Крылья для Икара. Как решать изобретательские задачи

Задача 23. Чтобы получить расплав окиси бериллия, необходимый для выращивания .кристаллов, используют индукционный нагрев токами высокой частоты. Окись бериллия нагревают индуктором, расположенным снаружи. Тигель, в котором находится окись, интенсивно охлаждают, в результате чего на стенках тигля образуется гарнисаж — слой твердой окиси бериллия. Таким образом, окись бериллия плавится без соприкосновения с инородными веществами, благодаря чему удается получить очень чистый расплав.

Есть, однако, существенная трудность. Окись бериллия — диэлектрик. Проводником она становится только в расплавленном виде. Возникает заколдованный круг: чтобы расплавить окись бериллия, ее надо нагреть, а чтобы нагреть — надо расплавить... Нагрев через стенки исключен (стенки надо охлаждать). Ввести в окись бериллия проводник, преобразующий электроэнергию в тепло, нельзя: постороннее вещество загрязнит окись бериллия. Пробовали нагревать «со стороны»—дугой, плазмой, светом. Все эти способы оказались неэффективными. Как быть?

Задача сформулирована почти без терминов, можно приступать к решению. Мы прокомментируем некоторые шаги, чтобы было понятно, почему они сделаны так, а не иначе.

2.2 Конфликтующая пара: окись бериллия — электромагнитное поле.

2.3 А. Электромагнитное поле обеспечивает нагрев расплавленной окиси бериллия на расстоянии — без соприкосновения окиси с другими веществами.

Б. Электромагнитное поле не нагревает нерасплавленную окись бериллия.

2.4. Даны электромагнитное поле и окись бериллия. Электромагнитное ноле не загрязняет окись бериллия, но и не обеспечивает нагрев и плавление этого вещества.

3.1. Внешняя среда.

Окись бериллия — изделие. Электромагнитное поле — инструмент, но по условиям задачи этот инструмент плохо взаимодействует с изделием. Даны вещество и поле. По правилу постройки веполя нужно ввести второе вещество. «Внешняя среда» — это и есть второе вещество. Нужно такое вещество, которое хорошо взаимодействует с электромагнитным полем и в то же время хорошо взаимодействует с окисью бериллия, т. е. не загрязняет ее.

3.2. Внешняя среда сама обеспечивает нагрев окиси бериллия электромагнитным полем, сохраняя «действие на расстоянии» — без контакта окиси бериллия с другими веществами.

Обратите внимание: в формулировке ИКР всегда должно быть слово «сам» («сама», «само») —именно этим и достигается идеальность формулируемого конечного результата. Всегда должны быть указаны и два противоречащих друг другу действия. Обеспечить взаимодействие электромагнитного поля и окиси бериллия нетрудно — достаточно, например, добавить в окись кусочки железа. Они будут нагреваться токами высокой частоты и передавать тепло окиси бериллия. Но именно этого и нельзя делать: в идеальном случае в окиси бериллия не должно быть ни одного «постороннего» атома, ни одной «посторонней» молекулы.

3.3. Зона, которая не справляется с требуемым сочетанием действий, — объем внутри окиси бериллия (или часть объема).

3.4 А. Для предотвращения загрязнения окиси бериллия внешняя среда («постороннее» электропроводное вещество) не должна находиться в зоне, указанной в 3.3.

Б. Для обеспечения взаимодействия электромагнитного поля с окисью бериллия внешняя среда должна находиться в зоне, указанной в 3. 3.

3.5. А. Внешняя среда (электропроводное вещество) должна быть в выделенной зоне, чтобы превращать электромагнитное поле в тепло, и не должна быть в выделенной зоне, чтобы не загрязнять окись бериллия.

Б. Внешняя среда должна быть и ее не должно быть.

4.1. Противоречивые требования нельзя разделить в пространстве, потому что речь идет об одном и том же объеме. Разделение во времени? Можно на время допустить присутствие постороннего вещества, если есть абсолютная гарантия, что после достижения нужной температуры постороннее вещество исчезает и весь расплав будет состоять только из окиси бериллия. Тут только две возможности: постороннее вещество (металл) должно улетучиться или стать окисью бериллия. Вторая возможность значительно заманчивее, потому что сразу ясно, какой металл нужно взять: стать окисью бериллия может только бериллий.

