрос: „Что бы вы предложили? Что бы вы сделали на месте старшего мальчика? Можете ли вы предложить что-нибудь разумное?“»

Попробуем решить эту нетехническую задачу (как сделать так, чтобы обоим игрокам хотелось играть и было интересно играть) с помощью оператора ИКР. Здесь также требуется четко поставить цель. Что бы мы хотели в конечном счете? Очевидно, что обоим игрокам должно быть интересно играть, даже несмотря на разницу в классе.

ИКР может звучать здесь следующим образом:

«Игрок „А“ сам помогает игроку „В“ отбивать мяч, не ухудшая своих показателей и не делая игру более скучной для себя».

Это может быть достигнуто, если оба игрока будут играть на один и тот же результат.

Целью игры также могло бы стать:

•стремление как можно дольше удержать волан в воздухе;

•необходимость для сильного игрока попасть в мишень воланом, который отобьет ему слабый игрок.

Или… сильный игрок мог бы играть левой рукой и т. д.

Уже сама формулировка цели в данном случае открывает возможности для ее достижения.

Задача 4.5.: Зимой водосточные трубы заполняются льдом. Весной лед начинает оттаивать, и возможны ситуации, когда ледяная пробка, подтаяв с внешней стороны и потеряв сцепление с трубой, летит вниз. Удар такой пробки о выступающие части трубы часто приводит к ее разрыву. Если же ледяная пробка падает на тротуар, то она может стать причиной травм находящихся вблизи людей. Выколачивание льда — дорогое и малоэффективное мероприятие. Как добиться того, чтобы пробки не падали вниз?

ИКР может быть обращен ко всем элементам, приведенным в данной задаче. Мы можем считать, что их всего два: лед и труба. Важным вопросом является формирование требования к этим элементам.

«Лед сам удерживается в трубе до момента полного таяния».

«Труба сама удерживает лед до момента его полного таяния».

Как можно видеть, в реальной ситуации труба и лед не держатся друг за друга до момента полного таяния (ведь нам приходится их об этом «просить»).

«Лед сам держится за трубу той своей частью, которая растает в последнюю очередь».

Возможный итог решения описан в одном из российских изобретений:

«Водосточная труба, включающая водосборную воронку, прикрепленную около ската крыши, колена обхода карниза и слива, отличающаяся тем, что, с целью создания защиты от повреждения падающим внутри трубы льдом, труба снабжена отрезком произвольно изогнутой проволоки, расположенной со стороны воронки внутри трубы и прикрепленной верхним концом к скату крыши» (рис. 4.3).

Рис. 4.3

В этом решении видно, что выполненное изменение — пропущенная внутри трубы проволока позволяет приблизиться к реализации ИКР, определенного для льда: лед сам удерживается внутри трубы до момента полного таяния.

Объекты техники имеют огромное количество свойств и характеристик, из которых в конкретных обстоятельствах человек почти всегда использует крайне незначительную часть. Этот запас свойств позволяет нам требовать от элементов системы чего-то нового и находить новые возможности их использования.

Можно констатировать, что идеальность — универсальный инструмент мыслительной деятельности.

Отличие идеальной технической системы от используемых в науке идеализаций состоит в том, что в науке модель приближают к реальному миру, а в технике реальный мир создают на основе модели. И если в науке к абсолютной истине можно только стремиться, никогда ее не достигая, то в технике можно сразу понять эту абсолютную для себя истину, то есть конечный предел, итоговое состояние объекта, но тоже стремиться к этому состоянию, к этой истине бесконечно. Выражаясь фигурально, техника дает нам возможность жить в мире мечтаний, делая их реальностью. И механизм работы с идеальными моделями, с ИКР является практическим инструментом реализации этих возможностей.

5. Вещественно-полевые ресурсы

Гасанов А. И.

Вспомним легенды древних греков о подвигах Геракла. В одной из них он пообещал царю Элиды Авгию очистить его огромные и сильно загрязненные конюшни, причем, сделать это собирался за один день. Выполнить эту работу вручную обычными способами было не по силам даже такому гиганту, как Геракл. Но он поступил по-изобретательски: нашел такие силы, которые помогли сдержать данное Авгию слово: разобрал стены конюшни и направил в них воды рек Алфея и Пенея, которые смыли все нечистоты, накопившиеся в конюшнях за долгие годы.

Как же охарактеризовать действия Геракла, a точнее тот прием, который он использовал для решения поставленной задачи? Сейчас мы сказали бы, что древнегреческий герой использовал мощный энергетический и вещественный ресурс, имевшийся в окружающей среде.

А вот пример отнюдь не из мифологии. Теплой водой в коровнике ополаскивают доильное оборудование. Водой горячее (40 °C) проводят санитарную обработку животных перед дойкой, а шестидесятиградусной — моют оборудование. Теплая и горячая вода поступает в коровник из котельной, работающей на жидком, твердом или газообразном топливе. От этой же котельной работает и агрегат для охлаждения парного молока. На охлаждение каждой тонны молока и нагрев воды расходуется почти 5 кг условного топлива. Но ведь парное молоко само имеет температуру 35 °C! Оказывается, теплоты парного молока вполне достаточно для приготовления не только теплой, но и горячей воды. Нужна лишь дополнительная специальная установка, которая и была разработана рядом институтов сельскохозяйственного машиностроения.

Если в примере с Гераклом использована энергия рек, т. е. ресурсы внешней среды, то в данном примере энергия для вспомогательных операций получена утилизацией теплоты самого главного продукта производства, который так или иначе все равно надо охлаждать. Теплота охлаждаемого молока как раз и есть ресурс для нагрева воды.

Мы уже не раз использовали термин «ресурс». Согласно толковому словарю, ресурс — это запас, накопление, возможности. Мы же далее будем понимать этот термин более широко: ресурс — это все, что без особых затрат может быть использовано во благо системы, для ее совершенствования.

Сам термин «вещественно-полевые ресурсы» впервые появился в тексте АРИЗ-85В. Однако очень скоро стало ясно, что понятие «вещественно-полевые ресурсы» (ВПР) — одно из фундаментальных понятий ТРИЗ, такое же, как уже знакомые нам противоречие, ИКР, веполь.

При решении задач по АРИЗ на этапе синтеза технического решения возникает необходимость в исходной модели задачи провести некоторые преобразования: ввести новые вещества и поля, либо изменить поля и вещества уже существующие в системе. Такие трансформации могут носить как физический характер (например, изменение агрегатного или фазового состояния веществ), так и быть изменениями характеристик пространственной структуры оперативной зоны объекта, в котором реализуется конфликт между его частями. Необходимые же преобразования в оперативной зоне по АРИЗ требуется совершить по отношению к некоторому икс-элементу, характер которого до поры, до времени неизвестен, а возможная его структура как раз и должна быть выявлена в процессе анализа задачи по шагам.

Анализ большого патентного материала, который, как и во всех других случаях, является основным исследовательским материалом в ТРИЗ, позволил разработать классификацию ВПР, существенно упрощающую работу с этим инструментом при решении изобретательских задач. Можно выделить следующие основные характеристики ресурсов: вид, количество, ценность, степень готовности к применению, источник.

По видам ресурсы можно разделить на энергетические, вещественные, пространственные, временные, функциональные, информационные, комбинированные.

К энергетическим ресурсам относятся все известные нам виды энергии и полей (электрические, электромагнитные, тепловые поля и т. д.), которые не подводятся к системе и не вырабатываются специально, а уже имеются в совершенствуемой системе или во внешней среде.

Приведем примеры:

Многие садоводы-любители для борьбы с вредителями пользуются опрыскивателем. Чаще всего в качестве энергетической установки при этом выступает сам человек, нагнетая давление в баллон с жидкостью. Точно так же поступает и автомобилист, накачивая шину колеса, хотя наверняка можно для этой цели приспособить и двигатель автомобиля.

Кстати, автомобиль, как источник разных, часто пока неиспользованных, видов энергии может быть объектом для поиска ВПР. Например, известно, что выхлопные газы выносят в атмосферу не только пары воды, диоксид углерода (углекислый газ) и некоторые вредные составляющие, но и неиспользованную тепловую и механическую энергию. Эту энергию можно заставить работать. Достаточно по специальным каналам направить выхлопные газы к турбинке и раскрутитъ ее до нескольких тысяч оборотов в минуту. Та, в свою очередь, приведет в действие небольшой воздушный компрессор, создающий дополнительное давление в воздухозаборнике, что и повысит мощность двигателя. Именно так и поступают при создании современных автомобилей с турбонаддувом.

Но выхлопные газы могут не только усиливать наддув двигателя, они способны подсушивать перевозимые грузы, перемешивать их. Могут они натянуть над автомобилем защитный тент, защитив и сам автомобиль и водителя от атмосферных осадков.

Под вещественными ресурсами будем понимать все материальные тела, которые есть в системе, надсистеме или внешней среде. Вот несколько примеров.

Для восстановления размеров деталей, например, изношенных венцов больших зубчатых колес экскаваторов, их помещают в специальную форму и с огромной силой сжимают нерабочие части венцов. Металл из этих частей выдавливается в зубцы, увеличивая их размеры. Затем лишний металл с контактных поверхностей зубчатых колес сошлифовывают. Практически также предложил поступать изобретатель Л. К. Нагорный при изготовлении составных прокатных валков: цилиндрическую гильзу надевают на ось с зазором, а затем ось сжимают с торцов, чтобы заполнить зазор. Вещественным ресурсом здесь является материал оси; изготовление валков значительно упрощается, поскольку не нужна точная обработка посадочных поверхностей (а.с. 833347).

Существенным для поиска вещественных ресурсов в системе является то, что вещества представляют собой многоуровневую иерархическую структуру, простирающуюся от элементарных частиц, через атомы, молекулы, их ассоциации, кристаллическую решетку к простейшим техновеществам (проволока, лист, шарик и т. д.), к объединению в ассоциации обработанных техновеществ, составляющих технические системы высокого уровня организации. Отсюда же ясно, что новое вещество в системе может быть получено как разрушением более крупной системы, например, разложением воды на молекулы водорода и кислорода, так и объединением уже существующих частиц более низкого уровня. При этом выгоднее разрушать «целые» частицы (молекулы, атомы), поскольку нецелые частицы (например, ионы) уже частично разрушены и сопротивляются дальнейшему разрушению. Достраивать же, наоборот, выгоднее нецелые частицы, стремящиеся к восстановлению

Под пространственными ресурсами будем понимать свободное пространство, «пустоту», которую можно использовать для изменения исходной системы или для повышения эффективности ее эксплуатации.

Во многих регионах мира, расположенных на берегах морей и океанов, возникают большие проблемы с питьевой водой. Воды рядом много, но использовать ее нельзя — она соленая! Необходимо не только создавать мощные опреснительные установки, но и строить большие хранилища для пресной воды. Швед К. Дункер предложил для хранения дождевой и питьевой воды использовать гигантские плавающие резервуары, представляющие собой не имеющие дна пластиковые контейнеры, нижний край которых с помощью грузил удерживается в вертикальном положении. Пресная вода (имеющая меньшую плотность) держится поверх соленой, не смешиваясь с ней. Чтобы избежать испарения пресной воды, предусматривается пластиковое же покрытие. Создание хранилищ такого объема на берегу было бы значительно сложнее и менее экономично.

Интересный пространственный ресурс нашли английские авиаторы. На взлетно-посадочной полосе, конструкцию которой запатентовали английские инженеры, готовят для взлета сразу несколько самолетов. Казалось бы, что это опасно. Однако разбегаться они будут по слегка искривленным (веерообразным) дорожкам длиной 600–900 м, а затем выходить на прямые участки и взлетать.

Ярким примером использования пространственного ресурса являются приемы перехода в другое измерение. В ряде стран уже широко практикуется не горизонтальное огородничество, а вертикальное, когда делянки с разными культурами в зависимости от степени развития растения размещают в вертикальной плоскости. При этом значительно облегчается уход за ними. Довольно близка к этому и идея использования крыш домов для устройства теплиц: и солнца, и воздуха — в достатке.

Мы часто говорим, что живем в пространстве и времени. Логично предположить, что помимо пространственных ресурсов, должны существовать и временные ресурсы. Что же можно к ним отнести? Это, во-первых, время до начала некоторого главного производственного процесса, и, во-вторых, промежутки между отдельными этапами производственного процесса. И те, и другие временные отрезки могут быть использованы для улучшения основного функционирования системы.

Пример на использование временного ресурса: если совместить процесс прокатки рельсов с их закалкой, то можно резко сократить расходы теплоты на повторный нагрев металла, необходимый для закалки.

Еще пример из другой отрасли.

Создан универсальный автомобильный разгрузчик. Он может многое: загружать семенами разные посевные агрегаты, смешивать удобрения, обслуживать картофелесажалки и, что особенно важно для сельского хозяйства, не имеет сезонных простоев. Летом разгрузчик используют на технологических операциях, а зимой — для вывоза сыпучих грузов.

Последний пример характеризует рациональный подход к проектированию техники, позволяющий ликвидировать ее простои за счет увеличения выполняемых ею функций.

Функциональные ресурсы. Это, по-видимому, возможность использовать известную функцию объекта по иному назначению, либо выявление новой функции в системе. Сюда же можно отнести и возможность системы выполнять по совместительству дополнительные функции после некоторых изменений. Приведем примеры таких ресурсов.

Для борьбы со сливной стружкой используют самые разнообразные способы — от стружколомающих канавок на резцах до механизмов мелкого трясения деталей станка. А вот изобретатели из Нижегородского технического университета предложили дробить стружку струей уже работающей в станке охлаждающей жидкости, создавая в ней импульсы давления с частотой в несколько десятков герц и давлением 5–15 МПа (а.с. 986600).

Но, как выясняется, этим не ограничиваются «изобретательские» возможности охлаждающей жидкости. Оказалось, что с легкой руки изобретателя Э. К. Асташенко она может сигнализировать и о поломке режущего инструмента (а. с. 776760). Струя, если инструмент сломался, стекает в небольшой резервуар на коромысле и, переполняя его, как чашу весов, другим концом коромысла выключает станок.

Перейдем к рассмотрению информационных ресурсов. Совершенно очевидно, что потребность в информационных ресурсах обычно возникает в задачах на разделение, обнаружение, измерение. Поэтому информационные ресурсы — это данные о параметрах вещества, полей, изменения свойств или параметров объекта. При этом, чем больше мы обнаружим отличий одного вещества от другого, тем эффективнее может оказаться их разделение. Вещества различают по разным параметрам: размерам, твердости, отражательной и преломляющей способности света, по магнитным, электрическим, химическим, биологическим и другим свойствам. Если различия в параметрах малы, то их усиливают, подвергая вещества воздействиям, при которых отличия увеличиваются.

Рассмотрим ряд решений, использующих информационные ресурсы.

Созрел ли арбуз? Эта задача имеет народнохозяйственное значение: не имея надежных приборов и методов, приходится «на авось» перевозить многие тонны ненужного покупателю груза. Однако, специалисты провели серию опытов и выявили, что имеется четкая связь: чем тверже корка, тем арбуз более зрелый. Дело за малым — сконструировать надежный и компактный прибор, удобный для работы на бахче. Для определения твердости металлов такие приборы давно существуют — в поверхность металла с определенной силой вдавливают шарик и затем измеряют диаметр отпечатка, характеризующий твердость. Вряд ли это будет удобно для нашей задачи. А нет ли у арбуза какого-либо другого свойства, позволяющего проще решить задачу? Оказывается есть! В. В. Чаленко и Н. Е. Руденко из научно-исследовательского института орошаемого овощеводства и бахчеводства предложили судить о степени зрелости арбуза по его электросопротивлению.

Также по различию свойств материалов, а точнее, по спектру издаваемых звуков, предложено определять правильность загрузки измельчаемых компонентов в мельницу (а. с. 400365). А вот новый способ диагностики ишемической болезни сердца использует разную степень поглощения ультразвука эритроцитами крови у больных и здоровых людей (а. с. 1126288).

Еще один интересный пример: по информации о параметрах стали, оцененных еще при выплавке с помощью математической обработки на ЭВМ, делают прогноз качества прокатанного из нее металлического листа.

До сих пор мы рассматривали только одиночные ресурсы. Однако, как и простые приемы решения изобретательских задач имеют тенденцию к объединению, так и ресурсы стремятся комбинироваться.

Идея выращивания корма непосредственно в животноводческих помещениях очень привлекательна и находит много поклонников. И. С. Крашаков предложил животноводческую ферму, связанную системой вентиляции с теплицей для выращивания зеленого корма, снабдить камерой для биологической обработки навоза. В этом случае навоз можно использовать и в качестве удобрения, и для дополнительного обогрева помещения теплотой, выделяющейся при его переработке. Биогаз, Вырабатывающийся при этом вырабатывающийся при этом, может быть использован как в двигательных установках, так и для освещения.

В Гипроцветмете разработана установка для комплексной очистки сточных вод от органических веществ, масел, шламов и различных взвесей. В этой установке стоки сначала превращают в газо-водяную пену, а затем сжигают. При этом теплоту отходящих газов используют при подготовке стоков и при очистке, что значительно снижает энергоемкость процессов.

Теперь рассмотрим основные характеристики ВПР. Как уже отмечалось выше, их различают:

•по виду: вещественные, энергетические, информационные, пространственные, временные, функциональные, комбинированные;

•количеству: неограниченные, достаточные, недостаточные;

•ценности для системы-источника: вредные, нейтральные, полезные;

•степени готовности к применению: готовые к применению, требующие модификации или разрушения (производные) путем использования различных физических, химических и геометрических эффектов;

•источникам, откуда ресурс может быть получен: из самой системы и ее подсистем; из надсистемы и соседних систем; из внешней среды; из «чужих» систем.

Рассматривая ресурсы, целесообразно особо выделить такой из них, как пустота. Пустота в зависимости от условий задачи может приобретать свойства как пространства, так и вещества. Ценность этого ресурса заключается в том, что он часто имеется в неограниченном количестве, предельно дешев, легко «смешивается» с веществами, образуя полые, пористые, ячеистые структуры, изменяя при этом свойства смесей в очень широких пределах. Пустота позволяет легко менять физические, адгезионные и адсорбционные, электрические и магнитные свойства материалов и т. д.

Пустота — не обязательно вакуум. Если вещество твердое, пустота в нем может быть заполнена жидкостью, газом; в жидкостях она обычно находится в виде пузырей газа (пара).

В технике одним из первых ресурсосберегающих мероприятий явилось применение фасонных, трубчатых, коробчатых и подобных им конструкций. Использование в них пустоты позволило достичь большой экономии материала без существенных потерь прочности, разработать разнообразные легкие многослойные и ячеистые материалы.

Пустота внедряется даже в конструкциях, где нужна, казалось бы, особая прочность и массивность.

Изобретатель О. В. Соловьев предложил сделать полыми такие высоконагруженные детали, как шарики и ролики подшипников, их кольца и сепараторы, детали зубчатого зацепления, шестерни, колеса, червяки, элементы крепежных соединений — болты, гайки, винты и др. Свою статью в № 4 за 1989 г. «Изобретатель и рационализатор» он назвал: «Достоинства пустоты». В чем же эти достоинства?

Дело в том, что формы контактирующих поверхностей небезупречны и их не удается улучшить в результате обработки. Это сказывается на долговечности изделий: из-за повышенных нерасчетных контактных напряжений происходит разрушение металла в виде выкрашивания либо повышенного износа, что увеличивает первоначальный (монтажный) зазор в контакте. А поскольку все рассматриваемые детали обычно массивны, возникают дополнительные ударные или вибрационные нагрузки, которые усиливают разрушение, как самой зоны контакта, так и всей машины в целом.

Введение же пустоты (изготовление элементов детали полыми) не только уменьшает массивность детали, но и придает ей свойство податливости, упругости и динамичности. Меняются формы и размеры контактирующих поверхностей. Зубцы теперь контактируют не по отдельным точкам или линиям, что имеет место в монолитных конструкциях, а по отдельным или слитным площадкам. Резко снижаются удельные напряжения в металле, существенно повышается контактная выносливость, износостойкость. Динамизация системы приводит к реализации принципа перехода в другое измерение: после того, как все-таки «сработаются» поверхностные слои металла на рабочих поверхностях, они приобретают такой взаимный контакт, который невозможно получить сейчас никакими механическими способами обработки. Интенсивность износа падает до минимального значения.

До сих пор мы рассматривали макропустоту. Но пустота может быть ресурсом и на микроуровне. Например, для кристаллической решетки это пространство между узлами, в которых находятся атомы вещества. В этот промежуток могут быть внедрены атомы другого вещества. На этом основаны многие виды технологий, такие как легирование металлов и сплавов другими металлами или упрочнение отдельных, например, поверхностных слоев деталей и конструкций (борирование, нитрирование, науглероживание сталей и т. д.). Таким способом можно в широких пределах менять свойства материалов.

Комбинируясь с другими веществами, пустота может образовывать комплексные вещества, приобретающие при этом новые свойства и возможности применения. Остановимся поэтому на некоторых из них.

С пеной связано множество легенд. В мифах древних греков рассказывается, как из морской пены родилась богиня любви и красоты Афродита. Вряд ли такой способ рождения богини был случаен. Древние греки предвосхитили много современных научных гипотез, научных истин. Так, в наше время бытует точка зрения, что пена сыграла определенную роль в возникновении жизни на Земле (Джон Бернал, академик А. И. Опарин).

В соответствии с ней, на поверхности мирового океана, под действием солнечных лучей в пене возникли и накопились органические соединения, давшие начало простейшим формам живого вещества, живой материи.

И в современной жизни практически нет такой сферы человеческой деятельности, в которой не нашлось бы применение пены: от космической техники до очистки отходов производства и сточных вод; а есть целые отрасли промышленности, в основе которых имеют место различного рода процессы, связанные с пенообразованием. Этим и объясняется исключительный интерес к теории и практике создания и использования пены.

Рассмотрим примеры ее применения.

В декабре 1968 г. в гавани города Эль-Кувейта затопило судно с большим числом овец на борту. Для подъема судна, с учетом сложившихся условий, необходимо было полгода. За это время трупы овец вызвали бы заражение воды в гавани и в городе, могла возникнуть эпидемия.

Выход из положения предложил датчанин К. Кройер. По его совету изготовили срочно и закачали внутрь судна 200 т полистирольных крупинок, состоящих на 98 % из воздуха. Пена вытеснила воду, закупорила мелкие отверстия, судно благополучно всплыло на поверхность. Что интересно в этом решении?

Идеально, чтобы судно само всплыло. Для этого есть практически только один ресурс — его внутренний объем. Но он заполнен водой. Нужно вещество, которое создало бы подъемную силу, причем вещество легкое. Конечно, лучшими могут быть вакуум или воздух. Создание вакуума в земных условиях всегда требует затрат энергии, а воздух — это неограниченный ресурс. Тем не менее, воздух сам по себе невозможно применить: закачиваемый, он тут же будет уходить через отверстия. Таким образом, должен быть воздух, т. к. он по всему нам подходит лучшим образом, и должен быть не воздух, т. к. он не удерживается внутри корпуса судна. Нужен видоизмененный воздух, нужна пена.

С давних времен человеком замечено, что для теплоизоляции хороша пустота в виде прослойки воздуха. В наших квартирах, кстати, этот принцип реализован в виде двойного и даже тройного остекления окон. Но всегда ли воздушная прослойка является наилучшим решением? Если немного поразмыслить о природе теплопередачи, то окажется, что этот принцип можно улучшить. Дело же здесь в том, что часть тепла переносится за счет конвекции, то есть всплывания теплого воздуха как более легкого, отсюда вывод: надо это всплывание прервать. Вот пена как раз это и делает, оказываясь лучшим исполнителем роли теплоизолятора.

Похожая ситуация и в случае со звукоизоляцией. Каждая стеночка вещества, образующего оболочку пены, многократно отражает звуковую волну, поглощает и превращает в тепло ее энергию, не позволяя вырваться наружу звуку. До сих пор мы рассматривали комбинированное вещество в виде пены. Чем оно было характерно? А тем, что пустота в ней образует замкнутые полости. Рассмотрим твердые пены и зададимся вопросом: а что будет, если вместо замкнутых полостей возникнут сквозные каналы; не будет ли такое вещество обладать какими-либо интересными свойствами? И действительно, такое вещество не только возможно, но и окружает нас повсюду. Это так называемые капиллярно-пористые материалы (КПМ). Простейшими примерами такого вещества является промокательная бумага, резиновая губка.

Но чтобы КПМ выполняла свое назначение, а в данных примерах речь идет о способности интенсивно впитывать жидкости, она должна иметь как можно более тонкие каналы-капилляры, только в этом случае поверхностное натяжение жидкости позволит ей самопроизвольно втягиваться в эти каналы.

Способность КПМ «захватывать» вещества может быть использована для соединения объектов. Предположим, к слитку надо прикрепить пластину с маркировкой. Для этого пластину, одна сторона которой пористая, кладут на дно платформы. После затвердевания металла пластина надежно скрепится со слитком.

Возникает вопрос, где и в какой последовательности следует вести поиск, а затем и рассмотрение ресурсов? В ТРИЗ принят следующий порядок, позволяющий получить результат при минимальном расходе ВПР:

•ВПР инструмента;

•ВПР внешней среды;

•побочные ВПР;

•ВПР изделия, если нет запрета на его изменение.

В этом последнем случае надо иметь в виду, что, как правило, изделие — неизменяемый элемент. Исключения возникают тогда, когда изделие может:

•изменяться само;

•допускать расходование какой-то части, когда его в целом неограниченно много;

•допускать переход в надсистему;

•допускать использование микроуровневых структур;

•допускать соединение с «ничем», т. е. c пустотой;

•допускать изменение на время.

Внутри каждой из перечисленных выше групп источников ВПР наиболее целесообразно пользоваться и следующими достаточно очевидными рекомендациями: сначала надо рассмотреть возможность использования простых ресурсов, а если же это невозможно, то перейти к производным от простых ресурсов и, наконец, к комплексным.

С другой стороны эффективнее всего использовать ресурсы, имеющиеся в неограниченном количестве. Как правило, это ресурсы внешней среды. К ним можно отнести воздух, воду, их температуру, фоновые поля Земли (гравитационное, магнитное и т. д.). Если таковых ресурсов нет, то рассматриваются ресурсы, имеющиеся в достаточном, либо ограниченном количестве.

Важнейшим принципом ТРИЗ становится использование в качестве ВПР природных источников энергии и отходов производства других технических систем (энергетических и вещественных). В настоящее время среди проблем, порожденных научно-технической революцией, есть одна особо тревожная — это возможность существенного повреждения и даже гибели биосферы Земли в результате все возрастающих техногенных воздействий. И, во-вторых, не менее важная проблема — истощение не возобновляемых природных ресурсов. Обе проблемы между собой чрезвычайно тесно связаны. Использование топлива, изымаемого из глубин Земли, в силу законов термодинамики таково, что на каждый киловатт-час полезной энергии, полученной при его сжигании в любой стационарной и транспортной энергоустановке, в окружающей среде бесполезно рассеивается приблизительно 2,5 квт. ч. Сжигается энергия, накопленная Солнцем в недрах Земли за миллиарды лет биологической жизни. Суммируясь с солнечной радиацией она как раз и приводит к повышению температуры атмосферы, к чему природные структуры биосферы Земли не приспособлены. Опасность нарушения их стабильности становится все более реальной. В этих условиях основные надежды связываются с так называемыми безотходными и малоотходными технологиями. Однако, хотя успехи здесь, казалось бы, немалые (водооборотные системы, газоочистные устройства, утилизация отходов и пр.), полностью безотходные технологии — это лишь идеал, к которому следует стремиться. Но идеалы, как правило, недостижимы. По-видимому, создание такого идеала само потребует огромных энергетических затрат, и нет гарантии, что на пути к нему человечество не достигнет грани, за которой — пропасть.

Скажем, автомобили на водородном топливе не загрязняют атмосферу там, где они используются. Однако производство водорода требует расходов энергии в количествах, при которых общее отрицательное воздействие на среду может быть даже большим, чем при обычных двигателях.

Таким образом, малоотходные технологии нельзя считать панацеей от антропогенного загрязнения биосферы, т. к., к сожалению, далеко не все достижения научно-технической революции удовлетворяют требованиям экологии. Нужно что-то иное. Нужно сформировать новый, экологический образ жизни и мышления, когда общественные процессы, и в первую очередь, научно-технический прогресс должны осуществляться только с учетом экологического правила, согласно которому повреждение природной среды за счет техногенных воздействий недопустимо, какой бы высокой ни была техническая и экологическая эффективность объектов, породивших эти воздействия. Надо обеспечить рождение новых товаров и продуктов, менее ресурсоемких и более безвредных для окружающей среды, но в то же время удовлетворяющих возрастающие духовные потребности развивающегося человечества.

Наиболее рациональным в этой части является пример самой природы, кругооборот веществ, в котором миллионы лет обеспечивалась стабильность биосферы. Человек, либо должен вписаться с созданной им техносферой в этот круговорот, что вряд ли реально, либо создать свою собственную систему циркуляции веществ и энергии, не только хорошо притертую к природной, но и имеющую механизмы утилизации или сброса излишков энергии.

