книги из ГПНТБ / Леонтьев, А. М. Экономическая эффективность изобретения

точной длины, центробежная си­ ла, возникающая благодаря вра­ щению Земли, будет держать его в натянутом положении. Предлагается создать своего рода канатную трубу (рис. 2), скрепив канаты через опре­ деленные промежутки и вплетя

вканаты электрические про­

вода. В середину трубы мож­ но поместить корабль сигарооб­ разной формы, который сможет двигаться в бегущем электро­ магнитном поле, постепенно на­ ращивая скорость до космичес­ кой. А запас топлива, который сейчас расходуется для выхода на орбиту, останется в корабле для дальнейших полетов. При условии получения достаточно прочного материала для кана­ тов космические канатные доро­ ги можно будет создавать и на

Рис. 2. „Канат в небо".

20

других планетах, и для сообщения со станциями-спут­ никами *.

Советский ученый Г. Покровский высказывает мысль о возможности управления движением земного шара в космическом пространстве с помощью атомной энер­ гии, Он предлагает соорудить вблизи одного из полюсов ядерный реактивный двигатель огромной мощности, со­ здав колоссальные искусственные кратеры, играющие роль камер сгорания и сопел двигателя. Тогда, в случае

а)

Рис. 3. Блок-схемы атомной (а) и тепловой (б) электростанций.

необходимости, Земля может быть сдвинута с ее вековой орбиты и перемещена на новую орбиту. Таким образом можно будет изменять климат по желанию человека -.

Многие из таких проектов, могут быть осуществлены в не столь уж отдаленном будущем.

Развитие науки непрерывно сопровождается новыми, все более ценными открытиями. Опираясь на достигну-1

1 Такого рода проекты разрабатывают и в других странах. Так, например, американские ученые работают над проектом, который носит название «Крюк в небе». Это проект подвесного лифта, укреп­ ленного на искусственном спутнике, расстояние до которого 36 тыс. км («Изобретатель и рационализатор», 1966, № 2, с. 34),

2 См.: «Наука и жизнь», 1960, № 9.

21

тые технические возможности, их все больше используют для разрешения основных задач производства.

Часто на начальной стадии внедрения в производство того или иного открытия и изобретения не полностью используются его потенциальные возможности. Так, на­ пример, достижения атомной физики и использование энергии атома осуществлены в атомных электростанциях с помощью технических средств обычной тепловой элек­ тростанции. Если рассмотреть блок-схемы (рис. 3) элек­ тростанций атомной и тепловой, то можно убедиться, что первая из них отличается от другой только одним дополни­ тельным блоком—-атомным реактором. В остальном уст­ ройство атомной электростанции в принципе ничем не от­ личается от тепловой: здесь также имеются теплообмен­ ник, играющий роль котла, турбина и электрогенератор.

С помощью теплообменников атомных реакторов используется лишь тепловая энергия, которая преобра­ зуется в электрическую по той же схеме, как и в тепло­ вых электростанциях. Нетрудно видеть, что громоздкость схемы преобразования энергии, присущая тепловым элек­ тростанциям, осталась и в атомных электростанциях.

Каковы же основные направления совершенствова­ ния энергетических установок и машин? Рассматривая схему, мы могли бы сказать, что следует двигаться по пути улучшения конструкций котлов, турбин и генерато­ ров. Однако существуют и другие возможности. История техники наглядно показывает, что наиболее рациональ­ ным путем совершенствования как энергетических, так и обрабатывающих машин является путь совершенство­ вания самого процесса преобразования энергии и самого технологического процесса, выполняемого машиной.

Допустим, что на тепловых электростанциях мы до­ бились бы непосредственного преобразования химиче­ ской энергии горения топлива в электрическую или теп­ ловой энергии непосредственно в электрическую, с до­

22

статочно высоким коэффициентом полезного действия и экономичностью рабочего процесса. В этом случае гро­ моздкие тепловые электростанции превратились бы в компактные, производительные и эффективные уста­ новки. Непосредственное преобразование энергии атом­ ной реакции в электрическую сделает атомные энерге­ тические установки наиболее совершенными.

Принципиально схема усовершенствованной атомной энергетической установки могла бы быть представлена одним блоком (атомным реактором), который выраба­ тывает электрический ток. Здесь схема преобразования энергии упрощается и отпадает необходимость в приме­ нении громоздких теплообменников и котлов, турбин и генераторов, — в реакторе сразу же получается электри­ ческая энергия Для малых электростанций, мощностью

внесколько киловатт, советскими учеными такое реше­ ние уже найдено. В таких установках тепло, получаемое

впроцессе ядерных реакций, непосредственно превра­ щается в электрический ток с помощью различных тер­ моэмиссионных преобразователей.