Задача решена. Добавляем в холодную окись бериллия кусочки металлического бериллия. Эти кусочки «хватают» электромагнитное поле и разогревают окись. А потом бериллий «уходит», сгорая и превращаясь в окись бериллия. Остается убедиться, что раскаленный бериллий легко окисляется и сгорает, но это известно из школьного курса химии...

По условиям задачи нельзя было вводить в окись бериллия посторонние вещества — в этом и состояла «загвоздка», порождавшая задачу. Наше решение, строго говоря, нарушает условия задачи: мы вводим постороннее вещество. Имеем ли мы право нарушать условия задачи?

Как мы уже говорили, изобретательские задачи всегда формулируются неточно. Следовало бы записать: в окись бериллия нельзя вводить вещества, не являющиеся окисью бериллия. Но такая формулировка кажется чем-то вроде «масляного масла». И вместо слов «нельзя вводить вещества, не являющиеся окисью бериллия» появляется неточная формулировка «нельзя вводить посторонние вещества». Возникает психологический барьер, путь к решению перекрывается... Между тем, вводить посторонние вещества можно, если только они в конце процесса не отличаются от окиси бериллия. Этому требованию удовлетворяют сама окись бериллия и все вещества, способные превращаться в нее. Содержи задача такую формулировку — и решать было бы нечего...

Решение задачи требует исправления подобных погрешностей, свойственных первоначальному тексту задачи. К «нельзя вводить» мы добавили «надо вводить» — возникло физическое противоречие, подталкивающее к единственному верному ответу: следует ввести такое вещество, которое потом станет окисью бериллия.

Интересно сравнить задачу 23 с еще одной новой для нас задачей.

Задача 24. Существуют так называемые металлоплакирующие смазки. В них на 90% обычного масла приходится еще 10% тонкоизмельченного металлического порошка. При работе порошок создает на трущихся поверхностях тончайший защитный слой металла. Готовят смазки очень просто, механическим перемешиванием масла и порошка.

Такие смазки, однако, не годятся, если зазор между трущимися поверхностями меньше гранул порошка. Можно, конечно, сильнее истереть порошок — сделать коллоидный раствор. Но все-таки частицы порошка получаются слишком большими. Еще измельчить? Это значит перейти от коллоидного раствора к истинному раствору, в котором металл содержится в виде атомов или ионов. Но металлы не растворяются в масле. Как быть?

Внешне задача 24 не имеет ничего общего с задачей 23. Но физическое противоречие — теперь это видно с первого взгляда — в обеих задачах одно и то же: металлические частицы должны быть введены в смазку, чтобы обеспечить процесс металлоплаки-рования, и не должны быть введены в смазку, чтобы не увеличивать толщину ее слоя. Как и в предыдущем случае, используем какое-то вещество, способное в результате химической реакции переходить из одного состояния в другое. Это вещество должно быть хорошо растворимо в масле, но оно не обязано быть металлом. Таких веществ сколько угодно — практически годятся все органические вещества. Еще алхимики знали: подобное растворяется в подобном. Масло — органическое вещество, поэтому оно хорошо растворяет другие органические вещества. Итак, вводим в масло какое-то органическое вещество. Получается раствор, в котором молекулы вещества равномерно распределены в смазке. Затем начинается реакция разложения: каждая введенная молекула разлагается с выделением атомов металла. Органическое вещество должно выделить металл: следовательно, надо взять какое-то металлоорганическое соединение.

В условиях задачи дано одно вещество — смазка. Мы ввели второе вещество — металлоорганическое соединение. Остается добавить поле — и будет построен веполь. Поле должно разлагать второе вещество, выделяя из него металл. Это могут делать поля электрическое и тепловое. Проще использовать тепловое поле, поскольку при трении «бесплатно» выделяется тепло. Итак, нужно металлоорганическое вещество, разлагающееся при нагревании с выделением металла. Самые простые металлоорганические вещества — соли органических кислот: муравьиной, уксусной и т. д. Остается взять справочник и подобрать подходящую соль.

Задача решена, и сделано это с точностью почти математической.

А вот как эта же задача была решена на самом деле. Рассказывает автор изобретения В. Шиманский: «Короче говоря, нужна растворимая в масле присадка... Были обследованы самые различные вещества. Их даже трудно все перечислить. И опять помог случай. Как-то я стоял в книжном магазине, и кто-то попросил продавщицу: «Подайте, пожалуйста, «Методы металлоорганической химии». Счастливая мысль! А что если попробовать металлоорганические соединения? Попросил «Методы» и для себя. Это была воистину золотая жила. Уксуснокислый кадмий, оказывается, разлагается при 255°. Эксперимент дал ответ: это вещество растворимо в масле...»5^{. Группа исследователей ищет решение задачи методом проб и ошибок; проверено столько веществ, что их трудно даже перечислить. А ведь «золотую жилу» можно было найти по правилам и формулам... Работа исследователей, затраченные на эксперименты средства — все это чистые потери, цена плохой организации труда. Если добавить к этому потери из-за того, что изобретение появилось и было внедрено с запозданием на несколько лет, убытки окажутся весьма значительными. А сколько таких изобретений!}

ШЕСТЬ ЗАДАЧ

Анализ задач по АРИЗ-77 несложен, однако нужны навыки, чтобы избежать хотя бы грубых ошибок. Вот несколько задач для тренировки — по каждой из них надо сделать запись решения с шага 2.2 по шаг 4.1.

Советуем сначала сделать записи, а уж потом перейти к следующему разделу.

Задача 25. Полимеры «стареют» —постепенно теряют свои механические и химические свойства под действием окислителей. Чтобы защитить полимеры, в них при изготовлении добавляют небольшое количество тонкоизмельченного железного порошка, поскольку железо «перехватывает» окислители, соединяясь с ними и тем самым защищая полимер. Но есть затруднения: тонкоизмельченный железный порошок жадно соединяется с кислородом воздуха и окисляется до внесения в полимер. Можно вести процесс (измельчение железа и внесение порошка в полимер) в вакууме или в среде инертного газа. Но это резко осложняет имеющуюся технологию «варки» полимера.

Пожалуй, вы без особых затруднений сразу скажете ответ на задачу. И все равно—для тренировки нужно сделать запись «но шагам». А чтобы задача не казалась такой легкой, предложите ее своим знакомым, не знающим АРИЗ...

Задача 26. Шлифовальный круг плохо обрабатывает изделия сложной формы с впадинами и выпуклостями, например ложки. Заменять шлифование другим видом обработки невыгодно. Известны ледяные шлифовальные круги, они могут притираться к фигурным изделиям. Но в данном случае применение таких кругов слишком дорого и сложно. Не годятся и эластичные надувные круги с абразивной поверхностью — они быстро изнашиваются. Как быть?

Задача 27. Современные крупные самолеты весят по 200 и более тонн. Если такой самолет совершил вынужденную посадку далеко от аэродрома, повредил шасси или еще что-нибудь, доставка его к месту ремонта связана с колоссальными трудностями. За сотни километров приходится везти мощные подъемные краны и стрелы, а поднимая самолет, чтобы подготовить его к транспортировке, приходится подкладывать под него сотни железнодорожных шпал, иначе нагрузка не распределится равномерно и хрупкий корпус получит новые повреждения.

Нужен эффективный способ транспортировки поврежденных самолетов.

Сделайте запись решения этой задачи по шаг 4.1, а потом примените одно из правил вепольного анализа.

Задача 28. Давно известна гидроэкструзия — способ обработки металла, при котором металл выдавливают через фильеру (отверстие) высоким давлением жидкости. У гидроэкструзии много заманчивых возможностей, но многие годы не удавалось их реализовать. Оборудование для гидроэкструзии в принципе похоже на медицинский шприц: давление создают, вдвигая поршень внутрь прочного цилиндра, в котором находится заготовка (кусок металла) и жидкость. У жидкости две функции: 1) жидкость передает давление от поршня заготовке и 2) жидкость «протекает» вместе с выдавливаемым металлом в фильеру и смазывает стенки фильеры, благодаря чему поверхность выдавленного металла получается чистой, без задиров. И вот оказывается, что там, где поршень взаимодейстует со стенками корпуса, жидкость должна быть вязкой, как густая смазка, иначе она пройдет в зазор между поршнем и корпусом и высокого давления создать не удастся. А там, где выдавливаемый металл взаимодействует со стенками фильеры, жидкость должна быть как можно менее вязкой, чтобы проникать в зазор между металлом и стенками фильеры и обеспечивать получение гладкой поверхности изделия. Как быть?

