Помоги проекту - поделись книгой:
Здесь может возникнуть вопрос: когда изобретение сделано, нетрудно найти ему место в таблице, а вот как сделать такое изобретение, которого еще не было?
Что ж, попробуем изобрести что-нибудь такое, чего еще не было. Действовать будем так: возьмем конструкцию, которая не имеет отношения к нашим таблицам, например не имеет магнитного поля, и введем это поле. Если полистать любой номер бюллетеня изобретений или журнала «Изобретатель и рационализатор», нетрудно выбрать подходящую конструкцию — прототип будущего изобретения. Вот, например, информация из «Изобретателя и рационализатора» (1977, № 11):. «Чтобы убедиться в прочности соединительных элементов тяговой цепи скребкового конвейера, ее помещают в установку, которая, потаскав цепь взад-вперед через камеру с песком, дает по этому вопросу исчерпывающий ответ. На установку для испытания тяговых органов конвейера А. Г. Бойко получил авторское свидетельство № 557 961». Итак, внутри — изделие (цепь), снаружи — обычный песок, на который давят механические поля. Заменим песок ферромагнитным порошком, введем магнитное поле. Получится установка, имеющая по сравнению с изобретением А. Г. Бойко существенные преимущества: благодаря магнитному полю можно легко менять нагрузку на цепь, создавать ударные, переменные, вращающие нагрузки. Такого изобретения еще нет! Пройдут годы, постепенно станет очевидным, что установка А. Г. Бойко громоздка, что сдавливать песок механическими усилиями сложно и что не удается смоделировать сложные напряжения, например сочетание растяжения и кручения. Начнутся поиски новой идеи, перебор вариантов, пробы, ошибки... И в конце концов появится изобретение, которое мы только что получили с помощью таблицы.
Есть много конструкций, в которых механические усилия действуют на песок (или любое другое порошкообразное вещество, играющее роль инструмента). Почти во всех этих конструкциях песок можно заменить ферромагнитным порошком, а механические усилия — магнитным полем. Поищите такие конструкции. Вполне возможно, что вы сделаете новое и полезное изобретение.
СКЛАД СНАРЯДОВ - И НИ ОДНОЙ ПУШКИ
Итак, есть простые приемы, позволяющие перестраивать известные машины, механизмы, приборы и получать нечто новое. Метод проб и ошибок, бывший с древнейших времен основным методом технического творчества, может быть заменен (во всяком случае, дополнен) сознательным производством изобретений. Если, конечно, приемы окажутся достаточно сильными и универсальными.
Вернемся к задаче о дымовой трубе и попробуем применить наши приемы. Магнитный кран нам уже известен. А что если приспособить такой кран для открывания и закрывания трубы? Теоретически это возможно, однако при осуществлении этой идеи сразу возникают трудности. Во-первых, на вершине трубы придется установить тяжелый электромагнит. Во-вторых, пока труба перекрыта «пробкой» из ферромагнитных частиц, электромагнит все время будет расходовать электроэнергию. В-третьих, куда убирать ферромагнитные частицы, когда надо открыть трубу? Если «пробка» рассыплется и частицы порошка упадут вниз, не из чего будет потом снова создавать «пробку»... Может быть, использовать прием перестановки частей? Но как ни переставляй части — магнит, порошок, трубу,— ничего хорошего из такой перестановки не получится.
Возьмем другую задачу — о транспортировке жидкого шлака. Тут даже теоретически трудно представить, как использовать наши приемы. Жидкий шлак не поместить снаружи ковша... Устанавливать электромагниты? Зачем? Что это даст? И потом, это заведомо усложнит оборудование, а нам нужно предельно простое решение.
Выходит, известные нам приемы недостаточны для решения всех задач. Этого следовало ожидать. Ведь задач очень мг.-> трудно рассчитывать, что замки к бесчисленным задачам удастся открыть всего тремя-четырьмя ключами. Можно привести такую аналогию: если бы химикам были известны только три-четыре химических элемента, состав подавляющего большинства веществ оставался бы загадкой. Как известно, химики, проанализировав множество различных веществ, открыли около ста элементов. Почему бы не поступить так и с приемами решения изобретательских задач? Проанализируем множество изобретений и получим если не полный, то во всяком случае большой список приемов. Правда, работа потребуется изрядная. Нужно анализировать не всякие изобретения, а сначала отобрать сильные — третьего, четвертого, пятого уровней: нам ведь нужен список приемов, способных «брать» трудные задачи. Простые задачи, как мы видели, можно решать и без знания приемов.
