Инноватика
.pdf
Глава 9. Законы и закономерности изобретательской деятельности
жизнеспособности технической системы является сквозной проход энергии по всем ее частям.
***
Пример. Трансмиссия12 металлорежущего станка должна предусматривать энергетическую проводимость системы, в которую входят электродвигатель, муфта, валы и шестерни коробки скоростей, привод шпиндельного узла и устройства крепления инструмента или детали. В случае обработки чугуна вместо конструкционных сталей, на которые рассчитан станок, возможны поломки станка. В этом случае нередко возникают ситуации ударной нагрузки на инструмент и трансмиссию при наличии в структуре обрабатываемого серого чугуна, например, «отбелов» – включений белого, более твердого чугуна. Во избежание поломок, например, зубьев шестерен в такой трансмиссии, работающей с ударными нагрузками, необходимо зубчатые колеса изготавливать из вязких малоуглеродистых сталей с нанесением твердых упрочняющих покрытий на рабочую поверхность зубьев зубчатых колес (шестерен), например, с помощью ионного азотирования или науглероживания с последующей закалкой. Способ ионного азотирования относится в данном случае к объекту изобретательской деятельности.
***
3. Закон согласования ритмики частей системы. Из него следует, что необходимым условием принципиальной жизнеспособности технической системы является согласование (или рассогласование) частоты колебаний (периодичности работы) всех частей системы. «Согласованию-рассогласованию» подлежат все компоненты: материалы, формы и размеры, ритмика действий, структура, материальные, энергетические, информационные и другие
потоки, живучесть.
4. Закон увеличения степени идеальности системы. Предметом утверждений этого закона является то, что развитие всех технических систем идет в направлении увеличения степени идеальности, т.е. повышения соотношения функции полезности к функции расплаты или рисков.
Очевидно, что степень идеальности увеличивается с ростом отношения полезных характеристик (мощности, усиления, производительности, точности, надежности) к вредным свойствам (потери, помехи, количество брака, вес, размеры, трудоемкость изготовления).
12 От лат. transmission – пересылка, передача.
221
Раздел III. ПРИНЦИПЫ И МЕТОДЫ РАЗРАБОТКИ НОВОВВЕДЕНИЙ
Например, для турбогенератора – это отношение мощности к массе, а для информационно-вычислительной техники – это отношение количества перерабатываемой информации (в битах) к энергетическим затратам (в ваттах).
Идеализацию технической системы в ходе изобретательской деятельности обеспечивают путем увеличения параметра, стоящего в числителе при одновременном снижении параметра, стоящего в знаменателе данного соотношения. Например, идеализация технической системы происходит:
−когда, например, масса (М), габариты (Г), энергоемкость (Э) стремятся к нулю, а количество выполняемых функций (Ф) остается неизменным;
−когда количество выполняемых технической системой функций
(Ф) увеличивается, а масса (М), габариты (Г), энергоемкость (Э) остаются неизменными или сокращаются.
***
Примеры. Предельный случай идеализации технической системы заключается в ее миниатюризации или микроминиатюризации средствами микросистемной техники при одновременном увеличении количества выполняемых ею функций (многофункциональности). Нередко наблюдается и смешанный вид идеализации, когда выигрыш в снижении, например, массогабаритных параметров в ходе изобретательской деятельности или выполнения НИОКР расходуется на дополнительное увеличение количества выполняемых функций.
Соотношение методов развертывания технической системы в ходе реализации закона идеализации технической системы в изобретательской деятельности и S-образных кривых развития технологии можно представить с помощью рис. 9.2. Примером увеличения количества функций технической системы при переходе к би-системе может служить следующее описание изобретения. Фары автомобиля установлены так, чтобы освещать путь впереди машины. Из соображений безопасности имеет смысл иметь дополнительную фару, которая светила бы несколько вверх и вбок, освещая дорожные знаки, стоящие на обочине. В патенте Великобритании предложено совместить обе функции в одной фаре. Для этого на внутренней стороне стекла фары делается выступ в виде призмы. Призма рассчитана так, что при переключении на ближний свет часть пучка света от фары отклоняется вбок и вверх, освещая дорожные знаки на расстоянии около 25 метров от автомобиля.
222
Глава 9. Законы и закономерности изобретательской деятельности
Рис. 9.2. Соотношение развития технической системы и S-образных кривых развития технологии
Процесс развития технических систем при реализации закона увеличения степени идеальности системы нередко сводится к решению различных изобретательских задач:
−развертывания технической системы путем создания новых подсистем для выполнения дополнительных полезных функций;
−разделения моновещества на зоны, слои, части, переход к композиционному (составному) материалу или веществу или наоборот свертывания составных веществ в моновещество;
−для технической системы, достигшей максимального развертывания, осуществляют вытеснение части подсистем в надсистему, развитие
отдельных подсистем или свертывание технической системы в одну полисистему и решение других изобретательских задач.
Решением задачи свертывания технической системы в новую полисистему может быть такой пример. Свертывание типографии – нужная книга печатается путем считывания информации компьютером с компакт диска или другого носителя информации, распечатывается на скоростном лазерном принтере и автоматически переплетается под заказ непосредственно в книжном магазине.
***
5. Закон неравномерности развития частей системы. Предметом обобщений этого закона является неравномерность развития частей системы: чем сложнее техническая система, тем более неравномерно развитие ее частей. Развертывание технической системы на этапе ее развития в рамках существующего устройства или способа осуществляется следующим образом:
223
Раздел III. ПРИНЦИПЫ И МЕТОДЫ РАЗРАБОТКИ НОВОВВЕДЕНИЙ
−включением в систему дополнительных подсистем для повышения качества выполнения основной функции (например, в автомобиле – это кузов для защиты пассажиров или гидравлическая коробка передач);
−включением в систему дополнительных подсистем, выполняющих вспомогательные функции для расширения ее возможностей (например, в том же автомобиле, это может быть компьютер с оптимизацией режима работы двигателя, встроенный радиоприемник, телевизор или откидывающиеся кресла);
−усложнением внутренней структуры системы, т.е. увеличение ступеней иерархии за счет дробления системы на однородные или разнородные подсистемы (например, лихтеровоз или
трейлер с автоприцепом).
6. Закон перехода в надсистему. Область применения этого закона относится к развитию системы, достигшей своего предела. В этом случае развитие может быть продолжено уже на уровне возникновения надсистемы, например, коллективной антенны. У объединенных в надсистему локальных систем появляются новые синергетические функции и свойства, например, возможности кабельного телевидения и видеосвязи, если говорить о примере коллективной спутниковой антенны. Переход в надсистему может осуществляться также путем создания нового полисистемного свойства (например, локальная сеть ЭВМ, трос, катамаран, 2-цветный карандаш). Возможны и другие переходы в надсистему, например, из элементов со сдвинутыми характеристиками или из альтернативных систем, когда недостатки каждой из систем компенсируются, а преимущества – складываются. Примером тому является турбовинтовой двигатель, активно-реактивный снаряд, железобетон, металлобетон, а также переход в надсистему из инверсных систем
(например, кондиционер).
7. Закон перехода с макроуровня на микроуровень. Этот закон изобретательской деятельности утверждает, что переход системы на микроуровень также позволяет создавать полисистемы, например, из элементов простой формы, из высокодисперсных элементов, из компонентов с использованием структурных эффектов веществ, из элементов, использующих молекулярные, атомные явления, действия поля вместо вещества и т.д.
224
Глава 9. Законы и закономерности изобретательской деятельности
***
Пример. Рассмотрим в качестве примера задачу, поставленную дельфином13. Во время океанского путешествия немецкий ученый Макс Крамер заинтересовался легкостью, с какой дельфины обгоняли быстроходный лайнер. Производя необходимые расчеты, он столкнулся с непонятным противоречием: при такой скорости, учитывая форму и размер тела дельфина, сопротивление воды должно быть многократно больше фактического. Последующее, более детальное изучение показало, что кожа животного, имеющая эластичное и пористое строение, обладает свойством резко гасить турбулентные завихрения, образующиеся вокруг движущихся в воде тел. Разрез кожи дельфина показал, что в ней имеются перпендикулярные поверхности кожи «столбики», которые, сгибаясь, способствуют превращению турбулентного потока в ламинарный.
На основании этого факта Крамер и группа ученых занялись разработкой искусственного покрытия для увеличения скорости судов. Созданное ими покрытие – « ламинфло» состоит из двух слоев тонкой резины, разделенных мягкими резиновыми столбиками, пространство между которыми заполнено вязкой кремнийорганической (силиконовой) жидкостью. Уже первые опыты показали – турбулентность обтекающих модели струй была вдвое меньшей, чем при испытании моделей той же формы, но сделанных из обычного материала. Таким образом, скорость кораблей можно увеличивать не только путем улучшения гидродинамической формы обтекаемых поверхностей, но и с помощью специальных противотурбулентных покрытий, путем создания полисистем, которые гасят турбулентные потоки за счет специальных свойств не макрогеометрии технической системы, а только устройства и вещества покрытия.
***
8. Закон увеличения степени вепольности. Использование веполей в изобретательской деятельности также может приводить к развитию систем. Примерами тому являются муфта с магнитной жидкостью, способ извлечения алкоголя из сухих вин, устройство тепловой трубы или технологии герметизации ампул с лекарствами и т.д.
«Веполь» – это минимально управляемая техническая система, состоящая из двух взаимодействующих объектов (вещества) и энергии их взаимодействия. Системы, состоящие из одного элемента (вещества В1 или поля П), или двух элементов (двух веществ В1, В2 или только вещества В1 и только поля П), называются невепольными. Закон14 увеличения степени вепольности можно проиллюстрировать следующей схемой (рис. 9.3).
13Альтшуллер Г. С. Как научиться изобретать. Тамбов. 1961. С.119-120.
14Альтшуллер Г. Вепольный анализ: методические указания. Баку. 1973. 23 с. Альтшуллер Г.и др. Введение в вепольный анализ. Баку. 1973, 26 с.
225
Раздел III. ПРИНЦИПЫ И МЕТОДЫ РАЗРАБОТКИ НОВОВВЕДЕНИЙ
Невепольная
техническая
система
Простой
веполь
Изменение
вещества
и поля
Согласование вещества и поля
Изменение
структуры
веполя
Форсирован ный веполь 
Простой
веполь
Простой форсированный веполь
Комплексный веполь на внешней среде
Внешний
комплексный
веполь
Внутренний
комплексный
веполь
Комплексный веполь
Комплексный форсированный веполь
Смешанный
веполь
Двойной
веполь
Цепной
веполь
Сложный
веполь
Сложный форсированный веполь
Рис. 9.3. Схема увеличения степени вепольности технической системы
***
Пример. Рассмотрим пример использования схемы увеличения степени вепольности технической системы. Обычно кору древесины отделяют механически в специальных корообдирочных барабанах или механическими инструментами. При этом повреждается и сама древесина. Разберем эту задачу с позиций вепольного анализа. Древесина – это В1, кора – В2. Система – невепольная (рис. 9.4, а). Достройка веполя заключается в ведении поля П, воздействующего только на кору в направлении ее отрыва от древесины
(рис. 9.4, б).
226
Глава 9. Законы и закономерности изобретательской деятельности
|
|
|
|
|
|
|
П |
В1 |
|
В2 |
В1 |
|
В2 |
В1 |
В2 |
|
|
||||||
|
|||||||
|
|||||||
|
а) |
|
|
|
б) |
|
|
Рис. 9.4. Построение структурной схемы веполя
Какое поле можно использовать в данном случае? Как известно, между корой и древесиной находятся клетки, содержащие большое количество влаги, вскипание которой может оторвать кору. Вскипание можно осуществить с помощью вакуума или нагрева, например, токами высокой частоты. Таким образом, вепольный анализ рекомендует в данном случае использовать тепловое поле. Более сложные случаи вепольного анализа иллюстрирует (рис. 9.5) переход от цепного веполя к смешанному, он показан структурой а, переход от двойного веполя к смешанному – схемой б.
|
|
П1 |
|
|
П2 |
|
|
П1 |
|
П2 |
||||||
|
|
|
В |
|
|
|
В3 |
В |
|
|
|
В2 |
|
|
В3 |
|
В1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
2 |
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
П3 |
|
П4 |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
а) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
П1 |
|
|
|
|
П1 |
П2 |
|
|
|
|||||
В1 |
|
|
|
В2 |
|
В1 |
|
|
В2 |
|
|
|
В3 |
|||
П2 |
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
П3 |
П4 |
|
|
|
||||||
б)
Рис. 9.5.Схемы преобразований веполей
***
9. Закон увеличения степени динамичности. Предметом утверждения этого закона является то, что для повышения эффективности жесткие системы необходимо заменять на более гибкие, с быстро меняющейся структурой и режимами работы, которые легче адаптируются к изменениям внешней среды.
Инновации, основанные на применении изобретений, использовании алгоритмов или теории решения изобретательских задач, являются основой обеспечения конкурентоспособности предпринимательской деятельности. Вместе с тем, кроме теории
227
Раздел III. ПРИНЦИПЫ И МЕТОДЫ РАЗРАБОТКИ НОВОВВЕДЕНИЙ
решения изобретательских задач, в мировой практике инновационной деятельности созданы и другие упорядоченные методы15,16 использования результатов изобретательской деятельности, эвристических приемов разработки новых технологий и средств их осуществления, которые обеспечивают лучшую целевую ориентацию разработчика на конечный результат творческой деятельности. Рассмотрение таких проблемно-ориентированных методов творческой деятельности мы начнем с постановки задач технического творчества и метода «проб и ошибок».
Выводы
1)Научно-техническое творчество предполагает знание не только научных законов физики, химии, биологии, инженерного дела и других естественно-научных законов, на которых основывается любая новация, но и правовых актов по организации научнотехнического творчества и инновационной деятельности.
2)Патентное законодательство России, нормы которого определяют систему охраны прав в Гражданском кодексе РФ, основано на использовании основных принципов Римского Права всем современным законодательством, в частности, при толковании патентного законодательства РФ, авторского права, использования патентов как охранных документов изобретения, полезной модели, промышленного образца.
3)Государство в обеспечение развития собственной инновационной экономики и повышения своей конкурентоспособности призвано стимулировать создание и использование изобретений, полезных моделей, промышленных образцов.
4)Изобретение – это новое техническое решение в любой области, относящееся к продукту (в частности, устройству, веществу, штамму микроорганизма, культуре клеток растений или животных) или способу (процессу осуществления действий над материальным объектом с помощью материальных средств).
15 Технологии и средства развития творческих способностей специалистов / Под ред.
В. А. Грачева. М.: ЭДКД, 2002. 221 с.
16 Техническое творчество: теория, методология, практика. Энциклопедический словарьсправочник/ Под ред. А .И. Половинкина, В. В. Попова. М.: ЦИАН. 2001.
228
Глава 9. Законы и закономерности изобретательской деятельности
5)Полезная модель признается соответствующей условиям патентоспособности, если она является новой и применимой в промышленности, в сельском хозяйстве, здравоохранении и других отраслях производства продукции или оказания услуг.
6)В качестве промышленного образца охраняется художественноконструкторское решение изделия промышленного или кустарно-ремесленного производства, определяющее его внешний вид. К существенным признакам промышленного образца относят признаки, определяющие эстетические и (или) эргономические особенности внешнего вида изделия, в частности, форма, конфигурация, орнамент и сочетание цветов.
7)Патент является свидетельством авторского права. Его выдают лицу, творческим трудом которого создано изобретение, промышленный образец или полезная модель. Патентообладателю принадлежит исключительное право на изобретение, полезную модель или промышленный образец. Никто без разрешения патентообладателя до истечения определенного срока не имеет права использовать запатентованные изобретение, полезную модель или промышленный образец.
8)Предметом патента в зарубежном патентном законодательстве может быть любое достижение, которое путем изменения основных условий производства преследует цель получить какое-либо преимущество по сравнению с тем, что уже
известно. Тем самым, патентоспособными чаще всего являются устройства (машины, механизмы, инструменты), способы (или последовательность механических или химических операций, процессы осуществления действий над материальным объектом с помощью материальных средств), которые неизвестны по их сущности или применению, при условии, что они служат получению производственного результата или изделия.
9)Развитие технологических систем, различных локальных и единых технологий в виде способов и обеспечивающих их устройств, приемы устранения технических противоречий подчиняются определенным принципам, которые основаны на применении одного или нескольких законов патентной деятельности или теории решения изобретательских задач.
229
Раздел III. ПРИНЦИПЫ И МЕТОДЫ РАЗРАБОТКИ НОВОВВЕДЕНИЙ
Вопросы для самоконтроля
1)Какой комплекс правовых документов включает патентное законодательство?
2)Что называют изобретением?
3)Что называют полезной моделью?
4)Что называют промышленным образцом?
5)Кому выдают патент?
6)Какие права получает патентообладатель?
7)Каков порядок использования изобретения?
8)Какие требования предъявляют к нарушителю патента?
9)Что означает понятие «изобретение» в зарубежном патентном законодательстве?
10)Какие права предоставляет патент на изобретение в различных странах?
11)Как стимулирует инновационную деятельность патентное законодательство?
12)Как подать международную заявку на патент?
13)Что такое уровень техники и новизна изобретения в зарубежном патентном законодательстве?
14)Что предусматривает паушальный платеж?
15)Что предусматривает роялти?
16)В чем вы видите недостатки патентного законодательства?
17)Какие вы знаете зависимости патентной статистики?
18)Какие вы знаете законы и закономерности изобретательской деятельности?
230