2.10. Применение стандартов для решения изобретательских задач [84]

2.10.1. Определение и типы стандартов

Приемы четвертого уровня, отличающиеся сложностью и четкой специализацией называются стандартами. Это комплексные приемы, которые надо применять обязательно, так как для своих классов задач они гарантируют решения высокого уровня [11].

Основные особенности стандартов: в их состав входят не только приемы, но и физические эффекты; приемы и эффекты, входящие в стандарты, образуют определенную систему, то есть, соединены в определенной последовательности; система приемов и эффектов отчетливо направлена на устранение физических противоречий, типичных для данного класса задач; отчетливо видна связь стандартов с основными законами развития ТС. Например, применение эффекта Томса дает решения высокого уровня для задач с общей формулировкой: "Как уменьшить трение жидкости и твердого тела при их относительном движении?" Добавка длинноцепочечных полимеров в жидкость для струйного воздействия на твердые материалы увеличивает производительность обработки (а. с. 412382); ввод подобных полимеров в жидкостную смазку для волочения труб, снижает коэффициент трения (а. с. 427982).

В стандартах указывают не какой-то конкретный физэффект, а тип эффекта, поэтому стандарты имеют значительно большую продолжительность жизни. Рассмотрим 10 из более 50 известных стандартов [11].

Стандарт 1: если объект трудно обнаружить в какой-то момент времени и если можно заранее ввести в него добавки, то задача решается предварительным введением в объект добавок, которые создают легко обнаруживаемое поле или легко взаимодействуют с внешней средой, обнаруживая себя и объект. Аналогично решаются задачи на измерение, если их можно представить в виде последовательности задач на обнаружение. Например, для обнаружения утечек используется добавка люминофора в рабочее вещество холодильника (фреон или масло), при освещении УФ лучами по свечению люминофора определяют неплотности (а. с. 277805).

Стандарт 2: если нужно сравнить объект с эталоном, чтобы выявить отличия, то задача решается оптическим совмещением, изображения объекта с эталоном или с изображением эталона, причем изображение объекта должно быть противоположно по окраске эталону или его изображению. Аналогично решается задача на измерение, если есть эталон или его изображение. Например, пластинку с просверленными отверстиями контролируют, совмещая желтое изображение пластинки с синим изображением эталона, причем если на экране появляется желтый цвет, значит на контрольной пластинке отсутствует отверстие, а появление синего цвета означает, что на пластинке есть лишнее отверстие (а. с. 350219).

Стандарт 3: если два подвижных относительно друг друга вещества должны соприкасаться и при этом возникает вредное явление, то задача решается введением между ними третьего вещества, являющегося видоизменением одного из веществ, данных по условиям задачи. Например, для снижения износа поворотов трубопроводов при пневмотранспорте абразивных магнитных материалов (шарики, дробь и т.д.), в месте поворота снаружи устанавливают постоянный магнит и изнутри на стенку налипает слой материала, поэтому происходит экранирование от абразивного износа (а. с. 304356). Другой пример: для снижения кавитационного износа крыльев на скоростных судах, части подводного крыла, которые необходимо защищать, охлаждают и на них нарастает тонкий, постоянно восстанавливающийся слой льда экранирующий крылья (а. с. 412062).

Стандарт 4: если нужно управлять движением объекта, в него следует ввести ферромагнитное вещество и использовать магнитное поле. Аналогично решаются задачи на обеспечение деформаций вещества, на обработку его поверхности, дробление, перемешивание, изменение вязкости, пористости и т.д. Например, ферромагнитный порошок вводят в катализатор и управляют его движением магнитным полем (а. с. 261371).

Стандарт 5: если нужно увеличить технические показатели ТС (массу, размеры, скорость) и это наталкивается на принципиальные препятствия (например, запрет со стороны законов природы, отсутствие в современной технике необходимых веществ, материалов, мощностей), то ТС должна войти в качестве подсистемы в состав другой, более сложной ТС. При этом развитие исходной ТС прекращается, оно заменяется более интенсивным развитием сложной ТС и система переходит к надсистеме.

Стандарт 6: если трудно выполнить операцию с тонкими хрупкими и легкодеформируемыми объектами, то на время выполнения этих операций объект надо объединить с веществом, делающим его твердым и прочным, а затем это вещество удалить растворением, испарением и т.д. Например, тонкостенные трубки из нихрома изготавливают волочением на алюминиевом стержне, а затем вытравливают стержень щелочью (а. с. 182661).

Стандарт 7: если надо совместить два взаимоисключающих действия (или два взаимоисключающих состояния объекта), то каждое из этих действий надо сделать прерывистым и совместить таким образом, чтобы одно действие совершалось в паузах другого, при этом переход от одного действия (состояния) к другому должен осуществляться самим объектом, например, за счет использования фазовых переходов, происходящих при изменении внешних условий.

Стандарт 8: если невозможно непосредственно определить изменение состояния (массы, размеров и т.д.) механической системы, то задача решается возбуждением в системе резонансных колебаний, по изменению частоты которых можно определить происходящие изменения. Идеальный способ измерения: датчиков нет, а система сама сообщает о своем состоянии по частоте собственных колебаний.

Стандарт 9: если нужно увеличить технические показатели ТС (точность, быстродействие и т.д.) и это наталкивается на принципиальные препятствия (запрет со стороны законов природы, резкое ухудшение других свойств ТС), то задача решается переходом с макро- на микроуровень, причем система (или ее часть) заменяется веществом, способным при взаимодействии с полем выполнять требуемые действия.

Стандарт 10: если нужно ввести добавки, а это запрещено условиями задачи, следует использовать обходные пути: вместо вещества вводится поле; вместо "внутренней" добавки используется "наружная"; добавка вводится в очень малых дозах; добавка вводится на время; в качестве добавки используют часть имеющегося вещества, переведенную в особое состояние или уже находящуюся в таком состоянии; вместо объекта использовать его копию (модель), в которую допустимо введение добавок; добавки вводят в виде химического соединения, из которого они потом выделяются.

Стандарты на решение изобретательских задач можно применять до анализа задачи, но эффективнее их использовать после анализа и после построения модели задачи, поэтому стандарты входят в таблицу типовых моделей задач и вепольных преобразований. Приемы и стандарты могут быть использованы не только для решения задач, но и для выявления области применения полученного принципа, то есть в целях прогнозирования.

Анализ показывает [1], что все изобретательские задачи можно разделить на две группы: 1) задачи типовые, решаемые прямым применением уже известных законов развития ТС или следствий, непосредственно вытекающих из этих законов; 2) задачи не типовые, решение которых пока не поддается полной формализации. Типовые задачи решаются по четким правилам в один ход: правила указывают, как должна быть преобразована исходная ТС. Такие правила называют стандартами, а совокупность этих правил, определенным образом классифицированных, - системой стандартов. Задача становится стандартной в зависимости от того, известны ли соответствующие законы развития ТС, причем стандарты указывают "хитрые", обходные подходы к задачам.

Стандарты (сильные сочетания приемов и физэффектов) можно разделить на пять классов. Первый класс - построение и разрушение вепольных систем, например, для синтеза работоспособной ТС необходимо - перейти от невеполя к веполю. Если поле должно действовать на одно вещество и не действовать на другое, расположенное рядом, можно использовать вариант данного стандарта: если нужен избирательно-максимальный режим поле должно быть либо максимальным; тогда в места, где необходимо минимальное воздействие, вводят защитное вещество; либо минимальным, тогда в места, где необходимо максимальное воздействие, вводят вещество, дающее локальное поле, например, термитные составы для теплового воздействия, взрывные составы - для механического воздействия. В частности, в зазор между свариваемыми деталями закладывают смесь, выделяющую при сварке локальное тепло (а. с. 743810). В первый класс входят также стандарты на разрушение, в частности: если между двумя веществами в веполе возникают сопряженные (полезное и вредное) действия, причем непосредственное соприкосновение веществ сохранять не обязательно, а использование посторонних веществ запрещено или нецелесообразно, задачу решают введением между двумя веществами третьего вещества, являющегося их видоизменением. Например, при осаждении металлов электролизом из водных растворов возникает проблема отделения осадка от катода, эта операция трудоемка и проводится вручную. Поэтому, между катодом и слоем осажденного на катод металла должна быть металлическая прослойка - легко образующаяся, электропроводная и легко разрушающаяся. Такую прослойку получают, покрывая катод рыхлым губчатым слоем осаждаемого металла, который наносят электролитически, в режиме предельного тока (а. с. 553309).

Второй класс - включает стандарты на развитие вепольных систем. Повышение эффективности вепольных систем может быть достигнуто прежде всего переходом к сложным веполям, причем усложнение компенсируется появлением новых качеств. Стандарты этого класса форсируют простые и сложные веполи, с увеличением динамичности систем, согласованием ритмики, структурированием веществ и полей до перехода к комплексно форсированным веполям. Например, стандарт: "если введение ферромагнетиков и/или намагничивание затруднены, следует воспользоваться взаимодействием внешнего электромагнитного поля с контактно подведенными и/или неконтактно индуцированными токами или взаимодействием этих токов между собой.

Третий класс - стандарты на переход к надсистеме и на микроуровень, основаны на том, что все главные линии развития систем ведут к структурам, охотно "присоединяющим" физические эффекты и явления. Особенно хорошо "присоединяют" физэффекты системы, перешедшие на микроуровень. Достаточно вспомнить многочисленные изобретения, использующие тепловое расширение металлов или фазовые превращения воды. Например, задача на третий класс стандартов: для сохранения низких температур используют экранно-вакуумную изоляцию, при этом между двумя стенками создают вакуум и подвешивают тонкие экраны (пленка, фольга), отражающие тепловое излучение. Экранов много, между ними должны быть промежутки и для устойчивого монтажа необходимы крепежные элементы. Однако, по этим элементам теплопроводностью теряется тепло. Противоречие: экраны надо как-то фиксировать, чтобы конструкция в любом положении была устойчивой, и нельзя фиксировать, чтобы по фиксирующим элементам не проходило тепло. Решение: экраны необходимо отталкивать друг от друга, например, зарядив их одноименно, т.е. произошел переход на микроуровень: вместо крепежных элементов использованы электроны. Конструктивно экраны выполняются из полимерных пленок - электретов одноименного заряда (а. с. 1106955).

Четвертый класс - стандарты на измерение и обнаружение. Главная идея этого класса - достроить или надстроить веполь, получив на выходе поле, которое легко обнаружить и/или измерить. В простейшем случае строится двойной веполь, включающий характерную "обнаружительно-измерительную" группу: П1ВП2. Примером может служить а. с.277805: для обнаружения не плотностей в холодильных агрегатах, во фреон добавляют люминофор и определяют места утечек по свечению люминофора в УФ свете.

Пятый класс стандартов - методы и приемы введения в веполи новых элементов, без введения этих элементов, т.е. используя различные обходные пути: введение "пустоты" вместо вещества; введение поля вместо вещества; использование в качестве вводимого вещества внешней среды и отходов системы; видоизменение веществ, уже имеющихся в системе; использование смесей видоизмененных веществ с "пустой" внешней средой или отходами; применение копий вещества вместо самого вещества, в частности, использование оптических копий; введение веществ на время. Аналогичны приемы экономного введения полей: используют внешние поля; "мобилизуют" поля, имеющиеся в системе. Например, электрический ток в сигнализаторе уровня жидкости возникает в результате контакта корпуса с поплавком, так как они выполнены из разнородных металлов, образующих при замыкании холодный спай термопары (а. с. 504932).