Внастоящее время совершенствование техники осу­ ществляется как за счет упрощения схем преобразова­ ния энергии, так и за счет улучшения конструкций ма­ шин на основе использования в них более прогрессивных технологических принципов. Действительно, основой дальнейшего совершенствования техники является сам процесс, протекающий в машинах. Изменение и улучше­ ние этого процесса, использование наиболее экономич­ ных принципов и условий его осуществления ведут к про­ грессивным изменениям в конструкциях машин. Здесь представляется важным отметить не только те техноло­ гические принципы, которые закладываются в ту или иную машину и установку при их конструировании (на­

пример, станки для накатывания резьбы используют технологический принцип выдавливания профиля винта

23

вместо его. нарезания на резьбонарезных станках), но имеются в виду и такие изобретения, которые предла­ гают принципиально новую технологию. Такая техноло­ гия обусловливает создание соответствующего нового оборудования для нового, более прогрессивного процес­ са, так как его выполнение на имеющемся оборудовании не только нерационально и экономически неэффективно, но, в большинстве случаев, и неосуществимо. Возникает такое положение, при котором создание новых орудий труда диктуется изобретенными новыми прогрессивными и высокоэффективными технологическими процессами. Например, установки для обработки различных токо­ проводящих материалов с помощью электрической искры были созданы на основе открытия технологиче­ ского способа электроискровой обработки. Так же были созданы электроимпульсные установки, устройства для электронно-лучевой и ионно-лучевой обработки, лазеры и другая техника. Вся эта прогрессивная техника созда­ на на основе открытий и изобретений, использующих новые технологические принципы.

Техника не стоит на месте, старое и отжившее непре­ рывно заменяется новым, более совершенным. Поэтому необходимо научиться определять степень совершенства техники, вскрывать главные направления ее развития, рассчитывать эффективность ее применения, видеть зав­ трашний день. И для того чтобы успешно решать изо­ бретательские задачи и, рационально используя весь арсенал знаний, целесообразно улучшать технику, необ­ ходимо разобраться не только в основных направлениях ее развития, но и в основных критериях ее оценки.

** *

Современная наука может вскрывать основные зако­ номерности технического прогресса лишь на основе объ­ ективных наблюдений, анализа и систематизации дан­

24

ных, расчетов и сопоставлений. Научные обоснования необходимы также и при решении изобретательских и рационализаторских задач.

Как известно, в техническом творчестве при решении изобретательских задач возникает необходимость в при­ менении различного рода приемов и методов для устра­ нения тех или иных препятствий, противоречий, возни­ кающих в ходе развития технической идеи. При этом изобретатель чаще всего сталкивается с возможностью нескольких вариантов решения. Отсюда возникает необ­ ходимость в выработке таких критериев, которые могли бы оказаться полезными при сравнительной оценке раз­ личных вариантов решения.

Наиболее полный сравнительный анализ возможен лишь при учете как технических и эстетических, так и экономических показателей. В этой связи оценка изобре­ тений должна учитывать многие факторы, из которых зачастую становятся первостепенными как само назначе­ ние техники, так и условия ее эксплуатации.

Рассмотрим некоторые примеры. Известно, что сни­ жение веса машин является существенным и важным показателем при их оценке. Для многих энергетических установок, применяемых на транспорте, снижение веса является одним из главных факторов их совершенство­ вания. Поэтому, например, применение на судах высоко­ оборотных дизелей, имеющих малый вес и большое чи­ сло оборотов (свыше 500 в минуту), с одной стороны, является прогрессивным явлением. Применение таких двигателей позволяет снижать вес механических устано­ вок примерно в 2—3 раза и намного уменьшать их габа­ риты. В случаях неисправности и необходимости ремонта такие двигатели можно снимать с судна и заменять но­ выми, отремонтированными на судоремонтных базах. Это значительно повышает качество ремонтных работ, резко снижает простои судов.

25

Однако, с другой стороны, судовые силовые уста­ новки с высокооборотными двигателями имеют более ускоренный износ основных движущихся частей, что в не­ сколько раз снижает моторесурс по сравнению с мало­ оборотными дизелями той же мощности. Высокооборот­ ные дизели расходуют много топлива, шумны в работе. Кроме того, в таких дизелях трудно использовать низ­ кие сорта тяжелого топлива. Соединение таких двигате­ лей с гребным валом требует установки зубчатых или электрических передач, а это усложняет всю силовую установку и снижает ее надежность и экономичность. Особенно громоздкими становятся передачи группового привода на судах большого тоннажа.

Малооборотные дизели хотя и имеют большой вес, но обладают большей надежностью и экономичностью. У них — высокий коэффициент полезного действия и, со­ ответственно, низкий удельный расход топлива. Срок службы, точнее моторесурс, таких двигателей — свыше ста тысяч часов. На судах большого тоннажа малообо­ ротные двигатели наиболее экономичны и, следователь­ но, в этих условиях более совершенны.

Таким образом, имеющиеся здесь противоречия раз­ решаются особо в каждом частном случае. Причем су­ щественными факторами при определении степени со­ вершенства тех или иных технических средств стано­ вятся, как это видно из приведенного примера, назначе­ ние и условия эксплуатации, от которых в значительной степени зависит эффективность их применения.

Кроме достигнутой в настоящее время (на данном уровне развития техники) экономичности существует по­ тенциальная экономичность новых технических средств, определяемая достижениями науки и техники.

Известно, например, что экономичность теплового двигателя зависит от разности температур рабочих тел на входе и выходе. Чем выше температура рабочего тела

26

на входе в двигатель и чем она ниже на выходе, тем выше экономичность теплового двигателя. Здесь можно, при прочих равных условиях, отметить прямую связь. Таким образом, если обойтись без громоздких паровых котлов и сжигать топливо непосредственно в непрерыв­

структивному решению. Отсутствие паровых котлов и конденсационных устройств выгодно отличает газотур­ бинную установку от паровой, а отсутствие кривошипно­ шатунного механизма делает конструкцию более совер­ шенной и надежной по сравнению с другими двигателя­ ми внутреннего сгорания. Но температуру газов, полу­ чаемую в камере сгорания (1600— 1800°С), приходится снижать из-за отсутствия дешевых жаропрочных мате­ риалов. И здесь возникает техническое противоречие: для обеспечения большей экономичности работы газовой турбины температуру газов на входе в турбину необхо­ димо повышать, а для увеличения моторесурса — сни­ жать.

Очевидно, что разрешение этого противоречия зави­ сит от успехов металлургии: когда появятся экономич­ ные материалы, выдерживающие температуры порядка 1600— 1800° С, потенциальные возможности газовых турбин будут реализованы. А пока такие материалы со­ здаются, приходится искать выход из противоречия,сни­ жая температуру газов на входе в турбину до 600— 800° С путем подмешивания воздуха, считаясь при этом с соответствующим снижением ее эффективности.

Новые перспективы использования атомной энергии открывают научные разработки по непосредственному превращению атомной энергии в электрическую, а иссле­ дования термоядерных реакций с целью их использова­ ния в энергетических установках открывают безгранич­

27

ные возможности создания надежных и эффективных источников энергии.

Как вопросы энергетики, так и вопросы транспорта, машиностроения и других отраслей решаются в направ­ лении все большего совершенствования технологических процессов и применения на их основе новейших техниче­ ских средств путем создания и внедрения все новых и более эффективных изобретений.

Задачи изобретателей сводятся к тому, чтобы, используя основные принципы совершенствования тех­ ники и технологии, на основе непрерывности технологи­ ческих процессов создавать все более совершенные об­ разцы, повышая при этом их технико-экономические параметры и народнохозяйственную эффективность. Го­ воря о целенаправленности изобретательской деятельно­ сти, мы имеем в виду программно-целевой принцип со­ здания изобретений. Без постановки цели изобретатель­ ская деятельность не может быть эффективной. Кроме того, следует использовать и принцип комплексной раз­ работки различных технических средств, а также прин­ цип эффективности в обосновании их полезности и науч­ ный подход при анализе информационных источников по тому или иному направлению совершенствования тех­ ники.

Рассмотренные примеры показывают, что решать во­ просы, связанные с новыми техническими идеями, одно­ сторонне, с учетом только некоторых факторов совер­ шенствования техники, нельзя. При обосновании совер­ шенства техники необходимо с максимальной полнотой учитывать ее различные показатели, характеризующие как .качественный, социальный, так и экономический эффект.

Только всесторонний, комплексный анализ может дать объективную оценку результатов работы изобрета­ теля. Если изобретатели предложили новый автоматиче­

28