Задача 29. Из журнала «Изобретатель и рационализатор»: «Редко после операции хирургу удается наложить шов так, чтобы совместить края разреза. Доцент кафедры анатомии Горьковского медицинского института А. М. Макаров поставил себе целью упростить работу хирургов. Его изобретение, созданное со студенткой Галиной Исаевой, удивляет изяществом и простотой воплощения. Хирургам предложен резиновый штамп с сеткой. Штамп смазывают специальной краской и, перед тем как сделать сечение, рисунок наносят на кожу пациента. После операции, зашивая рану, следят, чтобы клетка совместилась.

В качестве красящего вещества можно использовать реактив Шиффа. Но он не вполне удовлетворяет хирургов. Макаров обращается через наш журнал к специалистам-химикам с просьбой предложить препарат, на который не действовали бы спирты, йод или йодонат; чтобы он не смывался кровью и не вызывал воспаления ткани»6^.

Сделайте запись решения этой задачи по шаг 4.1, а потом примените одно из правил вепольного анализа.

Задача 30. Нужно автоматизировать отделение спелых помидоров от неспелых. Известны разные способы, например, делят по цвету, по твердости, по химическому составу. Мы возьмем за основу самый простой и потому самый привлекательный способ — разделение по удельному весу. Основной частью установки для разделения по удельному весу является ванна с водой. В этой ванне — по идее — спелые помидоры должны тонуть, а неспелые всплывать. К сожалению, установка работает плохо: чаще всего спелые и неспелые помидоры имеют плотность ниже 1 г/см3 — и все всплывают. Удобнее всего было бы разделять помидоры в жидкости с удельным весом 0,99. Но такая жидкость, удовлетворяющая к тому же требованиям пищевой промышленности, пока не найдена.

Использовать вместо воды раствор спирта (или другой подобной жидкости) недопустимо. Нагревать воду, чтобы уменьшить ее плотность, тоже недопустимо (нагреваются и помидоры). Использование «газированной» воды результата не дает: пузырьки облепляют помидоры и «тащат» вверх спелые и неспелые... Как быть?

Эта задача труднее, чем предыдущие: после анализа задачи надо применить физический эффект, а мы этого еще «не проходили». Что ж, сделайте запись решения задачи по шаг 4.1, а потом мы еще вернемся к этой задаче. Обратите внимание, как легко даются «шаги», которые вы уже знаете, и как трудно сделать один шаг — всего один шаг! — и выбрать нужный физический эффект, если нет таблицы применения физэффектов.

ПРЕОДОЛЕТЬ БАРЬЕР

О рыцарских турнирах знают все. Менее известно, что в средние века проводились и турниры математиков. Наиболее популярным видом «спорта» на этих турнирах было решение уравнений третьей степени: участники состязаний предлагали друг другу уравнения — и надо было в кратчайший срок отыскать корни. Решать уравнения приходилось методом проб и ошибок, многое зависело от способностей, опыта, наконец, просто от удачи. А потом Иероним Кардан (или Тарталья, как считают некоторые историки) вывел формулу для решения таких уравнений, появился простой, доступный и надежный метод решения. А теперь представьте себе, что вы, зная формулу Кардана, оказались на турнире среди математиков, которым эта формула еще неизвестна. Вместо отчаянных поисков: «А если попробовать это число?., а может быть, взять другое?..» — вы уверенно «щелкаете» уравнение за уравнением. Судьи и зрители потрясены вашей талантливостью, а на самом деле работает знание...

Примерно такая ситуация складывается, когда человек, знающий АРИЗ, решает задачу, над которой бьются люди, работающие методом проб и ошибок. Возьмем задачу 16 о перемешивании стали и шлака. Вот запись решения, сделанная студентом третьего курса политехнического института в конце обучения по 80-часовой программе: «Даны три вещества: сталь, шлак и мешалка. Мешалка портится, т. е. плохо взаимодействует со сталью и шлаком. Это плохое взаимодействие нужно устранить. Мешалка должна соприкасаться с расплавом и не должна соприкасаться с расплавом. Для этого нужно покрыть мешалку видоизмененной сталью или видоизмененным шлаком, т. е. наморозить на мешалку защитный слой стали или шлака». Время на решение — 11 минут. Запись, сделанная кандидатом технических наук после такого же курса обучения: «Даны два вещества: сталешлаковый расплав и стальная мешалка. Они должны быть в контакте друг с другом, чтобы осуществлялось перемешивание, и не должны быть в контакте, чтобы не разрушалась мешалка. По правилу вепольного анализа инструмент надо покрыть веществом, являющимся видоизменением стали или шлака (или того и другого). Можно покрыть твердой коркой стали, но тогда потребуется постоянно охлаждать мешалку. Проще покрыть шлаком: если опустить мешалку в слой шлака (он на поверхности расплава), а потом поднять над расплавом, шлак быстро затвердеет, образовав на мешалке твердое защитное покрытие». Время на решение — 6 минут.

Оба ответа верны, именно так решена задача по авторскому свидетельству № 487 137. Вторая запись сделана быстрее, четче, доведена до технического решения. Но принципиальной разницы нет: какое значение имеют минуты, если при решении подобных задач теряются годы?! Изобретение по авторскому свидетельству № 487 137 сделано в 1973 году, а задача «маячила» перед глазами изобретателей по крайней мере четверть века. Ее обходили стороной: меняли испорченные мешалки или же старались сделать их из особо прочных и жароустойчивых материалов.

Разумеется, АРИЗ — это не просто свод «формул» для решения изобретательских задач. АРИЗ прежде всего влияет на отношение человека к предложенной ему задаче. Исчезает страх, снимается психологический барьер, обусловленный боязнью выйти за пределы узкой специальности. Характерна в этом смысле задача 29 о «краске для хирургии». Эту задачу предлагали слушателям на занятиях по теории решения изобретательских задач дважды: первый раз в начале обучения, второй раз — в конце. Результат: первый раз из 187 человек отказались от решения 125, неверно решили задачу 62. Текст задачи заканчивался словами: «Попробуйте решить эту задачу» — и большинство слушателей отказывались пробовать, мотивируя это тем, что задача адресована химикам, что надо, кроме того, знать хирургию и т. д. «Я — теплотехник, эта задача выходит за рамки моей специальности...» Те, кто пытался решить задачу, выдвигали несколько не очень серьезных вариантов: «Может быть, проецировать световую сетку? Или наклеить сетку из бумаги?»—и после этого прекращали дальнейшие попытки. Второй раз задачу решали 173 человека. От решения отказались четверо, семь человек дали правильный вепольный ответ, но совершили ошибку при переходе к физическому ответу, остальные решили задачу правильно. Типичная запись: «Если сетка нанесена густой «краской», она хорошо видна, но вызывает воспаление тканей, наносит вред организму. Если количество «краски» невелико, сетка безвредна, но плохо видна, потому что «краска» незаметна. По общему правилу следует исходить из второго случая, так как основное при операции — не причинить вреда больному. Облегчение условий наблюдения — второстепенный процесс. Итак, сетка наносится ничтожным количеством «краски». Какую именно «краску» взять в этом случае, безразлично, поскольку «краска» все равно не будет видна. Значит, задача состоит в том, чтобы сделать видимыми очень небольшие количества краски. Ответ: ввести в краску люминофор В2, обеспечивающий высокую яркость при небольшом (практически близком к нулю) количестве вещества Вр).

В другой работе ответ изложен так: «Если нанести мелом черту на доске, а потом стереть его тряпкой, то исчезнет почти весь мел, останутся только еле различимые следы, образованные частицами мела в порах дерева. Поэтому если краска стирается или смывается, нет смысла наносить ее в большом количестве, достаточно нанести тонкий слой, соответствующий нижнему слою толстого покрытия. Когда краски очень мало, она безвредна для организма. Поэтому можно взять в качестве краски упоминающийся в задаче реактив Шиффа (хотя я не знаю, что это такое) и добавить в него люминофор. При включении ультрафиолетового светильника сетка станет видимой. Для детальной разработки способа можно использовать обширный опыт люминофорной дефектоскопии».

Правильно ли решена задача? Во всяком случае, есть свежий патент на покрытие хирургических инструментов люминофорами. В описании указано: «Улучшается видимость процедуры для выполняющего ее хирургического персонала». Так что идея решения задачи 29 заслуживает внимания. Но для нас в этом эпизоде важнее другое: теория позволила убрать очень сильный психологический барьер, вообще перекрывавший путь к решению.

