Помоги проекту - поделись книгой:
Монтируя Адама в кукольном спектакле и совершая разные ошибки, бог и архангелы все же соединили чарти, работавшие в одном ритме. А могли ошибиться и здесь. Представьте себе организм, у которого одна нога шагает вдвое быстрее другой, а—голова спит, когда
Впрочем, представить себе такой организм трудно, он явно нежизнеспособен. А вот технические системы нередко создаются с нарушением закона согласования ритмики частей системы. Можно привести такой пример. Для выемки угля бурят в пласту скважины, заполняют их водой и передают через нее импульсы давления, разрыхляющие уголь. На это изобретение было выдано авторское свидетельство. Ни в описании, ни в формуле изобретения ничего не говорилось о том, какова должна быть частота импульсов. Изобретение внедрили, причем на практике частота импульсов зависела от используемого оборудования — и только. Прошло семь лет. Появилось новое изобретение: все по-прежнему, но частота импульсов стала равна частоте собственных колебаний разбуренного угольного массива. Без всяких затрат, только благодаря использованию резонанса, была повышена эффективность способа. Левая нога стала шагать согласно с правой... Потеряно семь лет — такова плата за незнание законов развития технических систем.
Теперь о второй группе законов. Вот краткая формулировка: Развитие технических систем идет
— в направлении увеличения степени идеальности;
— неравномерно: одни части системы опережают в развитии другие ее части, вследствие чего возникают технические противоречия;
— с переходом в надсистему: исчерпав возможности развития, система включается в надсистему в качестве одной из ее частей; при этом дальнейшее развитие идет на уровне надсистемы.
Идеальная машина ничего не весит, не занимает объема, не тратит энергии, не дает отходов — и все-таки выполняет ту работу, во имя которой она создана. Причем работает идеальная машина без простоев и остановок.
Совершенствование машины мы подчас видим в том, что машина становится красивее, мощнее, больше. Столетие назад вращающиеся цементные печи имели в длину не более десяти метров. Ныне длина печей доходит до четырехсот, а диаметр до семи метров. Проектируются печи длиной в полкилометра и диаметром до десяти метров. Но принцип
действия не изменился, не стал лучше, эффективнее. Это рост, а не развитие. Вес цементных печей и обслуживающего оборудования в тысячи раз больше веса находящегося в печи сырья. Представьте себе термос, который весит в тысячу раз больше, чем два стакана залитого в него чая... Такими «термосами» мы сплошь и рядом пользуемся в технике, не замечая их поразительного несовершенства.
Понятие об идеальной машине исключительно важно для теории решения изобретательских задач. Это своего рода маяк, позволяющий ориентироваться в самых сложных обстоятельствах.
Несколько лет назад в журнале «Изобретатель и рационализатор» была рассказана интересная история одного изобретения. Любой вид электрохимической обработки — фрезерование, сверление, шлифование, маркировка — сводится к так называемому анодному растворению. При прохождении тока через электролит металл заготовки, подключенной к положительному полюсу источника тока, переводится в ионное состояние и растворяется в электролите — водном растворе поваренной соли. Там, где у детали должна быть выпуклость, у инструмента делают впадину, и наоборот. Растворение металла подчиняется строгой закономерности: там, где расстояние между электродами минимальное, проходит ток максимальной силы и анод растворяется быстрее всего. В результате заготовка автоматически принимает форму, обратную форме инструмента-катода.
Анализируя причины недостаточной точности, производительности, периодического вспыхивания дуги, выводящей из строя и заготовку и инструмент, изобретатель Б. И. Морозов понял, что это происходит из-за слишком большого зазора между инструментом и заготовкой. В самом деле, если зазор велик, то разница в расстояниях между вогнутыми и выпуклыми точками инструмента и заготовкой сглаживается, переносимый на обрабатываемую поверхность рельеф получается размытым, мелкие подробности на нем как бы «не пропечатываются».
Что зазор нужно уменьшить, было известно и до Морозова. Однако осуществить эту идею не удавалось: при уменьшении зазора становится чрезвычайно трудно прокачивать электролит между заготовкой и инструментом. Межэлектродный зазор забивается шлаком, и процесс прекращается.
