Помоги проекту - поделись книгой:
Фиг. 15
Интересно разобраться, почему были потеряны эти пять лет. Дело в том, что до изобретения по авторскому свидетельству № 235 856 существовали дозаторы с механическим перекрытием: в трубе, идущей от воронки, сделаны вырезы и в эти вырезы вставлены металлические заслонки. Вдвигая и выдвигая заслонки, производили дозировку. Расстояние между такими заслонками
нельзя сделать регулируемым, во всяком случае, это связано с существенным усложнением конструкции. Когда же перешли к заслонкам электромагнитным, психологическая инерция заставила сохранить старую — жесткую, нерегулируемую — форму дозатора, хотя магниты можно было легко передвигать.
Против психологической инерции недостаточно только психологических средств, например призывов помнить о существовании инерции. Единственно надежное средство — знание и применение законов развития технических систем.
Дозатор — одна из очень многих небольших технических систем. Да и пять лет — не такая уж большая потеря. Бывают потери намного больше.
Во французском патенте № 2 087 026 предложено сделать динамичной мачту парусного судна: мачта крепится к корпусу не жестко, а подвижно, и удерживается в вертикальном положении грузом, прикрепленным к нижней части мачты. При резком порыве ветра такая мачта наклоняется, не наклоняя судна и не грозя его опрокинуть. Реализация этого изобретения была возможна и тысячу лет назад. Трудно подсчитать, сколько парусных судов могло уцелеть за это тысячелетие. Наверное, мореплаватели стали бы смелее уходить в море и вся история великих географических открытий выглядела бы чуть-чуть иначе.
* *
Когда читаешь о законах развития технических систем, все кажется в общем логичным и простым. Но стоит обратиться к конкретной задаче— и законы забываются, вытесненные старыми представлениями. Мы с детства привыкли считать, что чем мощнее машина, тем лучше. А законы вносят поправку: машина—это плата за определенный результат, и желательно, чтобы эта плата была как можно меньше. В идеале платы вообще не должно быть, хотя результат должен быть получен... Здравый смысл подсказывает: нужно закрыть шлаковый ковш крышкой? Пожалуйста, сделаем крышку. Поставим кран, чтобы ее поднимать и опускать. А законы тянут в другую сторону: нет, никаких кранов, нужна невесомая крышка, сделанная «из ничего», но все-таки задерживающая тепло не хуже любого теплопзолятора.
Законы увлекают в необычный мир парадоксального мышления, мир, населенный идеальными системами «из ничего», мир, где обходные пути короче прямых и где вопреки здравому смыслу одно и то же вещество может быть одновременно горячим и холодным, подвижным и неподвижным, проницаемым и непроницаемым...
Законы развития технических систем необычны, но, пожалуй, еще необычнее те дальние следствия, к которым неизбежно приведет открытие и изучение этих законов. Если жизнь технических систем подчинена законам, значит, с момента появления новой системы можно составить план ее развития, заранее определив, какие законы предстоит пройти системе и какие задачи возникнут на том или ином этапе. Скажем, для зрелой системы типичны конфликты с окружающей средой. Почему не учесть это заранее? В 20-е годы никто не думал, что быстрый рост числа автомобилей к увеличение мощности их двигателей приведут к загрязнению атмосферы в городах. Сейчас приходится решать неотложные задачи, а можно было начать решать их полвека назад. Аналогичная ситуация складывается с лазерной техникой. Сегодня она молода, квантовые генераторы сравнительно малочисленны и слабы. Но квантовая оптика находит все новые и новые применения, мощность генераторов быстро растет. Между тем, при высокой мощности лазерный луч вызывает химические реакции в воздухе, образуются вредные соединения. Значит, уже сегодня надо предвидеть, ставить и решать задачи по предупреждению практически пока незаметного лазерного загрязнения атмосферы.
