Творчество как точная наука. Теория решения изобретательских задач - Генрих Альтов

Возможен и другой путь: постройка кораблей, способных перевозить любые грузы в стандартных емкостях. Вот одно из многих сообщений: «Норвежским инженером В. Фонеландом подана заявка на патентование новой схемы судна для перевозки наливных грузов, которые помещаются в цилиндрических емкостях большой вместимости (5000 кубометров). Спроектированное по этой схеме судно напоминает по архитектурному типу танкер и имеет в корме большие водонепроницаемые ворота для загрузки емкостей» («Морской флот», 1974, .№ 12, с. 52). В емкостях может быть любая жидкость или любой сыпучий груз: танкера (нефтевоза) нет и он есть...

Получив задачу, изобретатель должен определить, следует ли решать данную задачу или надо идти в обход (шаги 1.1 - 1.3 в АРИЗ-77). Критерии здесь двоякого рода: объективные (исследование «жизненной кривой» системы) и субъективные (личная установка на «большое» или «малое» изобретение). Практически при поиске обходных путей удобно пользоваться системным оператором (шаг 1.2).

Смысл системного оператора в том, что задачу изменяют переводом в надсистему или подсистему, а на каждом из уровней - переводом в антизадачу, обратную данной задаче. Возьмем, например, задачу 29 - об увеличении производительности при подготовке рисунков для мультфильма. Системой по условиям задачи является рисунок (или серия рисунков). На уровне системы задача звучит так: как быстрее перейти от рисунка А к рисунку Б ? На уровне подсистемы задача коренным образом меняется: есть частица вещества (капелька краски), «кусочек» штриха, нанесенного карандашом, словом, какое-то небольшое количество вещества, из которого образован рисунок; как управлять перемещением этого вещества? В такой постановке задача решается очень легко. У нас уже была задача 3 с перемещением кусков коры; надо добавить в вещество ферромагнитный порошок и использовать для перемещения магнитное поле. Не рисовать каждый раз новое положение линии, а перемещать одну и ту же линию, меняя ее форму: «Способ воспроизведения силуэта для съемки мультипликационных фильмов, отличающийся тем, что с целью снижения трудоемкости процесса контур объекта образуют посредством наложения на магнитную панель наполненного ферромагнитным порошком шнура, а изменение силуэта при перемещении объекта относительно точки зрения получают путем передвижения шнура по панели» (а. с. № 234862).

Изменять положение и форму целого изображения трудно; мысль буквально цепенеет перед такой задачей. Изменять положение частицы вещества легко, тем более, что это уже встречалось в других задачах. Барьер чисто психологический, но чрезвычайное высокий.., если не использовать системный оператор.

Очень интересные трансформации происходят с задачей 29 при переходе на уровень надсистемы (рисунок - только часть более сложной системы, включающей также киноаппарат и средства освещения; можно ли сделать мультфильм, снимая, например, неподвижную куклу и добиваясь динамики только за счет динамичного использования кинокамеры и света?). Не менее интересны трансформации задачи в антизадачу. В задаче 29 (на уровне системы) требуется наносить черные линии на белый фон, в антизадаче - убирать лишнее со сплошного черного фона, оставляя только нужные линии...

Системный оператор не предназначен для решения задач, хотя иногда трансформация задачи автоматически ведет к решению. Назначение системного оператора - помочь в выборе обходной задачи, которая затем должна решаться по АРИЗ с шага 1,4 и далее. Как и оператор РВС, системный оператор - мощный инструмент для тренировки воображения.

ЗАКОНЫ РАЗВИТИЯ СИСТЕМ

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

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

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

1. Закон полноты частей системы

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

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

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

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

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

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

2. Закон «энергетической проводимости» системы

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

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

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