Изобретатель рассуждал так. Уменьшать зазор нужно для повышения качества обработки, а увеличивать — для облегчения прокачки электролита, Конечно, одновременно зазор не может быть и большим, и малым. Но что мешает сделать его переменным? Почему бы обработку деталей и прокачку электролита не разнести во времени? Идет обработка — зазор уменьшается почти до нуля, прокачивается электролит — зазор увеличивается. В этом и заключается идея изобретения: катод вибрирует, расстояние между инструментом и заготовкой то увеличивается, то уменьшается.
На изобретение было выдано авторское свидетельство № 194 510. Был построен станок, изобретение внедрили на двух ювелирных фабриках. Казалось бы, все хорошо. Но статья заканчивалась недоуменным вопросом: почему изобретение Б. И. Морозова упорно не хотят применять машиностроители?
При решении этой задачи можно исходить из двух моделей: зазор между анодом и катодом мал или же зазор велик. В первом случае имеем выигрыш в точности и проигрыш в производительности (зазор часто забивается, процесс приходится прерывать). Во втором случае, наоборот, выигрывая в производительности (процесс идет непрерывно), проигрываем в точности (изделие приобретает размытую, искаженную форму). Морозов исходил из первой модели. Между тем, согласно хорошо знакомому нам правилу 3 к шагу 2.2, следует исходить из модели, обеспечивающей высокую производительность процесса. Морозов нарушил правило, в результате система отдалилась от идеала. В самом деле, идеальная машина обязана работать все время — без остановок и пауз. А в станке Морозова рабочий ток идет только в короткие мгновения сближения электродов; подавляющую часть времени станок фактически простаивает, обработки нет. Что же удивительного в том, что машиностроители, которым в первую очередь нужна высокая производительность, были не в восторге от этого изобретения? Дело не в консерватизме, просто нельзя получить хорошее изобретение, нарушив, вольно или невольно, законы развития технических систем: закон есть закон!
Если, следуя правилу, исходить из модели, предусматривающей большой зазор между электродами, задача решается иначе.’ Непрерывность процесса обеспечена тем, что зазор все время остается большим. Задача сводится к устранению вредного фактора —искажению получаемой формы изделия, «размыванию» рисунка. Как бороться с вредными факторами, мы уже знаем: самый выгодный путь — обратить вред в пользу. Рельеф на изделии — «антикопия» рельефа на инструменте: там, где на инструменте выпуклость, на изделии должна получиться равная по размерам и форме выемка. Сделаем инструмент с искаженным изображением — так, чтобы искажение инструмента компенсировало искажение, создаваемое большим расстоянием между инструментом и изделием. Тогда одно искажение «съест» другое, и изделие получится без искажений...
Мы нашли интересную идею решения задачи, но было бы обидно потерять при этом идею Б. И. Морозова, хотя она и пригодна преимущественно для ювелирной техники. В АРИЗ-77 предусмотрена возможность возникновения подобных ситуаций. И чтобы избежать потерь, после решения задачи специально рассматривается идея, обратная найденной. Вместо «инструмент с искаженным рельефом на большом расстоянии» надо рассмотреть обратный вариант — «инструмент с точным рельефом на близком расстоянии».
Перейдем теперь к закону неравномерности развития технических систем и возникновения технических противоречий. Ярким примером может служить история велосипеда. Первый велосипед, построенный австрийцем Дрезом в 1813 году, состоял из рамы, двух деревянных колес и руля. Трансмиссии не было, ездоку приходилось отталкиваться ногами от земли... В сущности, велосипеда еще не было, он появился в 1840 году, когда усовершенствованная и облегченная «беговая машина» Дреза получила педали.
Шли годы. В конструкцию колес и педалей, первоначально очень примитивных, вносились изменения. Благодаря этому скорость движения велосипеда постепенно возрастала. Однако между усовершенствованными частями машины и оставшимися без изменения органами управления возникло противоречие: бестор-мозное управление, вполне пригодное для езды с малой скоростью, не удовлетворяло новым условиям — езде с более высокой скоростью. Без устранения этого противоречия дальнейшее улучшение других частей велосипеда теряло смысл: из-за несовершенства органов управления нельзя было увеличить скорость.
В 1845 году на велосипеде появились тормоза. Велосипеды начали двигаться все быстрее и быстрее. Достигалось это увеличением диаметра переднего (ведущего) колеса, в результате чего возрастало расстояние, проходимое машиной при каждом обороте педалей. Увеличение скорости езды требовало для колес более прочного и легкого материала. Это новое противоречие устранили заменой дерева на металл.