Такая работа была проделана: 25 тысяч проанализированных изобретений дали список, включающий 35 сильных приемов. Потом число изученных изобретений было доведено до 40 тысяч, это дало еще пять приемов. Вдумайтесь в эти цифры: 40 тысяч проанализированных изобретений и 40 (всего 40!) сильных решений.
Вот названия этих приемов:
1. Принцип дробления
2. Принцип вынесения
3. Принцип местного качества
4. Принцип асимметрии
5. Принцип объединения
6. Принцип универсальности
7. Принцип «матрешки»
8. Принцип антивеса
9. Принцип предварительного антидействия
10. Принцип предварительного действия
11. Принцип «заранее подложенной подушки»
12. Принцип эквипотенциальности
13. Принцип «наоборот»
14. Принцип сфероидальности
15. Принцип динамичности
16. Принцип частичного или избыточного действия
17. Принцип перехода в другое измерение
18. Использование механических колебаний
19. Принцип периодического действия
20. Принцип непрерывности полезного действия
21. Принцип проскока
22. Принцип «обратить вред в пользу»
23. Принцип обратной связи
24. Принцип «посредника»
25. Принцип самообслуживания
26. Принцип копирования
27. Дешевая недолговечность взамен дорогой долговечности
28. Замена механической схемы электрической
29. Использование пневмоконструкций и гидроконструкций
30. Использование гибких оболочек и тонких пленок
31. Применение пористых материалов
32. Принцип изменения окраски
33. Принцип однородности
34. Принцип отброса и регенерации частей
35. Изменение агрегатного состояния объекта
36. Применение фазовых переходов \
37. Применение теплового расширения
38. Применение сильных окислителей
39. Применение инертной среды
40. Применение композиционных материалов
Суть многих приемов в общем понятна и без пояснении, хотя некоторые приемы, на первый взгляд, кажутся странными. Скажем, прием 22: как это — «обратить вред в пользу»? Мы привыкли к тому, что вред надо уничтожать, его не должно быть. Можно привести такой пример. При изготовлении бумаги возникает вредное явление — бумажное полотно электризуется. Петрозаводский изобретатель Л. Т. Лось решил использовать электризацию (хотя бы и сниженную, остаточную) для получения положительного эффекта — сигнализации об обрыве бумажного полотна. При обрыве полотна электростатическое поле, естественно, исчезает, «обрывается». Несложный индикатор улавливает исчезновение поля, подает сигнал тревоги и включает регистратор, учитывающий время холостого пробега машины (авторское свидетельство № 187 559).
А вот изобретение с использованием того же приема: «Способ восстановления сыпучести смерзшихся грузов, отличающийся
тем, что, с целью ускорения процесса восстановления сыпучести материалов и снижения трудоемкости, смерзшийся материал подвергают воздействию сверхнизких температур» (авт. свидетельство № 409 938). Как видите, все наоборот: вместо того чтобы нагревать смерзшиеся материалы, их подвергают воздействию более глубокого холода.
Еще один пример. Попробуйте продавить песок сквозь узкую металлическую трубку — ничего не получится, не поможет никакое усилие. Даже если вставить в набитую песком трубку болт и сильно ударить молотком, песок все равно останется на месте, хотя стенки трубки «раздуются» от удара. Явление отрицательное, оно мешает, например, изготовлять бетонные изделия методом продавливания. Но разве нельзя найти применение способности трубки «раздуваться»? Разве нельзя использовать «раздувание» там, где нужно надежно заклинить трубку? Ведь как просто: вставил в отверстие трубку, заполненную песком, ударил — и трубка «раздулась», прочно закрепившись в отверстии. Чтобы заклинить в грунте анкер — стержень, к которому крепятся опоры высоковольтных ЛЭП или части гидротехнических сооружений, приходится бурить скважины, опускать в них металлические стержни (анкеры), бетонировать и долго ждать, пока бетон прочно прихватит стержень. Почему бы не применить здесь «самозаклинивающиеся» трубки? И вот появляется авторское свидетельство № 222 967. Вредное явление стало приносить людям пользу.