* * *

Если сжать всю предыдущую часть книги в один короткий тезис, получится примерно следующее: вопреки распространенному мнению о непознаваемости творчества и невозможности управлять этим процессом, существуют правила и формулы, позволяющие почти с математической точностью решать некоторые достаточно трудные изобретательские задачи.

Многократно был повторен опыт: новая задача предлагалась двум группам — обученной АРИЗ и необученной. И всегда в группе, использовавшей

АРИЗ, задачу решали или доказывали, что задача неверна и ее следует заменить. В другой группе часть испытуемых вообще уклонялась от решения, а остальные, используя метод проб и ошибок, выдвигали неудачные варианты...

Творчество до сих пор связывают с «озарением», «интуицией», «случайностью», «вспышкой гения» — но только не с сознательным применением законов, правил, формул. Вот типичное высказывание, оно принадлежит драматургу В. Розову: «Как известно, акт творчества непроизволен. Он пепокорен даже очень мощному волевому усилию... Как ни парадоксально, но художник в момент творческого акта как бы не мыслит, мысль убьет творчество... Как мне кажется, художник мыслит до момента творчества и после него, во время же самого акта творчества рефлексии быть не должно. Сложнее, конечно, дело обстоит с научным творчеством. Но п оно — сестра художественному, возможно даже родная. Несколько лет назад в одной статье я прочел замечание о том, что первоисточником величайших достижений и открытий во всех сферах культуры, науки, техники и искусства является внезапное и без видимой причины возникающее озарение... Это и есть творчество».

И вот вопреки мнению, что мысль убивает творчество, мы решаем изобретательские задачи, используя как инструмент именно мысль. Вспомните ход решения задачи о плавлении окиси бериллия. Сначала была построена модель задачи. Затем появилось первое приближение к ответу: для достройки веполя придется ввести какое-то вещество, какой-то металл. В этом было что-то еретическое — ведь по условиям задачи добавка посторонних веществ исключалась. Мы перешагнули этот барьер, сформулировав, казалось бы, дикое противоречие: металлическая добавка должна быть и ее не должно быть. Пусть металл будет в начале процесса, а потом исчезнет, превратившись в окись бериллия. Оставалось уточнить, что металл этот должен быть бериллием, ибо только бериллий умеет превращаться в окись бериллия. Новая творческая идея была выработана сознательно, постепенно, работой мысли, без внезапных озарений. А ведь это значит, что благодаря АРИЗу рушится извечное представление о непознаваемости творческого процесса! Человеческая мысль, которая, как полагали, либо бессильна, либо даже убийственно вредна для творчества, оказалась способной решать творческие задачи. Последствия этого события трудно переоценить.

ЗАКОН ЕСТЬ ЗАКОН ВНИМАНИЕ: ЗАДАЧИ ОСОБОЙ ТРУДНОСТИ

Задачи, которые мы до сих пор рассматривали, — это в основном задачи средней трудности. Точнее, они изложены так, что являются задачами средней трудности. Как мы видели, стоит включить в условия* задачи пугающее упоминание о каком-то реактиве Шиффа и указать, что задачу надо решать химически, как возникают дополнительные психологические барьеры и та же задача становится значительно труднее.

Для задач высшей трудности типично наличие хотя бы одной из следующих особенностей:

1. Предложена не задача, а весьма нечеткая ситуация.

2. Условия задачи содержат неправильные требования и указания. Например, речь идет об усовершенствовании определенной технической системы, хотя она исчерпала возможности своего развития и должна быть заменена принципиально другой системой.

3. Условия задачи изложены чересчур кратко, например нет данных о том, в какой мере допустимо менять рассматриваемую систему; в наиболее тяжелом случае вообще нет задачи и прежде всего нужно суметь^ее увидеть.

4. Ответ на задачу включает использование физического эффекта, неизвестного изобретателю. Или же изобретатель вообще знает об этом физическом эффекте, но не представляет, что он может быть использован в данном случае.

Вот пример трудной задачи. Условия ее сформулированы специалистом, являющимся к тому же автором почти ста изобретений, т. е. по общепринятым понятиям задача поставлена вполне квалифицированно.

Задача 31. В засушливых районах острой проблемой является опреснение соленых вод для обеспечения пастбищ питьевой водой. Существуют разные способы опреснения, из которых особое значение имеет гелиоопреснение.

Схема используемого солнечного опреснителя показана на фиг. 6. Железобетонный лоток снабжен стеклянной крышей. В лотке находится соленая вода, добытая из пробуренных скважин. Под действием солнечных лучей вода нагревается и частично испаряется. Пар поднимается вверх, охлаждается, отдает тепло через стекло в окружающее пространство и конденсируется. Дистиллят стекает по внутренней поверхности стекла в желобки, а по ним— в сборный резервуар. За счет тепловой энергии, аккумулированной водой и стенками бассейна, дистиллят получают не только

днем, но и ночью. Добытый дистиллят смешивают с соленой водой до требуемого содержания солей.

Вес стандартной секции опреснителя — 4,5 т, площадь зеркала испарения — 19 м2,

производительность одной секции — до 90 л дистиллята в сутки. Однако коэффициент полезного действия не превышает 30%: более 2/з солнечной энергии теряется. Нужно усовершенствовать опреснитель. Повышение к. п. д. на 1% означает экономию порядка 8 млн. рублей.

Такие опреснители известны уже сто лет, и за это время их конструкция практически не изменилась. Да и что можно изменить? Поставить стекло, которое меньше отражает и поглощает солнечный свет? Слишком дорого. Заменить стекло пленкой? Это известно. Пленка, к сожалению, менее долговечна, выигрыша не будет. Зачернить дно опреснителя или положить на дно черную пленку? Тоже известно. Усилить циркуляцию воздуха (и пара) внутри опреснителя? Наклонить опреснитель? И это известно... Перепробованы все простейшие изменения, а более сложные лишают опреснитель главного достоинства — простоты.

Условия задачи привязывают мысль к имеющейся схеме, создавая дополнительные трудности. Задачу следовало ставить иначе: опреснение должно оставаться солнечным, все остальное можно менять. Например, в имеющемся опреснителе теплота конденсации капель на стекле буквально идет на ветер. Между тем, эту теплоту можно использовать для нагрева новых порций воды. Надо идти к изобретениям не от изжившего себя опреснителя, а пт идеальной схемы: есть только солнце и соленая вода. Тогда возникает совсем иной образ опреснителя: нечто вроде мыльного пузыря, у которого изнутри отбирают пары воды...

Еще одна трудная задача. Ответом на нее является сочетание нескольких физических эффектов.

Задача 32. Для изготовления высокоточных абразивных инструментов используют алмазный порошок (он похож на муку). Порошок содержит частицы разных размеров. Возникает задача: как разделить смесь на отдельные фракции? Известный способ — просеивание через сита. Способ плохой: просеивают вручную, к тому же сита быстро истираются алмазным порошком.

Пробовали бросать порошок в жидкость, надеясь, что частицы разных размеров будут по-разному оседать, одни быстрее, другие медленнее. Ничего не получилось:. нужно повторять операцию десятки раз, производительность ничтожна.

Не годится и центробежный способ сепарации.

Что вы можете предложить?

Трудные задачи не решаются простыми операциями и преобразованиями. Но в арсенале теории решения изобретательских задач уже сегодня есть тяжелое вооружение, способное справиться с самыми трудными задачами.

ЗНАТЬ ЗАКОНЫ

Любые задачи, легкие и трудные,—это задачи на развитие техники. Поэтому в основе теории решения изобретательских задач лежит знание законов развития технических систем. Мы познакомимся с этими законами, потом посмотрим, как они применяются при решении задач по АРИЗ.

Законы развития технических систем делятся на три группы. Первая группа определяет условия, при которых из отдельных частей возникает жизнеспособная техническая система.

Необходимыми условиями принципиальной жизнеспособности технической системы являются:

— наличие и хотя бы минимальная работоспособность четырех основных частей системы: двигателя, трансмиссии, рабочего органа и средств управления;

— сквозной проход энергии по всем частям системы;

— согласование ритмики частей системы.

В спектакле «Сотворение мира», уже много лет идущем на сцене кукольного театра, руководимого С. Образцовым, есть забавный эпизод. Бог и архангелы «монтируют» Адама, собирая его тело из частей. Поскольку «монтаж» осуществляется впервые, происходит путаница: у Адама оказываются то четыре руки, то четыре ноги... Такого рода ошибки и по сей день совершаются изобретателями при синтезе новых технических систем. Вспомним хотя бы задачу 30 о сортировке помидоров. Была построена установка, включающая ванну, в которой неспелые помидоры должны были всплывать, а спелые — тонуть. Установка имела отличный двигатель и трансмиссию, обеспечивавшие подачу помидоров и уборку их после сортировки. Был и отличный рабочий орган (вода) —простой, не портящий помидоры. Но не было— совсем! — средств управления, позволявших регулировать основную характеристику (плотность) рабочего органа.

Техническая система работает, используя энергию. Более того, любую техническую систему можно рассматривать как преобразователь энергии. Скажем, буровая установка превращает электрическую или тепловую энергию в механическую, которая передается с поверхности земли вниз, к забою скважины, и здесь используется для разрушения грунта. Мощность двигателя без особого труда можно было бы увеличить раз в десять. Но трансмиссия — вращающаяся колонна труб — не сможет передать такой поток энергии.

В задачах на измерение тоже приходится заботиться о том, чтобы сквозь систему проходил поток энергии, только этот поток может быть очень слабым, важно не его количество, а качество: поток должен нести информацию. Вот типичная «измерительная» задача:

Задача 3 3. Внутри стальной детали, имеющей форму закрытого с одной стороны цилиндра, работает шлифовальный круг (фиг. 7). Нужно непрерывно следить за изменением диаметра круга, не прекращая работы и не выводя круг из «недр» детали. Известен способ, состоящий в том, что круг слоями окрашивают в разные цвета (наружный слой красный, следующий — зеленый и т. д.) и по изменению окраски охлаждающей жидкости, выносящей частицы круга, судят об уменьшении его диаметра. Этот способ дает слишком малую точность. Оптические измерения неосуществимы: нет места для размещения оптической системы внутри цилиндра. Отсчет по изменению положения вала станка тоже слишком груб.

Нужно предельно простое и дешевое устройство для измерения диаметра круга.

В такой формулировке задача весьма трудна. Но мы теперь знаем, что должен быть обеспечен свободный проход энергии сквозь систему: энергия (пусть очень небольшая) вынесет информацию о состоянии частей системы.

Какую же энергию надо использовать? Цилиндр непрозрачен и не пропустит оптической энергии. Рентгеновское излучение? Слишком сложно. Тепло? Внутри системы выделяется неучитываемое количество теплоты, оно внесет искажения в «информационный поток». Электрическая или магнитная энергия?

В простейшем случае — электрический ток. Правда, абразив не проводит тока, но на торец круга можно нанести металлический слой — и система станет «прозрачной» для тока. Электрическое сопротивление вала и стенок цилиндра ничтожно, им можно пренебречь. Остается сопротивление металлического слоя, нанесенного на торец круга. С уменьшением диаметра круга будет уменьшаться и сопротивление; омметр, включенный в цепь, покажет диаметр круга.

Тут, к сожалению, появляются разные «но». Круг с разной силой прижимается к детали, это будет влиять на величину сопротивления. Температура круга меняется, что тоже отразится на точности измерений. Не будь этих помех, задачу можно было бы считать решенной. Например, задача 19 об измерении толщины изделий именно так и решается. Дано вещество (изделие), вводят второе вещество (внутрь изделия заливают ртуть) и поле (электрический ток). Сопротивлением ртути можно пренебречь, и показания омметра (фиг. 8) зависят только от толщины стенки изделия в том месте, к которому поднесен подвижный контакт.

Задача 33 сложнее. Прямое применение закона не дало готового ответа, хотя и позволило резко упростить задачу. Теперь она звучит так: сквозь систему «вал — круг — деталь» проходит электрический ток; нужно, чтобы ток «выносил» информацию о диаметре круга и чтобы эта информация не зависела от температуры системы, от силы прижатия круга к детали и т. д.

бодрствуют ноги, и наоборот.

При решении задачи 33 методом проб и ошибок иногда выходят на идею о пропускании электрического тока, но возникает соображение о помехах, неточности — идея отбрасывается, появляется другой вариант, завоеванная позиция теряется. Трудные задачи почти всегда решаются «в несколько ходов», причем каждый ход сам по себе еще ничего не дает, важно их сочетание. Знание законов развития технических систем позволяет правильно оценивать промежуточные этапы решения. Мы знаем, что создание сквозного информационного потока — необходимость, и не отступим от найденной части ответа, не будем искать решение с нуля.