Что такое типичная изобретательская задача? Увеличиваются параметры системы, растет число систем, появляется необходимость расширить функции системы — и вдруг возникает задача, которую надо срочно решать. Увеличили высоту дымовых труб, подняли трубы до облаков... и спохватились: оказывается, надо трубы закрывать и открывать, а как это сделать при такой высоте — никто не знает... Мы словно нарочно ждем, пока возникнет «болезнь», именуемая задачей, и, потеряв уйму времени, начинаем поспешно бороться с ее обострением. Само понятие «изобретательская задача» отражает неэффективный способ развития технических систем. Плохо решать задачи методом проб и ошибок, лучше, если задачи решаются по АРИЗ. Но и АРИЗ должен уступить место перспективному проектированию развития технических систем.
Недалеко время, когда изменится само понятие «изобретение». Исчезнет «мелочь», составляющая сейчас 95% «добычи». К изобретениям будут предъявляться иные требования. Мало придумать, скажем, «аппарат для прохождения сквозь стены». Нужно дать прогноз основных этапов развития новой системы, указать для всех этапов типичные проблемы и наметить подходы к их решению, заранее увидеть конфликты, возможные при массовом применении «стенопроходов». Такая работа не под силу одному человеку. Тут придется трудиться большому коллективу, вооруженному теорией развития технических систем.
В следующей главе мы вернемся в сегодняшний день и снова займемся конкретными вопросами решения изобретательских задач. Но будем помнить, что научно-техническая революция уже ворвалась в область «озарений», «счастливых случаев», «прирожденных способностей». Производство новых идей, относящихся к развитию технических систем, неизбежно станет индустрией, основанной на точной науке.
САГА О СТАНДАРТАХ
О ТОМ, КАК НЕПРОСТЫ ПРОСТЫЕ ПРИЕМЫ
Путешествие вглубь теории мы начали с простого факта: существуют приемы, позволяющие получить идеи новых технических систем. Казалось бы, именно приемы должны стать основными инструментами АРИЗ. Но в тексте АРИЗ список приемов и таблица их применения играют вспомогательную роль. Теперь, зная законы развития технических систем, мы можем глубже разобраться в вопросе о приемах. Чтобы получить список типовых приемов, пришлось один раз терпеливо перебрать десятки тысяч изобретений высших уровней. Казалось бы, остается лишь использовать эти простые приемы.
Однако все не так просто. Прежде всего, мы теперь знаем, что технические системы проходят четыре этапа развития. Этапы — нечто вроде возраста системы. А раз так, то на каждом этапе должны быть свои характерные приемы. Действительно, 40 основных приемов можно разделить на четыре группы, соответствующие четырем этапам. Получается, что должно быть четыре списка приемов и четыре таблицы их применения. Заманчивая простота начинает понемногу исчезать...
Но это еще не все. Поскольку технические системы развива-ваются, переходя с макроуровня на микроуровень, каждый прием может быть использован при трех различных обстоятельствах:
1. Система была на макроуровне и после изменения осталась на макроуровне. Схематически: М — М.
2. Система была на макроуровне, но в результате изменения перешла на микроуровень. Схематически: М — м.
3. Система была на микроуровне и после изменения осталась на микроуровне. Схематически: м — м.
Четвертый случай (м — М) можно не рассматривать, он противоречит закону перехода с макроуровня на микроуровень: такие технические решения регрессивны.
Сравним три изобретения:
Авторское свидетельство № 291823: «Грузовое судно, содержащее корпус с танками для перевозки наливных грузов и верхней палубой, над которой на опорах приподнята платформа для перевозки сухогрузов, отличающееся тем, что, с целью сокращения длительности грузовых операций и исключения простоев из-за неблагоприятных погодных условий путем отделения платформы от корпуса и разделения грузовых операций на них как по месту, так и по времени, опоры платформы разъемно соединены с верхней палубой корпуса судна, вставлены в гнезда и зафиксированы стопорами».
Авторское свидетельство № 224 743: «Двухфазное рабочее тело для компрессоров и теплосиловых установок, состоящее из газа и мелких частиц твердого тела, отличающееся тем, что, с целью дополнительного сжатия газа в холодильнике и компрессоре и дополнительного расширения в нагревателе, в качестве твердой фазы использованы сорбенты с общей или избирательной поглотительной способностью».
Авторское свидетельство № 282 342: «Применение в качество рабочего тела для контуров бинарного цикла энергетической установки химически реагирующих веществ, диссоциирующих при нагревании с поглощением тепла и уменьшением молекулярного-веса и рекомбинирующих при охлаждении к исходному состоянию».
Если корабль нагружен «в два этажа» — грузы заполняют корпус и лежат над корпусом, на палубе,— разгрузку приходится вести в два этапа: сначала снимают грузы с палубы, затем разгружают то, что находится внутри корпуса. Суть первого изобретения в том, что корабль сделан разъемным (принцип дробления) : палуба может быть отделена от корпуса. Корабль вводят в узкое пространство между двумя причалами, крепят палубу с двух сторон к этим причалам, и палуба вместе с лежащими на ней грузами остается на месте, а корпус уходит к другим причалам. Потом эти две части вновь соединяют (принцип объединения).
Во втором изобретении также использованы принципы объединения и дробления. В обычной смеси газа и мелких твердых частиц нет взаимодействия между газом и этими частицами. Суть изобретения в том, что такое взаимодействие вводится: при увеличении давления газ и твердые частицы соединяются, а при уменьшении давления — разъединяются. Смесь приобретает спо-дополнительно поглощать и выделять энергию — повы-щргся коэффициент действия компрессоров и теплосиловых 1рР?новок.
В первом изобретении дробление и объединение использованы на макроуровне (переход М — М), во втором — совершен переход на микроуровень (М — м): молекулярные силы на поверхности твердого вещества действуют на молекулы газа. Третье изобретение во всем подобно второму, но сделано позже. Степень измельчения частиц повышена: вместо частиц твердого тела взят газ (переход м — м или м — мм, чтобы указать на дальнейшее уменьшение рабочих частиц). Одни и те же операции использованы на трех разных уровнях, и хотя суть операций осталась неизменной, форма их осуществления явно зависит от уровня. На макроуровне дробление и объединение осуществлены техническими средствами. При переходе на микроуровень пришлось использовать физический эффект. Для дальнейшего изменения на микроуровне понадобилось применить химическое -явление.
Сопоставляя эти три изобретения, нельзя не отметить еще одну особенность: во всех трех случаях решение задачи обеспечивается сочетанием приема и антиприема (дробление и объединение). Здесь проявляется важнейшее свойство технических систем: их развитие идет через возникновение и преодоление противоречий. Физическое противоречие, как мы уже не раз видели, заключается в том, что один и тот же участок системы должен находиться в двух взаимно противоположных физических состояниях. Каков замок, таков и ключ: двойственность, присущая задаче, порождает и двойственность операций, необходимых для получения ответа.
В некоторых приемах эта двойственность как бы спрятана. Так, прием № 35 предписывает изменение агрегатного состояния; казалось бы, в чем же здесь двойственность? Но черты двойственности нетрудно обнаружить в каждом конкретном случае' использования этого приема. Если, например, твердое тело заменяется жидким, то этим достигается совмещение противоположных свойств, присущих твердому телу и газу; жидкость, подобно твердому телу, имеет постоянный объем, и, подобно газу,—переменную форму.
Есть и такие приемы, которые прямо формулируются в двойственной форме: принцип частичного или избыточного действия, принцип отброса или регенерации частей. Но большинство приемов одинарны, в такой форме они впервые были выявлены. Поэтому следует учитывать, что почти всегда типовые приемы работают парами — прием и обратный ему антиприем.
Для решения некоторых задач требуются и более сложные сочетания приемов. Вспомним, например, задачу 26 о вальном круге для обработки фигурных изделий. Ответ таЧЙЙВ наружный слой круга надо сделать из ферромагнитных ча^МЙ^
удерживаемых магнитными силами. Тут целый «букет» приемов. Чтобы получить такой ответ, потребовалось: 1) отделить внешний слой круга от внутреннего; 2) раздробить внешний слои на отдельные частицы; 3) сделать каждую такую частицу ферромагнитной; 4) объединить эти частицы так, чтобы они образовали внешний слой круга; 5) разместить во внутренней части круга магниты, способные удержать ферромагнитные частицы внешнего слоя. Нужный эффект достигается именно сочетанием всех этих свойств, подобно тому как свойства серной кислоты зависят не от серы, водорода и кислорода в отдельности, а именно от определенного соединения этих элементов.
Когда-то считали, что все вещества вокруг нас состоят из нескольких элементов. Потом стало ясно, что непосредственно с химическими элементами приходится иметь дело лишь в редких случаях. Аргон (или другой инертный газ) действительно состоит из одиночных атомов аргона, т. е. из химического элемента аргона. Зато кислород, водород, азот и т. д. состоят из молекул, представляющих собой пары атомов. Чем сложнее вещество, тем сложнее сочетание атомов, образующих молекулу. Основу химической промышленности составляют соединения, причем девять десятых продукции — это небольшое число наиболее «ходовых» веществ: серная кислота, сода, аммиак и т. д.
Возникает заманчивая идея: нельзя ли выделить столь же «ходовые» сочетания приемов? Для реализации этой идеи потребовался длительный поиск: пришлось заново рассмотреть тысячи и тысячи авторских свидетельств и патентов. Но «ходовые» сочетания удалось найти. И словно в награду за упорство исследователей эти сочетания оказались очень сильными, намного сильнее одиночных приемов.
Получилась пирамида: одиночные приемы, парные приемы (прием и антиприем), сочетания приемов, отобранные сильные сочетания приемов.
Чем ближе к вершине пирамиды, тем больше эффективность приемов. И тем меньше их универсальность. Одиночные приемы не привязаны к определенному классу задач. Мы не знаем, когда надо применять тот или иной прием. Зато каждое сильное сочетание приемов четко нацелено на свой класс задач. Именно поэтому в АРИЗ-77 простые приемы играют скромную роль: они оттеснены сильными сочетаниями приемов, обладающими значительно большей эффективностью и определенностью.
Сильные сочетания приемов получили название стандартов. название как бы бросает вызов старым представлениям, ^Й^агая четкую формулу для задач, решение которых ищут на °ЩУрь, перебирая бесчисленные варианты.
Звания стандартов удостаиваются лишь те сочетания приемов, которые гарантируют решение своего класса задач на высоком уровне. Вот, например, изобретение по авторскому свидетельству № 210 622: «Индукционный электромагнитный насос, содержащий корпус, индуктор и канал, отличающийся тем, что, с целью упрощения запуска насоса, индуктор выполнен скользящим вдоль оси канала насоса». Есть труба, в одном месте на трубу надет кольцевой магнит. Суть изобретения в том, что кольцо сделали подвижным, стало возможным передвигать его вдоль трубы. Таких изобретений множество: патрубок перемещается вдоль гидроциклона (авт. св. № 232160), турбулизатор перемещается вдоль колонки для замораживания горных пород (авт. св. № 244 266), мешалка перемещается вдоль направляющих (авт. св. № 499 939) и т. д. Казалось бы, можно сформулировать стандарт: «Если в технической системе есть некая часть, прикрепленная к трубе, стержню и т. д., сделай эту часть перемещающейся вдоль стержня, — система будет лучше управляться». Однако это не стандарт: на выходе нет изобретений высокого уровня, система несколько улучшается — и все.
Стандартов пока известно немного, менее пятидесяти. Некоторые из них еще испытываются и уточняются, поэтому мы познакомим вас, так сказать, с избранными стандартами. В приложении 3 даны формулировки 28 стандартов. О каждом из них можно было бы написать целую главу: откуда взялся стандарт (обычно первоосновой является тот или иной закон развития технических систем), как он работает, в чем его сущность с позиций вепольного анализа, каковы особенности применения стандарта. Мы ограничимся краткими формулировками, иногда поясняя их примерами и вепольными формулами. Присмотритесь к стандартам: знать 28 стандартов — значит уметь легко решать 28 важных классов изобретательских задач.
Итак, прочитайте приложение 3. А потом мы подробнее расскажем о некоторых наиболее примечательных стандартах.
ХОД ТРОЯНСКИМ КОНЕМ
Троя, как известно, выдержала десятилетнюю осаду. По совету хитроумного Одиссея, греки построили громадного деревянного коня. Внутри коня спрятался отряд вооруженных воинов. Оставив коня, греки покинули лагерь, сделав вид, что снимают ду и уходят в море. Троянцы бросились в покинутый л:й#врр и обнаружили там деревянного коня. Добычу доставили в горгёд.
Ночью воины вышли из коня, перебили стражу и открыли ворота вернувшимся греческим войскам. Троя пала...
Было бы излишним утверждать, что Гомер предвидел появление вепольного анализа, но в истории с троянским конем очень точно отражена одна из важнейших идей вепольного анализа, имеющая первостепенное значение для всей тактики решения изобретательских задач. Задача обычно состоит в том, что какое-то вещество не поддается управлению — не изменяется так, как нам надо, не дает информации о своем местонахождении или состоянии. Безуспешная осада упрямого вещества может длиться годами. Ничего не получится до тех пор, пока не будет использован «троянский конь» — добавка второго вещества, охотно выполняющего то, что нам нужно, и подчиняющего непокорное первое вещество...
Идея «троянского коня» заложена во многие стандарты, например в стандарт 19. Суть этого стандарта в том, что в вещество, плохо поддающееся обнаружению, вводят небольшое количество другого вещества, которое можно легко обнаружить по создаваемому им электромагнитному полю (или по взаимодействию с внешним электромагнитным полем). Этот подход уже знаком нам по задаче 14: в жидкость, используемую в холодильнике, добавляют люминофор и легко обнаруживают места, где просачивается эта жидкость. Неплотности в холодильниках иногда ищут иным путем: заполняют агрегат жидкостью, а поверхность агрегата покрывают веществом, меняющим окраску при соприкосновении с просачивающейся жидкостью. Здесь тоже сочетание приемов, но, в отличие от стандарта, это сочетание не дает сильного решения: способ громоздкий, малопроизводительный, не поддающийся автоматизации.
При использовании стандарта 19 чаще всего приходится вводить люминофорные и магнитные добавки. Однако в принципе добавки могут, быть любые — лишь бы они давали на выходе сильное «сигнальное поле». Например, в США был запатентован (и сразу же внедрен) способ индикации ценных бумаг добавкой веществ, дающих стойкий запах.
Если такие бумаги похищены, их легко обнаружить: запах держится несколько лет...
Своеобразными «добавками» могут служить возникающие в веществе трещины, пустоты, пузырьки и т. д. Например, при сварке в металле возникают микротрещины; по авторскому свидетельству № 415116 эти трещины обнаруживают, облучая металл ультразвуком и улавливая колебания, отраженные трещинами. Микротрещины появляются в металле и от «усталости», когда на деталь долго действуют знакопеременные нагрузки,— естественно, здесь тоже можно использовать стандарт 19. Пропустим сквозь деталь электрический ток, при появлении трещин сопротивление тока начнет возрастать. Интересно, что это изобретение (авторское свидетельство № 246 901) было сделано случайно и опоздало по меньшей мере на полвека...
Ну, а если в веществе возникают не пустоты, а наоборот, плотные вкрапления («антитрещины»)? И в этом случае «добавки» обнаруживают, вводя взаимодействующее с ними поле. Так, по авторскому свидетельству № 305 395 для обнаружения инородных включений в жидкости используют облучение электромагнитными колебаниями сверхвысокой частоты и регистрируют отраженные колебания.
Стандарт 19 часто используют в сочетании со стандартом 17: задачу на измерение сначала переводят в задачу на обнаружение, а затем применяют стандарт 19.
Задача 34. При бурении трубы иногда зажимаются в каком-то месте стенками скважины, происходит так называемый прихват. Чтобы ликвидировать прихват, надо знать, где именно он произошел. Длина колонны труб — килойетры, а длина участка прихвата — всего несколько десятков метров. Как измерить расстояние до места прихвата?
Осуществить измерение, ударяя по трубе и улавливая отраженный сигнал, невозможно: звук не отражается в месте прихвата. Не годятся также способы, основанные на растяжении и скручивании труб: они не обеспечивают требуемой точности, поскольку нельзя учесть ряд факторов, например трение труб о стенки скважины. Невозможно и прямое механическое определение глубины прихвата щупом.
Дана задача на измерение: нужно измерить расстояние от поверхности до места прихвата. Но можно считать, что нам надо обнаружить зажатый участок колонны труб. Тогда задача подпадает под действие стандарта 19. Есть стальной стержень (одно вещество), один участок которого зажат, т. е. переведен в особое состояние (этот участок можно считать вторым веществом). Необходимо ввести поле, меняющееся в зависимости от того, сжат или не сжат участок трубы. Вспомним правило вепольного анализа: название нужного физического эффекта получается соединением названий полей на входе и выходе. В данном случае на входе — механическое поле, на выходе, согласно стандарту 19,
должно быть поле электромагнитное, т. е. нужны эффекты меха-номагнитный, механоэлектрический или механооптический. Поскольку мы имеем дело с ферромагнитным веществом, проще всего использовать механомагнитный (магнитоупругий) эффект. Намагнитим трубы. Практически, конечно, не нужно намагничивать всю колонну; достаточно нанести магнитные метки, скажем, через метр. Сделать это можно уже после прихвата, опустив в скважину простой прибор. Если теперь дернуть колонну труб, то от рывка все метки, расположенные выше места прихвата, размагнитятся, а метки, находящиеся ниже места прихвата, останутся без изменений. Для определения глубины прихвата достаточно теперь опустить внутрь трубы магнитометр (авторское свидетельство № 142 242).
| Фиг. 17 |
Фиг. 16
Задача 33 об измерении диаметра шлифовального круга относится к совершенно другой области техники, но суть задачи та же самая — измерение длины. Следовательно, можно применить те же стандарты 17 и 19. Нанесем на торец круга ряд меток (фиг. 16). Если к этим меткам подвести ток, то от верхней метки ток пойдет сквозь изделие, импульс будет отмечен прибором. Когда самый верхний слой сотрется, наступит пауза. Потом прибор уловит импульс от второй метки и т. д. Зная количество прошедших по цепи импульсов, можно судить о диаметре круга. Чтобы повысить точность, токопроводящее покрытие («метки») удобнее нанести так, как показано на фиг. 17: чем выше слой, тем больше отношение времени, когда ток идет, к паузе, при которой тока нет. По изменению этого отношения (оно называется скважностью сигнала) можно судить о диаметре круга.
С помощью стандарта 19 легко решается и задача 18 о проверке герметичности стеклянных банок. В ванну, в которую опускают банки, добавлено небольшое количество люминофора. Если крышка негерметична, внутрь банки попадает хотя бы капелька воды, то это легко обнаруживается по свечению. Разумеется, используемый люминофор должен быть совершенно безвреден. Способ позволяет автоматизировать контроль и отбраковку банок.
Когда шел поиск сочетаний приемов, у стандарта 13 был обнаружен «конкурент»: оказывается, в изобретательской практике конфликт между подвижным и неподвижным объектами часто устраняют приведением в движение неподвижного объекта. Типичный пример — магазин для подачи круглых заготовок (фиг. 18): для того чтобы заготовки не застревали и для регулирования скорости их подачи, одна стенка магазина выполнена в виде бесконечной ленты (авт. св. № 286 468). Таких изобретений очень много: подвижная стенка в химическом аппарате (авт. св. № 128812), в емкости для хранения вязких материалов (авт. св. № 298 512), в дозаторе для сыпучих материалов (авт. св. I» № 501695)... Существует великое множе-
ство аппаратов, в которых хранятся или перемещаются разного рода насыпные ||^ грузы. Для управления движением грузов
ид во всех этих аппаратах можно сделать
подвижную стенку или ввести внутрь бесконечную подвижную ленту. Казалось т бы, это простое правило надо один раз
Ж__ записать в учебниках: «Если в XXI или
уЖ ' ^ XXII веках будет проектироваться какой-
Фиг. 18
" то аппарат, сейчас еще неизвестный, с сыпучим грузом, сейчас еще тоже неизвестным, конструктор должен знать, что можно использовать принцип подвижной стенки...» Но правила нет, и каждый раз изобретатели заново обнаруживают задачу, ищут ее решение, ждут озарения, потом состав-
ляют заявку на изобретение и, волнуясь, ждут, пока эксперты изучат эту заявку... В результате через пару лет появляется очередное авторское свидетельство, похожее на сотни предыдущих. Открываешь «Бюллетень изобретений» и видишь, например, авторское свидетельство № 462 780 на бункер для труб: четыре автора предложили устроить подвижную стенку в виде бесконечной ленты — для лучшей подачи труб. А буквально через страницу— авторское свидетельство № 462 785, выданное двум другим авторам: снова бесконечная лента в бункере — для лучшей подачи сыпучих веществ... Сегодня научная организация изобретательского творчества кажется чем-то необычным, но пройдет время, и немыслимой будет представляться нынешняя технология
творчества, при которой общие принципы не фиксируются и каждую идею приходится «пе-реизобретать» тысячи раз...
«Подвижная стенка» —полезный принцип, но стандартом его считать нельзя: магазин, бункеры и тому подобные устройства очень простые, в сущности это обычные ящики.
И если в таких устройствах приходится делать подвижную стенку — это довольно дорогая плата за улучшение работоспособности ящика. Стандарт 13 значительно сильнее, в нем отчетливо просматривается стремление получить решение «без ничего».
Задача 3 5. На фиг. 19 показана схема подачи угля к топкам на тепловых электростанциях. Уголь загружают в бункер (емкостью в сотни тонн), откуда топливо подается шнековым питателем в шаровую мельницу. Из мельницы поток воздуха уносит угольную крошку и пыль по трубам. При этом крошка и крупные частицы выпадают и возвращаются в мельницу на вторичный помол, а мелкие фракции пыли поступают в сепаратор, отделяются от воздуха и идут к топкам.
Такая система работает вполне надежно, если поступает уголь с нормальной влажностью. Однако нередко приходится работать на угле с очень высокой влажностью (до 25%). Мокрый уголь забивает питатель, залепляет трубы, ведущие к мельнице. У входа в мельницу образуются отложения «липкого» угля. После помола избыток воды отделяется, но это не спасает положения, поскольку плохая работа подающей части (питателя, труб) приводит к выходу из строя всей системы.
Как быть?
Над решением этой задачи работали во многих странах. Приваривали к шнеку питателя штыри, рассчитывая, что они будут сдирать налипающий уголь. Увеличивали диаметр выходного отверстия бункера, питателя и труб. Пытались сушить уголь, обогревать трубы, приводить систему в колебательное движение... В США попробовали облицевать внутренние стенки системы фторопластом. Мокрый уголь перестал прилипать к стенкам, казалось, задача решена. Но радость была преждевременной: острые куски угля быстро сдирали облицовку...
| Фиг. 19 Фиг. 20 |
Вот типичная запись решения этой задачи, сделанная на одном из семинаров по АРИЗ. Автор — молодой инженер. Время на решение (вместе с записью) — 18 минут.
«Задача решается по стандарту 13. Между углем и стенками трубы нужно ввести третье вещество, являющееся видоизменением либо металла, либо угля. Точнее — металла, угля и воды, потому что уголь мокрый. Ответ очевиден: если мокрый уголь прилипает к металлу, а сухой не прилипает, надо ввести между стенками трубы и мокрым углем прослойку из сухого угля. Для этого можно использовать сухую крошку и крупную пыль, отводимую на вторичный помол».
Решение совершенно точное. Угольная крошка и крупная пыль должны быть отведены к питателю (фиг. 20). Сухой угольный порошок покроет влажные комки угля, и мокрый уголь в «сухой упаковке» свободно пройдет в мельницу.
«Изюминка» стандарта 13 в том, что третье вещество, разрушающее ненужный веполь, в большинстве случаев бывает даровым или весьма доступным, поскольку в роли этого вещества выступает одно из имеющихся веществ (иногда — оба имеющихся вещества). Но и в тех случаях, когда третье вещество вводится извне, оно обычно очень недорого.
Интересна в этом смысле задача 27 о транспортировке тяжелого самолета, совершившего вынужденную посадку. С первого взгляда видно, что задача решается стандартом 13. Весь вопрос в том, что именно использовать в качестве третьего вещества. Чтобы самолет не соприкасался с грунтом, нужно ввести какую-то прослойку. Главное требование к этой прослойке: ее должно быть много (самолет большой), и потому она должна быть предельно дешевой. Это— стандарт 25. Мы уже встречали задачу, в которой требовалось, чтобы вещества было много (для заполнения большого объема) и вещества не было совсем (во избежание хлопот с доставкой и расходов). Это — задача 6 о крышке для дымовой трубы. Одинаковые физические противоречия одинаково преодолеваются, хотя задачи относятся к совершенно различным отраслям техники. Французский изобретатель Александр Кэйр запатентовал во многих странах (патент СССР № 320 102) надувные оболочки: их легко доставить к месту аварии и наполнить воздухом, после чего они бережно приподнимут самолет под крылья (фиг. 21); в нижней части баллонов укреплены катки или колеса. Изобретение изрядно запоздало: необходимость в нем возникла еще в 30-е годы, с появлением тяжелых самолетов.
| Фиг. 21 |
В формулировке стандарта 13 речь идет о вредных явлениях при соприкосновении подвижного и неподвижного веществ. Однако стандарт можно распространить и на случай соприкосновения неподвижных объектов. Правда, выходить за границы прямой применимости стандарта надо осторожно...
Задача 3 6. Из статьи в журнале: «Нефть — жидкость весьма беспокойная. Ей тесно в плену трубопровода и резервуаров. Она стремится вырваться из этого плена. Правда, не все части нефти единодушны в своем стремлении. Наиболее нетерпеливыми и резвыми являются ее легкие фракции. Они улетучиваются моментально, едва их только помещают в резервуар. Научиться удерживать нефть — труднейшая и очень важная задача современной техники. Ведь сколько народных средств буквально улетает на ветер!
Неужели нельзя никак предотвратить чудовищное распыление ценнейшего продукта?
Сотни институтов и лабораторий во всем мире занимались и до сих пор занимаются этой проблемой. Тысячи ученых и ип-женеров пытаются уберечь свои страны от гигантских убытков. Много было придумано разных конструкций, но все они в принципе — и металлические понтоны, и крыши, и полые микробаллоны, плавающие внутри резервуара на поверхности нефти,—имели существенные недостатки. Они легко подвергались коррозии, были недостаточно герметичными.
Шли годы. Ученые и инженеры проделывали массу опытов, мучительно добиваясь эффективного решения. Нефть из резервуаров продолжала улетучиваться, и вместе с ней летели на ветер многие миллионы рублей.
И вот несколько лет назад горизонты этой проблемы неожиданно прояснились. Советским химикам пришла в голову до невероятности простая идея...»
Итак, задача состоит в том, чтобы найти эту «до невероятности простую идею», которую годами искали сотни институтов и лабораторий.
Применим стандарт 13. Между жидкостью и газом надо ввести прослойку, являющуюся видоизменением газа, жидкости или того и другого. Тут только три возможности:
— Использовать видоизмененный газ, т. е. превратить его в жидкость или твердое вещество (отпадает, поскольку для такого экрана потребуется поддержание очень низких температур);
— Использовать видоизмененную жидкость, т. е. сделать экран из газа или твердого вещества (газ не задержит испарения, а твердое вещество отпадает по приведенным выше причинам);
— Использовать смесь газа и жидкости, т. е. пену (подходит, если пена, во-первых, не будет испаряться и, во-вторых, не будет портить хранящуюся в резервуаре нефть).
Итак, ответ: экран надо сделать из пены. Это, кстати, согласуется и со стандартом 25. Остается выяснить, какая именно нужна пена. Если пена нефтяная, некоторые потери нефти все-таки неизбежны: испарение будет идти с поверхности пены. Сле-гдовательно, пену надо сделать из постороннего вещества, не смешивающегося с нефтью. Читатель, вероятно, помнит старое правило (мы рассказали о нем при разборе задачи 24): подобное растворяется в подобном. Нам надо, чтобы пена не растворялась в нефти (веществе органическом), поэтому пену придется сделать из неорганической жидкости с более высокой, чем у нефти, температурой кипения (чтобы пена мало испарялась). Простейшая неорганическая жидкость — вода. Почему бы не попробовать экран из обычной мыльной пены? Так и была решена эта задача на практике.
Поделиться книгой: