2.3. Изобретательская ситуация, задача и модель задачи

Правильно поставленных изобретательских задач не бывает и процесс решения обязательно предполагает для изобретателя конкретизацию начальных условий. Процесс творчества начинается с выявления и анализа изобретательской ситуации, под которой понимают любую технологическую ситуацию, в которой отчетливо выделена какая-то неудовлетворяющая особенность.

Например, следующая ситуация. Для изготовления предварительно напряженного железобетона необходимо растягивать арматуру в виде стальных стержней. В растянутом состоянии арматуру закрепляют в форме и подают в нее бетон. После затвердевания бетона концы арматуры освобождают, она укорачивается и сжимает бетон, повышая его прочность. Применение для растяжения гидравлических домкратов является сложным и ненадежным. Предложен [11] электротермический способ растяжения: арматуру нагревают пропуская ток, она удлиняется и в таком состоянии ее закрепляют. При использовании стальной проволоки из нелегированных сталей для ее удлинения на расчетную величину необходима температура 700 °С. Но проволока теряет свои высокие механические качества даже при кратковременном нагреве выше 400°С. Применять дорогостоящую жаропрочную проволоку недопустимо.

В ситуации нет указаний, что допустимо менять в исходной ТС, поэтому одна и та же ситуация порождает разные изобретательские задачи. В большинстве случаев ситуация включает и неверные предписания о направлении решения, уводят от цели. При этом важно умение переводить ситуацию в задачи минимальные (мини) и максимальные (макси). Мини-задача получается из ситуации по схеме: то, что есть, минус недостаток, или то, что есть, плюс требуемое достоинство (новое качество), то есть требуется сохранить существующую ТС, но обеспечить недостающее полезное действие (или убрать имеющееся вредное свойство). Макси-задача получается предельным снятием ограничений и исходную ТС разрешается заменить принципиально иной ТС, то есть требуется новая система для такой-то цели. Проблема выбора задачи - это проблема стратегии изобретательства, но при всех обстоятельствах целесообразно начинать с минимальной задачи, т.к. ее решение, обеспечивая положительный результат, не требует сильного изменения самой системы и гарантирует легкость внедрения и экономический эффект.

В обеих формулировках суть дела должна быть изложена просто и ясно так, чтобы все было понятно и не специалисту. Мини-задача предполагает, что результата надо получить при минимальных изменения уже имеющейся ТС. Из одной и той же ситуации можно получить много разных мини-задач. Будущий инженер привыкает к тому, что условиям задачи следует безоговорочно доверять. Поэтому первые встречи с изобретательскими задачами порождают недоумение и неуверенность в том, правильно ли они сформулированы, корректно ли поставлены. На самом деле правильно сформулированных изобретательских задач не бывает. Если абсолютно правильно сформулировать изобретательскую задачу, она перестает быть задачей: ее решение сделается очевидным или же будет ясно, что задача не поддается решению при имеющемся уровне науки и техники.

Например, задача на основе рассмотренной ситуации с железобетоном. При изготовлении предварительно напряженного железобетона проволочную арматуру растягивают электротермическим способом. Но при натягивании на расчетную величину (при 700 °С) арматура теряет свои механические свойства. Как устранить этот недостаток?

Решение необходимо начинать с построения модели задачи, предельно упрощенной, но в то же время точно отражающей суть задачи: техническое противоречие и элементы и части исходной ТС, конфликт между которыми создает техническое противоречие. Модель задачи - это мысленная, условная схема задачи, отражающая структуру конфликтного участка системы. Например, модель задачи: даны тепловое поле и металлическая проволока, если нагревать проволоку до 700 °С, она получит необходимое удлинение, но утратит прочность.

Для перехода от задачи к модели устраняются: специальная терминология (электротермический способ, арматура); лишние элементы ТС (производство железобетона, нагрев электрическим током), так как они могут быть заменены другими (производство армированных стеклянных блоков, инфракрасный нагрев и др.) без изменения сути задачи. В модели остаются только те элементы, которые необходимы и достаточны, чтобы сформулировать техническое противоречие. При построении модели задачи следует брать ту формулировку, в которой речь идет об улучшении (сохранении, усилении и т.д.) основного производственного действия (свойства). Например, из двух формулировок: если нагревать проволоку до 700 °С, она получит необходимое удлинение, но потеряет прочность; и если не нагревать проволоку до 700 °С, она сохранит прочность, но не получит необходимого удлинения, следует выбрать первую, так как она обеспечивает основное действие - удлинение проволоки.

При переходе от ситуации к задаче и далее к модели резко уменьшается свобода выбора (т.е. свобода перебора пустых проб) и нарастает "дикость" в постановке задачи, происходит выход в парадоксальную область сильных решений. При построении модели задачи используют термины вепольного анализа: вещество, поле, действие, что позволяет еще до решения представить ответ в вепольной форме. В рассматриваемой задаче даны тепловое поле и вещество, т.е. в модели задачи неполный веполь. Поэтому в ответе будет: "Необходимо ввести второе вещество".

Для точного построения модели используют правила: в пару конфликтующих элементов обязательно должно входить изделие; вторым элементом чаще всего бывает инструмент, но в некоторых задачах оба элемента - изделия. Модели задач можно классифицировать на основе вепольной структуры исходной ТС на три типа: дан один элемент; даны два элемента; даны три (и более) элемента. Каждый тип делится на классы - в зависимости от того, какие именно элементы даны (вещества, поля), как они между собой связаны и можно ли их менять. В рассматриваемой задаче в условии даны два элемента (тепловое поле и вещество), поэтому задача относится ко второму типу, причем поле и вещество связаны двумя сопряженными действиями: если проволоку нагревать, она удлиняется, но теряет свойства (одно действие полезно, другое вредно). Задачи первого типа почти всегда решаются достройкой веполя и главное их свойство - стремление к достройке полного веполя. Задачи третьего типа без затруднений переводятся в задачи первого и второго типа. Если, например, по условиям задачи дан веполь (т.е. три элемента), то этот веполь можно рассматривать как один элемент (вещество) и соединять его по обычным правилам с другими веществами и полями. Классические изобретательские задачи - это задачи второго типа, в которых наблюдается конфликт и столкновение двух противоборствующих тенденций, свойств, требований. Переход от задачи к модели задачи облегчает выявление физического противоречия. При этом следует использовать правило: менять предпочтительно не изделие, а входящую в модель часть рабочего органа системы (изменение изделия может вызвать острое противоречие в нескольких этажах иерархии систем).