Диаметр ведущего колеса из года в год увеличивался. Появились велосипеды-«пауки» с огромным передним колесом. Но чем больше становилось ведущее колесо, тем труднее было его вращать. Еще одно противоречие! Пришлось посадить ось колеса на шарикоподшипники.
Кажется, все в порядке? Нет. Увеличивается диаметр переднего колеса — растет высота велосипеда, а вместе с ней и опасность езды. Велосипед теряет устойчивость, падение с него грозит серьезными увечьями. Выигрыш в скорости приносит проигрыш в безопасности. Значит, нужно изменить трансмиссию, чтобы при каждом обороте педалей колесо делало не один оборот, а несколько — тогда незачем увеличивать диаметр ведущего колеса. И в 1884 году изобретается цепная передача. Скорость велосипеда снова растет.
Однако тут же возникает новое противоречие: усовершенствована трансмиссия, но колеса остались без изменения. При быстрой езде удары колес о неровности дороги быстро разрушали машину, затрудняли управление. Изобретатели занялись усовершенствованием колеса. В 1890 году колеса «обувают»—появляются шины-пневматики.
Но противоречия преследуют велосипед, красной нитью проходя через его биографию. Новое увеличение скорости — новое противоречие! Теперь от рабочих органов управления отстает трансмиссия: разогнавшись, велосипедист не успевает крутить бешено вращающиеся педали. Можно, конечно, снять ноги с педалей, но как потом ловить их на ходу? И снова, забыв обо всем остальном, изобретатели совершенствуют трансмиссию, только трансмиссию! Наконец, в 1897 году изобретен механизм свободного хода: теперь, набрав скорость, велосипедист может держать педали неподвижными.
Так велосипед приобрел знакомый нам вид.
Дальнейшее развитие велосипеда сдерживалось ограниченной мощностью двигателя — человека. Тут были только две возможности: либо сохранить схему велосипеда неизменной, «законсервировав» техническую систему, либо объединить велосипед с другой машиной, образовав новую и более сложную систему. Использованы были оба пути. Велосипед остался велосипедом. И велосипед, объединившись с двигателем внутреннего сгорания, превратился в мотоцикл: появилась возможность совершенствовать новую систему.
Третья группа законов отражает тенденции развития современных технических систем:
Развитие технических систем идет в направлении
— увеличения степени вепольности;
— перехооа с макроуровня на микроуровень.
Мы уже говорили о том, что технические системы стремятся стать «вепольнее»: неполные веполи превращаются в полные, а те, в свою очередь, развиваются в цепные веполи или превращаются в феполи. А вот о второй тенденции надо сказать несколько слов.
В технике до сих пор преобладают системы, рабочие органы которых представляют собой «железки», имеющие макроразмеры, например винт самолета, колесо автомобиля, резец станка, ковш экскаватора и т. д. Изобретения могут совершенствовать эти «железки», сохраняя их макроразмеры. Но с какого-то момента эффективное решение задач требует перехода на микроуровень: рабочими частицами становятся молекулы, атомы, ионы, электроны и т. д., управляемые полями. Типичный пример: «Вибрационный гироскоп с массами, приводимыми в колебательное движение внешними переменными магнитными или электрическими полями, отличающийся тем, что в качестве колеблющихся масс применены электроны или заряженные ионы» (авторское свидетельство № 438 327).
Сравним два изобретения:
Авторское свидетельство № 489 662. Устройство для нанесения полимерных порошков, содержащее камеру, пористую перегородку, вибратор и коронирующий электрод, отличающееся тем, что, с целью повышения качества наносимого покрытия, коронирующий электрод выполнен в виде кольца, снабженного средством перемещения, выполненным, например, в виде микрометрических винтов.
Авторское свидетельство № 518 219. Устройство для вытеснения жидкости, содержащее резервуар, например микропипетку, с сердечником, размещенным внутри катушки индуктивности, связанной с генератором тока ультразвуковой частоты, отличающееся тем, что, с целью обеспечения микроинъекции жидкости б биологический объект, например клетку, сердечник выполнен в виде короткозамкнутой спирали из магнитострикционного материала.
Первое изобретение — совершенствование системы на макроуровне: несмотря на свое название, микрометрический винт — обыкновенная «железка», в принципе не отличающаяся от любого другого винта. А вот во втором изобретении отражен переход с макроуровня на микроуровень: вместо «железок», перемещаемых винтами, для сдавливания пипетки использовано изменение размеров кристаллической решетки металла под действием магнитного поля. Меняются микропараметры — расстояния между атомами в кристалле, решетка растягивается и сжимается.