Можно привести еще десятки примеров на прием 22. В каждом примере свои оттенки и различия. Собранные вместе они дают представление о всех особенностях и «хитростях» использования приема 22. Но приемов-то сорок! Значит, хорошая «коллекция» должна насчитывать сотни примеров. На их сбор уйдут годы, даже десятки лет. Есть более простой путь: один раз собрать хорошую «коллекцию» и размножить ее для изобретателей, которые затем сами могли бы пополнять ее новыми примерами, близкими к своей специальности.
В начале 70-х годов Общественная лаборатория методики изобретательства при Центральном Совете ВОИР составила такую «коллекцию». В объединении «Петрозаводскмаш» имени В. И. Ленина на основе этой «коллекции» впервые в стране был составлен альбом, в котором каждый прием был проиллюстрирован наглядными примерами. Чуть позже аналогичный альбом издали в Дубне для изобретателей и рационализаторов Объединенного института ядерных исследований. Теперь такими альбомами пользуются во многих городах. Надо подчеркнуть, что альбом — всего лишь основа «коллекции». «Охота» за новыми примерами и пополнение «коллекции» — занятие азартное, как и всякое коллекционирование. Хорошая находка не только приносит «коллекционеру-изо-бретателю» радость, но и дает ему новый инструмент для решения творческих задач.
Почти каждый «принцип» включает несколько приемов. Взять хотя бы «принцип перехода в другое измерение». В него входит целая группа приемов:
A. Трудности, связанные с движением (или размещением) объекта по линии, устраняются, если объект приобретает возможность перемещаться в двух измерениях (т. е. на плоскости). Соответственно задачи, связанные с движением (или размещением) объектов в одной плоскости, устраняются при переходе к пространству трех измерений.
Б. Многоэтажная компоновка объектов вместо одноэтажной.
B. Наклонить объект или положить его «набок».
Г. Использовать обратную сторону данной площади.
Д. Использовать оптические потоки, падающие на соседнюю площадь или на обратную сторону имеющейся площади.
Сейчас нам важно отметить другое: хороший список должен включать только сильные и современные приемы. Например, прием перестановки частей объекта не входит в список, так как для современных сложных задач он слабоват. «Играя в кубики», мы
Как видите, здесь целая группа приемов, хотя все они объединены общей идеей. Поэтому в списке — если считать не группы (принципы), а отдельные приемы — около ста приемов1.
Работа над пополнением списка продолжается. Количество исследованных авторских свидетельств и патентов приближу к 70 тысячам. Удалось обнаружить еще десяток приемов. Они пока еще не очень типичны и используются редко, это своего рода изобретательская экзотика. О некоторых из них мы расскажем.
использовали только одну, достаточно сильную разновидность этого приема: вывернуть объект шиворот-навыворот, и эта разновидность входит в список как один из частных случаев приема 13. Список должен быть компактным, нет смысла раздувать его за счет включения приемов слабых, устаревших или узкоспециальных. Правда, у читателя может возникнуть вопрос: а если составить полный список приемов и вложить его в память ЭВМ или хотя бы сделать справочник? Об этом мы еще поговорим. Пока надо разобраться с другим вопросом: допустим, список — полный или неполный, большой или краткий — составлен; что это даст изобретателю?
А вот что. Некоторые задачи трудны, если их решать, не зная приемов, с помощью же приемов они легко решаются. Возьмем хотя бы задачу 6 о крышке для дымовой трубы. В списке есть прием 29: использовать надувные конструкции. А в «коллекции» примеров — такая информация: «При ремонтных работах в шахтах, особенно в вертикально восстающих штреках, часто приходится работать под градом камней, грозящих проломить голову. Шведские инженеры предложили оригинальный способ защиты от каменного дождя, не требующий ни длительной подготовки, ни сложного оборудования. Шахтеры просто-напросто берут с собой нейлоновый баллон и надувают его у себя над головой. Баллон плотно заполняет собой все сечение и образует надежную защиту от камней, падающих с высоты до 25 метров. Надувать баллон ,Гхт—т- СЛаб0, чтобы он лучше пружинил» («Изобретатель и ра-лю'нализатор», 1967, № 2, с. 23). А по авторскому свидетельству № 628 026 эластичную надувную оболочку используют для заделывания пробоин в корпусе корабля. Подсказка предельно ясная: если надувным баллоном можно закрыть «колодец» в шахте и пробоину в корпусе корабля, подобным баллоном можно закрыть и дымовую трубу. Правда, возникает вопрос: как поднять баллон к вершине трубы? Но это совсем уж легкая задача, да и прием 8 дает новую подсказку: баллон надо наполнить легким газом, он сам поднимется. А опускать баллон можно с помощью прикрепленного к нему легкого тросика. Эта идея (технические детали мы сейчас опускаем) положена в основу патента США № 3 232 207.
С задачей 6 мы справились. Но вот задачу 5 (измерение давления газа внутри лампы) и задачу 7 (измерение глубины реки с самолета) с помощью списка приемов и обширной «коллекции» примеров осилить не удается, ставились опыты. Нет подходящего приема, нет примеров, прямо подсказывающих решение. Может быть, надо сделать более подробные списки приемов? Потратить еще 20, 30, 40 лет, исследовать сотни тысяч, миллионы изобретений и получить таблицу, содержащую тысячи приемов. Но чем больше таблица, тем больше надо перебрать вариантов, чтобы найти нужный. Снова перебор вариантов: тысячи приемов, десятки тысяч примеров... Где бы они ни хранились — в тетради, в книге, на перфокартах, в памяти ЭВМ, — их придется перебирать один за другим, как при обычном методе проб и ошибок.
Возникает досаднейшая ситуация. Мы знаем, что приемы сильны, знаем, что они способны «сразить наповал» любую задачу, если взять прием, подходящий именно для этой задачи. Приемы, взятые сами по себе, подобны снарядам без пушки. Что можно сделать, имея целый склад снарядов и не имея пушки, способной направить эти снаряды в цель?
Первые списки приемов без анализа изобретений, просто на основе опыта и интуиции стали создавать еще в начале XX века.
Казалось бы, стоит немного уточнить списки, расширить их_
и будет найдено мощное средство для решения изобретательских задач. Не получилось... Сейчас, спустя много лет, мы знаем: нужно найти правила использования приемов. Нужно найти такие правила, чтобы можно было для каждой задачи сразу и точно указать прием решения.
Итак, приемы решения изобретательских задач существуют! Факт, имеющий принципиально важное значение для теории решения изобретательских задач: есть кирпичи — значит, можно строить здание.
Поначалу построение теории кажется делом простым: нужно расклассифицировать задачи и для каждого класса указать соответствующие приемы. Но сразу же возникает вопрос: как классифицировать задачи?
Первая и вроде бы естественная мысль: задачи относятся к разным отраслям техники, они сами по себе разделены по отраслевому признаку — почему бы не воспользоваться этим для классификации задач?
К сожалению, приемы не признают отраслевых границ. Мы уже видели, что прием «обратить вред в пользу» одинаково хорошо срабатывает и при решении задачи, относящейся к производству бумаги, и при решении вопроса о разгрузке смерзшихся материалов, т. е. задачи из совершенно другой области техники.
Может быть, взять за основу функциональные или структурные признаки? Механизмы и процессы нетрудно разделить на группы по назначению или по строению. Более того, для каждой группы нетрудно указать подходящие приемы. Вот, скажем, простая структура: два ролика и охватывающая их бесконечная лента. Типичная задача для такой структуры: как удлинить ленту, не увеличивая размеров механизма? Типичный прием решения: выполнить ленту в виде кольца Мёбиуса, т. е. разрезать ленту, повернуть один конец на 180° и снова соединить концы. Обычное кольцо имеет две поверхности — наружную и внутреннюю. Кольцо Мёбиуса — поверхность односторонняя: при прокручивании такого кольца наружная поверхность переходит во внутреннюю и наоборот. И вот авторское свидетельство № 236 278: шлифовальная лента в виде кольца Мёбиуса. Рабочая поверхность ленты вдвое увеличилась, а длина механизма осталась прежней. Далее: «мёбиусная» лента магнитного дефектоскопа (авт. св. № 259 449); ленточный фильтр (авт. св. № 321 266); металлическая лента в станке для электрохимической обработки (авт. св. № 464 429); лента в конвейере для нанесения полимерных покрытий (авт. св. № 526 395). И еще: лента для пишущих машинок, ленточный циферблат, ленточный токосъемник и т. д., и т. д. Почти полторы сотни патентов и авторских свидетельств на всевозможные ленты, свернутые в кольцо Мёбиуса... Можно четко сформулировать правило: «Если когда-нибудь встретишь механизм с бесконечной лентой, скрути ленту в кольцо, чтобы работали обе ее поверхности».
И все-таки структурный принцип не годится для классификации изобретательских задач. Прежде всего, структур очень много — сотни тысяч, если не миллионы. Приемов, пригодных для преобразования структур, тоже великое множество: ведь мы используем в сущности не универсальные приемы, а их мельчайшие осколки. Скрутить ленту в кольцо Мёбиу-
са — это всего лишь частный случай подприема «г» приема 17. Осколки приемов намного слабее самих приемов. Ну, свернули ленту в кольцо Мёбиуса, а что дальше? Как сделать следующее изобретение? И как быть в том случае, если ленточное устройство — простое или «мёбиусное» — вообще не годится и надо найти что-то принципиально новое?..
Наши попытки «с ходу» расклассифицировать изобретательские задачи оказались неудачными. И это не случайно. Мы взялись за классификацию задач, не разобравшись в том, что такое изобретательская задача.
Что же делает обычную техническую задачу изобретательской? В чем 1лавный признак, главная особенность любой изобретательской задачи?
ПОЧЕМУ ТРУДНЫ ТРУДНЫЕ ЗАДАЧИ?
В одном из экспериментов задача о перевозке шлака была предложена группе инженеров. Их познакомили с условиями задачи, дали возможность неделю поразмышлять, а потом попросили высказать и обсудить предложения. Вот запись этого обсуждения (буквы условно обозначают выступавших инженеров):
А: — По условиям задачи требуется уменьшить потери жидкого шлака при транспортировке. Этих потерь не будет, если мы приблизим шлакоперерабатывающую установку непосредственно к домне.
Б: — Во всем виновата твердая корка, образующаяся па поверхности шлака. В корке невозможно пробить отверстия у самых стенок ковша, поэтому происходит неполный слив жидкого шлака. Я предлагаю заранее закрепить металлические конусные пробки у самых стенок ковша, там, где образуется корка. Потом останется выдернуть пробки — и отверстия готовы.
В: — Мое предложение близко к предыдущему. Но я считаю более целесообразным оборудовать ковши сливными крапами, расположенными в донной части. Тогда можно будет без затруднения сливать весь жидкий шлак.
Б: — Это потребует замены всех ковшей. Кроме того, придется расположить шлакоперерабатывающую установку под путями, во всяком случае, ниже путей. Дорогостоящая реконструкция! Нет, проще сделать конусные пробки.
Г: — Расходы не страшны, если они дают результат. Мне не нравится, что корка вообще образуется. Ведь корка — это тоже потери. Нужно предотвратить образование корки. Но перестраивать для этого весь доменный цех, подтаскивать шлакоперерабатывающую установку к домне слишком сложно. Достаточно на ковшах установить горелки.
Л: — А загрязнение воздуха отработанными газами горелок?..
Г: — Кухонная плита тоже загрязняет воздух, но никто не отказывается от плит.
Д: — А зачем вообще нужно расходовать шлак? Почему нельзя восстановить вещество шлака и снова использовать для выплавки чугуна?
А: — Это на грани фантастики. Потребуются исследования, пройдут годы. Потом придется перестраивать все производство.
Е: — Мне кажется, мы зря противопоставляем одну идею другой. Надо использовать все идеи. По возможности приблизим шлакоперерабатывающую установку к домне. По возможности будем подогревать шлак. На всякий случай установим и конусные пробки в зоне вероятного образования корки.
В: — Можно перемешивать шлак при перевозке.
Д: — Перемешивание будет способствовать более интенсивному охлаждению. Заморозим весь шлак. К тому же оборудовать каждый ковш мешалкой — тоже весьма недешево... А если изготавливать что-то из шлака прямо в пути?
Г: — Я согласен с тем, что от перевозок жидкого шлака надо отказаться. Ковш очень плохо приспособлен для сохранения тепла. А любая теплоизоляция — это существенное усложнение оборудования. Если, например, сделать крышку, придется ее то поднимать, то опускать. Сделать сливной кран? Тоже не так просто. После первого же рейса шлак затвердеет в кране. Нужно либо передвинуть шлакоперерабатывающую установку ближе к домне, либо сделать шлакопровод. Или то и другое.
Б: — Шлак (Зудет застывать в шлакопроводе.
Поделиться книгой: