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

Исторически технические системы развиваются в три этапа. Сначала «новорожденная» техническая система впитывает изобретения типа М-М. Развитие идет медленно, без особых потрясений. Скажем, у парусного корабля (система «парус-ветер») постепенно совершенствуются паруса. Затем происходит техническая революция: переход типа М-м. Это порой воспринимается, как появление новой технической системы; на самом деле система с макроуровня переходит на микроуровень. Паруса заменяются поршнями парового двигателя или лопатками паровой турбины; давит на эти «паруса» пар, молекулы которого искусственно разгоняются тепловым полем. Далее идет цепь изменений типа м-м. Паровой двигатель заменяется двигателем внутреннего сгорания: те же «поршни-паруса», но управление молекулами «ветра» осуществляется иначе. А в изобретении по а. с. № 247 064 «железки» окончательно заменены электромагнитным полем, разгоняющим и отбрасывающим ионы: «Применение электромагнитного насоса для перекачки электролитов в качестве реактивного судового движителя». По-видимому, далее неизбежна новая техническая революция: переход к использованию только полей.

До сих пор мы рассматривали решение уже готовых задач. У читателя мог возникнуть вопрос: «А как ставить новые задачи? Ведь это самое трудное, недаром говорят, что правильно поставленная задача - половина решения...» Мы уже видели: сильные приемы решения потому и сильны, что отражают тенденции развития технических систем. Поэтому приемы можно использовать и для прогнозирования тематики изобретений.

Рассмотрим, например, а. с. № 489 862: «Устройство для нанесения полимерных порошков, содержащее камеру, пористую перегородку, вибратор и коронирующий электрод, отличающееся тем, что с целью повышения качества нанесенного покрытия коронирующий электрод выполнен в виде кольца. снабженного средством перемещения, выполненным, например, в виде микрометрических винтов». Итак, электрод, который ранее был неподвижен, сделан подвижным - его положение можно регулировать микрометрическим винтом. Использованы «железки»-переход типа М-М. Можно с уверенностью ставить новую задачу: как повысить точность перемещения электрода (а заодно и автоматизировать это перемещение)? Ответ очевиден: нужен переход типа М - м. Сразу можно указать конкретные способы: магнита- и электрострикция, обратный пьезоэффект и тепловое расширение. Насколько достоверен этот прогноз? Возникнет ли такая задача и будет ли она так решена? Что ж, есть и другие технические системы, в которых уже давно появилась потребность повысить точность перемещения; можно посмотреть, как обстоит дело в этих системах. Например, а. с. № 424 238: в устройстве для малых установочных перемещений длину регулировочного элемента меняют нагреванием - охлаждением; а. с. № 409117: микроинъектор с электрострикционным приводом; а. с. № 259 612: в устройстве для совмещения микроэлементов привод выполнен «в виде пластины, изменяющей свои размеры в результате теплового расширения»; а. с. № 275 751: регулировку лабиринтного насоса осуществляют с помощью теплового расширения; а. с. № 410 113: микроманипулятор с пьезоэлектрическим приводом; а. с. № 518 219: устройство для вытеснения жидкости (т. е. тот же микроинъектор!) с магнитострикционным приводом... Таких примеров настолько много, что можно без колебаний записать в учебники конструирования правило: «Помни, что микрометрический винт рано или поздно перестанет обеспечивать требуемую точность, и переходи на использование теплового расширения, магнитострикции, электрострикции и обратного пьезоэффекта». Этого правила пока не знают: каждый раз кто-то заново ищет решение, кричит «Эврика!», составляет заявку, спорит с экспертизой...

ФИЗИКА - КЛЮЧ К СИЛЬНЫМ ИЗОБРЕТЕНИЯМ

Нетрудно заметить: на макроуровне преобладают простые комбинационные приемы (разрезать, перевернуть, соединить и т. д.), на микроуровне в состав сложных приемов почти всегда входят физические эффекты и явления. На микроуровне мир приемов переходит в мир физики и химии. Отсюда и необходимость обеспечить изобретателя информацией о физических приемах, т. е. об изобретательских возможностях физических эффектов и явлений.

Здесь возникают две проблемы: как сделать, чтобы не простаивали знания об уже известных физических эффектах; как пополнить эти знания сведениями «по всей физике» и «по всей химии».

«Школьная» (и тем более «вузовская») физика дает очень мощный и почти универсальный набор инструментов. Вот только пользоваться этими инструментами обычно не умеют...

Вспомним хотя бы задачу 5. Есть пистолет, нужно определить, был ли двое суток назад произведен выстрел из этого пистолета или нет. Задача возникла из-за того, что событие произошло раньше, а не в данный момент. Сократим время до нуля (как того требует оператор РВС). Представьте себе, что в соседней комнате некто произвел выстрел (или десять выстрелов - все равно), затем мгновенно (в течение микросекунды) вычистил пистолет и передал вам два пистолета. Надо определить, из какого именно пистолета произведен выстрел.

Решить такую задачу не представляет никакого труда: пистолет, из которого только что стреляли, имеет более высокую температуру. Значит, в общем виде решение такое: надо измерять физические характеристики, закономерно меняющиеся после выстрела. Однако температура - плохой показатель, слишком уж быстро она падает до нормальной величины. Выстрел сопровождается не только повышением температуры, но и ударными нагрузками на материал ствола. Ствол -стальной, сталь - ферромагнетик, естественное магнитное поле Земли намагничивает сталь, при выстреле происходит размагничивание: нужно какое-то время, чтобы сталь снова намагнитилась. В этой цепи рассуждений использована простейшая «школьная» физика. Но ее достаточно для решения: «Способ установления давности выстрела при судебно-баллистической экспертизе путем определения изменяющихся во времени физических свойств ствола после стрельбы, отличающийся тем, что с целью определения времени выстрела из обнаруженного на месте происшествия оружия замеряют магнитным прибором степень намагниченности ствола и производят контрольный отстрел из этого оружия, а затем осуществляют контрольные замеры степени намагниченности ствола каждые 24 часа до момента показания прибора, равного степени намагниченности) ствола во время изъятия оружия» (а. с. № 284 303).

С этой задачей эксперименты велись почти шесть лет. Задача ни разу не поддавалась быстрому решению простым перебором вариантов. Но если вводилась подсказка: «Пистолет сделан из стали», задачу сразу решали 30 % испытуемых. Если подсказка звучала так: «Пистолет сделан из стали, а это - ферромагнитный материал», задачу сразу решали 80 % испытуемых (преимущественно в общей форме: надо проверить, как после выстрела меняются магнитные характеристики). Без подсказок, но с предварительной обработкой по оператору РВС задачу сразу решали 20 % испытуемых, начинающих изучать АРИЗ (первый курс в общественных институтах изобретательского творчества), и до 70 % более опытных испытуемых (второй курс).

Физические эффекты существуют как бы сами по себе, а задача - сама по себе; в мышлении изобретателя нет надежного моста. соединяющего физику с изобретательскими задачами; знания в значительной мере простаивают, не используются.

В задачах, подобных «пистолетной», навести мост между задачей и физикой нетрудно. Сформулируем правило (его можно рассматривать как следствие того, что говорилось о переходах М - м): «Если имеешь дело с железом (или материалом, содержащим железо, или таким, в который можно ввести железо), помни, пожалуйста, что железо - не дерево, не вода, не камень, ибо каждый атом железа имеет магнитные свойства, очень легко поддающиеся управлению - обнаружению, измерению, изменению. Во второй половине XX века стыдно пользоваться сталью (а она применяется очень широко) только как массой некоего инертного вещества (грубо говоря, как палкой), надо вовлекать в игру тонкие ферромагнитные свойства железа».

Трудно сказать, сколько прекрасных изобретений появится, если инженеры начнут применять это предельно простое правило. Вот а. с. № 518 591: «Мальтийский механизм, содержащий ведущее звено и ведомый мальтийский крест, отличающийся тем, что с целью повышения срока службы ведущее звено снабжено секторами из магнитомягкого материала с установленными в них постоянными магнитами, а мальтийский крест снабжен пластинами из гистерезисного материала». Мальтийский крест - очень старый механизм. Но материал этого механизма всегда использовался грубо, на макроуровне. Механизм делали из стали, а применялась она как дерево или камень...

Задача 47

Дана пружина. Увеличивать ее размеры и заменять вещество, из которого она сделала (сталь определенной марки), нельзя. Нужен способ, позволяющий существенно повысить жесткость пружины, ничего к ней не прикрепляя (не пристраивая никаких дополнительных пружин и т. п.). Способ должен быть предельно простым.