Основываясь на законе перехода от «макро» к «микро», можно уверенно прогнозировать развитие устройства, описанного в авторском свидетельстве № 489 662: потребуется дальнейшее увеличение точности, и микрометрический винт будет заменен растяжением — сжатием кристаллической решетки в результате магнитострикции, обратного пьезоэффекта или теплового расширения.
Знание этого закона позволяет легко решать целую группу задач, в частности задачу 21 о совершенствовании устройства для совмещения микроминиатюрных элементов радиоэлектронных схем. Можно сразу предложить три решения. Одно из них, если проверить патентную литературу, окажется известным (авторское свидетельство № 259 612 — использование теплового расширения); по двум другим (магнитострикция и обратный пьезоэффект) можно писать заявки на изобретение...
ЛИНИИ ЖИЗНИ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ
Жизнь технической системы (как, впрочем, и других систем, например, биологических) может быть изображена в виде Б-образ-ной кривой (фиг. 9), показывающей, как меняются во времени главные характеристики систем (мощность, производительность, скорость, число выпускаемых систем и т. д.). У разных технических систем эта кривая имеет свои индивидуальные особенности. Но всегда на ней есть характерные участки, которые схематически — с подчеркнутым огрублением — выделены на фиг. 10.
В «детстве» (участок 1 до точки а) техническая система развивается медленно. Затем наступает пора «возмужания» и «зрелости» (участок 2 между точками а и |3) — техническая система быстро совершенствуется, начинается массовое ее применение. С какого-то момента темпы развития спадают (участок 3 между точками р и у) — наступает «старость». Далее (после точки у) возможны два варианта. Техническая система А либо деградирует, сменяясь принципиально другой системой Б (современный парусники не имеют скоростей, на которых сто лет назад ходили прославленные чайные клиперы), либо на долгое время сохраняет достигнутые показатели (велосипед не претерпел существенных изменений за последние полвека и не был вытеснен мотоциклом).
От чего зависит соотношение между участками? Иными словами: чем определяется положение точек перегиба (а, Р, у) на «жизненной кривой» той или иной технической системы?
Изучение кривых развития параметров различных технических систем (скорости движения самолетов и кораблей, скорости бурения, роста энергии ускорителей и т. п.) заставляет сразу обратить внимание на то, что реальные кривые заметно отличаются от ожидаемых теоретических кривых. Характер различия показан на фиг. 11, где пунктиром изображена теоретическая кривая, а сплошной линией — реальная.
Казалось бы, с момента появления техническая система должна неуклонно (хотя и не очень быстро) развиваться до а', т. е. до момента перехода к массовому применению. На самом деле переход к массовому применению (точка а") начинается с опозданием и на более низком техническом уровне.
Период быстрого развития технической системы должен был бы завершиться в точке Р' — там, где исчерпываются возможности использованного в системе принципа и обнаруживается экономическая нецелесообразность дальнейшего развития данной системы (уровень 1). Однако ничего подобного не происходит: реальная точка Р" всегда намного выше теоретической Р'. Когда кривая А" доходит до уровня 2, в дальнейшем развитии системы оказываются заинтересованными многие люди. Возникает инерция интересов — финансовых, научных (псевдонаучных), карьерн-стических и просто человеческих (боязнь оставить привычную и обжитую систему). Могут спросить: значит, инерция интересов оказывается сильнее экономических факторов? Да, сильнее. Но
и сами экономические факторы умеют приспосабливаться к инерции интересов. Вплоть до уровня 2 система продолжает оставаться экономически выгодной за счет разрушения, загрязнения и хищнической эксплуатации внешней среды.
Типичным примером может служить идущее ныне интенсивное строительство больших танкеров. В марте 1967 года произошла катастрофа с танкером «Торри Каньон» — 120 тысяч тонн нефти попали в море, берегам Англии и Франции был нанесен колоссальный ущерб. С тех пор океан не стал спокойнее, море-плавание не стало безопаснее. Но в 1968 году был построен первый танкер на 200 тысяч тонн, в 1975 году вступили в строй три танкера грузоподъемностью по 484 тысячи тонн, в 1976 году — два танкера по 540 тысяч тонн... Стоимость транспортировки одной тонны нефти на танкере водоизмещением в 540 тысяч тонн на 56% ниже, чем на танкере в 80 тысяч тонн. А безопасность — какое она имеет значение, если владельцы «Торри Каньон» черев месяц после катастрофы получили полную сумму страховой премии — 16,5 миллиона долларов... Кривая А упрямо идет к уровню 2. Экономичность (т. е. прибыль для судовладельцев) обеспечена за счет ущерба внешней среде. Число больших танкеров увеличивается, скорость хода тоже возрастает (хотя до сих пор нет эффективного решения проблемы торможения) — неуклонно растет опасность суперкатастрофы. В 1976 году супертанкер «Олим-пик брейвери» (250 тысяч тонн) врезался в скалы у побережья Бретани. К счастью, танкер был пуст. Но в марте 1978 года у тех же берегов погиб супертанкер «Амоко Кадис» — и в море попало 230 тысяч тонн нефти! История мореплавания еще не знала такой катастрофы. А через несколько месяцев аналогичная катастрофа произошла у берегов Испании: в море попали 208 тысяч тонн нефти, перевозимой супертанкером «Андрос Патрия». Январь 1979 года: у берегов Греции терпит аварию супертанкер «Мессиниаки Фронтис» (155 тысяч тонн нефти), у берегов Ирландии взрывается супертанкер «Бетельжез» (120 тысяч тонн нефти).
«Сегодня мне это выгодно, а на остальное наплевать» — эта формула тянет кривую А вверх, к уровню 2 (экономично при условии причинения вреда внешней среде). А потом все-таки достигается потолок — уровень 5, определяемый физическими пределами. Нельзя, например, втиснуть на улицу больше автомобилей, чем на ней может поместиться, если автомобили встанут впритирку один к одному — от стенки до стенки. Нель- __
зя построить танкер грузо- к _ ___ _ _
подъемностью в 10 миллионов ^ ^
тонн — такой корабль просто —
не подойдет к берегу.
Теоретически пока кривая А' поднималась вверх к уровню 7, кто-то должен был развивать техническую систему Б' так, чтобы ее точка подъема совпадала с точкой ß' кривой А' и был обеспечен постоянный бесступенчатый подъем. На самом деле реальная кривая Б" начинает ощутимо подниматься только тогда, когда кривая А" поднялась выше уровня 2 и приблизилась к уровню 3 (пример: работа над «чистым» автомобилем). А быстрый подъем кривой Б" происходит лишь после того, как кривая А' миновала точку у' и пошла на спад.
На фиг. 12,а изображена уже знакомая нам «жизненная кривая» технической системы. Интересно сопоставить этот график с кривыми, характеризующими чисто изобретательские показатели.
На фиг. 12,6 показана типичная кривая изменения количества изобретений, относящихся к данной технической системе. Первый пик соответствует точке а (на графике 12,а): число изобретений увеличивается в период перехода к массовому применению системы. Второй пик обусловлен стремлением продлить жизнь системы.
Изменение уровня изобретений отражено на фиг. 12,в. Первые изобретения, создающие основу технической системы, всегда
высокого уровня. Постепенно уровень изобретений снижается. Пик на графике соответствует изобретениям, которые обеспечивают системе возможность массового использования. За этим пиком — спад: уровень изобретений неуклонно снижается, приближаясь к нулю. А
| Фиг. 12 |
тем временем появляются новые изобретения высокого уровняг относящиеся к системе Б.
Наконец, на графике 12,г показано изменение средней эффективности (практической отдачи, экономии, «пользы») от одного изобретения в разные периоды развития технической системы. Первые изобретения,, несмотря на их высокий уровень, не дают прибыли: техническая система существует на бумаге или в единичных образцах, в ней много мелких недостатков и недоработок. Прибыль начинает появляться после, перехода к массовому применению. В этот период даже небольшое усовершенствование дает большую экономию.
Можно привести такой пример. Сотрудники Института электросварки им. Е. О. Патона заменили пайку бокового вывода к цоколю лампы автоматизированной сваркой. Казалось бы, какая тут экономия, если на пайку шла лишь маленькая капля олова... Но выяснилось, что за год только на одном заводе можно сэкономить около 20 тонн припоя. А в целом по стране экономия составляет миллион рублей! Изменение очень небольшое, лампа осталась в сущности прежней лампой — с низким коэффициентом полезного действия и малой надежностью. Но миллион рублей сэкономлен.