Поэтому, для начала нужна специальная система учета, мобилизации, переработки отходов производства. Уже на стадии проектирования технологических процессов необходимо проектировать не нейтрализацию отходов, на что требуются и дополнительные вещества, и энергия, а получение из них дополнительных потребительских продуктов. Именно такой подход делает использование отходов производства одним из важнейших ресурсов.

Приведем несколько примеров.

Можно улучшить качество бетона, если (а. с. 1047864) добавить в него отходы виноделия, или (а. с. 897744) несколько тысячных процента кормовой патоки. Вообще для улучшения качества бетона стали достаточно широко применяться отходы разных производств. Например, в НИИ бетона и железобетона предложено использовать отходы алюминиевого производства в качестве добавки к бетонной смеси из портландцемента. Повышается морозостойкость смеси (а.с. 1152944).

Эффективно применение отходов многих производств и для создания новых строительных материалов. Так, в ЦНИИ промышленных зданий и сооружений (Москва) сделали прочный и морозостойкий силикатный кирпич, на 94 % состоящий из отходов производства, 84 % — отходы обогащения фосфоритов, 10 % — молотый топливный шлак и фосфогипс и лишь 6 % известь.

На железнодорожном транспорте в последнее десятилетие образовались большие запасы железобетонных шпал старых типов, непригодных для повторной укладки в путь. Типичный отход производства. Так вот, предложено использовать их для создания ряжевых подпорных стенок для удержания откосов насыпей земляного полотна от обрушения. Такая конструкция имеет ряд существенных достоинств: хороший водоотвод, высокую производительность при монтаже, устойчивость к атмосферным воздействиям, низкую стоимость.

Найти применение для отслуживших свой срок автомобильных шин — серьезная проблема для стран с развитой автомобилизацией. Поистине огромное количество шин выходит из строя. В самом деле, где можно использовать износившиеся автомобильные покрышки? Предприятия, занимающиеся сбором вторичного сырья в нашей стране, берут их неохотно: регенерировать трудно или попросту нельзя, измельчать в крошку при наличии металлического корда не всегда умеем. И потому по всей нашей стране горят коптящие костры. Расточительно? Весьма.

Над проблемой их рационального использования думают многие инженеры, не умеющие равнодушно проходить мимо валяющегося добра. И находят интересные решения. Так, специалисты Волгоградгидростроя предложили использовать изношенные покрышки для защиты берегов Волги от размывания. Скрепленные между собой они образуют на береговом откосе гибкие ковры, гасящие набегающую волну и способствующие образованию песчаных наносов. Если же покрышки соединить между собой болтами и гайками, перейти к объемным конструкциям, то можно использовать их в качестве строительных блоков для стен гаражей, складов, мастерских. Так и поступили инженеры в Англии, Канаде и США. А вот в Болгарии научились перерабатывать покрышки в кровельный материал, напоминающий черепицу, но более легкий и прочный, более устойчивый к непогоде. Причем, новый материал может использоваться и для декоративной облицовки стен.

Такое многообразие определяется большим перечнем свойств, заложенных в геометрии и материале старой покрышки. Она упруга, кругла, пуста и потому весит меньше кирпича и железобетона. В то же время прочна и стойка к атмосферным воздействиям.

Дополнив этот перечень и включив воображение, каждый может попытаться найти еще много полезных и эффективных применений такого, казалось бы, малополезного отхода.

Не меньшей проблемой является утилизация и бой стеклянной тары, тех самых стекляшек, которые зачастую являются причиной прокола велосипедных, мотоциклетных и даже автомобильных (нет, не изношенных, а вполне годных) шин. Хорошо известно, что стекло может сохранять неизменными свои свойства тысячелетиями. Если его не утилизировать, то за относительно короткий срок битое стекло может стать кошмаром человечества. Правда, стекло легко расплавить и заново сформировать из него нужный продукт, будь это оконный лист или молочная бутылка. Надо его только собрать да потратить определенное количество энергии.

Но можно поступить опять же по-другому. Перед автодорожниками постоянно стоит задача повышения качества дорог, их долговечность. Вот какую несложную технологию переработки бытового стекла предложил сотрудник СоюздорНИИ А. Сурманян. Стекло перемалывается в порошок. Затем к нему добавляется некоторое количество песка и клея. Эту смесь наносят на подложку из бумаги и укладывают на свежий бетон, бумагой вверх, приглаживают и оставляют до полного затвердения. Когда по этому участку дороги пойдут машины, они быстро сотрут шинами бумажную подложку. Стеклянно-песочная крышка обладает большой твердостью, и дорога прослужит на несколько лет дольше обычного. Кроме того, шероховатая поверхность обеспечивает лучшее сцепление колес с дорогой, а значит, повышает безопасность движения и расходы топлива.

Отходы производства могут образовывать и комплексы с другими ресурсами: пространством, энергией, веществами. По-видимому, всякий комплекс сильнее одиночного ресурса, т. к. обладает большим разнообразием свойств. Это же относится и к комплексам с отходами.

Еще в 1968 г. изобретатель Н. И. Самарин начал первые опыты по созданию огородов… на воде. На небольших плотиках, свесив корешки прямо в воду, растут у него огурцы, помидоры, зеленый лук… Какие же преимущества имеет водный огород по сравнению с традиционным? Изобретатель подсчитал, что сегодня в пруды, где разводят рыбу, вносят до сотен центнеров органических и минеральных веществ на гектар поверхности водоема. Рыбы потребляют не более 60 % этого «бульона», остальное лишь загрязняет воду. Если же на понтонах специальной конструкции разместить лотки, наполненные смесью перегноя с донным илом из тех же прудов (вещественный ресурс), то на том же пруду (пространственный и функциональный ресурсы) можно дополнительно выращивать хороший урожай овощей. Вода прудов служит одновременно и своеобразным аккумулятором тепла (энергетический ресурс), значит, овощи зреют, как в парнике, и даже в условиях средней полосы можно выращивать по два урожая в сезон! Лучше живется и самой рыбе. Как показывают замеры, рыбья молодь набирает в таких прудах на 10–12 % больше веса — ведь корни растений эффективно очищают воду. И, наконец, для облегчения поиска ресурсов можно воспользоваться следующим алгоритмом.

Алгоритм поиска ресурсов

Как же все-таки практически использовать ВПР при решении технических задач?

Наиболее простым представляется построение, например, двумерной таблицы, в которой по горизонтали и вертикали рассматривают одни и те же ресурсы, например: инструменты, побочные изделия, внешнюю среду.

В таблицу следует включить все ВПР и отдельной строкой — пустоту.

Такая таблица позволит просмотреть последовательно не только простые ВПР, но и их комбинации, по крайней мере, парные. Иногда на этом этапе могут возникнуть и более комплексные системы из ВПР: тройные и более высоких порядков.

Рассмотрим такую задачу.

Пленочное гидрозащитное покрытие котлована нужно защитить от воздействия солнечных лучей, иначе оно быстро разрушится. Для этого его можно покрыть слоем грунта, который выравнивают бульдозером. Бульдозер хорошо разравнивает грунт, но во время передвижения часто рвет гидрозащитную пленку. Как быть?

Вепольная модель этой задачи строится по типу полного веполя с вредным взаимодействием между веществами:

где В1 — пленка (изделие);

В2 — бульдозер (инструмент);

П — механическое поле.

По стандарту 1.2.1. между В1 и В2 следует ввести вещество В3, желательно даровое или достаточно дешевое:

Необходимо найти вещество B3, причем твердое, прочное, способное выдержать нагрузки от гусениц бульдозера.

Попробуем оценить имеющиеся ВПР:

•инструмент: бульдозер, его оборудование;

•изделие: сама пленка, ее толщина, другие размеры, прочность;

•побочные: отходы производства (пульпа, состоящая из воды и твердых частиц);

•внешняя среда: воздух, вода, грунт, магнитное поле Земли, гравитационное поле, температурное поле среды;

Проведем предварительный анализ этих ВПР, чтобы уменьшить размерность будущей двумерной таблицы.

По результатам анализа можно исключить из рассмотрения:

•бульдозер, так как вряд ли целесообразно изменять стандартную машину, имеющую универсальное назначение;

•магнитное поле Земли;

•саму пленку, так как она не обладает требуемой прочностью, а сделать ее многослойной, по-видимому, невозможно.

Теперь построим таблицу, в которой укажем все оставшиеся ресурсы.

Комбинации ВПР

Таблица симметрична, поэтому достаточно рассмотреть только верхний треугольник. Знаком «плюс» будем обозначать разумные сочетания ВПР, позволяющие получить вещество с требуемыми характеристиками.

Анализ ВПР четко приводит нас к мысли о необходимости создания твердого вещества из воды, либо из смеси воды с твердыми частицами (или из влажных твердых частиц — грунта) с помощью низких температур в зимний период.

И действительно, дождавшись зимы, можно залить котлован водой или даже пульпой, а по получившемуся поверх пленки льду разровнять бульдозером слой грунта. Весной лед растает, и грунт окажется на пленке.

Кроме того, с помощью таблицы можно получить и другой вариант:

грунт формируют в опалубке, увлажняют, замораживают и в таком виде укладывают поверх пленки.

Как видим, анализ ВПР позволяет находить неплохие, а главное — легко внедряемые решения технических задач.

Выше мы рассмотрели вещественно-полевые ресурсы, необходимые для образования технической системы, дали их классификацию и порядок выявления и применения. Однако для успешного решения задач изобретатель должен обладать рядом других, внутренних по отношению к своей личности ресурсов. Это, во-первых, человеческие качества, которые мы называем качествами творческой личности и о которых речь пойдет несколько позже. Важнейшим ресурсом также является и профессиональная подготовка инженера, тот багаж профессиональных и естественнонаучных знаний, приобретаемых в вузе и составляющих его инженерную эрудицию.

Мир «физичен». Техника изменяется не только в соответствии с законами своего развития (ЗРТС), но ее функционирование осуществляется в соответствии с законами физики, химии, биологии и т. д. Именно поэтому при анализе решаемой задачи важно максимально глубоко вскрыть причину конфликта в изучаемой системе. Как раз на этом пути и могут быть получены наиболее эффективные, говоря языком ТРИЗ, наиболее идеальные решения. Опыт преподавания в вузах и общения со студентами свидетельствует, что у студентов, а зачастую и у преподавателей естественнонаучного цикла отсутствуют достаточные представления о применимости соответствующих знаний в практике проектной деятельности инженера.

В действительности же эти знания не только вырабатывают научное мировоззрение специалиста, что, безусловно, важно, но и являются прямым инструментом преобразования техносферы. На практике эти инструменты реализуются в виде применения их при разработке новых технических систем физических, химических, геометрических и других эффектов и явлений. Изучению этих инструментов будет посвящена одна из рассматриваемых в дальнейшем тем.

В заключение этой темы рассмотрим остроумный пример решения проблемы только за счет внутренних (ближних) ресурсов.

Условия проблемы формулируются так. Для орошения земель в Австралии и Южной Америке нужна пресная вода. Предлагается для ее получения использовать айсберги Антарктиды, транспортируемые в нужное место. Есть много предложений по использованию для этой цели специальных судов-буксиров. Однако сформулируем задачу: айсберг сам перемещается в место его использования. Зададимся вопросом, откуда взять необходимую для перемещения айсберга энергию. Что есть в системе? Это — сам айсберг, окружающая его соленая вода, окружающий воздух. Известный английский популяризатор науки и техники Д. Джоунс, выступавший под псевдонимом «Дедал», предложил следующее изящное, хотя пока и не реализованное решение. Пресная талая вода айсберга легче, чем соленая вода океана. Поэтому она будет подниматься вверх, обтекая айсберг. Если кормовую подводную часть айсберга стесать под углом, то талая вода будет подниматься вдоль наклонной плоскости и выходить на поверхность позади айсберга, сообщая ему при этом некоторое количество движения. Как только айсберг начнет двигаться вперед, талая вода из-под всей нижней поверхности потечет к корме, усиливая этот эффект и удлиняя и углубляя выемку в кормовой части, создающую направленную тягу.

Как видим, для решения задачи необходимы знания физики и смелость в выдвижении «безумных» идей.

6. Противоречия при решении технических задач

Ревенков А. В.

В развитии технических систем в соответствии с законами диалектики происходит чередование этапов количественного роста и качественных скачков. В процессе количественного роста в результате неравномерного развития характеристик технической системы появляются противоречия.

Противоречие — проявление несоответствия между разными требованиями, предъявляемыми человеком к системе, и ограничениями, налагаемыми на нее законами природы, социальными, юридическими, и экономическими законами, уровнем развития науки и техники, конкретными условиями применения и т. п.

Пример 6.1. При проектировании пассажирского самолета с более высокой скоростью, чем прототип, можно уменьшить площадь крыла (при том же полетном весе). Это связано с тем, что с увеличением скорости увеличивается скоростной напор  и, следовательно, для создания той же подъемной силы крыла , где Сyкр — коэффициент подъемной силы крыла, ρ — плотность воздуха, Ν — скорость полета, Skp — площадь крыла,

Можно уменьшить площадь крыла Skp. Это желательно сделать, так как чем меньше площадь крыла, тем меньше сопротивление трения и, следовательно, меньше расход горючего.

Но при уменьшении площади крыла падает подъемная сила при малых скоростях полета. Поэтому нужно увеличить посадочную скорость самолета, а это приведет к увеличению длины разбега и торможения и, следовательно, к потребности увеличить взлетно-посадочную полосу, что недопустимо.

На начальных этапах развития, когда требования относительно невысоки, а система обладает большими ресурсами, такие противоречия разрешаются путем компромисса: отыскиваются варианты конструкции, обеспечивающие приемлемые значения обеих конкурирующих характеристик. Но количественный рост продолжается, происходит накопление и обострение противоречий. Эти противоречия разрешаются в результате качественных скачков — создания принципиально новых технических решений.

Если технический объект создан, то весьма часто ставится задача увеличения его главной полезной функции (ГПФ). Для этого, как правило, требуется усилить какое-либо свойство одного из элементов этого технического объекта. Однако при усилении одних свойств элемента нарушается взаимодействие (согласованность) с другими элементами технической системы, возникает противоречие, то есть источником противоречий является совершенствование, развитие технических объектов.

6.1. Административное противоречие

Решение любой технической задачи начинается с анализа проблемы. Результатом этого анализа является постановка и формулировка задачи, которую нужно решать.

В проблеме обычно описывается необходимость создания некоторого технического объекта (ТО) для удовлетворения определенной потребности, приводится соответствующая аргументация этой необходимости, описываются функции, которые должен выполнять этот ТО; требования, которые к нему предъявляются.

Каждый потребитель той или иной продукции характеризуется определенными свойствами. Анализ свойств потребителей позволяет определить некоторый набор требований, которым должна удовлетворять продукция, предназначенная для удовлетворения возникшей потребности.

Каждый вид продукции можно охарактеризовать набором определенных свойств. Часть этих свойств определяют потребительные свойства продукции (рис. 6.1).

Поэтому прежде, чем создавать тот или иной продукт, необходимо, с одной стороны, сформулировать требования, которым он должен удовлетворять, с другой стороны, оценить технические возможности создания продукта с требуемыми свойствами.

Рис. 6.1

Если есть потребность в создании продукции с определенными потребительными свойствами, но неизвестно как ее удовлетворить, то возникает проблемная ситуация (ПС).

Описание ПС — это формулирование потребностей, функций, которые нужно выполнить. Проблема заключается в том, что на этом этапе не видно путей, как реализовать выполнение этой функции.

Проблемная ситуация возникает, если нет соответствия между требованиями, предъявляемыми потребителями, и имеющимися техническими возможностями. Например, создание телевизора с объемным изображением, создание искусственного спутника Земли со сроком активного существования 10 лет и др. То есть первоначальная формулировка проблемы часто носит социально-технический характер и в общем случае выражается в терминах: цель, потребность, функция, нежелательные эффекты.

Г. С. Альтшуллер назвал такие проблемные ситуации административным противоречием. Анализ развития множества ТС показал, что совершенствование их характеристик обычно связано с преодолением противоречий, выявляющихся по мере эксплуатации этих систем. Возникает потребность что-то изменить, улучшить, причем претензии к работе системы обычно формулируются в виде довольно расплывчатых пожеланий типа: «хочется, чтобы было лучше…», «нужно что-то сделать» и т. д., проблем много: нужно что-то сделать, но что?

Этому виду противоречий соответствует изобретательская ситуация, включающая в себя целый клубок задач, из которых нужно выбрать именно ту, которую следует решать в первую очередь. Каким образом выделить первоочередную задачу среди прочих?

Г. С. Альтшуллер в работе «Найти идею» отмечал: «Такие противоречия отражают сам факт возникновения изобретательской задачи, точнее — изобретательской ситуации. Они автоматически даются вместе с ситуацией, но они ни в какой мере не способствуют продвижению к ответу».

Таким образом, административные противоречия только обозначают проблему и в ряде случаев дают некоторое обоснование ее возникновения.

6.2. Техническое противоречие

В первоначальной формулировке проблемы формулируются некоторые потребности, функции, которые необходимо выполнить.

В зависимости от вида проблемной ситуации (ПС) ее можно разрешить двумя способами (рис. 6.2):

Рис. 6.2

существенно изменить рассматриваемую систему или ее взаимодействие с надсистемой (НС) таким образом, чтобы отпала необходимость в этой потребности, в выполнении этой функции — ПС_1; в этом случае формулируется проблема по изменению НС;

дополнить существующую техническую систему некоторым устройством, которое позволило бы удовлетворить сформулированную потребность — ПС_2 (см. пример на рис 6.2).

Проблемы могут быть разные.

Например, мы не знаем, как технически реализовать выполнение потребной функции.

Или мы в принципе знаем, какое устройство нужно создавать для выполнения потребной функции, но при этом появляются нежелательные эффекты.

Нежелательный эффект, во-первых, связан с тем, что за реализацию функции, которую он должен выполнять, надо «платить». Из стремления же к идеальному решению следует, что полезная функция должна выполняться, но затрат на ее реализацию не должно быть.

Пример 6.2. По трубопроводу перекачивают газ. Необходимо обеспечить постоянный массовый расход газа при заданном перепаде давлений на входе и выходе трубопровода. Однако температура газа на входе в трубопровод меняется. Следовательно, массовый расход газа тоже будет изменяться.

Таким образом, возникает проблема. Массовый расход газа должен быть постоянным для управления некоторым процессом, но он не может быть постоянным, так как изменяется температура газа. При этом в систему нежелательно вводить сложные устройства, которые осуществляли бы функцию регулирования.

Во-вторых, нежелательные эффекты могут проявляться в виде вредных свойств (функций), которые возникают при функционировании технического объекта. Например, мы создаем некоторый технологический процесс, а он оказывает вредное воздействие на человека (электромагнитные излучения, вибрации и т. д.) или загрязняет окружающую среду и др.

То есть проблемная ситуация (ПС_2) заключается в том, что функцию выполнять надо, ибо в этом есть потребность, а нежелательных эффектов при этом быть не должно.

Такие проблемы часто возникают на начальном этапе создания ТО, когда намечается некоторый план решения проблемы, то есть при формировании идеи, принципа действия ТО для реализации ГПФ или попытке улучшить некоторые функциональные характеристики технического объекта.

Г. С. Альтшуллер отмечал, что каждой задаче, входящей в изобретательскую ситуацию, соответствует свое техническое противоречие (ТП). Суть ТП сводится к тому, что при улучшении известными путями одного свойства (параметра) системы недопустимо ухудшается другой параметр.

Любая продукция, предназначенная для удовлетворения потребностей, характеризуется многими свойствами: экономичностью, надежностью, эргономичностью, эстетичностью, патентоспособностью, транспортабельностью, безопасностью, экологичностью, технологичностью и т. д. Для некоторых видов продукции весьма важными показателями являются масса конструкции, плотность компоновки, энергоемкость, мощность, производительность, время срабатывания механизмов, точность отработки параметров и т. д.

Все эти показатели условно можно разделить на две группы: показатели, характеризующие степень (уровень) выполнения техническим объектом ГПФ, и показатели, характеризующие факторы расплаты за выполнение ГПФ.

Стремление улучшить одни характеристики продукции часто приводит к ухудшению других. По крайней мере, на этапе анализа проблемы и постановки задачи не видно путей, как сделать так, чтобы при улучшении одних свойств не ухудшались бы другие, тоже весьма важные.

В проектно-конструкторских и технологических задачах обнаруживается противоречивость многих свойств, например, точность и производительность в технологии обработки материалов; масса, надежность и стоимость; устойчивость и управляемость технических объектов и др.

Например, один из способов увеличения надежности летательных аппаратов (потребность) — создание резервных систем и агрегатов. А это приводит к увеличению массы аппарата, что недопустимо, так как увеличиваются затраты на выполнение задания (ГПФ).

Нежелательные эффекты могут быть связаны с тем, что улучшение некоторых потребительных свойств приводит к усложнению ТО и, следовательно, к увеличению факторов расплаты.

Ситуация, когда попытки улучшить одну характеристику (или часть) системы приводит к ухудшению другой ее характеристики (или части), называется техническим противоречием (ТП).

Например, в технологии производства мероприятия, направленные на повышение производительности обработки, часто приводят к ухудшению качества продукции. (Если один из двух вариантов технологии при лучшем качестве позволяет обеспечить и бoльшую производительность, то он вытесняет второй вариант; в этом случае проблемной ситуации нет.)

Техническое противоречие появляется часто тогда, когда разработчик пытается каким-либо известным ему способом улучшить один из параметров качества (или функциональное свойство) объекта, но это приводит к недопустимому ухудшению другого, тоже весьма важного параметра качества (или функционального свойства).

Пример 6.2. Увеличение числа инструментов в слесарном наборе улучшает возможности дифференцированного воздействия на изделие, но ухудшает условия работы с набором, который становится более громоздким.

Для улучшения функционального свойства весьма часто рассматривается изменение одного из параметров технической системы, который существенно влияет на это функциональное свойство.

Пример 6.3. Чем больше литейный уклон на модели отливаемого изделия, тем легче извлечь ее из песчаной формы при формовке, но при этом нежелательно увеличиваются припуски металла (дополнительные его объемы), которые приходится в дальнейшем устранять механической обработкой литой заготовки.

Для этой проблемы можно сформулировать технические противоречия в двух вариантах.

ТП-1: Увеличивая литейный уклон, мы облегчаем процесс формования, но при этом увеличиваются затраты на обработку резанием.

ТП-2: Уменьшая литейный уклон, мы снижаем затраты на обработку, но при этом усложняется процесс формования.

Техническое противоречие можно представить в виде схемы, показанной на рис. 6.3.

Рис. 6.3

Формулирование технических противоречий — это конкретная реализация более общего приема поиска решения — переформулирование условий задачи. Это модель задачи, в которой раскрываются положительные и нежелательные эффекты или явления в рассматриваемой предметной области.

При этом возникает проблема, как, сохранив или даже улучшив положительные стороны (эффекты) в создаваемом ТО, не допустить появления нежелательных эффектов.

Формулировка ТП позволяет вычленить положительные и нежелательные эффекты для того, чтобы провести анализ причин появления нежелательных эффектов, и тем самым активизирует мышление на поиск возможных направлений решения проблемы.

Пример 6.4. ТП: Уменьшая время на изучение конкретной темы, мы добиваемся того, что можем более широко информировать обучаемых, но при этом уровень знаний и умений по этой теме понижается.

Пример 6.5. ТП: Декларируя истины, мы даем материал сжато и энергично, но при этом снижается способность обучаемых к самостоятельному поиску знаний.

Пример 6.6. ТП: Необходимо повысить производительность токарной обработки заготовки.

Анализ доступных ресурсов позволяет наметить два мероприятия, которые будут приводить к появлению нежелательных эффектов, связанных, с одной стороны, с увеличением затрат и, с другой стороны, с ухудшением качества получаемой детали (табл.1).

Таблица 6.1

Пример появления нежелательных эффектов при попытке решить поставленную проблему В приведенной таблице можно увидеть следующие противоречия.

ТП-1: Для повышения производительности труда нужно увеличить скорость резания. Но при этом увеличивается температура резца. Период стойкости инструмента уменьшается и, следовательно, увеличиваются затраты на обработку.

ТП-2: Для повышения производительности труда нужно увеличить скорость резания. Но при этом увеличивается температура заготовки. В материале заготовки происходят структурные изменения и, следовательно, снижается качество детали.

ТП-3: Для повышения производительности труда нужно увеличить подачу инструмента (глубину резания на каждом проходе резца). Но при этом увеличивается шероховатость поверхности и, следовательно, снижается качество детали.

6.3. Физическое противоречие

Как видно из последнего приведенного примера, предлагаемые мероприятия, направленные на повышение производительности токарной обработки, приводят к появлению ряда НЭ.

Проведенный анализ позволяет обнаружить и конкретизировать противоречивость свойств при взаимодействии компонентов рассматриваемой технической системы.

Из анализа табл. 6.1 можно сформулировать следующие противоречия.

Скорость резания должна быть большая для повышения производительности обработки, и она не должна быть большая, так как при этом увеличится температура резца.

Скорость резания должна быть большая для повышения производительности обработки, и она не должна быть большая, так как при этом увеличится температура заготовки.

Подача должна быть большая для повышения производительности обработки, и она не должна быть большая, чтобы не увеличивалась шероховатость поверхности.

Таким образом, для того, чтобы разрешить ТП, формулируются частные задачи, в которых предъявляются несовместимые требования к свойствам отдельных компонентов или взаимодействию между компонентами рассматриваемого объекта.

Совокупность таких требований Ю. В. Горин предложил назвать физическим противоречием (в 1973 г.), подчеркивая, что отношения противоречия перенесены на уровень физических свойств и отношений элементов системы.

Г. С. Альтшуллер отмечал: «Стремясь убрать конфликтующие, противоречивые отношения между внешними сторонами технической системы, получим противоречие на уровне внутреннего функционирования системы». Такое противоречие, в отличие от технического, называется физическим противоречием (ФП).

Сформулированные в примере 6.7 ФП позволяют наметить минизадачи и, тем самым, определить область поиска возможных решений (табл. 6.2).

Таблица 6.2

Пример 6.7. Для получения рельефной поверхности на крупногабаритных оболочках, например, для образования усилений в местах сварки на днищах топливных баков (ТБ), для получения вафельного силового набора на обечайках ТБ (места А на рис. 6.4) применяется операция избирательного размерного химического травления.

Рис. 6.4

Излишки материала удаляются в щелочных растворах. Места, которые не должны подвергаться травлению (поз. А рис. 6.4), покрываются лаком.

Проблемная ситуация заключается в том, что необходимо весьма точно нанести защитный лак на участки, которые не должны подвергаться травлению. Лак должен иметь хорошую адгезию к металлу, чтобы в процессе обработки не было подтравливания материала под покрытием.

Если лак наносить по трафарету, то не удается получить точный контур. Поэтому было принято решение наносить лак на всю поверхность, а затем по шаблону чертилкой делать разметку, скальпелем надрезать покрытие и удалять лак с тех участков, которые должны подвергнуться химической обработке.

Но это решение привело к следующей проблеме. Защитное покрытие должно иметь хорошую адгезию к металлу для того, чтобы не было подтравливания материала под краями покрытия в процессе химической обработки и можно было бы получить точный контур, и покрытие должно иметь слабую (плохую) адгезию, чтобы после нанесения покрытия и его разметки (по шаблону) можно было бы легко удалить часть покрытия (в местах, где должно происходить травление).

Сформулируем ФП:

Лак должен иметь хорошую адгезию, чтобы не было подтравливания; лак должен иметь плохую адгезию, чтобы его можно было легко удалить с участков, подлежащих травлению.

Формулировка ФП — это предельно обостренная и лаконичная формулировка задачи, выраженная часто в парадоксальной форме, обладающая эвристической ценностью.

Кроме того, в этой формулировке необходимо указывать, почему, для какой цели к рассматриваемому объекту предъявляются эти противоречащие требования.

Таким образом, при формулировке ФП нужно раскрыть физическую природу конфликта, объяснить, почему требования, отраженные в постановке задачи, являются противоречащими, и для чего нужно удовлетворить обоим противоречащим требованиям.

Пример 6.8. Из некоторого города в другой надо доехать (на автомобиле) быстро, чтобы успеть к некоторому событию. Но ехать быстро нельзя, так как дорога плохая, и это опасно.

Ехать надо быстро и в то же время медленно. Два противоречащих свойства процесса, которые обусловлены разными требованиями: необходимостью успеть вовремя и безопасностью. Поэтому физическое противоречие можно сформулировать следующим образом.

ФП: Скорость должна быть большая, чтобы успеть, и скорость должна быть маленькая, чтобы доехать.

Таким образом, ФП — это ситуация, когда к объекту или его части предъявляются противоположные (несовместимые) требования. Оно строится по схеме: объект должен обладать свойством Р и, вместе с тем, иметь противоположное свойство анти-Р.

Например. Материал стальной детали, например железнодорожных рельсов, должен быть твердым и прочным (P_1), чтобы хорошо сопротивляться статическим нагрузкам и износу, и должен быть пластичным (P_2), чтобы хорошо сопротивляться ударным воздействиям, приводящим к выкрашиванию поверхностного слоя металла в зоне контакта с колесом. Применение операции термообработки увеличивает прочность и твердость, но при этом снижается пластичность. Свойства прочность и пластичность характеризуют различные качественные стороны материала, но они находятся в отношении противоположности. Для стальной детали они несовместимы.

6.4. Эвристическая ценность противоречий

В физических противоречиях требования, которые предъявляются к объекту, могут являться следствием различных целей, которые ставит перед собой инженер. Эти разные цели и приводят к необходимости реализации в техническом объекте несовместимых свойств (Р и анти-Р).

Кроме того, физические противоречия могут быть связаны с тем, что требуемое свойство не представляется возможным реализовать, так как этому мешает проявление объективных законов природы. То есть научное основание наблюдаемого явления (которое является нежелательным) не согласуется с требованиями, которые предъявляются к рассматриваемому объекту.

Пример 6.9. Рассмотрим ламповый усилитель. Катод радиолампы должен иметь постоянную термоэлектронную эмиссию (P_1). Однако применение переменного электрического тока (от трансформатора) для подогрева катода приводит к тому, что термоэлектронная эмиссия изменяется (P_2) в соответствии с частотой электрического тока: в громкоговорителе слышен фон (50 Гц), а это недопустимо.

Требуемую функцию (постоянство термоэлектронной эмиссии) надо осуществить, не усложняя систему. Но при этом возникает техническое противоречие, которое можно сформулировать в двух вариантах.

ТП-1: Если для подогрева катода применить постоянный электрический ток, то термоэлектронная эмиссия будет постоянной, но при этом усложняется вся система (надо устанавливать выпрямитель).

ТП-2: Если для подогрева катода применить переменный электрический ток, то вся система упрощается (не надо устанавливать выпрямитель), но термоэлектронная эмиссия не будет постоянной и, следовательно, не обеспечится качество усилителя.

Из этих формулировок видно, что изменяемым параметром (см. рис. 6.3) является электрический ток.

Из этого ТП можно сформулировать следующее ФП.

ФП-1: Электрический ток должен быть переменным, чтобы не усложнять всю систему, и он не должен быть переменным для обеспечения постоянства электронной эмиссии.

Из этого ФП можно сформулировать следующее ИКР.

Катод, который подогревается переменным электрическим током, сам обеспечивает постоянство электронной эмиссии.

Но этому ИКР мешает физическая особенность протекающего процесса.

ФП-2: Электронная эмиссия должна быть постоянной для качественной работы радиолампы, но она должна быть переменной, так как катод подогревается переменным электрическим током.

В этом ФП описываются несовместимые свойства, которыми должен обладать катод при его взаимодействии с другими компонентами радиолампы и надсистемой, то есть при воздействии на него переменного электрического тока.

Рис. 6.5

Таким образом, в физических противоречиях дается описание свойств, которыми должны обладать компоненты системы, чтобы достичь тех целей, которые ставит перед собой разработчик.

Потребность в улучшении (усилении) некоторого функционального свойства Ф_1 влечет за собой необходимость придания одному из компонентов ТС технической характеристики (свойства) Р. Но это ухудшает другое тоже важное функциональное свойство Ф_2 (рис. 6.5).

Свойства Р и не-Р характеризуются на качественном уровне, например, адгезия: большая и маленькая (пример 6.8) скорость: большая и маленькая (пример 6.9), материал: прочный и пластичный, электрический ток: постоянный и переменный (пример 6.10).

Таким образом, ФП отражает ситуацию, в которой к физическому состоянию зоны конфликта предъявляются взаимно противоположные требования.

Для ТП, приведенного в примере 6.4, физическое противоречие можно сформулировать в следующем виде.

ФП: Литейный уклон должен быть большим для удобства формования, и уклон должен быть маленьким, чтобы уменьшить затраты на обработку резанием.

Физическое противоречие представляет собой два несовместимых по истинности высказывания. Как сделать так, чтобы они оказались совместимыми?

Обратимся к законам логики.

Закон непротиворечия гласит, что два противоположных высказывания не могут быть одновременно истинными в одно и то же время и в одном отношении. При этом предполагается соблюдение закона тождества, заключающегося в том, что в рассуждении каждое понятие должно употребляться в одном и том же смысле, в том же содержании признаков.

Закон непротиворечия не будет нарушаться, если утверждение или отрицание относятся к разному времени или изменились какие-либо другие условия. Или же в них понятие, которое является субъектом суждения, рассматривается в разных отношениях. Или же в этих суждениях разные субъекты, то есть рассматриваются разные понятия.

Таким образом, если субъекты высказываний будут разные, то о законе непротиворечия говорить не приходится, так как суждения, участвующие в формулировке ФП, становятся несравнимыми. Следовательно, они перестают быть несовместимыми.

Поэтому можно предложить следующие приемы разрешения противоречий.

Первым приемом можно считать разделение противоречащих свойства во времени.

Смысл этого приема заключается в том, что при функционировании объекта в одни промежутки времени проявляется одно свойство, например P, а в другие промежутки времени — другое противоположное свойство не-P.

Поскольку субъекты суждения разделены во времени, то в формулировке ФП они представляют собой разные понятия. Следовательно, высказывания, составляющие ФП, становятся несравнимыми и перестают быть противоречащими.

Практическая реализация этого приема весьма часто сводится к введению в систему, например вещества, на определенное время. Это вещество должно обеспечить получение нужного свойства в заданный период времени, а когда оно выполнит свою функцию, оно должно пропасть.

Естественно, возникает проблема, как это организовать. Какими свойствами должно обладать это вещество? Какие поля можно ввести в систему (или найти в ТС или компонентах, с которыми взаимодействует рассматриваемый технический объект), чтобы это вещество проявило нужные свойства?

Для этого нужно посмотреть, какие другие свойства можно обнаружить в системе в эти моменты времени и как их можно для этого использовать.

Таким образом, формулировка ФП активизирует мышление и дает некоторые направления поиска решения.

Пример 6.10. В промышленности распространен способ определения площадок контакта поверхностей при помощи растертых на минеральных маслах красок. Краску наносят на одну поверхность, затем эту поверхность вводят в соприкосновение с другой поверхностью. По распределению пятен краски на этой второй поверхности судят о качестве контакта. Слой краски составляет порядка 5–6 мкм. Для более точного определения зоны контакта поверхностей необходимо применение более тонкого слоя краски. Однако тонкий слой не позволяет четко видеть границы пятна краски.

ТП: При уменьшении толщины краски повышается точность контроля, но ухудшается индикация (обнаружение) результата.

ФП: Слой краски должен быть тонким для повышения точности и он должен быть толстым для обнаружения.

Здесь можно воспользоваться известным приемом переформулирования условий задачи — заменить некоторые термины, желательно более общими, чтобы избавиться от вектора психологической инерции, расширить область поиска возможных решений. В частности, во второй части ФП мысль: «толстым для обнаружения» заменить «контрастным для обнаружения». Это будет более общая и более точная формулировка, так как толстый слой нужен для контрастности.

Из формулировки ФП видно, что в рассматриваемом технологическом процессе можно выделить два этапа: испытание — приведение площадок в соприкосновение и контроль — момент обнаружения границ пятен краски.

Следовательно, рассматриваемые свойства должны быть различные в разные моменты времени. Значит, нужно использовать прием разрешения противоречия во времени.

Естественно возникает вопрос: какие вещества и (или) поля можно ввести в технологический процесс, чтобы разрешить это противоречие во времени?

Отсюда можно наметить путь решения задачи. Слой краски должен быть тонким в момент испытания, а при контроле пятно краски становится контрастным.

Какие вещества и поля можно ввести в систему, то есть какие физико-технические эффекты можно использовать для решения этой частной задачи?

Можно ввести вещество, которое вступит в химическую реакцию с нанесенным слоем краски, можно ввести в краску люминофор и применить ультрафиолетовое облучение и др.

Действительно, если пытаться ввести в систему вещество, то оно должно определенным образом взаимодействовать с веществами и полями, которые имеются в рассматриваемом техническом объекте. Значит, поиск решения заключается в том, что сначала формулируются свойства, которыми должно обладать это вещество, а потом с учетом определенных ограничений осуществляется поиск самого вещества.

Второй весьма часто применяемый способ разрешения ФП во времени основан на использовании закона динамизации. Действительно, если объект должен иметь различные свойства в разные моменты времени, значит, он должен как-то изменяться и быть легко управляем. Противоречие, описанное в примере 6.1, разрешено введением элементов механизации (закрылки, предкрылки). При посадке самолета форма крыла меняется таким образом, что увеличиваются и коэффициент подъемной силы, и площадь крыла.

Складывающиеся устройства: нож, зонтик, стул, убирающееся шасси самолета, телескопическая удочка — все эти технические решения были разработаны потому, что нужно было разрешить ФП.

Пример. Шариковая ручка должна оставлять след на бумаге, но не должна оставлять следы на одежде, не пачкать карман. Противоречие разрешается во времени либо введением еще одного вещества (шариковая ручка с колпачком), либо за счет динамизации (убирающийся стержень).

Разделить противоречащие свойства в пространстве

Практическая реализация этого приема заключается в том, чтобы разнести в пространстве противоречащие свойства, которыми должен обладать рассматриваемый объект.

Пример 6.11. Еще раз вернемся к рассмотрению проблемы повышения свойств стальных изделий. Для того, чтобы металлическая деталь обладала хорошей износостойкостью нужно, чтобы она имела высокую твердость. Это достигается применением термически упрочняемого материала и процессами упрочняющей термической обработки. Но в таком состоянии материал, как правило, имеет низкую ударную вязкость, то есть подвержен хрупкому разрушению при ударных нагрузках.

Твердость нужна для износостойкости, то есть только в поверхностном слое.

В хрупком материале возникшая трещина развивается практически мгновенно, а в вязком материале происходит медленное разрушение при значительной пластической деформации.

При ударных нагрузках вязкий материал деформируется, а хрупкий ломается. В работающей машине процесс развития пластической деформации может быть обнаружен по изменению характера ее работы. Поэтому высокая ударная вязкость материала конструкции является одним из способов обеспечения безопасности эксплуатации техники.

В конкретной задаче физическое противоречие заключается в том, что: «Деталь должна быть твердой для обеспечения высокой износостойкости, и деталь не должна быть твердой, чтобы иметь высокую ударную вязкость».

Формулировка этого ФП сама «подсказывает», что его можно разрешить разделением этих свойств в пространстве — твердой деталь должна быть только в поверхностном слое.

Решение: материал детали не упрочняется термической обработкой (малое содержание углерода), а поверхностный слой цементируется (науглероживается) и производится термообработка — закалка.

Высказывания в ФП перестают быть противоречащими, так как в них меняются субъекты. Теперь уже одна часть рассматриваемого объекта обладает свойством Р, а другая — противоположным свойством не-Р.

Таким образом, чтобы понять, можно ли разрешить противоречие в пространстве или во времени, нужно проанализировать требования, которые приводят к противоречащим свойствам, выяснить, в чем различие этих требований.

Для разрешения ФП в пространстве можно либо использовать свободное (пустое) пространство в ТО, либо ввести в систему вещество-разделитель.

Следует отметить еще одну важную особенность этого этапа решения задачи.

Формулировка ФП — это модель задачи. И как всякая модель она позволяет выделить существенные стороны решаемой задачи, сконцентрировать на них свое внимание, понять какие вещественно-полевые, пространственные и временные ресурсы можно использовать для решения проблемы.

Формулирование ФП раскрывает еще два важных аспекта решаемой задачи. Эта модель дает возможность выявить оперативную зону и оперативное время.

Оперативная зона (ОЗ) — это пространство, в пределах которого возникает конфликт.

Оперативное время (ОВ) — это момент времени, когда конфликт возникает, а также время до появления конфликта, когда в ТО происходят процессы, подготавливающие этот конфликт.

Определение оперативной зоны и оперативного времени позволяет конкретизировать поставленную задачу.

В примере 6.12 ОЗ — это все тело детали, ОВ- технологический процесс, в котором формируются рассматриваемые свойства, то есть, процессы термообработки.

В примере 6.11 ОЗ — сопрягаемые площадки, ОВ — от момента испытания до момента контроля.

Рассматривая противоречащие высказывания как диалектическое противоречие, естественно заключить, что для его разрешения нужно найти (синтезировать) такое решение, которое позволило бы избавиться от НЭ и сохранить или, еще лучше, усилить нужное свойство. То есть нужно создать объект с новыми свойствами, исключающими рассматриваемое противоречие (речь идет не о поиске компромиссного решения). Поэтому для разрешения противоречия естественно воспользоваться приемами, которые позволяют изменять системные свойства рассматриваемых объектов.

Из приведенных примеров видно, что разрешение противоречий в пространстве и во времени, как правило, сопровождалось введением в систему веществ и полей, то есть, введением компонентов и связей, которые приводили к изменению системных свойств ТО.

Изменение системных свойств ТО возможно так же и за счет других структурных изменений.

Введение, удаление связей, изменение характера связей между компонентами системы

Пример 6.12. В радиоприемнике сила радиосигнала (особенно коротких волн) на антенне значительно изменяется. Это обусловлено в основном взаимным наложением радиоволн, приходящих в точку приема различными путями. Это сказывается на выходном сигнале — явление фединга-замирания.

ФП: Сила выходного сигнала должна быть постоянной для удобства прослушивания передач, но она не может быть постоянной из-за явления фединга-замирания.

ОЗ — все радиоприемное устройство от антенны до громкоговорителя;

ОВ — моменты времени, когда изменяется сила сигнала на антенне.

Разрешение ФП

Изменение связей в усилительном устройстве: введение отрицательной обратной связи — устройство, называемое автоматическим регулятором усиления.

Для разрешения ФП в примере 6.10 в катод было введено вещество. В каналах тонкого фарфорового цилиндрика помещена вольфрамовая нить — нагреватель. Нить накаливается переменным электрическим током, и ее тепло передается фарфоровому цилиндрику и нанесенному на него никелевому слою. Электрического контакта между катодом и нагревателем нет. Термоэлектронная эмиссия стала постоянной.

В примере 6.7 решения минизадач 1, 2, 4, приведенных в табл. 6.2, основаны на введении в систему дополнительных компонентов.

Системные свойства ТО могут быть изменены также еще одним приемом, основанным на системном подходе.

Количественные изменения в компонентах или во взаимодействиях между ними, которые привели бы к качественным изменениям.

Количественные изменения весьма часто приводят к качественным изменениям и, следовательно, оказывают существенное влияние на системные свойства объекта.

Например, при нагреве жидкости до определенной температуры происходит ее испарение, при нагреве ферромагнетика до определенной температуры, называемой точкой Кюри, происходит скачкообразное изменение магнитных свойств.

Закалка сталей основана на том, что при охлаждении при определенной температуре происходит изменение кристаллической решетки железа. При этом изменяется растворимость углерода в железе (сталь — это твердый раствор углерода в железе). Но здесь применен еще один прием — количественные изменения. При быстром охлаждении фиксируются те структуры, которые устойчивы при высокой температуре.

Следует отметить, что в технических решениях, как правило, используется сразу не менее двух приемов. Например, введение компонента в систему часто приводит и к разделению противоречащих свойств в пространстве; для того, чтобы разделить противоречащие свойства во времени или ввести количественные изменения во взаимодействие компонентов, иногда приходится вводить в систему еще один компонент в виде вещества или поля.

Таким образом, для разрешения ФП целесообразно, в первую очередь, проанализировать те требования, которые приводят к появлению несовместимых свойств, проверить, действительно ли необходимо совмещать противоречащие свойства в одной и той же точке пространства и в один и тот же момент времени, то есть рассмотреть, нельзя ли разрешить противоречие в пространстве или во времени.

Пример 6.13. Период колебания маятника (например, часов — «ходики») должен быть постоянным при изменении окружающей температуры (рис. 6.6, а).

Но поскольку температура воздуха меняется, то это сказывается на точности хода часов. Это связано с тем, что с изменением температуры изменяется длина маятника и, следовательно, период его колебаний.

Рис. 6.6

ФП: Период колебания маятника должен быть постоянным, но он не может быть постоянным, так как при изменении температуры изменяется длина маятника. Стержень металлический и при изменении температуры изменяется его длина.

ОВ — то время функционирования объекта, когда происходит изменение температуры;

ОЗ — точка подвеса, стержень, точка расположения центра масс груза, то есть вся система в целом.

ОЗ и понимание физических законов, которым подчиняется функционирование объекта, позволяют наметить пути решения задачи.

Период колебания маятника зависит от длины стержня и силы тяжести: , где L — длина маятника; g — ускорение силы тяжести.

Естественно, возникает задача, как управлять этими параметрами. При этом надо стремиться к получению идеального технического решения, то есть ТО должен управлять собой сам.

Здесь следует отметить еще одно важное обстоятельство. Технические и физические противоречия часто возникают именно после формулировки идеального технического решения, идеального конечного результата.

В данном случае объект должен сам управлять своими параметрами, для…, но он не может этого сделать, так как у него нет для этого ресурсов. Это тоже можно рассматривать как физическое противоречие.

Значит, эти ресурсы нужно найти. И ориентировку в поиске ресурсов дает представление об оперативной зоне, оперативном времени и компонентах надсистемы, с которыми связан рассматриваемый ТО.

Нужно устройство, которое хорошо бы реагировало на изменение температуры и изменяло бы длину маятника или силу притяжения груза (mg).

Какие вещества и поля можно ввести в систему?

6.5. Заключение

Таким образом, административные (АП), технические (ТП) и физические (ФП) противоречия — это модели задач.

Из приведенных примеров видно, что:

Административные и технические противоречия носят содержательный характер, а по форме они представляют собой описание проблемной ситуации.

Административные противоречия только формулируют проблему в терминах: цель, потребность, функция, нежелательные эффекты.

В ТП противоречие связано с функционированием ТО в целом при выполнении им главной полезной функции (ГПФ). В нем определяется изменяемый параметр, который существенным образом влияет на функциональные свойства технического объекта. Формулировка ТП позволяет обозначить направления решения проблемы.

В ФП, как правило, речь идет о компонентах ТО и их взаимодействиях.

В отличие от АП и ТП в физическом противоречии формулируются требования, приводящие к несовместимым свойствам, которыми должен обладать объект. Раскрывая суть конфликта, формулировка ФП обладает эвристической ценностью и позволяет наметить приемы поиска решения задачи.

Задачи и обстоятельства, в которых они возникают, могут быть самые разные. Дать рекомендации на все случаи невозможно. Поэтому весьма важным является систематизация приемов, их свертывание в компактный набор, который при необходимости можно было бы развернуть.

Г. С. Альтшуллер предложил 11 приемов разрешения физических противоречий, применение которых будет рассмотрено при изучении алгоритма решения изобретательских задач. Но чтобы ими воспользоваться, нужно уметь выявить и сформулировать физические противоречия.

Кроме того, не надо забывать, что знание законов техники весьма часто позволяет целенаправленно выйти на нужный прием разрешения противоречий.

7. Противоречия — разбор примеров и задач

Ревенков А. В.

Рассмотрим, как формулировка противоречий помогает в поиске решения задачи.

Следует отметить, что противоречия в задачах появляются в следующих случаях:

— когда не видно, как реализовать возникшую потребность (административные);

— когда стремление улучшить одни свойства объекта приводит к недопустимому ухудшению других свойств (технические);

— физические противоречия обнаруживаются в результате анализа технических противоречий, а также после формулирования ИКР и попытке приблизиться к нему.

В физическом противоречии формулируются требования, приводящие к несовместимым свойствам, которыми должен обладать объект. Раскрывая глубинную суть конфликта, формулировка ФП обладает эвристической ценностью. После формулировки физического противоречия необходимо провести его анализ и наметить прием его разрешения, и только после этого непосредственно осуществлять поиск самого решения.

Стремление же сразу искать ответ на поставленную задачу без такого анализа практически приводит к применению метода проб и ошибок. Поэтому наша задача отработать приемы поиска решения, сформировать навык применения приемов, которые рекомендуются в ТРИЗ.

Задача 7.1. Одно из чудес света — Александрийский маяк на египетском берегу Средиземного моря. Время разрушило маяк, но многие археологи утверждают, что он был высотой более 300 м.

Несколько веков простоял маяк с надписью на вершине: «Для богов и во имя спасения моряков построил Состратос из Книда, сын Дексифона». Так звали строителя, и люди запомнили его имя на века. Но история помнит и другое. Когда строительство маяка заканчивалось, Состратоса вызвал правитель и повелел: «Ты высечешь на маяке мое имя!».

Строителю было запрещено высекать свое имя, и он знал, что если он не выполнит приказа, то его казнят, а если выполнит, то потомки никогда не узнают имени настоящего автора маяка.

Строитель остался жив, но весь мир узнал его имя.

Как это могло произойти?

АП: Очень хочется увековечить свое имя, а правитель запретил это делать, — он хочет увековечить свое имя.

ТП-1: Если я выбью на стене свое имя, то увековечу его, что хорошо, но лишусь жизни, что недопустимо.

ТП-2: Если я выбью на стене имя правителя, то не увековечу своего имени, что плохо, но при этом останусь жить, что хорошо.

Таким образом, приходим к двум противоречащим высказываниям, которые и составляют физическое противоречие.

ФП: На стене должно быть мое имя, чтобы его увидели потомки, на стене не должно быть моего имени, а должно быть имя правителя, чтобы меня не казнили.

Эту задачу можно сформулировать следующим образом. Пока жив правитель, надпись должна быть одна, а после его смерти — другая.

Тогда ФП можно переформулировать: Надпись должна быть одна, чтобы ее увидел правитель, и надпись должна быть другая, чтобы ее увидели потомки. Как это сделать?

Из последней формулировки ФП видно, что для правителя надпись должна быть одна, чтобы он ее увидел, а для потомков должна быть другая, чтобы увековечить свое имя. То есть противоречащие требования, которые предъявляются к объекту, относятся к разным моментам времени.

Противоречие разрешается во времени введением в систему еще одного компонента — вещества, которое сначала должно быть, а потом исчезнуть.

Решение

Строитель вытесал на каменной стене свое имя, но закрыл его слоем известкового раствора, на котором написал имя правителя. Через несколько лет известняк выветрился и проступило имя «Состратос, сын Дексифона».

Задача 7.2. В экспериментальной лаборатории для испытания длительного действия кислот на поверхность образцов сплавов имеется установка, которая представляет собой герметичную камеру.

На дно камеры устанавливаются образцы в виде кубиков. Камеру заполняют агрессивной жидкостью и создают необходимую температуру и давление.

Проблема заключается в том, что агрессивная жидкость действует не только на образцы, но и на стенки камеры, вызывая их коррозию. Камеру приходиться изготовлять из благородных металлов, что чрезвычайно дорого.

Таким образом, имеем АП: нужно снизить затраты на испытания, а как это сделать — неизвестно.

В задаче описана система, состоящая из трех компонентов, которые участвуют в конфликте: камера, образцы и агрессивная жидкость.

Соответственно имеются три пары взаимодействий (рис. 7.1):

камера — жидкость;

камера — кубик;

жидкость — кубик.

Жидкость агрессивная и должным образом взаимодействует с образцом (кубиком) — цели испытаний достигаются. Но жидкость разрушает стенки камеры — плохое взаимодействие.

Рис. 7.1

Жидкость должна быть агрессивной, но стенки камеры не должны разрушаться. Поэтому первая и третья пара взаимодействий находятся в конфликте между собой.

Г. С. Альтшуллер разбирал эту задачу на семинарах и писал, что «… за 1973–1982 гг. накопилась обширная статистика…

Слушатели, незнакомые с ТРИЗ, в 75 % случаев выбирают в качестве конфликтующей пары „камера — жидкость“, то есть ситуация переводится в задачу по борьбе с коррозией. Это крайне невыгодная стратегия: локальная задача по улучшению способа испытаний образцов заменяется несоизмеримо более общей и трудной задачей по защите металла от коррозии. В результате — 80 % заведомо неверных решений и почти 20 % весьма сомнительных и ненадежных (например, различные защитные покрытия камеры). Слушатели, знающие основы ТРИЗ, в 83 % случаев выбирают пару „кубик — жидкость“, что почти всегда приводит к правильному ответу».

Очевидно, это связано с тем, что в постановке задачи незримо присутствует вектор психологической инерции (ВПИ), который и нацеливает на решение именно этой проблемы.

Разработка модели задачи в виде сформулированных ТП позволяет избавиться от вектора психологической инерции (ВПИ).

Главная полезная функция (ГПФ) камеры — это создание необходимых условий для испытаний: размещение образцов, агрессивной жидкости, создание давления и температуры.

Камера должна быть, чтобы изолировать агрессивную среду и создать необходимые условия для проведения испытаний (температуру и давление). Но жидкость вредно действует на стенки камеры.

Поэтому в формулировке ТП нужно отразить конфликт совместного взаимодействия:

Но жидкость и образцы должны находиться в камере, значит, агрессивная жидкость будет взаимодействовать со стенками камеры.

ТП-1: Если жидкость будет находиться в камере, то будут соблюдены условия испытаний, но при этом стенки камеры будут разрушаться.

ТП-2: Если жидкость будет взаимодействовать с образцом вне камеры, то не будет и разрушительного действия жидкости на стенки камеры, но при этом не будут соблюдены условия испытаний.

Здесь следует отметить, что понятие «изменяемый параметр», участвующий в описании ТП — это не только количественные изменения в системе (например, увеличить, уменьшить), но и качественные изменения, наличие или отсутствие каких-то условий.

Понятие «функциональное свойство» (см. рис. 7.1) в данной задаче следующее:

Ф1 — условия проведения испытаний;

Ф2 — сохранение (неразрушение) стенок камеры.

В этой задаче целесообразно обратиться к формулированию ИКР — того идеального образа, к которому нужно стремиться.

ИКР: Жидкость сама нужным образом воздействует на образец и не оказывает вредного воздействия на камеру.

Достижению ИКР мешают реальные условия.

ФП: Жидкость должна быть агрессивной для образцов, чтобы достичь целей испытаний и не должна быть агрессивной для стенок камеры, чтобы они не разрушались.

После такой формулировки, естественно, возникает задача: «Как сделать так, чтобы жидкость, находясь в камере, не воздействовала на ее стенки агрессивно?»

Коррозия стенок камеры — это нежелательный эффект (НЭ). Следует обратить внимание, что после формулирования ФП задача получает другую направленность — не бороться с НЭ, а не допустить его появления.

Из противоречащих высказываний видно, что диктуемые требования относятся к объектам, которые расположены в разных точках пространства — агрессивная для образцов и не агрессивная для стенок камеры.

Таким образом, приходим к мысли, что противоречие можно разрешить в пространстве.

Ресурсы для изменения системных свойств объекта:

— изменение изделия или инструмента;

— введение веществ, полей;

— изменение формы компонентов системы.

Основное требование для проведения испытаний — жидкость должна контактировать с образцами.

Возможные решения

Каждый образец с жидкостью изолируется от камеры, например, устанавливается в сосуд или мешок, сделанный из пленки. Эти дополнительно введенные компоненты должны быть сделаны из материалов, которые выдерживают действие жидкости и температуры, при которых проводятся испытания.

При этом можно добиться дополнительного эффекта, чтобы стенки камеры не взаимодействовали с парaми агрессивной жидкости.

Жидкость удерживается самим образцом. Для этого его надо сделать с полостью.

Следует отметить, что препятствием для получения последнего решения является заданный в условии задачи ВПИ, который создается тем, что испытуемый образец называется кубиком.

Задача 7.3. При наклеивании новых обоев из стен удаляют шурупы, на которых крепились ковры, книжные полки и т. д. Возможно, что придется вернуть некоторые предметы на старое место. Как найти отверстия в стене?

ТП: Чтобы найти отверстие, нужно на обоях сделать какую-то метку, например, вставить в отверстие спичку, которая при наклейке обоев проткнет их и будет выступать. Это неважно, если точно известно, что это отверстие будет использовано. А если неизвестно, какие отверстия понадобятся, а какие нет, то это портит внешний вид стены.

Таким образом, необходимо предложить простой способ отыскания отверстий в стене после наклейки обоев, но такой, чтобы внешний вид стены не был испорчен.

ФП: Метка на стене должна быть, чтобы знать, куда вставить шуруп, и метки быть не должно, так как она портит внешний вид стены.

Из этой формулировки, естественно, формулируется задача, что метка должна быть такой, чтобы ее не было видно.

Из формулировки ФП видно, что противоречащие требования к метке относятся к различным моментам времени. Метка должна появляться только тогда, когда в ней возникает потребность, а когда такой потребности нет, то нет и метки.

Система: стена, обои, отверстия в стене (пустые или с установленными в них вставками — пластмассовыми или деревянными).

Следует вспомнить, что разрешение противоречия во времени предусматривает введение в имеющуюся систему веществ, полей или того и другого, а также использование приема динамизации компонентов и связей между ними. Все эти мероприятия приводят к изменению системных свойств. Какие из перечисленных ресурсов можно использовать для решения задачи?

Для поиска ресурсов сначала нужно понять, какими свойствами обладают компоненты системы, которые проявляются в связях между ними или с компонентами надсистемы. Если эти свойства не удается использовать, то подумать, как их усилить или изменить.

Если отверстие большое и примерно известно его расположение, то можно, ощупывая пальцами стенку, найти место, где обои прогибаются. Можно найти место отверстия, постукивая легким предметом по стенке. Там, где пустота, — будет другой звук. Но это все сложно.

Поэтому нужно подумать, какие вещества и поля можно ввести в имеющуюся систему.

Возможные решения

В отверстие установить маленький магнит или намагнитить шуруп и завернуть его до конца, вровень со стенкой. Для поиска этого магнита использовать железные опилки. Как? Например, перемещать полиэтиленовый пакетик с опилками и смотреть, как они будут себя вести.

Можно в отверстие поместить железосодержащую деталь (гайку, гвоздь) и использовать намагниченные опилки.

Рис. 7.2

А если известно, что этот поиск нужно будет сделать в ближайшие дни, то заложить в отверстие ватку, смоченную валерианкой и использовать кошку?

Задача 7.4. На одной из метеостанций требовалось зимой, в лютые морозы четыре раза в сутки опускать в прорубь приборы для замеров параметров воды и взятия пробы. Работа осложнялась тем, что прорубь через 2? 4 ч полностью замерзала и ее приходилось ломом пробивать заново. Никаких сложных механизмов на метеостанции нет. Как освободить работника метеостанции от ручной работы по пробиванию проруби?

Следует обратить внимание на то, что в условии задачи присутствует ВПИ. В задаче дается ориентировка на создание устройства по пробиванию проруби.

Поэтому целесообразно дать эту задачу для самостоятельного решения. Посмотреть, в каком направлении будут сделаны попытки ее решения. Затем провести анализ сделанных попыток, выяснить причины неудач. Чаще всего это связано с тем, что задачу пытаются решать методом проб и ошибок, не применяя предлагаемый подход, через формулировку противоречия и определения приемов его разрешения.

Часто учащиеся начинают решать задачу, не вникнув полностью в условия, не поняв до конца физические процессы, происходящие в описываемом явлении. А это весьма важно для поиска ресурсов при решении задачи. Поэтому целесообразно выяснить, насколько глубоко учащиеся вникли в существо происходящих явлений, и эту часть задачи разобрать более подробно.

Охлаждение воды происходит за счет конвективного теплообмена с холодным воздухом и за счет испарения.

Усиливают охлаждение воды низкая температура воздуха и ветер.

Препятствует охлаждению воды конвективный теплообмен в толще воды. Известно, что вода максимальную плотность имеет при температуре около 4 °C. Поэтому вода, охладившись до этой температуры, как имеющая бoльшую плотность, опускается вниз. Снизу поднимается более теплая вода.

Система: вода, лед, лом. Надсистема (НС) — холодный воздух, глубинные слои воды.

В этой задаче под функциональными свойствами, которые приводят к возникновению ТП, понимаются потребности (см. рис. 7.1). С одной стороны, прорубь нужна для выполнения некоторых работ. С другой стороны, очень не хочется систематически заниматься работой по пробиванию проруби.

Таким образом, ТП: Прорубь пробивать нужно для взятия проб воды. И этого делать не нужно, потому что это тяжелая работа.

Следует отметить, что после такой формулировки задача начинает получать несколько иную направленность, чем была в исходной постановке. И это особенно становится заметным после формулировки ИКР.

ИКР: ТС обладает таким свойством, что сама не дает воде замерзать.

Достижению ИКР препятствуют природные процессы. Это и обуславливает физическое противоречие.

ФП: вода в проруби должна замерзать, так как взаимодействует с холодным воздухом, но она не должна замерзать, чтобы не пробивать ломом каждый раз прорубь (не ломать лед).

Следует подчеркнуть, что формулировка ИКР и ФП определяет направление поиска решения — не разрабатывать устройство для прорубания, а не допускать замерзания воды.

Изменение системных свойств рассматриваемого объекта можно сделать введением дополнительных компонентов (веществ или полей).

Какие вещества и поля можно ввести в систему, чтобы вода не замерзала?

Какими свойствами должны обладать эти вещества?

Какие ресурсы можно почерпнуть из НС?

Возможные решения

В лед вмораживают металлическую трубу (рис. 7.2.) Нижние слои воды более теплые. Металл хорошо проводит тепло.

Рис. 7.3

На поверхность воды, в трубу наливают жидкость с низкой температурой замерзания, которая не смешивается с ней и легче воды (например, бензин, керосин, масло).

Труба дает еще один эффект — при наличии течения не вымывает эту жидкость.

Для уменьшения конвективного теплообмена с воздухом прорубь можно накрыть крышкой из теплоизоляционного материала (например, из пенопласта) или палаткой.

Задача 7.5. Из замкнутого резервуара с непрозрачными стенками в химический реактор поступает агрессивная и ядовитая жидкость. Требуется измерять скорость истечения этой жидкости, однако никаких измерительных устройств на пути этой жидкости ставить нельзя (рис. 7.3).

Состав системы: резервуар, расходный трубопровод, агрессивная и ядовитая жидкость.

Задача на измерение, обнаружение.

ТП: Измеряющее устройство должно быть для осуществления контроля расхода жидкости, но его нельзя установить внутри расходного трубопровода.

Переход от ТП к ФП в этой задаче встречает определенные трудности. Это связано с тем, что в условии задачи не объясняются причины

Рис. 7.4

запрета устанавливать его в потоке жидкости. Вероятно, что детали измерительного устройства не могут вступать в контакт с жидкостью.

Следовательно, нужно поискать обходные пути.

Здесь можно наметить два пути решения проблемы.

Измерительное устройство (ИУ) поставить снаружи расходной трубы.

Вместо прямого измерения попытаться применить косвенное измерение. То есть измерять не расход жидкости, а какой-то другой параметр, по которому можно было бы определять расход.

Можно ли ИУ поставить не на расходную трубу, а в другое место?

Рассмотрим первый путь.

Если измерительное устройство поставить снаружи расходной трубы, то пока непонятно, как измерять расход, на каком физическом принципе действия может работать такое устройство.

В трубопроводе имеется жидкость. Надо измерять некоторые свойства этой жидкости, в частности, ее скорость. Измерительное устройство и жидкость разделены стенкой трубы.

Если измерять свойство вещества нельзя прямым контактом, значит, нужно использовать поля, которые могут проникать сквозь стенку трубы. Такими полями могут быть звуковые и ультразвуковые, электромагнитные волны.

Из физики известен эффект Доплера — изменение частоты колебаний, воспринимаемой наблюдателем при движении источника колебаний. Применяется для измерения скорости потока гетерогенных (неоднородных по составу) тел.

ФП: Для применения эффекта Доплера в трубе должна быть гетерогенная среда, но из резервуара течет однородная жидкость.

Как сделать поток гетерогенным? Очевидно, нужно ввести в систему еще одно вещество.

Возможные решения

Ультразвуковыми колебаниями создать явление кавитации или вдувать в расходную трубу газ, например, воздух, чтобы по трубе перемещались пузырьки. Использовать эффект Доплера.

Устройство сложное.

Рассмотрим второй путь — косвенное измерение.

Для решения задачи нужно понять, как изменяются связи между компонентами системы, когда происходит истечение жидкости (рис. 7.4).

Рис. 7.5

Из задачи понятно, что при истечении жидкости взаимодействия между резервуаром и расходным трубопроводом 1, а также между жидкостью и расходным трубопроводом 2 не изменяются. А взаимодействия между жидкостью и резервуаром 3 изменяются — уменьшается уровень жидкости. Каким образом можно использовать это обстоятельство?

Очевидно, измеряя скорость изменения уровня жидкости, можно получить скорость жидкости в расходной трубе. Для этого достаточно знать, как меняется площадь поперечного сечения резервуара по высоте.

Если вводить вещества в контакт с агрессивной жидкостью нельзя, значит, нужно использовать поля, например, ультразвуковое для измерения положения границы раздела между жидкостью и воздушной прослойкой в резервуаре. Можно использовать оптические методы.

Кроме того, нужно посмотреть, какие еще свойства изменяются при уменьшении уровня жидкости.

Изменяются вес резервуара, объем воздуха над жидкостью. Значит, можно производить измерение этих параметров.

Возможное решение

Вместо скорости истечения агрессивной жидкости измерять скорость поступления воздуха в резервуар. Для повышения точности измерения, возможно, придется контролировать еще давление воздуха внутри резервуара, атмосферное давление, а также температуру воздуха.

Задача 7.6. При приземлении самолета можно наблюдать, что в момент касания колес с бетонным покрытием аэродрома появляется легкий дымок. Это результат динамического взаимодействия резины колес с аэродромным покрытием, который приводит к интенсивному износу покрышек. Как устранить это явление?

В этой задаче формулировка противоречий не столько помогает выйти на тот или иной прием его разрешения, сколько помогает глубже вникнуть в суть явления и осуществить целенаправленный поиск решения.

Состав системы: шасси, колесо самолета. Надсистема — воздух, бетонное покрытие.

Конфликтующая пара: колесо самолета и бетонное покрытие.

Анализ явления. Посадочная скорость самолета большая. В момент касания бетонного покрытия колесо неподвижно. Из-за большого момента инерции оно не может мгновенно раскрутиться и какое-то время скользит. В этот момент происходит значительное истирание покрышки.

Износа покрышки не будет, если нижняя точка колеса будет иметь такую же скорость, что и самолет.

Следовательно, нужно устройство для раскручивания колеса, но такое, которое бы не усложняло систему, чтобы его масса, габариты и энергоемкость стремились к нулю.

Например, ставить на каждое колесо двигатель для его раскручивания недопустимо — это значительно усложняет конструкцию, увеличивает вес конструкции.

ТП: Если на шасси установить специальное устройство для раскручивания колеса, то это усложнит систему, но устранит нежелательное явление — износ покрышки.

ФП: Устройство для раскручивания колеса должно быть. И его быть не должно, чтобы не усложнять систему и не увеличивать ее массу.

ОЗ — колесо, покрытие взлетно-посадочной полосы (ВПП), ОВ — момент касания ВПП и время, когда самолет идет на посадку.

Следуя принципу идеальности, нужно при минимальных усложнениях в системе обеспечить требуемое свойство.

Значит, нужно попытаться использовать имеющиеся ресурсы в рассматриваемой ТС или НС.

Во-первых, найти энергию, и, во-вторых, найти способ ее использования для преобразования в механическое движение — вращение колеса.

Здесь целесообразно сформулировать ИКР.

ИКР: Колесо само раскручивается до встречи с бетонным покрытием.

Самолет идет на посадку с большой скоростью, торможение происходит за счет аэродинамических сил. Таким образом, имеется бесплатная энергия — скоростной напор воздушной среды (рис. 7.5, а). Как его можно использовать для раскручивания колеса?

Если свободно подвешенное на оси колесо находится в воздушном потоке, то из-за симметричности обтекания оно вращаться не будет.

Рис. 7.6

Получаем ФП: Колесо должно вращаться, чтобы в момент касания оно не скользило по бетону, и оно не будет вращаться, так как нет условий для возникновения крутящего момента.

Значит, нужно создать крутящий момент. Из приведенной схемы видно, что при симметричном обтекании момента не возникает. Следовательно, нужно сделать так, чтобы сумма аэродинамических сил, действующая на нижнюю часть колеса, была больше, чем на верхнюю часть.

Выберем изменяемый элемент. Очевидно, что он должен быть на самолете. Это может быть либо элемент рассматриваемой системы, то есть колесо, либо ближайшей надсистемы, в которую входит колесо, то есть шасси.

Возможные решения

Ввести еще один компонент в систему.

На стойку шасси закрепить крыло, которое сделает несимметричным обтекание колеса воздушным потоком (см. рис. 7.5, б).

Изменить форму имеющегося компонента.

Для согласования скоростей вращения колес и скорости полета самолета французский изобретатель Х. Оливье предложил раскручивать колеса в полете. Для этого на боковой поверхности колес установить лопатки, которые позволяют раскрутить колеса под действием набегающего воздушного потока (рис. 7.5, в).

Можно привлечь аналогию — вертушка анемометра, прибора для измерения скорости ветра.

Задача 7.7. На кораблях, особенно военных, каждый квадратный метр площади на счету. Особенно важно, чтобы любые сооружения занимали как можно меньше места. Но весьма трудно сократить вылет трапа, потому что он зависит от высоты и глубины ступенек. Сделать каждую ступеньку выше (тогда их потребуется меньше) нельзя — затрудняется хождение. А сделать каждую ступеньку уже тоже нельзя, так как на ней должна уместиться ступня.

Как сократить вылет трапа L (рис. 7.6, а)?

Рис. 7.7

Рассматриваемая система — трап состоит из однородных компонентов — ступенек, которые характеризуются двумя важными для поставленной проблемы параметрами: высотой h и шириной b ступеньки.

ТП: Если ступеньки стандартной ширины b и высоты h, то удобно ходить, но при этом трап занимает много места, имеет большой вылет L.

Из этого ТП можно сформулировать два физических противоречия.

ФП-1: Ступенька должна быть высокой, чтобы сократить вылет трапа, и она не должна быть высокой, чтобы удобно было ходить.

ФП-2: Ширина ступеньки должна быть маленькой, чтобы сократить вылет трапа, и она должна быть большой, чтобы удобно было ходить.

Противоречия в задаче обусловлены двумя требованиями, с одной стороны, минимальный вылет трапа (размерная характеристика) и, с другой стороны, удобством хождения, то есть антропологическим фактором.

Первое требование ориентирует на поиск решения путем пространственных преобразований или применения принципа динамизации (аналогия — складывающаяся стремянка).

Второе — на анализ потребительных свойств этого устройства при использовании его по прямому назначению человеком, то есть выявление тех свойств трапа, которые были бы достаточны для удобного спуска и подъема.

Здесь целесообразно обратиться к функциональному анализу ступенек — дать оценку уровня выполнения ими своих функций, например, по трехбалльной шкале: адекватно, недостаточно или избыточно.

Если создаваемая лестница не предназначена для организации встречного движения пешеходов, то каждая ступенька поднимающимся или спускающимся человеком используется не в полной мере. Действительно, ведь человек ставит ногу только на одну ступеньку, если он не решил по дороге отдохнуть или не затеял на лестнице разговор.

Таким образом, длина ступеньки избыточна по выполняемой функции, для перемещения по лестнице. И ее можно сократить, например, вдвое.

Таким образом, мы получили ресурс для решения задачи. Возникает вопрос: можно ли эту избыточность использовать для решения поставленной проблемы?

Избыточная длина «подсказывает» использовать пространственный ресурс.

Если длина ступеньки уменьшилась, то на ее место можно поставить следующую ступеньку.

Таким образом, ступеньки можно расположить в шахматном порядке. Вылет трапа уменьшится вдвое при сохранении удобства перемещения (см. рис. 7.6, б)

8. Приемы устранения технических противоречий

Кудрявцев А. В.

В ТРИЗ детально рассмотрены и практически отработаны правила и подходы, позволяющие формулировать ТП и ФП. Но как повысить вероятность нахождения решений, позволяющих устранять противоречия? Это можно сделать с помощью специальных приемов, созданных Г. С. Альтшуллером. Приемы устранения противоречий? это средства, инструменты, позволяющие устранять противоречия организованно, используя для этого накопленный человечеством и систематизированный опыт.

8.1. Опыт изобретателей и его использование

Опыт, накопленный поколениями новаторов, овеществлен в технике и технологиях. Но он не только окружает нас, скрытый во всех достижениях цивилизации. Он действительно собирается в патентах, хранящихся в патентных библиотеках. В настоящее время уже десятки миллионов изобретений доступны любому человеку, заинтересовавшемуся ранее созданными техническими решениями, этим интеллектуальным багажом человечества.

Польза от изобретений не ограничивается только собственно найденным техническим решением. Во многих из них скрыт некий принцип, и этот принцип может быть выявлен, может стать подсказкой при создании новых изобретений. Такое «перекрестное опыление» происходит постоянно. Наблюдая за открыванием дверей в трамвае, изобретатель создает принцип спуска спасательных шлюпок на воду, включающий использование пневмоцилиндров. Разбирая старые игрушки своего ребенка, изобретатель берет в руки надувного клоуна и вдруг понимает, как сделать опалубку с уникальными свойствами.

Легенд на тему неожиданного и счастливого нахождения оригинальных решений «по аналогии» в среде изобретателей ходит множество. Была даже предложена рекомендация, основанная на использовании случайно найденного опыта. Она получила название «музейного эксперимента» и состоит в том, что в случае затруднений при решении изобретательской задачи предлагается побыть среди стимулирующей обстановки: в музее, где собраны предметы старины, на свалках технических вещей, в хозяйственных магазинах.

Общепризнанно, что сопоставление своей задачи с иными техническими решениями активизирует мышление, позволяет «сработать» аналогиям. Специалисты, использовавшие подобные методы, достаточно тепло отзывались о этом подходе, но у него, конечно же, есть ключевой недостаток — непредсказуемость, ненадежность получения эффективных решений. Везение, удача, счастливые совпадения выступают важнейшими компонентами этого подхода. Для большинства изобретателей в этом нет ничего удивительного и необычного, ведь изобретение само по себе ассоциируется у многих с озарением.

ТРИЗ видит своей важнейшей задачей снятие этой неопределенности, необходимости в озарениях. Использование случайным образом собранных подсказок предлагается заменить использованием массивов систематически собранной информации. Но что это за информация? Что за основа переносится от одного изобретения на другое, позволяет создавать всё новые разработки? Рассмотрим, что это такое на примере.

Пример 8.1. Случайности, ставшие опытом (магнето Микулина).

В своей автобиографии академик Микулин рассказывал о том, как он сделал первое в своей жизни техническое усовершенствование. Гимназистом он наблюдал за полетами Уточкина — одного из величайших российских авиаторов начала ХХ в. Магнето на самолетах было недостаточно надежным, мотор часто прекращал работать. Иногда это приводило к срыву демонстрационных полетов, иногда становилось причиной аварийной посадки. Микулин-гимназист был очень увлечен идеей полетов на аэропланах и постоянно размышлял о повышении надежности полетов.

Как-то на улице он увидел детину с подбитым глазом. Глаз совершенно заплыл, но детина продолжал видеть. И Микулин понял, что действовать надо совершенно аналогично природе, снабдившей человека двумя глазами. С этой идеей Микулин немедленно направился к прославленному авиатору. Тот долго не мог понять незнакомого гимназиста, ворвавшегося в его гостиничный номер и кричавшего что-то о подбитых глазах, но в результате на авиационный мотор поставили два магнето и резко повысили надежность системы зажигания.

Случайное наблюдение, случайное событие было применено по аналогии. Для Микулина этот опыт — дублирование как средство повышения надежности стал первым в копилке его личных приемов решения задач. Можно сказать, что это была невеликая находка, что дублирование, резервирование является общим местом всех систем, от которых требуется повышенная надежность работы. Но мы видим, что в реальности к авиационному мотору в начале прошлого века такие требования не предъявлялись, вернее, они не осознавались. Кроме того, здесь важен выбор системы, требующей повышенной надежности.

Мы сейчас считаем дублирование принципом общеизвестным, но кто-то, решивший, что к системам, требующим такого же подхода, надо отнести, например, велосипед, с триумфом откроет новую страницу в велосипедостроении, введя, например, двойную цепь. В жизни опытных изобретателей найдется немало подобных историй, ситуаций, в которых некое случайное событие легло в основу нового принципа работы. Мы видим, что эта случайность использования принципа относится только к той системе, которая совершенствуется. Для этой системы принцип не был известен, а для других систем он, может быть, уже был известен и общепринят.

Пример 8.2. Принцип сборки автомобилей на конвейере — это принцип разделения процесса работы на множество этапов и подготовки людей, инструментов под конкретную операцию. Это приводит к специализации рабочих мест, инструментов, рабочих, а значит, в массовом производстве дает экономию. Удивить кого-нибудь этим принципом в машиностроении невозможно. Но спустя много лет после машиностроителей его открыли для себя банки, создав систему, в которой каждый сотрудник специализируется на одной операции. Открыли, изобрели, внедрили и обеспечили при этом огромную экономию. И опять принцип ждет, когда кто-то его изобретет в совершенно новой области деятельности.

На такое «переоткрытие» расходуются значительные ресурсы. В двадцатых годах инженер Шухов, строя «радиобашню» в Москве (сейчас Шуховская башня на Шаболовке) решал вопрос, как поднять верхнюю секцию башни без внешних лесов и подъемного крана. Он решил эту проблему и поднял верхнюю секцию изнутри, используя в качестве подъемного крана уже построенные секции башни. Верхняя секция прошла внутри башни и встала на свое место. При этом Шухов устранил определенное противоречие: верхняя секция должна быть того же диаметра, что и верхняя часть предыдущих секций, для стыковки, и она должна быть меньшего диаметра, чтобы пройти сквозь уже построенные секции. Шухов верхнюю секцию слегка надрезал и диаметр ее на время подъема уменьшил, а подняв, диаметр вернул в норму и секции состыковал (рис. 8.1).

Рис. 8.1

Через шестьдесят пять лет группа разработчиков предлагает способ строительства высотных труб и иных сооружений, имеющих внутренние пустоты. Способ до деталей повторяет то, что придумал Шухов. Этот пример показывает негативные стороны отсутствия планомерной работы по выявлению и серийному, широкому использованию принципов, заложенных в сильных изобретениях.

8.2. Заготовки, используемые опытными изобретателями

Как накапливать опыт

Опыт решения проблем накапливался людьми во все времена. Достаточно в этой связи вспомнить о пословицах. Общепризнанно, что в них аккумулирован огромный опыт народов относительно правил общежития, поведения. «Собором и черта поборем» — о важности объединения целей и усилий; «Утро вечера мудренее», «Одна голова хорошо, а две лучше» — о необходимости рассмотрения проблем комплексно и непредвзято. В быту пословицы долгое время играли роль своеобразной системы «мягких» правил.

Но пословицы создавались стихийно, а профессионально люди занимались обобщением опыта в областях, имеющих приоритетное значение для социума. Несомненно, что такой областью всегда было военное искусство. В военном деле так же, как и в изобретательской практике есть талантливые и удачливые изобретатели. Их изобретения внедряются прямо на поле боя. И конечно, для каждой страны важно такой опыт распространять среди остальных военачальников. Поэтому уже накопленный опыт обобщался во все времена.

Мы сегодня знаем о стратегемах, то есть о приемах ведения войны, созданных в Римской империи, о аналогичных списках стратегий, имевших хождение в древнем Китае и средневековой Японии. Создавали списки рекомендаций Суворов, Клаузевиц и многие другие. Обобщенным правилам в области руководства государством посвящена работа Макиавелли «Государь». В наше время перечни рекомендаций, советов предлагают многие удачливые инженеры и управленцы. Достаточно вспомнить в этой связи книгу Генри Форда «Моя жизнь, мои достижения».

Но как возникает личный опыт многих тысяч реально работающих новаторов, изобретателей, разработчиков новой техники? Происходит это по большей части через постоянное просеивание фактов, через тотальный интерес ко всему окружающему, через любопытство «про запас».

Изобретатель не знает, когда ему потребуется тот или иной факт. Но он постоянно набирает эти факты, эти особенности техники, надеясь, что в момент решения задачи память поможет и подсказка прошлого опыта даст возможность найти идею нового решения. (Именно поэтому считалось, что опытный изобретатель не может быть молодым, что на накопление опыта, позволяющего чувствовать себя уверенно в различных ситуациях, требуются долгие годы). Такой опыт не суммировался, не накапливался централизованно.

Возникает вопрос: обязательно ли для всех изобретателей проходить весь путь, пройденный человечеством самостоятельно и каждый раз заново? Нельзя ли создать списки рекомендаций, советов, применимых для изобретателей, работающих в различных областях техники? Ранее предполагалось что нельзя, ведь чтобы помочь в большом числе случаев такие рекомендации должны быть очень обобщенными, а потому несущими мало конкретной информации и, соответственно, бесполезными в конкретной деятельности. Для того, чтобы такие приемы появились, потребовалось найти новый подход к сворачиванию информации, к представлению изобретательских задач.

Такой подход появился в рамках ТРИЗ. Изобретательские задачи в ТРИЗ стали представляться как выявленные противоречия. И обобщенные рекомендации стали уже не просто советами, построенными по принципу «попробуй сделать так», а подходами к устранению противоречий, найденными в изобретательском опыте средствами борьбы с противоречиями. При этом выяснилось, что несмотря на огромное количество разнообразных задач, все они могут быть сведены к достаточно ограниченному количеству обобщенных противоречий. Как это может быть, мы увидим из примеров. Рассмотрим несколько случаев реального решения задач.

8.3. Примеры решений, в основе которых лежит один принцип. Выявление этого принципа

Ситуация А. На месторождении «Нефтяные Камни» в Каспийском море широко применялась добыча нефти с отдельно стоящих платформ. Платформы устанавливались на сваях — стальных трубах, вбитых в морское дно. В зоне, в которую попадали вода и воздух, сваи покрывались как коркой слоем полипов. Первоначально считалось, что полипы ничему не мешают, ведь свая — не корабль. Но оказалось, что под коркой образовывалась кислотная среда, которая разъедала трубу. Несущая способность свай при этом уменьшалась.

Для борьбы с вредным явлением был придуман кольцевой поплавок, охватывающий трубу (рис. 8.2). Внутри поплавка размещалась щетка из мягкого металла. Колебания уровня моря обеспечивали постоянную работу поплавка. Эта конструкция монтировалась на свае сразу же после ее установки, пока полипы не успели прижиться на ее поверхности.

Рис. 8.2

Проблема полипов была решена, ведь корка полипов теперь попросту не могла образоваться.

Ситуация Б. В одном среднерусском городе постоянно зарастала водорослями решетка водозабора. Два раза в год, во время сезонного снижения уровня воды в водохранилище, сотрудники водозабора проводили ее очистку. Радикальное решение задачи было найдено в тот момент, когда догадались установить на решетке специальные ножи, соединенные с поплавком. При изменении уровня воды в водохранилище ножи очищали водоросли с решетки (рис. 8.3).

Рис. 8.3

Эти два решения были найдены различными людьми при различных обстоятельствах, в разное время. В обоих случаях были выданы авторские свидетельства, свидетельствующие в числе прочего и об уникальности, неповторимости этих решений. Но при всем этом они очень похожи. Эта похожесть основывается на сходстве заложенных в решениях принципов действия. Используя эти два частных решения, сформулируем обобщенный принцип решения задачи или, иначе говоря, прием.

Можно сделать вывод, что в обоих случаях выполнялась работа, а энергия для этой работы бралась из окружающей среды. В систему вводился специальный элемент (поплавок), взаимодействующий с этой средой и меняющий свое состояние (у нас это было вертикальное перемещение) при изменении состояния окружающей среды. В обоих случаях к поплавку были присоединены рабочие органы, очищающие поверхность от загрязнений.

Рассмотрим еще одну похожую изобретательскую ситуацию и попытаемся решить ее с помощью только что найденного нами принципа.

На нефтеперерабатывающем заводе поступающую сырую нефть хранят в специальных резервуарах — нефтяных танках. Эти сооружения имеют высоту пятиэтажного дома, диаметр может составлять от 12 до 24 м. Для определения уровня жидкости в таких резервуарах используют поплавковые уровнемеры. В центре резервуара вертикально установлена труба с размещенными внутри датчиками магнитного поля (например, герконами — герметизированными контактами). Снаружи укреплен кольцевой поплавок со спрятанными в нем магнитами. Перемещение поплавка вызывает срабатывание конкретного датчика, передающего информацию на пульт. Система проста и достаточно надежна. Но в связи с тем, что на комбинат начала поступать нефть с большим количеством парафинов и иных тяжелых составляющих, система стала давать сбои. Труба и поплавок начали загрязняться настолько, что это стало мешать перемещению поплавка. Теперь он мог просто зависнуть на трубе и даже после того, как нефть в резервуаре кончалась, продолжал показывать какой — то уровень (рис. 8.4).

Резервуар приходилось выводить из технологической схемы, опоражнивать, запускать внутрь него бригаду рабочих в изолирующих противогазах и чистить трубу с соблюдением всех требований техники безопасности. Попытки увеличить зазор между трубой и поплавком не привели ни к чему хорошему. Поплавок стал зависать значительно реже,

Рис. 8.4

но датчики стали частенько давать сбои, ведь интенсивность магнитного поля быстро падает при увеличении расстояния… Нужно придумать, как чистить трубу и внутреннее пространство поплавка, не прекращая работу системы.

Можем ли мы использовать в данном случае найденный ранее прием? Понятно, что совершить требуемую работу с помощью поплавка можно. Поплавок должен при перемещении по трубе очищать ее от налипшего слоя, следовательно, он должен стремиться как вверх, так и вниз с большой силой. Для этого требуется его изменить, в частности сделать его значительно более массивным, сохранив при этом его плавучесть и установив на нем кольцевой нож для срезания нарастающего слоя парафинов. То есть мы задействовали в нашем решении такой ресурс, как силу тяжести и архимедову силу.

С учетом полученного при решении опыта построим новый вариант формулировки найденного ранее принципа:

Энергию для выполнения требуемой работы можно получать из изменения состояния окружающей среды. Это относится к различным средам (жидкость, сыпучие тела, воздух или газы).

Рассмотрим возможные области применения найденного нами принципа. Они значительно более широки, чем рассмотренные первоначально решения. Известны часы, работающие за счет энергии изменения атмосферного давления, либо подзаводящиеся при встряхивании руки их владельца. Спроектированы и используются насосы, накачивающие на приусадебных участках воду в бак за счет разряжения воздуха, полученного в свою очередь при использовании разницы дневной и ночной температур.

Этот принцип можно продолжать развивать и обобщать. Подключая к рассмотрению вопроса все новые решения, найденные новаторами, мы сможем создать действительно полезную и обобщенную рекомендацию.

8.4. Откуда брать приемы. Бионика. Поиск аналогий и их накопление в обобщенной форме

Конечно, окружающая действительность может дать обильную пищу для поиска идей, новых приемов и обобщенных рекомендаций. Например, ящерица, отбрасывающая свой хвост, за который ухватился хищник, чем-то очень похожа на фирму, отказывающуюся от части направлений деятельности в кризисной ситуации.

Известно, что принцип строения конструкций висячих мостов был открыт после того, как их создатель, английский инженер Сэмюэль Браун, задумался о строении паутины. Появилась даже особая наука — бионика, изучающая конструктивные особенности живых существ и переносящая эти решения в технику. Так, устройство приемной антенны гидролокаторов было построено с учетом информации о строении уха у тюленей. Устройство компенсации вибрации крыла у самолетов с большой точностью копирует элемент крыла стрекозы. Предварительно напряженные строительные конструкции копируют устройство стебля некоторых травянистых растений.

Но несмотря на ряд очевидных успехов, широкого распространения бионика не получила, массового переноса «патентов природы» в технику не произошло. Выяснилось, что живые существа к настоящему времени освоили довольно изощренные способы достижения требуемых им функций. Их копирование не всегда возможно или экономически оправдано. Так, например, до сих пор представляется невозможным выполнить экономически целесообразный проект махолетов. Мозг птицы контролирует огромное количество параметров крыла, управляемо меняет расположение в пространстве каждого пера. По сравнению с крылом птицы крыло самолета имеет на два порядка меньшее количество возможностей для управления.

В ТРИЗ к бионике было сделано точное и интересное дополнение. Оказалось, что значительно проще и понятнее копировать решения, подсмотренные не у современных, а у ископаемых животных. (В частности, первые летающие животные использовали планирующий полет). Возникло такое направление, как палеобионика. Альтшуллер предостерегал от прямого и бездумного копирования подсмотренных в природе схем и устройств, от всевозможных паровозов, отталкивающихся ногами. Изобретатель, копирующий природу, должен, по Альтшуллеру, соблюдать ряд правил.

«Идею, заимствованную у природы, следует использовать в технике только там, где создаются аналогичные условия (шагающих машин и паровозов нет, но есть шагающие экскаваторы).

Патенты природы — результат длительной эволюции органического мира. Эта эволюция продолжается, и потому подсказанные природой решения — еще не идеал…изобретатель должен развить найденный принцип, мысленно продолжить эволюцию и довести ее до логического завершения.

У современной техники более широкий выбор материалов, чем у природы: изобретатель может использовать не только органические, но и неорганические материалы. Иногда некоторая сложность „природных механизмов“ вызвана невозможностью применить материал, вполне доступный для техники. Это надо учитывать».

Итак, живая природа — это кладовая информации, в которой человек еще очень долго будет черпать для себя интересные находки и идеи. Но в перечне мест, где скапливается перспективная информация, представляющая интерес для решения изобретательских задач усилиями ТРИЗ, появился еще один адрес.

Также было предложено осуществлять перенос идей из одной области применения в другую. Это позволяет эффективно искать области техники, в которых может быть накоплена информация, необходимая для решения конкретных изобретательских задач. Предлагаемая процедура носит название «поиск передовой отрасли техники».

8.5. Отраслевой и межотраслевой опыт. Понятие передовой области техники

В организациях, занимающихся техникой, постоянно происходит накопление информации о разработках и новшествах. Этим, как правило, занимаются специально выделенные службы — например, бюро научно — технической информации (БНТИ). Однако для их сотрудников основным критерием подбора информации является отраслевая принадлежность. Считается, что специалисты должны знать о том, что делается в смежных организациях. Полезно знать, что и как делается у коллег, у друзей. Обмен знаниями происходит на конференциях, через специализированные издания. Важно знать и что делают конкуренты. Здесь также существуют различные каналы поиска информации.

Помочь в разработках такая информация может только в том случае, если есть кто — то, идущий впереди. В этом случае можно учиться у лидера. Но что делать тем, кто и так уже занимает лидирующие позиции? Откуда в этом случае черпать информацию? В ситуации огромного количества накопленных знаний, у лидеров существует голод на информацию. Конечно, существуют подборки межотраслевого опыта. Они частично снимают эту проблему. Но самостоятельный поиск интересной и важной информации в огромных массивах накопленных данных все — таки затруднен.

На помощь приходит введенное в ТРИЗ понятие передовой отрасли техники. Передовой отраслью техники называется такая область, где требуемая функция выполняется наиболее эффективно. Критерии эффективности при этом могут быть различными: функция выполняется длительное время; обеспечивается достижение значительной производительности, точности. Например, авиастроение как отрасль производства признается в целом более передовой, чем автостроение. Но если авиационным инженерам потребуется организовать конвейерное производство с большой производительностью, то многие решения, уже найденные автомобилестроителями, окажутся для них полезными. А где искать информацию автомобилестроителям, обеспокоенным решением той же проблемы — увеличением скорости и производительности конвейера?

Скорее всего, они найдут массу интересного в конвейерах, созданных для сборки продукции действительно массового спроса — электрических ламп, электронных приборов, обуви и проч. Это связано с тем, что рост одного из параметров, в данном случае производительности, наталкивается на сходные трудности и препятствия. Это может быть невозможность синхронизации операций или поступления комплектующих частей, сложность быстрого позиционирования рабочих инструментов у новой заготовки после окончания предыдущего рабочего цикла и так далее.

Итак, было высказано предположение, что возникающие в различных областях деятельности задачи имеют в своей основе похожие противоречия. Поэтому повторяются и принципы устранения противоречий. Опыт устранения противоречий в области сельского хозяйства может оказаться полезным при решении задачи о добыче полезных ископаемых. Борьба за жесткость и прочность конструкции при сохранении малого веса дала идею местного увеличения толщины, ребер жесткости, которые превратились в гребень на шлеме воина Римской империи, в шпангоуты парусных кораблей, силовой набор корпуса ракеты и гофры на поверхности бытового термоса.

Отсюда можно сделать важный вывод: принципы, найденные в одной технической дисциплине, переносятся в другую и могут быть применены там с высокой эффективностью. Ключевым моментом, определяющим область техники — «донора», из которой целесообразно переносить знания, является факт устранения интересующего нас технического противоречия.

Для способов устранения конкретного технического противоречия можно собирать примеры решений из различных областей техники, из живой природы и строить на основе этой информации обобщенные рекомендации. В ТРИЗ такие обобщенные рекомендации называют приемами или принципами.

Итак, нам необходимы обобщенные принципы, позволяющие эффективно устранять противоречия в развивающихся технических системах.

8.6. Создание сборника приемов. Организация работы и ее объем

С целью поиска таких принципов Г. С. Альтшуллером был проведен анализ значительного количества изобретений. При выполнении этой работы пришлось учесть, что изобретения отличаются по своему уровню, то есть по изобретательской сложности. Поэтому анализ проводился только среди изобретений, для которых удалось восстановить исходные противоречия. Следовательно, исследованию подвергались решения, которые устраняли противоречия. Всего было подвергнуто рассмотрению сорок тысяч таких изобретений. В результате удалось установить, что в их основе лежит ограниченное количество приемов — несколько десятков. После выявления самых широко применяемых количество приемов снизилось до сорока. С этими приемами мы сейчас и познакомимся.

Группы приемов и примеры приемов из каждой группы.

Приемы можно разделить на несколько групп, исходя из того, какие средства преодоления противоречия они предлагают использовать.

Использование новых и перспективных материалов и эффектов. Здесь вниманию изобретателя предлагается комплекс средств решения задач, включающих использование пневмоконструкций, гибких оболочек и пленок, пористых и композиционных материалов. Интересным и сильным оружием является использование фазовых переходов.

Изменение структуры технической системы или организации процесса. Множество предложений этой группы, таких, как принципы проскока, асимметрии, предварительного исполнения, посредника позволяют находить интересные и неожиданные варианты решений.

Операции над объектом, введение ограничений и новых возможностей. Назовем некоторые из них — дробление, изменение физико — химических параметров объекта, универсальность, динамичность, частичное или избыточное решение, самообслуживание.

В группе «операции над объектами» предлагается совершить преобразование совершенствуемой технической системы таким образом. чтобы вывести его из области, в которой действуют ограничения, вызывающие проблему. Так, принцип дробления позволил усовершенствовать ковш экскаватора. Режущая кромка ковша быстро изнашивается и ее надо часто менять. Поскольку износ кромки неравномерный, было предложено выполнить ее в виде отдельных съемных секций и проводить замену не всей кромки сразу, а только ее изношенных элементов.

8.7. Как пользоваться приемами. Разбор ситуации

«Принцип перехода в другое измерение» предлагает заменить перемещение объекта по линии движением в плоскости или в объеме, выполнить компоновку объектов многоэтажной.

Простой иллюстрацией данного приема является любой многоэтажный дом. Когда — то решение о переносе части жилищ из привычной плоскости было несомненно революционным. Сейчас, конечно, такое решение уже нельзя назвать изобретательским. Но не следует думать, что у этого приема не осталось серьезной работы. Рассмотрим пример.

Пример 8.3. На аэродроме авиационного завода скопилось значительное количество изготовленных, но еще не принятых заказчиком самолетов. В связи с приближением осенней непогоды, самолеты потребовалось обязательно укрыть в ангаре, но оказалось, что он может принять только две трети всех машин. На плане ангара проверялись варианты различных компоновок, но приемлемого решения не было. И все-таки с помощью принципа перехода в другое измерение оно было найдено (рис. 8.5).

Конечно, самолеты не стали подвешивать под крышу ангара, ставить вертикально или громоздить друг на друга. У самолетов просто сдули шины на одном из шасси. Все самолеты наклонились на одно крыло и появилась возможность располагать их так, что крылья разных машин в плане совпадали. Размещение всех самолетов в ангаре было произведено в срок.

Рис. 8.5

Здесь видно, что применение приема не снимает необходимости думать. Наоборот, повышается обязательность додумывания в заданном направлении.

Пример 8.4. Известно, что при стрельбе дробью заряд разлетается в стороны. Это связано с тем, что на каждую дробинку действует тормозящая сила, вектор которой зависит от формы этой дробинки. Обычный путь повышения кучности боя — увеличение длины ствола ружья. Но это неудобно по целому ряду причин (увеличивается вес ружья, уменьшается удобство ношения и прицеливания, хранения и т. п.). Нужно обеспечить, чтобы заряд дроби шел узким конусом.

Для того, чтобы эффективно использовать прием, следует обобщить задачу, выявить в ней базовый конфликт. Итак, есть направляющая (труба) и движущееся по ней изделие. Если труба длинная, то изделие попадает туда, куда надо. Но такая труба мешает, она не нужна все остальное время. Следовательно, труба должна быть и ее не должно быть. Она должна возникать только на время транспортировки изделия и исчезать после завершения транспортировки. Как, с помощью чего реализовать этот комплекс требований?

И здесь самое время использовать рекомендованный теорией прием. В нем предлагается вместо твердых частей объекта использовать газообразные и жидкие, надувные и гидронаполняемые, воздушную подушку, гидростатические и гидрореактивные. В приеме ничего не говорится о конкретных технических решениях. Задача приема — подсказать уже найденный ранее людьми путь к преодолению конкретного противоречия: если нужно, чтобы узел то был, то не был, если нужно, чтобы он был внешне большой, протяженный, но в то же время очень мало весил, быстро исчезал, то можно использовать в качестве ресурса воздух, воду, то есть то, что есть в окружающей среде. И в конкретном техническом решении появляется именно такой «воздушный» ствол.

Рис. 8.6

В японском патенте № 44-20959 предлагается на короткий ствол ружья одеть специальный кожух, выбрасывающий пороховые газы в виде кольца, охватывающего заряд. Теперь дробь и после вылета из ствола на протяжении нескольких метров движется в своеобразном газовом канале.

Но предположим, что мы имеем другую задачу, в которой выявили похожее противоречие. Это может быть, например, задача рассеяния дыма, выходящего из дымовых труб. Цель противоположна предыдущей, а средство для решения используется похожее — удлинение транспортирующего канала. Стандартный путь- строительство высокой дымовой трубы. Чем выше труба, тем с большим объемом воздуха смешивается дым, прежде чем его частицы достигнут земли. Но чем выше труба, тем она дороже. Противоречие похоже и потому похоже решение. В авторском свидетельстве № 243809 предлагается на срезе дымовой трубы выполнить сопла и создавать с их помощью «воздушную стенку». Теперь дым сможет подняться значительно выше.

Рис. 8.7

Пример 8.5. На вагоноремонтном заводе большой проблемой была организация перевозки колесных пар из цеха на склад готовой продукции. Колесная пара — достаточно тяжелый узел и для его перевозки необходимы как транспорт, так и подъемные механизмы. Кроме того, в процессе перевозки колесные пары необходимо надежно крепить, а перед разгрузкой снимать этот крепеж. В процессе решения этой задачи был применен принцип эквипотенциальности, предлагающий не совершать многочисленных подъемов и опусканий перемещаемого узла. Прием предлагает процесс транспортировки выполнять на одной высоте. Этот прием в сочетании с использованием принципа идеальности (колесная пара сама перемещается…) позволил найти простое и эффективное решение.

В цехе колесные пары ставили на рельсы и специальным толкателем отправляли в путь до склада готовой продукции.

8.8. Как выбирать приемы для решения

Несомненно, простейшим способом применения приемов является их перебор или использование по аналогии. Такое использование приемов достаточно распространено. Многие специалисты, изучавшие ранее ТРИЗ, имеют «любимые» приемы. Как правило, это приемы, с помощью которых им удалось реально ускорить процесс решения собственных задач. Иными словами — это приемы, сила которых была подтверждена на практике, в ситуации практического изобретательства. К сожалению, прошлый опыт применим не всегда.

Если такие приемы не помогают, то можно заняться систематическим перебором всего предложенного массива. Здесь есть сложность, которую следует учитывать. Сами приемы не несут в себе конкретных решений. Увидеть решение, развернуть его на основе предлагаемого принципа или подсказки должен сам решающий задачу. Поэтому работа с каждым приемом не может быть простой и быстрой. На прием надо настроиться, внимательно и скрупулезно просмотреть возможности использования заложенных в нем рекомендаций под самыми разными углами зрения. Даже в самом экономном, ускоренном режиме работа с одним приемом занимает в процессе реального решения задач не менее получаса.

Следовательно, эффективный перебор всех сорока приемов затруднен потому, что не удается длительно поддерживать требуемый уровень внимания. Для устранения этого недостатка был разработан специальный поисковый аппарат — таблица устранения технических противоречий, позволяющая значительно уменьшить количество приемов, рекомендуемых к использованию при решении конкретной задачи. Такое выделение предпочтительных приемов основано на статистическом анализе.

Ранее уже было определено, что все многообразие изобретательских ситуаций может быть сведено к конфликтным отношениям между некоторым ограниченным набором характеристик, свойств технических систем. Перечень таких ключевых характеристик технических систем и составил основу таблицы, дал возможность построить ее оси. Таблица выбора приемов устранения технических противоречий дана в раздаточном материале. Горизонтальная ось таблицы тождественна ее вертикальной оси. Мы видим, что каждая ось включает в себя 39 характеристик.

Выбор наиболее эффективных приемов осуществляется через формулирование противоречия и его адаптацию к таблице.

Теперь, когда у нас есть таблица, выбор приемов для их использования при решении изобретательской задачи производится следующим образом:

Формулируется техническое противоречие, скрытое в задаче.

Улучшаемая и ухудшаемая характеристики, приведенные в противоречии, адаптируются, «пересказываются» с помощью терминов, имеющихся на осях таблицы.

На пересечении найденной строки (улучшаемой характеристики) и столбца (ухудшающейся при этом характеристики) находится клетка. Цифры в этой клетке соответствуют номерам приемов в списке.

Приемы в каждой клетке даны не в порядке их возрастания, а по частоте их применения в исследованном массиве изобретений. В связи с этим Г. С. Альтшуллер дал рекомендацию о порядке применения выбранных приемов.

Если необходимо сделать как можно более простое и быстро внедряемое решение, то приемы следует использовать, начиная с первого из рекомендованных. Если же необходимо решение как можно более оригинальное, неожиданное, революционное, то приемы следует использовать, начиная с последнего из рекомендованных.

9. Практика применения приемов устранения противоречий

Кудрявцев А. В.

Приемы устранения технических противоречий (далее просто приемы) — первый информационный массив, введенный в ТРИЗ. Они стали использоваться, начиная с конца шестидесятых годов. Приемы до настоящего времени остаются действенным инструментом решения задач. Их применение требует определенных навыков, которые и будут освоены на данном занятии.

Первый из таких необходимых навыков, это умение преобразовывать обобщенные рекомендации приемов в конкретные технические предложения. Переход от абстрактного к конкретному требует от человека, решающего задачу, умения выделить ключевую позицию, на которую и следует направлять рекомендации, данные в приемах.

Задача 9.1. Промышленные нагревательные печи имеют рабочие окна, позволяющие оценивать обстановку внутри. Через эти окна, однако, уходит много тепла. Потерю горячего воздуха можно устранить с помощью воздушной завесы, нагнетая воздух в зону окна. А как предотвратить унос тепла лучеиспусканием? Окна должны быть открыты все время. Закрывая окна нагревательных печей, можно защищать печи от потерь тепла, но тогда нет информации о процессах, происходящих в печи.

Приемы устранения противоречий целесообразно применять не просто в процессе решения задач, но именно для устранения противоречий, лежащих в основе этих задач. Поэтому первым и обязательным этапом работы с приемами является формулировка задачи в виде противоречия. Построим противоречие для данной задачи.

Вариант ТП: закрывая окна нагревательных печей, можно защищать печи от потерь тепла, но тогда нет информации о процессах, проходящих в печи.

Оставляя окна открытыми, получаем нужную информацию, но снижаем экономичность печей.

Итак, конфликт в том, что нам требуется получать информацию из глубин печи, но она приходит вместе с энергией, которая нам совсем не нужна. Предлагается использовать для решения этой задачи прием № 32 «Принцип изменения окраски».

Первый вопрос, который надо решить, к чему применить этот прием? В связи с тем, что в ТП фигурирует окно печи, целесообразно менять именно его.

Возможны различные варианты использования этого приема. Изобретателями предлагалось вводить в воздушный поток мелкодисперсные твердые или жидкие частицы. Неплохо, если они будут выполнены из материалов, обладающих высокой отражательной способностью (например, мелко нарезанная алюминиевая фольга).

Если же окна нагревательных печей закрыты водяными завесами, то воду целесообразно окрашивать.

Используем еще один прием № 19 «Принцип периодического действия».

Он также может быть направлен на изменение окна. Ясно, что решение задачи может состоять в использовании заслонок, приоткрываемых только на момент получения информации.

Но что произойдет, если мы искусственно наложим ограничение на использование заслонок? Могут ли быть получены иные решения задачи с помощью того же приема № 19? (Подобные «вводные» очень полезны для тренировки, ведь в реальных условиях заказчик может наложить самые различные ограничения).

Принцип периодического действия может быть использован не только для изменения окна. Можно представить себе ситуацию, когда информация о происходящих в печи процессах, собранная (например, через открытые наблюдательные окна) на начальном этапе эксплуатации печей, позволяет полностью отказаться от наблюдения. Процесс сбора информации становится периодическим: обработка в печи новой детали сопровождается сбором информации, серийный выпуск проводится в отлаженном режиме.

Как видно, использование приемов? это процесс достаточно гибкий. В каждом приеме скрыт потенциал, который может быть превращен в разнообразные конкретные решения.

Рассмотрим еще одну задачу, внешне похожую на только что решенную.

Задача 9.2. В камерах дробеструйной обработки деталей желательно иметь смотровые окна. При этом возникает проблема защиты обслуживающего персонала от вылетающей наружу дроби. Установка броневого стекла не решает проблемы, так как через незначительное время стекло теряет свою прозрачность. Дробь мелкая, поэтому установка металлических решеток приводит к ухудшению видимости. Необходимо предотвратить вылет дроби из смотрового окна.

Определим техническое противоречие, скрытое в задаче.

ТП-1: Увеличивая свободную поверхность окна, можно улучшить обзорность, но при этом ухудшается безопасность работы.

ТП-2: Уменьшая свободную поверхность окна, мы улучшаем безопасность работы, но ухудшаем обзорность.

Прием № 10. «Принцип предварительного исполнения».

Заранее изучить, куда будет направлен поток дроби при вращении изделия. Открывать смотровые окна с учетом этой информации. Или менять режим обработки изделия с учетом результатов обработки предыдущего.

Прием № 16. «Принцип частичного или избыточного решения».

Получить информацию о характере обработки одного изделия из партии. Проводить обработку всей партии изделий без непосредственного наблюдения.

Прием № 18. «Использование механических колебаний».

Открывать — закрывать заслонки на смотровых окнах так быстро, чтобы дробь не успевала вылететь из камеры.

Прием № 21. «Принцип проскока».

Идея, аналогичная предыдущей. Получать информацию за очень малое время, за которое дробь не успеет вылететь из камеры.

После выявления вариантов устранения выявленного противоречия в подгруппах они обсуждаются совместно. Цель такого обсуждения — поиск идеи конкретного технического устройства.

Возможный вариант решения

В а. с. № 546465 предлагается в смотровом окне дробеструйной камеры установить вращающуюся крыльчатку. При достаточно быстром вращении лопасти станут «прозрачными», а дробь к стеклу не пропустят. Вращать крыльчатку можно отработанным воздухом, удаляемым из камеры или с помощью специального электродвигателя.

Задача 9.2 решалась с помощью четырех «назначенных» приемов.

Как же решать задачу, если придется выбирать из сорока существующих приемов? Мы знаем, что есть таблица выбора таких приемов. Существует и технология работы по выбору приемов с помощью таблицы. Впервые она была подробно раскрыта в пятой части АРИЗ — 71. Рассмотрим приведенную в нем последовательность действий.

Оперативная стадия

В таблице устранения технических противоречий выбрать в вертикальной колонке показатель, который надо улучшить по условиям задачи.

Как улучшить этот показатель, используя известные пути (если не считаться с проигрышем)?

Какой показатель недопустимо ухудшится, если использовать известные пути?

Выбрать в горизонтальном ряду таблицы показатель, соответствующий шагу алгоритма 5-2б.

Определить по таблице приемы устранения технического противоречия (т. е. найти клетку на пересечении строки, выбранной в 5–1 и ряда 5-2б).

Проверить применимость этих приемов.

Основные проблемы, возникающие в процессе применения таблицы:

— если на стадии постановки задачи было нечетко сформулировано противоречие, это приводит к решению псевдозадачи. Таблица требует от решающего дисциплины формулировок;

— необходимость сведения изменяемых характеристик любого из сформулированных противоречий к жестко заданному набору из 39 параметров. В таблице можно просто не найти «свои» характеристики;

— отсутствие понимания принципов, на основе которых строились рекомендации таблицы.

Задача 9.3. В устройствах автоматического регулирования широко применяется регулятор Уатта — два груза, размещенных на шарнирно отклоняющихся тягах, размещенных на вращающемся валу (рис. 9.1). Изменение количества оборотов приводит к росту центробежных сил. Перемещение элементов конструкции в зависимости от изменения количества оборотов позволяет обеспечивать процесс управления. Такие регуляторы используются на паровых машинах, турбинах. Известно, что повышение точности (чувствительности) можно обеспечить, если увеличить массу грузов. В этом случае увеличение скорости вращения на один оборот в минуту вызовет большую тянущую силу. В процессе создания авиационной техники появилась задача создания простого и надежного регулятора Уатта с повышенной точностью и малым весом.

Сформулируем техническое противоречие.

ТП-1: Увеличение веса шаров позволяет обеспечить высокую чувствительность, но недопустимо для применения в авиации.

ТП-2: Шары малого веса позволяют создать легкий регулятор Уатта, но чувствительность такого устройства низка.

Переформулируем противоречие, сведя улучшающуюся и ухудшающуюся характеристики к тем, которые приведены в таблице устранения противоречий. Изменение веса шаров может быть определено нами как цель и такая характеристика в таблице есть.

Рис. 9.1

Но оказывается, что в таблице вес встречается дважды — это «вес подвижного объекта» и «вес неподвижного объекта». Какой из вариантов выбрать? Четких правил здесь нет, но есть рекомендации. Если в процессе работы совершенствуемый объект перемещается относительно иных объектов, описанных в условиях задачи, то его следует относить к подвижным.

Какую характеристику взять как аналог интересующей нас чувствительности регулятора? Можно выбрать «точность измерений». Это в целом корректный вариант. Он мог бы полностью нас устроить в ситуации, когда отсутствует информация о том, за счет чего достигается точность измерений. Но в данном случае вариант не самый лучший. Ведь мы знаем, что точность измерений жестко связана с силой, развиваемой вращающимися шарами. Поэтому в качестве второй характеристики для поиска приемов целесообразно выбрать «силу».

Общее правило работы с таблицей: более точно поставленный вопрос позволит получить более детальный ответ. Выбрав обобщенные формулировки требуемого улучшения и возникающих ухудшений, следует переформулировать для себя задачу. Ведь в случае выбора «точности измерений» таблица будет помогать нам решать задачу, общую для очень многих ситуаций, не связанных с требованием увеличения действующей силы с помощью малых масс.

На пересечении выбранных нами осей будут приемы с номерами 8, 1, 37, 16. Их поочередное использование позволяет найти следующие варианты решений:

Прием № 8 «Принцип антивеса» — предлагается выполнить грузы в виде профиля крыла (Рис 9.2). В этом случае при увеличении скорости движения профиля на нем будет создаваться подъемная сила, увеличивающая тянущую силу. Решение можно развить, если профиль сделать с изменяемым углом атаки.

Это позволит подбирать для каждого режима вращения наиболее оптимальную чувствительность.

Рис. 9.2

Прием № 1 «Принцип дробления». Мы можем работать здесь с различными элементами: валом, скоростью его вращения, шарами, рычагами, на которых они закреплены, пружинами. Возьмем для примера шары. Начнем их дробить — представим себе, что их не два, а четыре, причем суммарная масса шаров осталась прежней. Что изменилось? Центр масс шаров несколько удалился от оси вала, а это может дать дополнительный момент при раскручивании шаров.

Доведем процесс дробления до предела — заменим два шара на две части плоского кольца (рис. 9.3).

Для принципа термического расширения и частичного или избыточного решения эффективных вариантов решения пока не найдено.

Рис. 9.3

Задача 9.4. Из поколения в поколение передается легенда о незадачливом изобретателе, который пришел к Эдисону наниматься на работу. При этом он заявил, что работает над универсальным растворителем — веществом, которое сможет растворять буквально все. Собственно легендой стал вопрос Эдисона — «Как же вы собираетесь его хранить?» Говорят, что обескураженный изобретатель немедленно покинул лабораторию Эдисона. Но времена меняются и задача, казавшаяся смешной или абсурдной, вновь становится все более актуальной. Сегодня нам очень нужен универсальный растворитель. Предположим, что создать его можно. Осталось решить, как его хранить.

Рассмотрим эту задачу с помощью таблицы устранения технических противоречий (ТУТП).

ТП: Повышая способность вещества растворять, мы сужаем перечень материалов, из которых можно сделать емкость для его хранения.

Выберем оси из данного нам перечня. Мы улучшаем способность вещества растворять. Такой характеристики системы нет в нашей таблице и поэтому важной задачей является выбор характеристики аналога. К сожалению, отсутствуют точные рекомендации по такого рода переходу. Мы можем выбрать в качества аналога «силу» (№ 10), «универсальность» (№ 35), «производительность» (№ 39). Наиболее подходящей характеристикой будем считать универсальность.

Рассмотрим второй параметр, введенный нами в противоречие. Создав универсальный растворитель, мы получаем ситуацию, в которой портятся все возможные хранилища. При этом можно выбрать в качестве недопустимо ухудшающихся такие параметры, как «ухудшение устойчивости состава объекта» (№ 13), «потери вещества» (№ 23), «вредные факторы, генерируемые самим объектом» (№ 31). Здесь наиболее подходящей характеристикой будут «вредные факторы, генерируемые самим объектом».

Важно при этом помнить, что процедура выбора осей приводит к корректировке, изменению задачи. Выбрав конкретную пару осей, например, «увеличение силы приводит к ухудшению состава объекта», мы получим рекомендации по использованию приемов для решения уже не исходной задачи, а новой, именно той, что складывается в новом противоречии (увеличивая действующую силу, мы ухудшаем состав объекта). Поэтому применение приемов также требует некоторой адаптации.

Для противоречия, выбранного нами (строка 35, столбец 31) в таблице нет рекомендаций. Это значит, что в патентном фонде Г. С. Альтшуллер не смог найти сильных решений, позволяющих бороться с поставленным противоречием. (Видно, легенда не обманывает нас, в прошедшие времена задача была неразрешима…)

Возьмем иную пару характеристик.

Увеличивая силу (строка 10) воздействия растворителя, мы получаем ухудшение устойчивости состава объекта (столбец 13). Объект здесь? емкость для хранения растворителя.

В таблице для выбранного нами противоречия предлагаются приемы:

№ 35 изменение физико — химического состояния.

Растворитель можно заморозить и хранить в таком неактивном состоянии.

№ 10 принцип предварительного исполнения.

Растворитель можно хранить так, как хранят бинарные химические отравляющие вещества, в виде неактивных составляющих, которые соединяют непосредственно перед применением.

№ 21 принцип проскока.

Хранилище всеобщего растворителя может быть выполнено в виде магнитной ловушки (для этого растворителю придется придать магнитные свойства) или иной системы удержания полями (в струях воздуха и т. д.).

Также могут быть рассмотрены и иные пары улучшающихся и ухудшающихся характеристик. Рассматривая все варианты выбранных нами осей, мы получим девять клеток.

Работа практически с каждым из представленных приемов может привести к позитивному результату. Но как выбрать из такого многообразия? Предлагается рассмотреть частоту повторения выбранных приемов.

Наиболее часто встречаются приемы 39 (пять раз), 10 (три раза). Именно с их рассмотрения и стоит начать работу.

Прием № 39 предлагает заменить среду инертной средой, вести процесс в вакууме. Детализируя данное предложение для поставленной задачи, можем предположить, что хранилище для растворителя выполнено из модифицированного вещества самого растворителя. И опять нам рекомендуется хранить растворитель вне контакта с чем?либо (в вакууме). Это предполагает бесконтактное полевое удержание вещества в какой?то ловушке.

Задача 9.5. Внутренние полости многих отливок (например, корпусов электродвигателей) очищают от остатков формовочной смеси подачей воды под высоким давлением (например 40 атм). Если вода не содержит в себе взвешенных частиц, она чистит плохо; если же пустить воду с песком, то быстро изнашиваются сопла гидромониторов.

ТП-1: Подавая через гидромонитор воду, насыщенную песком, можно эффективно очищать отливку, но при этом быстро изнашивается сопло гидромонитора.

ТП-2: Подача чистой воды позволяет сохранить сопло гидромонитора, но отливка очищается хуже.

Перефразирование характеристик с целью выбора осей может дать вариант:

Улучшаем производительность (39) — ухудшается продолжительность действия неподвижного объекта (16).

Рекомендуемые в этом случае приемы:

№ 20 — принцип непрерывности полезного действия,

№ 10 — принцип предварительного исполнения,

№ 16 — принцип частичного или избыточного действия,

№ 30 — использование гибких оболочек и тонких пленок.

Рассмотрим эти приемы.

№ 20. В чем же на сегодня можно увидеть прерывистость процесса? Очистка происходит при соударении частичек песка, увлекаемого водой, с частичкой удаляемой формовочной смеси. Частички песка поступают дискретно, они разделены водой. Хорошо бы сделать процесс механического воздействия непрерывным. Может быть перейти к пескоструйной обработке?

№ 10. Предварительное исполнение может состоять в том, что каким — то образом изменяется формовочная смесь. Например, уменьшается ее способность к смачиванию заливаемым металлом. В этом случае обработка после залавки будет более простой или вообще не потребуется.

№ 16. Частичность действия может состоять в том, что внутренние части отливки не очищают вовсе. А может быть, песок подавать не по всему сечению струи гидромонитора? Или не по всей ее длине?

Избыточность действия? необходимость последующей обработки на станках всей поверхности отливки. В этом случае можно не проводить предварительной очистки.

№ 30. Сопло гидромонитора надо чем?то защищать от абразивного воздействия песка. Это можно сделать, пуская вдоль поверхности сопла тонкую пленку чистой (без песка) воды.

А.с. № 569388. Способ очистки отливок, включающий подачу на очищаемую поверхность струи воды под высоким давлением, отличающийся тем, что с целью уменьшения износа сопел гидромонитора перед подачей струи отливки помещают в ванну с водой и песком.

То есть предлагается подавать монитором чистую воду, но сделать так, чтобы струя воды из монитора подхватывала песок и направляла его на отливку.

Задача 9.6. При спуске судна на воду с продольного стапеля возникает необходимость поддержания в незатопленном положении быстро входящей в воду кормовой части судна. Применяемые для этой цели поддерживающие поплавки неудобны, поскольку очень громоздки, а кроме того, они после выхода судна в воду нежелательно поднимают корму. Необходимо разработать простое устройство для поддержания кормовой оконечности судна при спуске на воду.

ТП: Используя поплавки, можно гарантировать поддержание кормы судна на плаву при наклонном входе в воду, но при этом после спуска корма будет задрана.

Составим таблицу возможных пар улучшений-ухудшений.

Можно представить себе и иной вариант таблицы. В нем улучшаемые характеристики более «физичны», в большей степени раскрывают то, что требуется по условиям.

В качестве возможного варианта решения рассмотрим идею группы ленинградских корабелов. Они предложили заменить громоздкий поплавок на подводное крыло. При входе судна в воду крыло обеспечивает создание подъемной силы. Но как только корабль полностью сошел со стапеля в воду и остановился, подъемная сила исчезает а.с. № 281197).

Задача 9.7. Для вновь создаваемого морского порта необходимо разработать систему фиксации плавучих объектов (баржи, плавучие контейнеры, лихтеры) в заранее заданных точках акватории. Сложность в том, что запрещено использовать механическую фиксацию объектов. Параметры объектов варьируются в широких пределах: объем от сотен кубометров до десятков тысяч, осадка от полуметра до восьми метров. Необходимо дать предложения по организации такой системы.

Применяя механические фиксаторы, можно удерживать объекты в заданных точках акватории, но они часто повреждаются.

Существуют различные предложения по реализации необходимого требования. К числу наиболее интересных можно отнести: создать под объектом воронки, гребни воды по периметру объекта (фонтаны), уменьшить плотность воды под объектом (например, подавая пресную воду или газируя ее), помещая объект в своего рода потенциальную яму, то есть увеличивая осадку судна, а следовательно, создавая необходимость работы по выходу из области его фиксации.

Задача 9.8. Вибрационные машины широко применяются в тех областях, где требуются уплотнение, сепарация, транспортировка. Чаще всего основой привода таких машин является дебалансный вибровозбудитель (неуравновешенный груз? дебаланс, жестко насаженный на вращающийся вал). Однако такие конструкции при запуске потребляют большую мощность, чем в установившемся режиме работы. Значит, мощность приводного электродвигателя приходится завышать (в установившемся режиме он работает с недогрузкой). Кроме того, при пуске и останове машина проходит через резонансную зону, при этом резко увеличиваются амплитуда колебаний и динамические нагрузки на несущие конструкции. Конструкцию приходится рассчитывать с большим запасом прочности. Необходимо найти идею дебалансной машины, лишенную перечисленных недостатков.

ТП: Увеличивая дисбаланс на валу вибрационной машины, можно повышать производительность, но при этом ухудшаются ее весовые и энергетические характеристики.

Изобретатели дебаланс посадили на вал свободно, а посадочную шейку выполнили с небольшим эксцентриситетом относительно вала. Электродвигатель запускается практически вхолостую, но по достижении определенной скорости вращения центробежная сила «захватывает» дебаланс, и в дальнейшем он с валом вращается как единое целое. Предлагается также выполнить дебаланс составным, а каждую часть посадить со своим эксцентриситетом. Тогда по мере возрастания оборотов составные дебалансы будут «захватываться» поочередно и запуск вибровозбудителя будет еще более плавным.

12. АРИЗ Ранние алгоритмы

(разбор примеров)

Кудрявцев А. В.

АРИЗ — один из основных инструментов теории решения изобретательских задач. С 1961 г. он прошел большой путь развития, превратился из простого и короткого списка инструкций в развернутый, детализированный метод (АРИЗ-85В), включающий в себя многие десятки подробно регламентированных «ступенек» — шагов. Однако, несмотря на постоянно вводимые автором и разработчиком метода Г. С. Альтшуллером изменения, все варианты АРИЗов сохранили общую структуру, работают на основе общих принципов.

Практическое освоение АРИЗа нами также будет вестись с использованием вариантов алгоритма все возрастающей сложности. Начальная цель — ознакомление с общими принципами организации АРИЗ, его устройством. Ранее уже была продемонстрирована работа с АРИЗ-61 и АРИЗ-71. Настало время углубленно отработать практическое использование второй и третьей стадий (основных «решающих» модулей) АРИЗ-71.

Задача 12-1.

Известно, что летящий к земле предмет находится в состоянии невесомости. Это так называемая «невесомость падения». Ее можно определить как отсутствие реакции опоры. Чем дольше длится свободное падение, тем дольше предмет находится в состоянии невесомости. Этим воспользовались инженеры и в середине прошлого века создали стенды для проведения научных экспериментов и отработки некоторых перспективных космических технологий. Такие стенды существовали еще в семидесятые годы в США, в Центре космических исследований имени Д. Маршалла (сброс с башни) и в центре Льюиса (шахта глубиной 170 м). Приборы помещались в специальные контейнеры, снабженные амортизирующими системами, предназначенными для защиты от удара при приземлении.

При проведении экспериментов оказалось, что существенное влияние на контейнер с приборами оказывается воздухом. При сбрасывании с башни на контейнер действует еще и ветер. В шахте ветра нет, но торможение за счет трения о воздух приводит к появлению внутри контейнера небольшой весомости, достигающей сотых долей нормального ускорения свободного падения. Это недопустимо для целого ряда экспериментов. Как быть?

В связи с отсутствием возможности проводить патентные исследования коротко рассмотрим историю решения этой задачи.

Наиболее массовыми являются варианты решений, связанные с компенсацией возникающего воздушного сопротивления. Это предлагалось делать с помощью ракетных двигателей, пропеллерных систем, тянущих систем (например, приводимых в движение электромоторами канатов, протянутых по всей длине шахты с закрепленным на них контейнером). Предлагаемые средства должны компенсировать сопротивление воздуха (ракетные или пропеллерные системы) или самостоятельно обеспечивать движение падающего контейнера с требуемым ускорением (канаты). Но все эти варианты значительно усложняют систему. Например, применение ракетных двигателей потребует обеспечения высокой точности регулирования тяги.

Сложности возникнут и при эксплуатации шахты, в которой перед сбросом контейнера предлагается откачивать воздух. В такой шахте придется создавать герметичную оболочку по всей боковой поверхности (для предотвращения подсоса воздуха из земных пород), использовать вакуумные насосы большой мощности, шлюзовые камеры. Персонал должен работать в скафандрах.

Все эти решения возможны, но неудобны для практического применения. Итак, в процессе падения приборы должны двигаться с ускорением, точно соответствующим величине g.

Как уже отмечалось, АРИЗ-71 содержит развернутую первую часть, в рамках которой проводится предварительное исследование проблемной ситуации. Выполнение этого этапа требует длительного времени. Первые шаги второй части также требуют значительных затрат времени, необходимого для использования патентных фондов. Поэтому решение будет проводиться с шага 2–3, на котором формулируется уже поставленная, предварительно обработанная задача. (Кстати, большинство учебных задач разбиралось именно с этого шага).

Решение задачи

Шаг 2–3

Дана система, состоящая из вертикальной шахты, контейнера, приборов. Даны воздух, заполняющий шахту, а также сила притяжения Земли. Свободному падению контейнера с приборами мешает сопротивление воздуха.

Шаг 2–4

Разделим элементы на изменяемые и неизменяемые.

Контейнер — это искусственный элемент, его можно менять. Шахта — это технический, искусственный элемент и формально менять его можно.

Воздух — это природный элемент, менять его сложно.

Приборы — элемент технический, но мы занесем его в список неизменяемых.

Выбор изменяемого элемента является важнейшим этапом алгоритма. Именно к изменяемому элементу будут предъявлены требования идеального конечного результата, на его основе возникнет комплекс противоречивых требований, которые впоследствии придется устранять.

Иными словами, выбирая изменяемый элемент, выбирается путь дальнейшей работы, будущее решение. В АРИЗ-71 была процедура, согласно которой в качестве изменяемого надо было выбирать элемент, максимально далеко отстоящий от сути конфликта. В этом была своя логика, ведь чем дальше от уже существующего конфликта, тем меньшее количество дополнительных требований и ограничений наложено на объект.

Но очень скоро Г. С. Альтшуллер увидел, что понятие «элемента, далеко отстоящего от зоны конфликта» очень неопределенно и ввел в алгоритм принципиальное изменение. Теперь предлагалось выбирать в качестве изменяемого элемента такой, который стоит максимально близко к конфликту. Это, конечно, резко повышало алгоритмизацию процесса, ведь чем ближе к зоне конфликта, тем меньше объектов. (Пределом стремления к зоне конфликта стало в последующих версиях алгоритма введение понятия изделия и инструмента и работа только с ними. В дальнейшем мы увидим, что в АРИЗ-85В вновь происходит отказ от такого сильного сужения зоны поиска и требования ИКР начинают предъявляться неопределенно широкому кругу элементов, обобщенно характеризуемых как ресурсы, имеющиеся в системе и окружающей среде). В рамках нашей работы с данной задачей будет использоваться АРИЗ-71, но с дополнением, связанным с выбором изменяемого элемента: на шаге 2–5 мы будем стремиться брать элемент, приближенный к зоне конфликта.

В данном случае в качестве изменяемого элемента нами предварительно был выбран контейнер. Рассмотрим внимательно все перечисленные элементы и оценим возможность их изменения. Такую работу целесообразно совершать в отношении каждого из анализируемых элементов.

Шахта. Шахту можно менять. Сама шахта — это искусственное сооружение и, конечно же, параметры этого сооружения можно менять. Можно менять длину ствола, насыщать шахту специальными механизмами и устройствами. При этом стоит оценить масштабы изменений. Шахта — объект изменяемый, но приступать к изменению шахты стоит в последнюю очередь.

Воздух. Природный объект. Воздух в принципе можно менять, например, удалять, или заменять на специально подобранные газы (гелий, как более «скользкий», создающий меньше трения при обтекании). Но эти изменения обязательно потребуют изменения шахты. Воздух менять также нежелательно, как и шахту.

Контейнер. Довольно простая техническая система, имеющая незначительные размеры. В конкретной ситуации контейнеры меняют довольно часто, после нескольких циклов испытаний. Значит процесс замены контейнера не будет болезненным. Контейнер считаем легко изменяемым объектом.

Приборы. Их можно менять, например, потребовать от ученых, чтобы приборы имели малое сечение для уменьшения трения о воздух. Но приборы в рамках задачи являются обрабатываемым изделием. Будем считать, что «покупатель всегда прав», и оставим приборы без изменений.

Рассмотрим теперь, как связаны перечисленные элементы с сутью конфликта. Конфликт состоит в том, что воздух тормозит контейнер с приборами. Шахта в конфликте не фигурирует. Конфликт останется, даже если шахты не будет. В зоне конфликта воздух и контейнер.

На основании произведенной экспертной оценки выбираем в качестве наиболее легко изменяемого элемента контейнер.

Шаг 2–5

Контейнер.

Шаг 3–1

Сформулируем идеальный конечный результат.

ИКР: контейнер сам предотвращает замедление приборов во время их падения, продолжая защищать от удара.

Шаг 3–2

Графическое изображение исходной ситуации («было») и ИКР («стало»)

На рисунке «Было» контейнер тормозится о воздух и передает это торможение приборам.

На рисунке «Стало» приборы перестают контактировать с воздухом. Контейнер продолжает тормозиться о воздух, но не передает это торможение приборам.

Следует иметь в виду, что шаг 3–2 очень важен, ведь именно на нем впервые, пусть элементарно, возникает некая схема — предвестник формулировки физического противоречия. Различные изображения могут привести к различным формулировкам конфликтов в выделенной части и различным противоречиям. Неаккуратное выполнение этого, внешне вспомогательного шага, приводит к тому, что решающий не может построить физическое противоречие). Внимательно рассматривая работу, выполненную на этом шаге, можно увидеть, что здесь возникает некое приращение к ранее заданной информации. Рисунок — это зона внутри алгоритма, в которой неявно работает неформализованное творчество. Небрежное, поверхностное, формальное выполнение этого шага приводит к тому, что решатель не получает такого внешне незаметного приращения и как результат не выходит впоследствии на идею решения.

Шаг 3–3

Выделенная часть контейнера находится на его торцевой поверхности.

Шаг 3–4

Выделенная часть должна не дать воздуху контактировать с приборами. Предположим, что торцевая часть контейнера, тормозящаяся воздухом, не будет связана с боковыми стенками. При падении она будет двигаться медленнее, чем остальной контейнер и связанные с ним приборы. (В данном случае именно приведенное выше «предположим» и задает траекторию дальнейшего решения).

Шаг 3–5

Выделенная часть жестко связана с боковыми стенками контейнера, к которым прикреплены приборы, и передает им воздействие воздуха, тормозит их.

Выделенная часть должна взаимодействовать с приборами и не должна взаимодействовать с ними.

Выделенную часть можно распространить на всю внешнюю поверхность контейнера.

Контейнер должен взаимодействовать с приборами, удерживать их в определенном положении и защищать от удара при падении. Но контейнер не должен взаимодействовать с приборами. чтобы не передавать им тормозящее воздействие воздуха. Чтобы обойти это противоречие, контейнер может быть выполнен двойным.

Интересное решение описано в книге А. Ф. Евича «Индустрия в космосе».

«Существует еще один способ избежать ненужных перегрузок. Речь идет о методе защитного кожуха. К верхней внутренней поверхности (потолку) этого кожуха прикрепляют основной контейнер размерами поменьше. Когда скорость снижения еще незначительна, сопротивление атмосферы едва заметно, соответственно малы и перегрузки. Разогнавшись, кожух начинает „чувствовать“ перегрузки. Под их действием внутри него падает экспериментальный контейнер. Это „падение в падении“ происходит с весьма малой скоростью (не более 0,5 м/с), поэтому внутренняя атмосфера в защитном кожухе не оказывает серьезного сопротивления движению контейнера. Достигаемые при этом перегрузки примерно в десять тысяч раз меньше, чем в случае проведения эксперимента без защитного кожуха. Если в кожухе создать вакуум хотя бы до 10–2 мм рт. ст., то воздействие атмосферы на кожух практически не будет сказываться на контейнере и на проходящих в нем процессах. В малом объеме такого разрежения легче добиться, чем в большом».

Итак, контейнер сделали двойным. Наружный контейнер взаимодействует с воздухом и тормозится им. Внутренний контейнер содержит в себе приборы, защищает их от перегрузок при ударах. Простое и элегантное решение…

Можно видеть, что это решение позволяет нам устранить противоречие: «Контейнер должен взаимодействовать с приборами для того, чтобы размещать их в себе, и не должен взаимодействовать для того, чтобы не тормозить приборы».

Новый контейнер, в котором откачан воздух и происходит невозмущенное падение приборов, мог быть получен нами и как средство устранения противоречия, связанного с шахтой. (Воздуха не должно быть в шахте для получения качественной невесомости, и воздух должен быть в шахте для того, чтобы не усложнять конструкцию).

Рассмотрим еще одну задачу с похожими условиями.

Задача 12-2.

Космические орбитальные станции ближайшего будущего будут не только исследовательскими, но в первую очередь технологическими. С развитием космической техники основную массу экспериментов и работ, требующих невесомости, стали проводить на орбите. Там можно обеспечить любую длительность невесомости. Невесомость — основное качество, обеспечивающее конкурентные преимущества таких станций и интерес к ним. Качество этого товара — невесомости должно быть высоким. Но, оказывается, что абсолютной невесомости трудно добиться и на орбите. И здесь конструкторы перспективных космических цехов столкнулись с необходимостью бороться с ускорениями. Технологические модули, предназначенные для производства высокочистых веществ, планируется делать автономными и посещать их только для загрузки сырья и получения готовой продукции (ведь работа вентиляторов, холодильных агрегатов, перемещения людей по станции, даже биение сердца космонавтов отмечаются чувствительной аппаратурой и могут помешать получению продукции).

Но и автономное расположение технологических модулей не решает проблему полностью, ведь космические аппараты тормозятся в разреженных слоях атмосферы, которая достигает нескольких сотен километров. Не помогут и микродвигатели, ведь надо компенсировать весьма малые силы торможения, причем делать это с еще более высокой точностью. И вновь, как пятьдесят лет тому назад, возникает необходимость бороться с тормозящим действием воздуха.

И конечно, был предложен вариант решения, внешне очень похожий на уже известный нам: предлагается технологический модуль помещать в герметичную оболочку. Система слежения должна контролировать, чтобы оболочка и внутренний модуль не соприкасались. В процессе торможения оболочки модуль будет постепенно выдвигаться в ее носовую часть. Это плавное перемещение система управления будет парировать периодическим разгоном внешней оболочки.

Задача 12-3 о запайке ампул.

Ампулы с лекарством запаивают, нагревая капилляр в пламени горелки. В промышленных масштабах ампулы, размещенные в кассетах, движутся на конвейере. Горелки плохо регулируются, пламя в какое — то время может оказаться избыточным и лекарство перегревается. Это брак. Незапаянные ампулы также считаются браком, ведь в них с воздухом обязательно попадут микроорганизмы и лекарство испортится. Как быть?

Рассмотрим ход решения этой задачи по АРИЗ-71, начиная с шага 2–3 и до шага 3–5.

2-3. Дана система для запайки ампул с лекарством, состоящая из горелок и пламени, конвейера и кассет. Пламя нагревает капилляр ампулы и запаивает его.

НЭ: Большое пламя перегревает лекарство. (Или — малое пламя не запаивает капилляр).

В АРИЗ-71 была введена рекомендация — если на шаге 2-3b мы имеем два варианта формулировки нежелательных эффектов, то целесообразно выбрать среди них тот, который соответствует более эффективному выполнению основной функции системы. Поскольку наша система создана для того, чтобы запаивать ампулы, выбираем вариант с большим пламенем, ведь при этом запайка происходит гарантированно. (В последующих версиях алгоритмов эта рекомендация была перенесена на техническое противоречие и выбор стали делать между двумя формулировками ТП).

Предположим, что среди имеющихся элементов (горелка, пламя, ампула с капилляром и лекарством, конвейер, кассета) нет ни одного легко изменяемого. В данном случае такое предположение нужно нам для того, чтобы рассмотреть еще один вариант работы алгоритма. Если оказывается, что нет ни одного элемента, который мы могли бы легко изменять то рекомендуется работать с неким абстрактным объектом, получившим условное название «внешней среды» (ВС). Понятие внешней среды очень интересно и эвристически ценно. Если по условиям задачи в исходной системе ничего нельзя менять (вернее, решающий не знает, как можно что?то изменить, не нарушив ограничения), то предлагается ход, позволяющий ввести нечто новое, не нарушив этих ограничений. Вводится не конкретный элемент (ведь мы еще не знаем, как он должен выглядеть и что должен делать), а абстрактный образ элемента, скрывающий в себе все требуемые функции. На это название без объекта и будет потом проецироваться конкретная ситуация, он будет размещаться в нужных нам областях пространства, к нему будут прикладываться требования, на него будут возлагаться ограничения.

И уже после того, как будет сформирован весь комплекс обстоятельств, определены временные и геометрические границы, у решающего появится возможность заменить его на реальный объект, также удовлетворяющий этому комплексу обстоятельств.

Итак, в качестве изменяемого элемента выбираем внешнюю среду.

ИКР: Внешняя среда (ВС) сама защищает ампулу с лекарством от перегрева (от большого пламени) во время нагрева капилляра.

Выполним рисунок.

Что же мешает реализации этой схемы? Задачи с ВС интересны и трудны тем, что в них на данной стадии легко снимается предыдущий конфликт, но при этом возникает новый. Возникает, но не сразу бывает замечен решающим. Его надо «увидеть», а для этого мысленно проиграть весь производственный цикл. Именно при разборе внешне простой задачи про ампулы возникла проблема строго формального построения физического противоречия на базе внешней среды. (Стоит укутать нижнюю часть ампулы в защитную оболочку, как лекарство перестанет нагреваться. Можно ли теперь считать, что задача решена? Иными словами, где взять критерии для принятия решения о прекращении решения? Конечно, следует учитывать степень достижения ИКР, однако на практике это сделать достаточно трудно).

Классическое решение, на базе которого была построена задача, предполагает использование слоя воды, укрывающего нижнюю часть ампулы. Интуитивно ясно, что такое решение имеет несомненные достоинства. Но для того, чтобы алгоритмически точно выйти на него, в ОЛМИ было разработано и введено в АРИЗ дополнительное правило, гласящее, что необходимо проверить, как дополнительно веденное вещество повлияет на работу системы при условии выполнения нескольких циклов. (В последующем, при обнаружении в разбираемых задачах иных коллизий, рекомендация была обобщена. Теперь требуется, чтобы при введении ВС она ничему не мешала и не вызывала усложнение системы. Это сделало алгоритм более универсальным, однако привело к тому, что решатели часто стали выполнять требование формально, ведь теперь по крайней мере одно ФП для внешней среды было готово заранее — она должна быть, чтобы выполнять некое требование (например устранять НЭ) и ее не должно быть, чтобы не усложнять систему).

Исследование того, как ВС влияет на работу системы вне зоны устранения противоречия, позволяет показать противоречие, возникающее вследствие его введения.

— Выделенная зона ВС должна быть непроницаемой для пламени.

— Выделенная зона ВС должна быть проницаема, в ней производится перемещение ампулы при ее установке и съеме с конвейера. (Например, если мы защитим ампулы от огня, засыпав их песком так, чтобы торчали только капилляры, задача будет решена, но установка следующей партии ампул в ту же кассету вызовет трудности).

— Выделенная зона ВС должна быть проницаемой и непроницаемой.

Должна быть обеспечена избирательная проницаемость — сквозь ВС должна легко проходить ампула и не должно проходить пламя.

Отталкиваясь от данной формулировки, мы можем найти несколько конструктивных решений задачи.

— Ампула может быть частично погружена в воду.

— Снизу, из-под транспортера может быть направлена струя воздуха, не позволяющая пламени распространяться вдоль самой ампулы, в зону, где находится лекарство.

Полученные решения требуют внимательного отношения, ведь может получиться так, что устранив одно противоречие, мы получим другое. Так, в первом варианте надо проверить, не будет ли частично погруженная в воду ампула всплывать. А струя воздуха будет охлаждать поверхность ампулы, но при этом может помешать пламени нагревать капилляр.

Еще раз отметим, что в процессе решения задачи с использованием «внешней среды» шаг 3–2 (рисунок) имеет критически важное значение. Именно на этом шаге приходится впервые изображать «внешнюю среду», и от того, как это сделано, будет зависеть очень многое. Рассмотрим это на примере. Если при решении нашей задачи в процессе выполнения шага 3–2 рисунок будет выполнен так:

то шаги 3–3, 3–4 примут иную форму, ведь фактически изображен экран, не позволяющий пламени проникать к той части ампулы, в которой находится лекарство. Надо искать новый конфликт, связанный уже с тем, как происходит защита от пламени.

Зона ВС, непосредственно прилегающая к капилляру (отверстие в экране для капилляра), не мешает пламени проходить к лекарству и нагревать его.

Выделенная зона ВС должна быть непроницаемой для пламени.

Выделенная зона ВС должна пропускать через себя капилляр при любом варианте его размещения в кассете.

Выделенная зона ВС (отверстие в предлагаемом экране) должна быть малого диаметра, чтобы между краем экрана и капилляром не проникало пламя, и она должна быть большого диаметра, чтобы экран можно было легко одевать на ампулы, находящиеся в кассете.

Видно, что это решение также требует оценки. Для того, чтобы механизировать установку на ампулы экрана с малыми отверстиями для капилляров, ампулы потребуется очень точно ориентировать. Это усложнит кассету, а также процесс установки и съема ампул. Если в экране сделать большие отверстия для капилляров, то пламя будет проходить сквозь них и нагревать лекарство. Возможно, задачу удастся решить, если устранить противоречие, связанное с размерами отверстий в экране — они должны быть большими в процессе установки экрана и должны быть маленькими (отсутствовать) во время нагрева.

Рассмотрим задачу о запайке ампул еще раз. Разбор задачи, приведенный выше, предусматривал сохранение неизменными практически всех элементов системы. Поэтому в систему был введен новый элемент, который мы назвали «внешняя среда». Конфликт между качеством запайки и сохранностью лекарства удалось разрешить, формально не меняя ни одного элемента из описанных в начальной формулировке задачи. (Конечно, любое из решений приведет к изменению элементов, например при использовании водяной защиты придется значительно модифицировать стандартную кассету. Но это изменения, происходящие после получения идеи решения. Они могут сводиться к конструкторской работе, могут вызывать постановку новых задач, однако важно то, что они происходят уже после получения идеи решения). Но что будет, если мы снимем ограничение на изменение элементов? Получим ли мы интересные и новые решения? Рассмотрим ряд возможных направлений решения задачи.

Задача 12-4 Запайка ампул (Изменяемый элемент — капилляр).

ИКР: Капилляр сам обеспечивает возможность легкой запайки при малом пламени, продолжая выполнять свои функции (служить каналом для ввода иглы).

Капилляр не обладает способностью легко расплавляться под воздействием малого пламени (он относительно массивен).

Капилляр должен быть малого диаметра для легкого расплавления стекла.

Капилляр должен быть большого диаметра, чтобы в него проникала игла шприца при заборе лекарства.

Капилляр должен быть малого диаметра и большого диаметра.

Капилляр сможет быть малого диаметра в том случае, если места запайки и места ввода иглы не будут совпадать.

Возможно несколько путей устранения этого противоречия.

Капилляр может иметь боковой отвод, через который и производится залив лекарства перед запайкой. Этот отвод малого диаметра и легко запаивается. Основной канал, через который производится забор лекарства шприцем, имеет обычный диаметр.

Капилляр может иметь переменное сечение. Запайка производится в самой узкой части капилляра, а надрезается он перед забором лекарства, в более широкой части.

Задача 12-5 Запайка ампул (Изменяемый элемент — лекарство).

ИКР: Лекарство само не портится (сохраняет свою целостность) при перегреве.

Лекарство не обладает возможностью аккумулировать приходящее тепло.

Лекарство должно накапливать в себе тепло без повышения температуры, должно иметь составную часть, накапливающую тепло без вреда для остального лекарства.

Лекарство все состоит из однородного вещества, необходимого для лечения.

Лекарство должно быть однородно (чтобы не было нежелательного воздействия на пациента). И оно должно быть неоднородно (включать в себя компонент, защищающий от перегрева).

(Защищающая часть лекарства не должна попадать в организм пациента).

Здесь также может быть ряд вариантов.

При изготовлении ампулы в нее вводят капсулу с легкоплавким веществом. При нагреве оно забирает тепло, которое идет на обеспечение фазового перехода.

Перед запайкой ампулы лекарство охлаждают до минимально возможной температуры.

Задача 12-6 Запайка ампул (Изменяемый элемент — пламя).

ИКР: Пламя само защищает лекарство от перегрева, продолжая активно разогревать капилляр.

Пламя не обладает способностью защищать лекарство от перегрева.

Пламя должно быть холодным для защиты лекарства от перегрева.

Пламя должно быть горячим для обеспечения оплавления стекла капилляра.

Пламя должно быть горячим и холодным.

Этого можно добиться, если пламя будет состоять из двух частей, а нагрев будет осуществляться только при их соединении.

Возможные варианты решения

Перед запайкой капилляров на них наносят химический состав, выделяющий энергию при контакте с чистым кислородом. Пламя из горелки заменяется на струю холодного кислорода. Энергия выделяется только в зоне запайки.

Часто на занятиях преподаватели стараются жестко выводить группу на известное им решение, ссылаясь при этом на высказывание Г. С. Альтшуллера о том, что у каждой задачи есть только одно наилучшее решение. Приводя многовариантный разборп задачи об ампуле, мы хотели показать, что в процессе решения имеется возможность выбирать различные изменяемые элементы и находить при этом очень сильно отличающиеся варианты решений, имеющие потенциал внедрения. Конечно, при этом возникает вопрос о том, как правильно выбрать изменяемый элемент для получения наиболее эффективного и наиболее оптимального решения. Следует отметить, что все ранее приведенные варианты позволяют решить первоначально поставленную задачу — получить герметично закрытую ампулу и не испортить при этом лекарство.

В этой ситуации оптимальным можно считать вариант, внедрение (реализация) которого требует меньших ресурсов и который осуществляется при наименьшем сопротивлении «незаинтересованных сторон». Здесь может быть рекомендовано при прочих равных условиях выбирать для изменения элемент, находящийся в зоне компетенции (зоне ответственности) лица, решающего задачу.

Задача 12-7

На тепловых электростанциях широко используется уголь в качестве топлива. Он хранится на открытых складах и подается в котлы после специальной обработки. (Подаваемый на сгорание уголь должен иметь определенную влажность и размеры. Влажность не должна превышать определенной величины, а размеры угольных частиц должны составлять 0,1 мм). Измельчение угля происходит в специальных мельницах. Угольная пыль далее поступает через шнековый питатель по системе трубопроводов к сушилкам. Начальная влажность угля, поступающего на электростанцию, определена ГОСТом, однако уголь часто поступает на станцию в вагонах, буквально залитых водой. В связи с этим приходится производить измельчение мокрого угля с избыточной влажностью.

Влажный уголь легко слипается в комки, пристает к металлическим поверхностям шнеков и трубопроводов. Возникают заторы, которые не только уменьшают надежность питания котлов, но и повышают вероятность возникновения пожаров (влажный уголь, слипшийся в комки, имеет способность самопроизвольно загораться). Существующие системы борьбы с этим явлением либо основаны на ручном труде (обходчики трубопроводов непрерывно движутся вдоль трубопроводов и обстукивают их кувалдами), либо очень сложны (то же самое делают повсеместно установленные вибраторы), либо очень дороги (внутреннюю поверхность трубопроводов облицовывают фторопластом — материалом, имеющим очень низкий коэффициент адгезии). К тому же все перечисленные решения мало эффективны. (Эта задача возникла и была решена на Иркутской ТЭЦ-1 в начале семидесятых годов. Информация об этом вместе с записью разбора решения задачи была дана патентоведом предприятия Поповой).

Необходимо предложить меры по предотвращению слипания угля.

Схема технологического процесса подготовки угля к сжиганию.

Дана система, состоящая из угольной мельницы, сушилки угольной пыли, трубопроводов, шнекового питателя и угля.

Мокрый уголь слипается в большие комки и пристает к стенкам трубопроводов. При этом образуются заторы.

Элементы системы: трубопроводы, сушилка, мельница, влажный уголь. Легко изменяемых элементов нет.

В качестве изменяемого элемента выбираем внешнюю среду.

ИКР: Внешняя среда сама предотвращает залипание угля, не мешая его транспортировке и сжиганию.

Вся ВС не может выполнить требуемого действия, пока мы не определим, какие функции она должна выполнять и где размещаться.

ВС должна покрывать куски влажного угля и не допускать взаимодействия поверхностной влаги с трубой либо с влагой иных кусков угля.

Введение дополнительного элемента приведет к изменению режима горения. В принципе введение дополнительного элемента недопустимо.

ВС должна быть для создания защитного слоя и ее не должно быть для сохранения режима горения.

Модернизированная схема подготовки угля к сжиганию.

Было предложено направлять на вход шнекового питателя часть сухой угольной пыли, подготовленной к сжиганию. Сухие частицы угля пристают к влажной поверхности кусков угля, не дают им слипаться друг с другом и со стенками трубопроводов. Это решение интересно своей относительной идеальностью, ведь для получения эффективно работающей системы пришлось использовать только то, что в ней уже было, а также проложить несколько метров трубопровода. Ресурсы, необходимые для получения эффективного решения, были взяты из самой системы.

20. Теория развития творческой личности

(завершающая глава)

А. В. Кудрявцев

20.1. Творческая личность — определение и возможность самовоспитания

Курс ТРИЗ начинается с вопроса о том, что представляет собой творческая личность, что такое творчество. Курс включает в себя большое количество инструментов, правил, методик, обеспечивающих выход на новые решения, облегчающих получение необычных идей. Однако тот же вопрос о сути творчества завершает курс.

Инструменты не работают сами по себе, они являются только подспорьем для человека, решающего задачу. Творческого человека можно определить так: — это человек, который видит вокруг себя задачи, ставит себе цель решать их и занимается их решением. Можно определить его и через получаемый в результате творчества результат. Тогда творческий человек, это человек, находящий нестандартные решения стоящих перед ним задач.

В рамках курса по ТРИЗ рассматривается большое количество задач. Их решение на занятиях дает возможность слушателям проверить себя, свои возможности. И при этом, конечно же, где — то на втором плане, скрытый самим процессом поиска решения, постоянно стоит вопрос о творческом уровне полученных идей. Очень тесно к нему примыкает вопрос о творческом уровне личности, обеспечивающей нахождение этих решений. Что обязательно должно включать в себя понятие творческой личности? Можно ли стать творческой личностью и что для этого нужно?

Вопрос о том, что такое творческая личность можно сформулировать и по другому — какими качествами должна обладать личность, чтобы ее можно было определить как творческую.

Поиск этих качеств проводился Г. С. Альтшуллером через традиционные в ТРИЗ процедуры — сбор информации и ее анализ. Собирались биографии значительного количества ученых, инженеров, общественных деятелей, внесших наиболее заметный позитивный вклад в развитие нашей цивилизации. В результате был определен перечень требований, предъявляемых к человеку, стремящемуся к тому, чтобы его жизнь не прошла даром, не оказалась бесплодной. Этих качеств — требований оказалось шесть.

Наличие достойной цели. Именно цель, задача определяют человека. Цель не оправдывает средства, но в то же время выбор средств зависит от цели.

Каковы критерии, по которым можно оценить «достойность» выбранной цели? Важнейший вопрос — ведь неверный ответ на него может привести к тому, что многолетние усилия окажутся тщетными, результат никому не нужным. Вот что пишут об этом авторы основной работы по теории развития творческой личности Альтшуллер и Верткин.

«Цель обязательно должна быть новой или не достигнутой. Либо новыми должны быть средства достижения цели.

Цель обязательно должна быть общественно полезной, положительной, направленной на развитие жизни. Или: положительные результаты достижения цели должны быть глобальными, а отрицательные — если они все же неизбежны — локальными.

Цель должна быть конкретной: не общие благие намерения, а четко определенная задача, к решению которой можно приступить хоть сегодня.

В то же время цель не должна быть излишне узкой: надо хорошо видеть надсистему, наднадсистему — следующие этапы работы. Конкретная цель обязательно должна иметь выход к глобальным проблемам, Великая. Достойная Цель должна быть недостижимой, бесконечной. Как сочетать два эти, на первый взгляд противоположные, требования: конкретность и недостижимость? Каждая поставленная цель должна быть конкретной и вполне достижимой, но число надсистемных переходов бесконечно, и потому конечной, последней цели быть не может. Таким образом, недостижимость — это требование скорее к системе достойных целей, нежели к единичной цели.

Выбранную цель можно назвать эквивалентом собственной жизни. Поэтому масштаб, значительность предполагаемых результатов характеризуют „цену“, в которую человек сам оценивает себя: ведь на достижение цели тратится время собственной жизни. Отсюда и важность этого качества — масштаба цели — для человека: время нашей жизни ограниченно, значит ограниченно и число целей, которые нам удастся достичь. Приходится выбирать, а для этого нужен достойный критерий, чтобы не растратить свою жизнь на достижение мелочей.

Новая достойная цель, как правило, опережает свою эпоху настолько, что зачастую воспринимается окружающими как еретическая. Достойная цель или полученные результаты обязательно должны казаться еретическими… „Еретичность“, однако, хотя и является свойством достойной цели, характеризует не саму цель, а типичное отношение окружающих к революционной идее. Пройдет время и восприятие изменится…

Именно поэтому при достижении достойной цели, как правило, отсутствует конкуренция. Это обеспечивает доброкачественную работу: без спешки, без халтуры…

Достойная цель — это личная цель человека или небольшой команды, группы сподвижников.

Достойная цель должна быть независимой от сложного, дорогого, дефицитного оборудования, которое может быть только у больших коллективов разработчиков… Независимость от сложного оборудования, от больших средств — это способ ведения разработок при любых обстоятельствах; способ снятия преград, мешающих продвижению к цели.

…выбирая достойную цель надо стремиться к тому, чтобы цель была явно не по силам, чтобы она заведомо превышала возможности и способности человека, за нее берущегося. Это не означает, что цель останется не достигнутой: человеку доступно все. Но достижение такой цели — это спор человека с самим собой. Самая тяжелая битва, которую человек должен выиграть…»

Итак, необходима достойная цель. Выбор здесь имеет свою цену — это жизнь человека. И потому требование выбора цели — это требование номер один, несомненно, важнейшее. Кроме того, есть еще группа правил — требований к творческому человеку. Их наличие позволяет обеспечить достижение поставленной цели.

Требование номер два — это наличие комплекса реальных рабочих планов достижения поставленной цели. Стремление к цели без плана — стремление хаотичное. Больше всего оно похоже на абстрактные мечты, не подкрепленные ни волевым настроем, ни реальными делами. Наличие достойной цели, поставленной на пределе возможностей и сил человека, непременно требует мобилизации всех его ресурсов, всего времени и сил. Ведь взрослый человек вынужден распределять свое время между достижением цели, обычной работой, семьей, воспитанием детей, заботой о родителях…

Третье качество — требование — это высокая работоспособность в выполнении намеченных планов. (Само по себе наличие плана может помочь только в том случае, когда есть волевой настрой на его постоянное и неуклонное выполнение). Обеспечение такой работоспособности на протяжении длительного времени само по себе является для большинства людей труднейшей задачей. Огромное количество препятствий, соблазнов встают на пути выполнения поставленных планов. Важнейшим и эффективным средством обеспечения планомерной работы является учет проведенной работы. Отсутствие такого учета позволяет многое себе прощать. Наличие учета заставляет трезво глядеть на происходящее.

Несомненным лидером и первопроходцем в области организации планомерного учета времени был Александр Александрович Любищев — биолог, математик и историк. Еще в юности, в 1918 году Любищев поставил перед собой цель — разработать естественную систему классификации живых организмов. Эта задача по грандиозности сопоставима с той, что была решена Менделеевым, создавшим периодическую систему химических элементов. Для выполнения поставленной задачи требовалось переработать и осмыслить огромный материал. И Любищев начинает вести подробный учет своего времени. Он не просто учитывает, на что тратится время, наличие системы контроля позволяет совершенствовать технику работы, быть более экономным.

Систему учета времени Любищев использовал на протяжении всей своей долгой жизни, в течение 56 лет. И каждый год эффективность его работы возрастала, росло и количество выполненных работ. Подробно о жизни этого замечательного человека можно прочитать в повести Даниила Гранина «Эта странная жизнь».

Качества, необходимые творческой личности: техника решения, умение держать удар, результативность.

Вернемся к качествам — требованиям. Четвертое необходимое требование — это хорошая техника решения задач Даже наличие больших резервов времени не гарантирует решения задачи без техники решения специальных задач, без освоенных приемов мастерства. Писатель или поэт обязательно должен знать грамматику того языка, на котором он пишет, знать в совершенстве. В противном случае не будет легкости выбора требуемых языковых конструкций. Аналогичная ситуация с инженером, ведущим проектирование сложного устройства. В арсенале обязаны быть все возможности, все достижения инженерной науки, иначе конструкция может оказаться морально устаревшей еще до своего появления на свет.

И, конечно же, это требование в первую очередь относится к человеку, взявшему на себя труд достижения совершенно новой цели. ТРИЗ относится к таким инструментам, знание которых совершенно необходимо любому новатору. Знание ТРИЗ, его инструментов, законов развития технических систем, позволяет эффективно и быстро получать решения, лежащие в русле основных направлений развития техники.

Пятое качество — умение «держать удар». Испытания человека, предлагающего новое, не завершаются в момент, когда найдено новое решение, новый принцип. Скорее, они только начинаются. Новая точка зрения, принципиально новое решение, не могут войти в жизнь общества без борьбы. Умение «держать удар» — это умение противостоять мнению авторитетов, косности и привычке основной массы людей к привычному, устоявшемуся.

Новое пугает, требует от специалистов переучиваться, сводит на нет казавшиеся незыблемым авторитеты. Примеров, когда авторитеты выступают против нового витка развития науки или техники, можно привести множество.

В начале века академик Крылов выступил с революционной идеей повышения живучести корабля. При попадании снаряда в герметичный отсек корабля, отсек заполняется водой. Возникает крен, который чаще всего и является причиной последующего крушения. Крылов предложил разработать систему мер по затоплению водой симметричного отсека. В этом случае увеличится глубина осадка, но крена не будет и корабль сможет продолжать участвовать в бою или двигаться в порт. Идея была прекрасна — по сути, она была самовнедряема. Корабли не требовалось переделывать, нужны были только таблицы затопления. Крылов долго и упорно пробивал стену непонимания и косности. Но его идея была встречена в штыки и нашла применение только после поражения российского флота в Цусимском сражении. И этот же человек, новатор, полной мерой вкусивший горький хлеб изобретателя, так же опрометчиво и неверно судил о достоинствах разработок К. Э. Циолковского, считая их совершенно бесполезными.

Не редки ситуации, когда авторитет ученого настолько силен, что мешает следующим поколениям двигаться вперед (Более двух тысяч лет тому назад Аристотель написал, что жуки имеют восемь ног. Эта точка зрения не подвергалась сомнению почти полторы тысячи лет. Хотя, кажется, чего проще — сосчитать, что их шесть. Не требуется длительных дискуссий, системы доказательств, не нужна аппаратура… Наверное, кое кто так и делал. Но авторитет Аристотеля был настолько велик, что вопреки истине во всех книгах по биологии продолжали цитировать только его).

Однако умение «держать удар» потребуется не только в ситуации борьбы за новое. Трудности — это не только вода и огонь. В народе издавна поняли, что одним из наибольших препятствий для роста человека являются «медные трубы» — например факт признания новшества или разработки. Именно факт признания заслуг очень часто приводит к остановке развития.

И потому важным представляется последнее, шестое требование — результативность. Достижение ранее поставленной цели не должно приводить к остановке работ. Как уже ранее говорилось, цели должны быть связаны друг с другом, каждая решенная задача должна открывать новые горизонты. Резерфорд считал, что новые сотрудники его лаборатории имеют право только один раз задать вопрос о том, чем им предстоит заниматься. Тот же вопрос, заданный после решения первой задачи говорит о том, что задающий его — не ученый. Резерфорд считал, что первая решенная задача — это только начало цепочки задач, возникающих при движении к истине. Человеку, не понимающему этого, в науке делать нечего.

Итак, поиск новых, оригинальных решений с помощью комплекса инструментов ТРИЗ — это всего лишь тактика борьбы за достижение достойной цели. ТРИЗ позволяет решать задачи высокого уровня, но не дает инструмент для внедрения полученных решений. Овладение комплексом качеств, перечисленных выше, это более высокий уровень. Назовем его оперативным искусством. Здесь можно говорить о выходе на внедрение, о достижении поставленной перед собой цели. Но как должна в этом случае выглядеть стратегия жизни творческой личности?

Этот вопрос был глубоко исследован также с использованием стандартного для ТРИЗ подхода — через изучение накопленного массива информации — биографических описаниях революционеров в науке и технике. Здесь мы опять воспользуемся теоретическими разработками и богатым биографическим материалом на эту тему, собранным в книге Альтшуллера и Верткина «Как стать гением».

«Вот типичный пример творческой жизни. За всю историю на поверхность Земли не упало двух одинаковых снежинок — все они отличаются друг от друга величиной, формой, рисунком и числом молекул воды. Но все они прекрасны. Уилсон Бентли посвятил жизнь изучению и фотографированию снежинок. Он начал свою работу в 1885 году и пятьдесят лет спустя опубликовал результаты своих наблюдений с приложением двух тысяч снимков. Эта книга — до сих пор основной источник знаний о снежинках.

Четко видно парадоксальное сочетание двух особенностей:

•цель достаточно ясна, не надо быть гением, чтобы ее увидеть;

•достижение цели требует работы на протяжении всей жизни.

Это, разумеется, не абсолютно необходимое сочетание особенностей. Но частое. Для творческой тактики главное — зажечь огонь идеи. Для творческой стратегии главное — пронести огонь через всю жизнь».

Мы уже говорили о том, что главное требование к творческой жизни — это наличие достойной цели. Достижение этой цели не одномоментно. Подготовка к решению занимает годы, включая в себя многочисленные промежуточные этапы, попытки решения, отступления и периоды поиска новой тактики. Роберт Пири, первооткрыватель Северного полюса, сравнивал свою жизнь, свою борьбу за достижение полюса с шахматной партией. Подобная аналогия может быть использована и для описания всей жизни творческого человека. В этом случае имеет смысл говорить об Игре, о ее правилах, о типовых этапах и ходах. Запись такой партии и приводится в книге «Как стать гением». Против человека играют внешние и внутренние обстоятельства. Авторы отмечают при этом, что в реальной жизни внешние обстоятельства не всегда играют против человека, они могут и создавать фон, благоприятный для творчества. Но в рамках «сводной» партии предполагается, что человек максимально стремится прожить достойную жизнь, а внешние обстоятельства максимально ему мешают.

20.2. Описание и основные принципы Игры. Внешние обстоятельства как варианты препятствий

«Игра условно разделена на дебют, миттельшпиль, эндшпиль и постэндшпиль. Дебют состоит из двух частей. Первая часть завершается окончательным выбором цели, вторая посвящена отражению „молодежных“ соблазнов. Дебют имеет огромные скрытые резервы по совершению упреждающих ходов, именно в дебюте есть еще время на тщательную подготовку к проведению игры на достаточно высоком уровне — потом будет некогда.

Миттельшпиль, как и полагается, самый длинный раздел: он состоит из трех частей. В первой части результатов еще нет, ведется разработка, но и движение к цели само по себе остроконфликтно. Начало второй части: получены первые результаты, следуют первые попытки внедрения, игра обостряется… Именно здесь творческая личность может совершить сильнейший ход, перейдя к более общей (надсистемной) цели… Именно здесь изобретатель превращается в Изобретателя.

Если движение к цели вызывало конфликты, то движение к надцели проходит через сплошные и острейшие схватки. Ходы внешних обстоятельств становятся более злыми, хитрыми, изощренными. Человеку приходится не только преодолевать противодействие, но и уклоняться от „объятий“ внешних обстоятельств. Творческая смерть имеет много различных форм; одна из самых трагичных — превращение творца в большого начальника… В эндшпиле следует очередной переход в надсистему целей: конкретная первоначальная техническая задача, ставшая при первом надсистемном переходе научно — технической, теперь, при втором переходе, превращается в цель общечеловеческую. Изобретатель превращается в Мыслителя (так было с Циолковским) — накал противостояния растет…

„Сводная партия“ — необычная игра; ее продолжение возможно и в момент проигрыша, и после проигрыша. Сама смерть может быть обращена в очень сильный ход — вспомним нежелание Джордано Бруно отречься от своих взглядов и героическую смерть, ставшую победой над инквизицией».

Рассмотрим основные моменты Игры, типовые действия внешних обстоятельств и ходы, найденные с целью противодействия этим обстоятельствам.

20.3. «Дебют». Главный конфликт этапа. Обстоятельства и ходы

Дебют — это чаще всего детство, хотя бывают и случаи позднего включения человека в дело, которое становится делом всей своей жизни. Например, М. К. Чюрленис начал заниматься живописью уже в зрелом возрасте, будучи известным музыкантом. При этом ему пришлось пожертвовать ради живописи всем — достатком, карьерой.

Главный конфликт, вокруг которого в дебюте идет борьба и развитие личности, связан с настойчивыми попытками внешней среды придать личности управляемое, «нормальное» поведение, поведение «массового» человека. Стандартное воздействие внешних обстоятельств направлено на подготовку специалиста в уже известной области. У человека формируются интересы и потребности, которые может удовлетворить система образования, построенная на принципах массового обслуживания. Здесь уже заложено основное противоречие — ведь для того, чтобы найти новое знание или создать новую техническую систему, человек должен мыслить нестандартно, должен уходить от шаблонов и стереотипов. Сложность ситуации состоит в том, что человек сталкивается с ней в тот период, когда он еще не стал личностью, не стал самостоятельным. И все же выход есть.

Ходы в данной ситуации во многом зависят от узкого круга, окружающего человека. Это родители, учителя. Важно здесь обеспечить ребенку или взрослому человеку, входящему в новую специальность, возможность самостоятельного ознакомления с накопленной человечеством сокровищницей знаний. При этом для детей критически важно ранее начало самостоятельного чтения. Важно уметь самостоятельно работать с литературой, разбираться в новых для себя вопросах, и для взрослого населения.

Трудности жизни обладателей нестандартного взгляда на мир в детстве познаются в полной мере. Детские коллективы безжалостны в своем отношении к «чужакам». И потому на этом этапе идет огромный отсев, значительное количество малышей уже с раннего детства прекрасно воспринимает науку мимикрии, приспособленчества. Борьба за сохранение себя здесь очень трудна. Ребенок стоит перед выбором — остаться один на один против огромного и жестокого мира, или стать «как все».

В качестве предлагаемых эффективных вариантов поведения на данном этапе предлагается выработка умения давать отпор. Для этой цели подходит занятия спортом.

Важно, чтобы уже в детском возрасте было сформировано стремление вырваться из неблагоприятных условий, приобрести интересную профессию.

Ключевым моментом дебюта является «встреча с чудом». Так в Игре названы внешние обстоятельства, которые ребенок воспринимает как чудо — то, что увлекает, выделяется ярким пятном на фоне остальной жизни. И вновь обильно процитируем книгу Г. С. Альтшуллера и В. М. Верткина «Как стать гением».

О физике П. Н. Лебедеве:

«Физиком он стал вопреки семейным традициям и воле отца. Ему была уготовлена иная стезя — коммерция… Совершенно особую роль в судьбе Петра Николаевича сыграл знакомый их семьи — инженерный офицер Александр Николаевич Бекнев, воспитанник Кронштадтской электротехнической школы. Однажды он показал 12 летнему мальчику несколько простых опытов по электричеству, которые совершенно того пленили. В 1896 году, отвечая Бекневу на поздравления в связи с присвоением звания приват-доцента, Лебедев писал: „До сих пор во мне жив и памятен тот колоссальный переворот во всем моем миросозерцании, который Вы произвели Вашей электрической машиной из пластины стекла с подушками из офицерских перчаток…“»

Кляус Е. М. Поиски и открытия М.: Наука, 1986. С. 98.

О Роберте Вуде:

«Одной из причин, способствовавших его раннему гаргантюанскому развитию, было то, что в возрасте, когда дети любят играть с игрушками… ему попала в руки одна из самых мощных и опасных „игрушек“, когда-либо в истории бывших в руках ребенка… Это был огромный завод воздуходувных машин В. Ф. Стэртеванта в Ямайка Плейн, недалеко от Бостона.

Доктор Вуд рассказывает: „Когда мне было около десяти лет, он (Стэртевант, сосед Вудов) взял меня на завод и показал мне все: огромные двигатели Корлисса, литейный цех, токарные станки с ремнями невероятной длины и маховиками, механические мастерские, столярные цеха — словом все. Он представил меня начальникам цехов и приказал им пускать меня в цеха и позволять мне делать все, что я захочу, — только чтобы я не покалечился…“

Скоро он буквально делал все, что хотел. Литейщики даже научили его приготовлять формы для литья, и заливали чугун в те, которые он делал»

Сибрук В. Роберт Вуд. М.: Наука, 1980. С. 15, 16.

О Н. К. Рерихе:

«Когда Николаю Константиновичу исполнилось девять лет, в Извару приехал известный археолог Л. Ивановский, чтобы провести в ее окрестностях археологические исследования. Ученому понравился пытливый гимназист, и он стал брать его на раскопки. Тайны древних времен приобрели для Николая Константиновича еще большее обаяние. „Ничто и никаким образом не приблизит так к ощущению древнего мира, как собственная раскопка“, — писал впоследствии художник, вспоминая изварские курганы…»

Беликов П., Князева В., Рерих. М.: Мол. гвардия, 1972. С. 10.

Следует отметить, что «встреча с чудом» может проходить и не на таком замечательном фоне, как в приведенных примерах. Фоном для нее могут быть страдания, болезни, стихийные бедствия. Например, врач Илизаров принял решение заниматься медициной в тот момент, когда его — умирающего подростка, фельдшер вылечил с помощью каких — то порошков. Но все это не отменяет самого главного — огромного впечатления от произошедшего, впечатления, полностью меняющего всю ориентацию, весь дальнейший жизненный уклад. Из приведенных выше примеров видно, какую роль играют в организации таких впечатлений окружающие ребенка люди.

После того, как произошло «включение» созидательной программы, появился интерес к исследованиям, к собственной плодотворной творческой работе, важнейшим элементом развития становится самообразование. Личность должна накопить огромный объем знаний, необходимых для эффективной последующей деятельности. Трудности, возникающие на этом пути, связаны с тем, что предлагаемая обществом система образования рассчитана на подготовку специалистов в массово требуемых областях. Декларация собственного пути развития наталкивается на непонимание, высмеивание. Уже на этом этапе может произойти встреча со специалистами, которые посчитают поставленную личностью цель несбыточной, опасной, еретической и погубят новое начинание.

Аллен Бомбар вспоминал:

«…Весь этот опыт с начала и до конца противоречил общепринятым нормам. С точки зрения так называемого здравого смысла это была сплошная ересь.

Я считался еретиком по многим причинам. Во — первых, потому, что мы хотели доплыть до заранее определенного пункта на лодке, которую все признали неуправляемой и неприспособленной для такого рода плавания. Эта первая ересь непосредственно затрагивала судостроителей и моряков. В самом деле, многие специалисты уверяли нас, что мы не уплывем дальше Иерских островов. Но гораздо страшнее была вторая ересь, которая заключалась в том, что я ломал общепринятые представления, утверждая, что человек может жить одними дарами моря и пить соленую воду. И, наконец, третья ересь, о которой в одной „серьезной“ газете было сказано следующее: „даже опытные моряки на кораблях не считают, что они всегда могут справиться с бушующим морем, ветром и течениями. И в то же время какой — то новичок без колебаний доверяет свою жизнь и жизнь своего товарища обыкновенной ореховой скорлупке, которая не была даже осмотрена морским инспектором!“

После всего этого я дал нашей лодке имя „Еретик“».

Бомбар А. За бортом по своей воле. М. Мысль, 1975. С. 38.

Мы знаем, что Бомбар победил в этом споре. Победил и тем самым помог огромному числу людей, ежегодно терпящих кораблекрушения. Но подготовка к серьезной борьбе часто занимает долгие годы. Мы уже говорили, что важными требованиями, предъявляемыми к творческой личности, является наличие плана работы и его неуклонное выполнение. Эта работа должна начаться уже в дебюте. Именно таким должен быть наиболее эффективный ответ личности на отсутствие необходимой информации, на невозможность приблизиться к своей цели напрямик, через систематическое обучение у компетентных специалистов (часто по причине их полного отсутствия).

О. Ю. Шмидт, вспоминая начало своей студенческой жизни, рассказывал, что он тогда составил список литературы, которую считал необходимым прочитать. А затем прикинул, сколько на это уйдет времени.

«Я сел подсчитывать — ведь все же я был математиком. Оказалось, что необходимо 1000 лет, чтобы все необходимое одолеть… Тысячу лет прожить нельзя и все знать невозможно. С болью в душе стал я вычеркивать то, что хотя бы и интересно, и нужно, но без чего все же можно обойтись. Оставил только то, без чего не мыслил себе пути в науку. Вновь подсчитал… Осталось еще на 250 лет! Ясно, что и 250 лет прожить невозможно». Шмидт приходит к выводу о необходимости увеличить количество часов для занятий. Это пришлось сделать за счет сна: в молодые годы «потеря» примерно одной трети жизни в виде сна казалась неоправданной. И Отто Юльевич пытался сократить время сна до 5–6 и даже до 4 часов.

Яницкий Н. Ф. Отто Юльевич Шмидт. М.: Изд-во АН СССР, 1959. С. 18.

На этом же этапе формируется и стиль работы, закладываются основы выносливости и способности трудиться в различных условиях, при наличии помех.

Из интервью Ч. П. Сноу:

«Вопрос: Интересно, какие условия для работы вы предпочитаете?

Ответ: Пожалуй, я предпочитаю тишину, покой, одиночество, но на самом деле редкий профессионал получает такие условия. Одно из непременных свойств профессионала заключается в способности как можно меньше поддаваться всяким внешним раздражителям в процессе работы. Если это свойство не развить в себе, нужных условий работы вы никогда не добьетесь. Если вы можете писать лишь в атласном халате, в комнате окнами на северо-восток, при комфортной температуре, то ваши шансы на успех невелики».

Сноу Ч. П. Портреты и размышления. М.: Прогресс, 1985. С. 320.

Итак, ключевой момент данного этапа — самостоятельная работа в рамках выбранной цели требует огромного количества знаний и, следовательно, затрат времени.

Длительная работа — это постоянная проверка на выносливость, на преданность делу. Стандартные в этой ситуации конфликты связаны с тем, что, прикоснувшись к проблеме в реальности, познакомившись с тем, какой путь предстоит пройти, человек может не выдержать, спасовать. Ощущения человека, стоящего у подножия огромной горы, на которую предстоит взойти.

«Когда я студентом — медиком впервые зашел в библиотеку нашей кафедры биохимии, то увидел целую стену, целиком заполненную томами „Справочника по биологическим методам“ Абдерхальдена и „Справочника по органической химии“ Бейльштейна. Я был просто ошарашен этим зрелищем. Никогда ранее я не ощущал столь отчетливо ограниченность своих возможностей. Каждый том мне как биохимику был нужен, но с первого же взгляда стало ясно, что, проживи я хоть сто лет, овладеть всем этим мне не под силу…Подобные обескураживающие факты порой отпугивают от науки многих талантливых людей. Я преодолел в себе чувство неполноценности, постоянно повторяя: „Если другие смогли это сделать, почему я не смогу?“ Для такого оптимизма по аналогии у меня, в общем — то, не было оснований, однако этот способ сработал».

Селье Г. От мечты к открытию М.: Прогресс, 1987. С. 166.

Это ощущение предстоящей бесконечности дел хорошо преодолевается с помощью подробных планов. План позволяет разбить бесконечность на кванты, увидеть реальность движения к цели через факт выполнения маленьких этапов.

Великий писатель-фантаст Г. Уэллс начинал с должности помощника учителя.

«На стене его комнаты висели два листка бумаги. На одном было написано строжайшее расписание занятий и чтения. В пять часов утра помощник учителя, вскочив с постели, переворачивал набок стоящий в комнате сундук, который не мог быть использован по назначению за отсутствием у постояльца вещей, засовывал внутрь ноги, чтобы было удобнее сидеть, и раскладывал на нем книги. Заниматься полагалось все свободное время, включая обед. Прожевывая пищу тоже можно было усвоить полезные сведения. На отдых отводилось час двадцать минут в день.

Другой листок содержал более дальние планы. Здесь были расписаны все будущие житейские, научные, общественные успехи молодого учителя, которому предстояло точно в намеченные сроки перешагивать с одной ступеньки общественной лестницы на другую, чтобы в конце концов достичь ее вершины — положения видного ученого и высокопочитаемого автора трудов в защиту либерализма. Два лозунга, вывешенные там, где полагалось висеть библейским прописям, — „Знание сила“ и „Чего добился один, может добиться другой“ — должны были ежечасно поддерживать рвение обитателя комнаты».

Кагарлицкий Ю. Герберт Уэллс. М.: Гослитиздат, 1963. С. 14.

На этом этапе работы закладывается и основа собственной информационной базы, необходимой для достижения поставленной цели.

«Для своих фантастических романов Жюль Верн использовал громадное множество фактических данных. Поэтому он, что называется, заготовлял материалы впрок. Читая книги, журналы, газеты, французский романист регулярно делал выписки по физике, химии, астрономии, географии, геологии, истории и т. д. К концу его жизни накопилось более двадцати тысяч связок с выписками…»

Рисс О. В. От замысла к книге. М.: Книга, 1969. С. 27.

Внешние обстоятельства стремятся перемолоть человека, превратить его в потребителя массовой культуры, культуры потребления. Исследования показали, что за время обучения, американские школьники тратят на прослушивание рок — музыки около 11 тысяч часов. Борьба с оглупляющим действием навязываемой масс — культуры может вестись разнообразными способами.

Родные и близкие творческой личности зачастую пытаются спасти его, увести от неизвестности к спасительному стандартному поведению, стандартной специальности.

«В августе 1831 года Чарльзу Дарвину, незадолго до того окончившему университет, предложили отправиться в плавание на „Бигле“ в качестве ученого — натуралиста — знаменитое плавание, которое в итоге привело к созданию теории эволюции…

Отец и так уже смотрел на него как на пустого человека, бездельника, который никак не может угомониться и найти свое место в жизни…

Мистер Дарвин утверждал, что:

•в будущем, когда Чарльз станет священнослужителем, участие в плавании может повредить его репутации;

•это дикий план;

•должность натуралиста, возможно, уже предлагали многим другим; они не приняли эту должность, значит у них были серьезные возражения против экспедиции или корабля;

•Чарльза всегда потом будет тянуть в море; условия плавания очень суровые;

•это бессмысленное мероприятие». Ясно, что пробиться сквозь такой вал противодействий, может не каждый.

Финансовые трудности — это понятное всем препятствие на пути к цели. Но для творческой личности, идущей к одному ему понятной цели эти трудности усиливаются из — за того, что окружающие не понимают самой сути работы. Родственники, члены семьи могут лишить своей поддержки. Ведь прозябанию в данном случае есть альтернатива — пойти работать как все и будешь хотя бы сыт… Упорство человека, не желающего тратить хоть сколько — нибудь времени на то, что привычно окружающим, является, конечно, источником раздражения. Творческая личность, поглощенная своей задачей, конечно, странно выглядит в глазах окружающих.

«Я получал из дому 10–15 рублей в месяц. Питался одним черным хлебом, не имел даже картошки и чаю. Зато покупал книги, трубки, ртуть, серную кислоту и прочее.

Я помню отлично, что кроме воды и черного хлеба, ничего не было. Каждые три дня я ходил в булочную и покупал там на 9 копеек хлеба. Таким образом я проживал 90 копеек в месяц.

…Благодаря главным образом кислотам я ходил в штанах с желтыми пятнами и дырами. Мальчишки на улице замечали мне: „Что, мыши, что ли съели ваши брюки?“ Ходил я с длинными волосами просто оттого, что некогда стричь волосы. Смешон был, должно быть, страшно. Я все же был счастлив своими идеями, и черный хлеб меня нисколько не огорчал».

Циолковский К. Э. Черты из моей жизни. Приок. кн. изд-во, 1986. С. 398.

Итак, образ жизни выбран. Не обязательно он связан с лишениями и испытаниями в финансово — материальной сфере. Но он обязательно приводит к частичной самоизоляции человека, его отстраненности от суеты окружающего мира. Человек строит систему правил, позволяющих успешно действовать в сложных внешних обстоятельствах. И уже с помощью этой системы ведет работу над тем, что стало главным делом всей жизни.

Здесь игра в дебюте завершается. Дебют можно считать выигранным, если человек смог выбрать для себя цель, поставить себе творческую задачу и накопить знания для штурма этой задачи.

20.4. «Миттельшпиль». Главный конфликт этапа. Обстоятельства, связанные с нахождением в системе. Ходы

Миттельшпиль — важнейший этап деятельности. Он будет завершен только после того, как будет найдено принципиальное решение поставленной задачи, получены первые практические результаты.

Главные конфликты этапа связаны со временем, вернее с его нехваткой, с отношениями в коллективе, с отношением к получению благ от создаваемого новшества. Внешние обстоятельства, среда, окружение уже не могут не обращать внимания на творческую личность. Как правило, это уже сложившийся человек, обладающий глубокими знаниями. Он интересен и ценен. Среда стремится «перемолоть» личность и его дело, подмять их под себя, сделать ручными, понятными, управляемыми. Система, которая может быть взорвана новым открытием, изобретением, спешит приручить Талант, поставить его себе на службу.

Вектор движения творческой личности в это время направлен на получение первых практических результатов. Новое, то, что было скрыто только в голове его создателя, начинает выходить наружу. Необходимы дополнительные усилия для того, чтобы получить практические результаты. Разработка приобретает новые черты — теперь необходимо учитывать массовое применение и связанные с этим сложности. Здесь же перед творческой личностью появляется перспектива качественно нового развития своей идеи — открываются горизонты, связанные с тем, что выполняемая разработка становится не целью, а всего лишь средством.

Итак, время, а вернее его отсутствие является для творческой личности источником постоянного стресса и в то же время мобилизующим фактором. Постоянная гонка приводит к тому, что человек отметает многое, кажущееся в обыденной жизни естественным. Неучастие в жизни коллектива приводит к конфликтам и изоляции. Выход — найти работу, дающую много свободного времени, которое конечно же вновь тратится на любимое дело. Это может быть работа по специальности, если руководство дает возможность вести собственные исследования. Это может быть работа, почти не требующая затрат времени. (Например, Эйнштейн считал, что лучшая работа для человека, увлеченного теоретической физикой — это ночной сторож или смотритель маяка). Еще один резерв — свое время (время сна время для развлечений).

«Жертвенной любви к искусству Куинджи требовал от своих учеников. Именно с этого начинается для него настоящий творец. Среди академиков ходил рассказ, как явился к Архипу Ивановичу за советом один чиновник. Его эскизы понравились Куинджи, и он похвалил их. И тогда чиновник стал жаловаться: „Семья, служба мешают искусству“. И между Куинджи и пришедшим состоялся такой диалог:

— Сколько вы часов на службе? — спросил художник.

— От десяти утра до пяти вечера, — последовал ответ.

— А что вы делаете от четырех до десяти?

— То есть как от четырех до десяти?

— Именно от четырех утра!

— Но я сплю.

— Значит, вы проспите всю свою жизнь, — беспощадно заключил Архип Иванович».

Конечно, формы поведения человека, глубоко увлеченного своим делом, могут казаться окружающим странными. Человек избавляется оттого, что другие считают важнейшим элементом своей жизни. И понять это окружающим иногда бывает очень трудно.

«Когда один из знакомых спросил Инфельда, почему Эйнштейн не стрижет волос, носит какую-то немыслимую куртку, не надевает носков, подтяжек, пояса, галстука, Инфельд объяснил это стремлением освободиться от повседневных забот.

Ответ прост… Ограничивая свои потребности до минимума, он стремится расширить свою независимость, свою свободу. Ведь мы — рабы миллиона вещей, и наша рабская зависимость все возрастает. Мы — рабы ванных комнат, самопишущих ручек, автоматических зажигалок, телефонов, радио и т. д. Эйнштейн старался свести эту зависимость к самому жесткому минимуму. Длинные волосы избавляют от необходимости часто ходить к парикмахеру. Без носков можно обойтись. Одна кожаная куртка позволяет на много лет разрешить вопрос о пиджаке. Можно обойтись без подтяжек точно так же, как без ночных рубашек или пижам. Эйнштейн реализовал программу — минимум — обувь, брюки, рубашка и пиджак обязательны. Дальнейшее сокращение было бы затруднительно».

Кузнецов В. Г. Эйнштейн: жизнь, смерть, бессмертие. М.: Наука, 1972. С. 255–256.

Огромные ресурсы времени идут в дело, преобразуясь в тщательно отработанные результаты. Человек, привыкший полагаться на себя, еще и еще раз проверяет полученные результаты, постоянно проводит уточняющие эксперименты. Ошибиться нельзя — представление новой разработки будет проведено всего один раз. Внешние обстоятельства не дадут возможность выполнить вторую попытку, и творческая личность это хорошо понимает. Кроме того человек работает сам для себя, результаты нужны ему не для формального отчета, а в связи с глубокой внутренней заинтересованностью. Поэтому они многократно проверяются и уточняются.

Примеров такого многолетнего подвижнического труда можно привести множество. Тринадцать долгих лет работал В. Гарвей над небольшой книжечкой о кровообращении; свыше тридцати лет создавал свой трактат Н. Коперник; двадцать лет вынашивал свои идеи И. Ньютон, прежде чем решился сообщить о них человечеству.

«Секретарь Анатоля Франса, Поль Гзелль, сообщал о методе работы своего шефа: „Каждая страница была подскоблена, переправлена, изрезана ножницами… Он делал бесконечные исправления, изменял порядок фраз, находил новые переходы, разрезал свои листки на какие — то причудливые фигуры, ставил в начале то, что было в конце, вверху, что было внизу, и подправлял все кисточкой с клеем“».

Рисс О. В. От замысла к книге. М.: Книга, 1969. С. 45.

Конечно, использование компьютеров делает сейчас многое из подобной работы просто не видимым, но принцип остается — дело свое надо делать подробно и кропотливо.

Здесь следует отметить, что человек вынужден бороться не только против внешних обстоятельств, но против внутренних, с собственной ленью, неаккуратностью. Эта борьба незаметна, но подчас не менее жестока, чем борьба с внешними обстоятельствами.

20.5. Возможности для активности в сложных условиях

Сложности быта сломали немало научных карьер, увели от исследований множество действительно талантливых и творческих людей. Найти возможность плодотворно работать над любимым делом, совмещая это с работой обыденной «в учреждении» или «на фирме», с бытом, с семьей, могут далеко не все. На этом рифе остались многие участники соревнования, бегущие к своей заветной цели. И все же люди проходят и это испытание. Как всегда рецепт прост и сложен, понятен и непостижим одновременно. Творческая личность все ресурсы черпает из себя, из своего окружения, превращая все, что доступно в элементы своей конструкции.

«Общий объем работ, выполненных В. А. Обручевым, поражает: им опубликовано 1500 печатных листов, свыше ста увесистых томов! Редкое геологическое учреждение выпустило столько продукции…Часто мне задают вопрос: а где взять столько времени? Когда-то я сам задал этот вопрос академику В. А. Обручеву. Прищурившись, Владимир Афанасьевич мне ответил: „Знаете, сколько мне лет? Я уже пошел на третье столетие“. Увидев недоумение на моем лице, Обручев продолжал: „В день я живу три дня. Первый день — самый продуктивный — начинается в шесть часов утра. В этот день пишутся книги, очерки, рецензии, идет работа над картотекой. Второй день — самый обычный, как у всех. Он посвящен работе в учреждении. Третий день — вечерний — связан с просмотром художественной литературы, посещением театров, кино, домашними делами…“»

Малахов А. А. Аккумуляция информации М.: Наука, 1984. С. 24, 28.

Конечно, поддержание на протяжении многих лет такого порядка дня требует мужества. Творческая личность для того, чтобы добиться успеха, увидеть дело своей жизни реализованным, приобретает черты марафонца. На протяжении многих лет происходит упорный и негромкий отказ от благ и земных радостей, составляющих для многих предел желаний. Все нацелено на реализацию возложенной на себя программы. Благом и радостью становится именно работа над любимым делом.

«Единственное мое стремление — работать, не думая о расходах… Мне не нужны обычные утехи богачей. Мне не нужно ни лошадей, ни яхт, на все это у меня нет времени. Мне нужна мастерская!» Так говорил Эдисон.

«Ученому нужна менее эффектная, но более устойчивая разновидность мужества, с тем, чтобы выбрать деятельность, которая наверняка лишит его многих радостей… Молодой человек, желающий войти в науку, должен быть способен к переоценке ценностей и к отказу от общепринятых символов успеха, в особенности от культа „красивой жизни“. Для этого нужны незаурядное мужество и вера — прежде всего в свои собственные еще не испытанные возможности».

Селье Г. От мечты к открытию. М.: Прогресс, 1987. С. 57.

Интересно, что сами ученые, инженеры, новаторы не считают тяжелым отказ от обыденных радостей, проповедуемых массовой культурой. Иная система ценностей, иные приоритеты дают человеку полноценное ощущение радости жизни.

Альтшуллер считал, что человек, проигравший в Игре с внешними обстоятельствами, становится частью внешних обстоятельств для следующих игроков. Внешние обстоятельства, вернее их человеческих компонент, представляет собой совокупность проигравших свои игры или не вступивших в них.

Испытание успехом — одно из самых неожиданных и незаметных испытаний. Цель, к которой столько стремился, наконец, достигнута. Получены первые положительные результаты, возникает интерес к разработке у окружающих. Наконец, начинают поступать и средства, поправляется финансовое положение. И это испытание? Да, чаще всего это очередное испытание. Возникает искушение устроить большой привал, однако для пользы дела необходимо снова идти вперед. Вспомним, какие многолетние усилия пришлось приложить членам Группы изучения реактивного движения (ГИРД) для получения первых практических результатов — успешного старта ракеты. Но момент старта стал, для не посвященных в проект окружающих, не завершением дела, а его началом. Дело, наконец, то вышло в свет, привлекло к себе внимание. И от разработчика, и от коллектива, который сложился вокруг него, ждут, что теперь?то они начнут работать, начнут давать результат. Психологически тяжело на следующий день после своей победы, после праздника прийти с утра в лабораторию и вновь начать работать, как и все прошлые годы, продолжая как и раньше наращивать усилия.

Новшество с точки зрения разработчиков уже вошло в мир, но мир не изменился, для окружающих ничего еще не произошло. Это тоже может привести к психологическому раздвоению, к сложностям, к надлому.

Окружение начинает замечать Дело, которым занимается творческая личность и вокруг него начинается борьба иного рода. Дело пытаются присвоить, включить в различные уже существующие системы. Взамен автору предлагаются блага, перспективы, публикации.

Еще одна сложность этапа — творческую личность начинают «выдвигать» в руководители. Часто это связано с желанием повысить зарплату, отметить успехи. Известно, что повышение по служебной лестнице — это почти наверняка рост административной ответственности. И сложнейшей задачей является полноценное совмещение администрирования и продуктивной работы.

20.6. Переход к коллективным действиям по достижению Цели и связанные с этим трудности

Еще одной трудностью данного этапа является резкое увеличение сложности проводимых работ. Дело, начинавшееся как самостоятельное предприятие творческой личности, все более выходит из-под непосредственного контроля его создателя. Переход к этапу детальных проверок, подготовки массового производства требует новых знаний, аппаратуры, комплексных и сложных испытаний. В Дело начинают входить новые люди. Они вносят в казалось бы налаженную систему работы что — то новое, свое.

Энтузиасты, романтики, подвижники постепенно растворяются в массе служащих, работающих «от звонка до звонка». Создателю дела приходится все большее количество времени уделять организации работ, их распределению. Творческая сторона работы перестает быть единственной. Если разработчик не занимается собственным административным ростом, он может оказаться оттесненным от работы над собственной темой.

Разработчик попадает в зависимость от аппаратуры, средств, фондов — всего того, чем ведают чиновники от науки. В расчеты времени приходится вводить поправки на волокиту, непонимание, равнодушие…

Миттельшпиль завершается. Несмотря на все сложности, Дело окрепло и начинает самостоятельную жизнь. У него появляется реальное применение. Вокруг Дела начинает сплачиваться коллектив единомышленников. Появляются у Дела и противники. Игра переходит в эндшпиль.

20.7. «Эндшпиль». Бескорыстие и корысть

Мы не будем подробно останавливаться на этой стадии Игры. Слишком далека она от начала Дела, слишком много надо сделать до ее наступления. Но в целом события в эндшпиле связаны с резким увеличением количества участников. Значительная часть из них занимается делом небескорыстно.

В книге «Как стать гением» приведены стихи немецкого поэта Хейнца Калау:

«Возле каждой перспективной идеи

Собираются мученики и святые,

Всезнайки, приспособленцы, мелкие мошенники и

Крупные негодяи, Люди долга и люди,

Лишенные чувства долга,

Прорицатели, тупицы, болтуны, попутчики

И еще очень много народу,

Который просто живет при этом».

Увеличивается расслоение между подвижниками и служащими. Возникают конкурирующие группы, от движения откалываются группы учеников. Вектор интересов творческой личности смещается от исходной цели к целям более высокого уровня, в надсистему. Это также служит источником конфликтов с учениками, которые могут воспринять изменение интересов как равнодушие или предательство.

Альтшуллер и Верткин писали: «Творческая личность — это не мученик, сгорающий на костре инквизиции, а боец, борющийся и побеждающий в борьбе за новые Знания. Герой, совершающий воинский подвиг, делает это в экстремальной ситуации битвы, когда собственной жизнью приходится платить за спасение жизней товарищей по оружию, за освобождение Родины. Это случай, когда сложившаяся независимо от человека ситуация требует от него самопожертвования, мотивирует героическое поведение. Обратный случай — поведение Творческой Личности. Как правило, работа начинается в тиши лабораторий и кабинетов, нет ничего похожего на экстремальную ситуацию: идет неторопливая систематическая мыслительная работа. Но именно своим поведением — упорным трудом и еретическими открытиями — Творческая Личность нагнетает вокруг себя ту же героическую обстановку. Ту же экстремальную ситуацию ВЫБОРА, которая присутствует на войне. И в этой искусственно созданной ситуации Творческая Личность совершает свой подвиг».

20.8. Жизнь Г. С. Альтшуллера как практическая реализация Игры

На протяжении долгих лет Генрих Саулович Альтшуллер практически отрабатывал на себе все перипетии и сложные изгибы предлагаемых им систем. Он создавал ТРИЗ и проверял его практическое применение на реальных задачах. Он строил законы развития технических систем и прогнозировал динамику изменений техники. Прекрасные примеры таких прогнозов остались в его фантастических произведениях. Достаточно вспомнить в этой связи о небольшом рассказе «Ослик и аксиома», в котором был спрогнозирован глобальный путь развития технических систем — через повышение динамизации и переход на микроуровень. (В этом рассказе молодой изобретатель размышляет над проблемами, которые придется решать экипажам межзвездных кораблей и логическим путем приходит к необходимости создания динамически изменяющихся, перестраиваемых систем, объектов техники, состоящих из универсальных микроэлементов (микрочастиц). Именно таким путем и начинает развиваться техника, осваивающая молекулярный уровень.

Г. С. Альтшуллер прожил трудную и счастливую жизнь, Он смог и из своей жизни сделать путеводитель для людей, вступающих на путь служения творчеству. Предложенные им Теория решения изобретательских задач и Теория развития творческой личности были предварительно буквально пережиты, проверены, испытаны.

Были в жизни Альтшуллера и голодные годы, и ощущение от встречи с чудом и беззаветное служение своему делу в течение всей жизни. Были воркутинские лагеря в сталинское время, было непонимание чиновников, были реальные задачи и препятствия, создаваемые ему искусственно. Но было и огромное число учеников, последователей, продолжателей его дела.

Несмотря на все это Игра и сама теория не автобиографичны. Они впитали в себя огромное количество фактической информации, учитывают факты из творческих биографий тысяч людей, оставивших яркий свет в истории человечества.

Сложенные в одной последовательности, в одной модели жизни, факты негативного воздействия внешних обстоятельств могут произвести тяжелое впечатление, ощущение невероятных трудностей, практически не оставляющих шансов личности на победу. Но факты говорят о том, что все приведенные трудности были, в конце концов, преодолены. И это делает данную Игру оптимистическим гимном торжества человеческого духа над косностью, над застоем.

Content

Учебник по ТРИЗ

Предисловие

1. Предмет ТРИЗ

1.1 Введение

1.2 Исторический очерк создания методов изобретательского творчества

1.3 Инженерное творчество: системный подход

1.4 Что такое «Теория решения изобретательских задач» (ТРИЗ)

1.5 Заключение

3. Понятие идеальности

Оператор РВС (размер, время, стоимость)

4. Практическое использование понятия идеальности

5. Вещественно-полевые ресурсы

6. Противоречия при решении технических задач

6.1. Административное противоречие

6.2. Техническое противоречие

6.3. Физическое противоречие

6.4. Эвристическая ценность противоречий

6.5. Заключение

7. Противоречия — разбор примеров и задач

8. Приемы устранения технических противоречий

8.1. Опыт изобретателей и его использование

8.2. Заготовки, используемые опытными изобретателями

8.3. Примеры решений, в основе которых лежит один принцип. Выявление этого принципа

8.4. Откуда брать приемы. Бионика. Поиск аналогий и их накопление в обобщенной форме

8.5. Отраслевой и межотраслевой опыт. Понятие передовой области техники

8.6. Создание сборника приемов. Организация работы и ее объем

8.7. Как пользоваться приемами. Разбор ситуации

8.8. Как выбирать приемы для решения

9. Практика применения приемов устранения противоречий

12. АРИЗ Ранние алгоритмы (разбор примеров)

20. Теория развития творческой личности

20.1. Творческая личность — определение и возможность самовоспитания

20.2. Описание и основные принципы Игры. Внешние обстоятельства как варианты препятствий

20.3. «Дебют». Главный конфликт этапа. Обстоятельства и ходы

20.4. «Миттельшпиль». Главный конфликт этапа. Обстоятельства, связанные с нахождением в системе. Ходы

20.5. Возможности для активности в сложных условиях

20.6. Переход к коллективным действиям по достижению Цели и связанные с этим трудности

20.7. «Эндшпиль». Бескорыстие и корысть

20.8. Жизнь Г. С. Альтшуллера как практическая реализация Игры