Авторское вознаграждение зависит от суммы экономии, поэтому мелкие усовершенствования старых технических систем оплачиваются намного лучше, чем новаторские предложения по новым системам. Научная организация изобретательского творчества неизбежно потребует перестройки самих принципов планирования, реализации, оценки и оплаты изобретений. Основой для правильного решения этих вопросов должны стать объективные закономерности развития технических систем.
Изобретателю надо знать особенности «жизненных кривых» технических систем. Это необходимо для правильного ответа на вопрос, крайне важный для изобретательской практики: следует ли решать данную задачу и совершенствовать указанную в ней техническую систему или надо поставить новую задачу и создать нечто принципиально иное? Чтобы получить ответ на этот вопрос, надо знать, каковы резервы развития данной технической системы.
Почти всегда есть возможность собрать сведения о ходе предыдущего развития и построить график изменения одного из главных показателей системы (скорость, производительность, мощность, точность и т. д.). Тут могут быть три случая:
1. Техническая система еще не дошла до точки <*. В этом случае вопрос заключается в обнаружении точки Типичная ошибка состоит в том, что эту точку пытаются прогнозировать, исходя из возможностей развития данной технической системы. На самом деле точка а для данной технической системы наступит не раньше, чем начнет «вымирать» предшествующая техническая система, существование которой сдерживает развитие молодого «конкурента». Так, например, «послеавтомобиль» (т. е. техническая система, которая сменит автомобиль) сможет интенсивно развиваться лишь тогда, когда развитие автомобиля дойдет до физического предела (уровень 3 на фиг. И). Если бы сегодня в развитие, например, электромобиля была вложена одна сотая тех средств и усилий, которые вкладываются в развитие автомобиля, электромобиль быстро достиг бы точки а. Но этого не произойдет: автомобиль еще может развиваться между уровнями 1 и 2 — и будет развиваться, хотя развитие идет за счет окружающей среды.
2. Техническая система прошла точку а, но не дошла до точки В этом случае прогнозирование состоит в определении уровней 2 и 3. В крайнем случае достаточно определить только уровень 5, потому что существует отчетливо выраженная (хотя и прискорбная) тенденция к уменьшению расстояния между уровнями 2 и 3. Определение физических пределов обычно не вызывает особых затруднений: они связаны с объективными и лежащими на виду факторами (например, прочностные свойства материалов, калорийность топлива, различные барьеры — звуковой, тепловой и т. д.).
3. Техническая система прошла точку |3 (или у). В этой ситуации прогноз сводится к отысканию новой технической системы, к которой должна перейти «эстафета».
В каждом из этих случаев изобретатель может выбрать два пути. Предположим, выяснилось, что техническая система не дошла до точки а. Изобретатель может заняться усовершенствованием «новорожденной» технической системы. Это многое сулит: из Новой Идеи надо сделать Новую Вещь, а для этого Идея должна обрасти крупными изобретениями. Но путь до точки а может оказаться долгим, даже очень долгим — это зависит от жизненных ресурсов предшествующей технической системы (не исключено, что срок ожидания превысит срок жизни). Зато и возможный выигрыш велик: изобретательская слава достается прежде всего тем, кто сделал практически пригодную Новую Вещь. О тех, кто высказал (и даже запатентовал) Новую Идею, вспоминают много позже.
Какой путь избрать: взяться за создание Новой Вещи или заняться небольшими усовершенствованиями другой, уже признанной (прошедшей точку а) технической системы, т. е. что лучше — журавль в небе или синица в руке? Этот вопрос выходит за рамки теории решения изобретательских задач. Теория может лишь требовать, чтобы изобретатель видел обе возможности и сознательно выбирал одну из них. Выбор же зависит от того, что человек считает для себя более ценным.
Проблема выбора остается и в том случае, если техническая система бурно развивается на участке от а до (3. Для развития на этом участке системе нужны преимущественно небольшие изобретения, но в большом количестве. Почти гарантированный успех, возможность быстро получить десятки авторских свидетельств, сравнительная простота внедрения — нелегко отказаться от всего этого и отдать предпочтение прозябающей в неизвестности следующей технической системе. Однако и здесь люди нередко поступают вопреки житейскому «здравому смыслу». Специалист по паровым турбинам вдруг бросает Вещь и всецело переключается на газовые турбины, существующие в виде сомнительной Идеи,— было такое...
Самое поразительное, что проблема выбора сохраняется и в тех случаях, когда техническая система стала заведомо старой и даже дряхлой. Тут нет никакой надежды на сколько-нибудь заметный творческий успех: устаревшая система ассимилирует только самые мелкие усовершенствования. Зато можно без особых творческих мук и прочих переживаний накопить сотни авторских свидетельств.
ЭТАПЫ БОЛЬШОГО ПУТИ
Когда на смену паровозам пришли тепловозы, это был типичный случай перехода от одной технической системы к другой. Скачок, почти революция... в области локомотивной техники. Но в развитии надсистемы «железнодорожный транспорт» скачка не произошло: средний темп движения на дорогах медленно и плавно повысился, только и всего. Схематически это можно показать так (фиг. 13): если происходит скачкообразная смена систем
(сплошные линии), характеристики надсистемы, в которую входят эти системы, меняются плавно — по огибающей кривой (пунктир). Назовем кривые развития систем кривыми первого ранга, а огибающую — кривой второго ранга. Конечно, ранг кривой — понятие относительное. Все зависит от того, с какой системы мы начнем отсчет.
Небольшие отрезки огибающей близки к прямой линии, но если проследить развитие кривой второго ранга за достаточно оолыпой промежуток времени, можно обнаружить, что эти кривые тоже имеют ^-образную форму и тоже образуют ступенчатые переходы (фиг. 14). К нескольким таким кривым, в свою очередь, можно провести огибающую— кривую третьего ранга, характеризующую развитие наднадсистемы.
В развитии систем высших рангов проявляется интересная закономерность: чем выше ранг системы, тем больше сходство между системами разных видов — в науке, технике, искусстве и т. д. С увеличением сложности системы все большую роль начинают играть ее системные свойства. Скажем, авиационный мотор и химия имеют мало общего; то и другое — системы, но сильно отличающиеся по рангу. А вот авиация и химия — системы примерно одного уровня (хотя авиация входит в надсистему «техника», а химия — в надсистему «наука»), поэтому в их развитии много общего.
Как развивается химия? Историки науки 7 различают четыре этапа в развитии химии. Первоначально химия была наукой о составе веществ. Изучить вещество — в тот период значило определить его состав. Свойства вещества полностью объяснялись его составом. В дальнейшем, однако, оказалось, что у органических веществ — при огромном многообразии свойств — состав примерно одинаковый (углерод, водород, азот и еще несколько элементов). Начался второй этап: при исследовании того или иного вещества надо было не только определить, из каких атомов построена его молекула, но и понять структуру молекулы. Выяснилось, что одни и те же атомы могут образовывать различные пространственные структуры (изомерия, стереоизомерия).
На этих первых двух этапах молекула рассматривалась как нечто постоянное. Третий этап состоял в том, что при объяснении свойств веществ начали учитывать динамику молекул, их изменение и «поведение» во времени и в среде. Структура молекул, ранее представлявшаяся жесткой, неизменной, на этом этапе рассматривается как нечто меняющееся, зависящее от внешних условий — «поведения» других молекул, действия катализаторов и растворителей, влияния стенок сосуда и т. д. Например, свойства молекулы гемоглобина удалось объяснить только тогда, когда приняли во внимание, что структура молекулы динамична, подвижна. Эта огромная молекула включает около десяти тысяч атомов, четыре белковые цепочки, свернутые вокруг красящего вещества — гема. И достаточно этому гиганту присоединить четыре молекулы кислорода, как объем и форма молекулы гемоглобина резко меняются.
Ныне химия переходит к четвертому этапу: химики начинают рассматривать не просто «поведение» молекул в процессе реакций, а эволюцию, развитие и саморазвитие молекул, длительные и многозвенные цепные реакции.
Через такие же этапы прошло и развитие физики, астрономии, географии и других наук. Сначала в центре внимания находится вопрос: что это такое? Затем: как это устроено? Далее: как это меняется при взаимодействии с внешней средой? И наконец: как это эволюционирует? Тут очевидная логика последовательности познания: не раскрыв, что это такое, нельзя решить вопрос — как это эволюционирует.
Аналогичные четыре этапа отчетливо просматриваются и в развитии технических систем, например авиации. Сначала стоял вопрос: что такое летательный аппарат вообще, в принципе? Из чего он должен состоять? Крылья плюс двигатель или крылья без двигателя? Какие крылья: неподвижные или машущие? Какой двигатель: «человеческий», паровой, ракетный, внутреннего сгорания? Наконец, была найдена формула летательного аппарата: неподвижные крылья плюс двигатель внутреннего сгорания. Начался второй этап — поиски оптимальной конструкции. Сколько крыльев: триплан, биплан, полутораплан, моноплан? Как расположены крылья относительно корпуса: сверху, снизу, на уровне корпуса? Где находятся рули: впереди или сзади? Где моторы и сколько их? Винты толкающие или тянущие? Сколько колес у шасси, как они размещены? К концу этого этапа определилась классическая схема самолета. На третьем этапе началась динамизация этой схемы: появились убирающиеся шасси, меняющееся крыло с предкрылками и закрылками, позже — крылья с меняющейся стреловидностью и поворотные крылья для взлета без разбега, откидной нос ТУ-144. Динамичность особенно ярко проявилась в ракетно-космических летательных аппаратах: отброс ступеней при взлете, разворачивание системы на орбите, отделение спускаемого аппарата и т. д. Возможно, это следует рассматривать уже как переход к четвертому этапу: изменения ракетно-космических систем необратимы, это похоже на эволюцию. Правда, «чистая» эволюция должна идти не под влиянием жесткой и заранее заданной программы, а в результате взаимодействия с окружающим миром. Такого рода космические корабли пока встречаются только в фантастических романах.
Аналогичные этапы видны и в истории автотранспорта. Сначала шел поиск «состава»: что такое автомобиль в принципе? Педальный двигатель плюс коляска? Паровой двигатель плюс коляска? В 1902 году французский инженер Леон Серполле построил паровой автомобиль, развивавший скорость в 120 км/час — это был мировой рекорд скорости... И все-таки у автомобиля оказался иной «состав»: двигатель внутреннего сгорания и коляска. Начался второй этап — поиски структуры. Сколько должно быть колес? Три колеса, как в коляске Бенца, или четыре, как в коляске Даймлера? Может быть, шесть колес, как в американском «гардинг-пульмане» выпуска 1903 года? Или даже восемь, как в «октоуато» изобретателя Ривза? А если всего два колеса, как в «гидрокаре» инженера Шиловского?.. Допустим, четыре колеса. Но их тоже можно расположить по-разному, не только прямоугольником, но и ромбом: одно впереди, два посредине, одно сзади — были и такие автомобили. А сколько возможных вариантов при выборе размеров колес! И множество других вопросов: где, например, держать груз — впереди или сзади водителя?.. В третий
этап автомобиль только-только вступает: правда, самосвалы появились уже давно, но большинство «динамизирующих» изобретений пока еще остается на бумаге, в патентах и авторских свидетельствах.
При создании новых
и совершенствовании имеющихся технических систем необходимо учитывать последовательность этапов. Иначе неизбежны неудачи. Нельзя, например, переходить с первого этапа на третий, минуя второй. В конце 20-х годов конструкторы начали создавать «динамичные» танки: по дорогам они двигались на колесах, а по бездорожью — на гусеницах. Между тем, танки еще не прошли второй этап, была еще неясна их структура. Сколько должно быть башен — одна (Т-34) или много (пять башен на Т-35)? Как расположить вооружение — в один ярус или в несколько? Каков оптимальный размер танка и что сильнее — много танкеток или один супертанк? Эти вопросы еще не были решены, и преждевременно появившиеся «динамичные» танки оказались неудачными.
Если система находится на первом этапе, нельзя переходить к массовому внедрению. Если система не вступила в третий этап, нельзя образовывать из системы надсистему. В 30-е годы делались попытки составить надсистему из самолетов: под крыльями тяжелого бомбардировщика укреплялись истребители, а другие истребители размещались на крыльях.
му свидетельству № 312 810 «магнитные клапаны выполнены подвижными относительно друг друга...», что позволяет регулировать дозу передаваемого материала. Изобретение вполне могло быть сделано на пять лет раньше.
Чем выше ранг технической системы, тем четче проявляется «четырехэтапность» развития. Но и в системах невысокого ранга часто просматриваются переходы с одного этапа на другой. Можно привести такой пример. В 1966 году три изобретателя получили авторское свидетельство № 235 856 на дозатор для ферромагнитных материалов (фиг. 15), состоящий из воронки, трубки и двух электромагнитов. Если выключить верхний электромагнит и включить нижний, дозируемые детали (гайки, шарики и т. д.) заполнят трубу до нижнего электромагнита. После этого нужно включить верхний электромагнит и выключить нижний — из дозатора выпадут те детали, которые находятся между магнитами. Прошло пять лет, и вот трое других изобретателей внесли усовершенствование: по авторско
Поделиться книгой: