книги из ГПНТБ / Альтшуллер Г.С. Алгоритм изобретения

Даже формальная логика представляет прежде всего метод для отыскания новых результатов, для перехода от известного к неизвестному; то же самое, только в го­ раздо более высоком смысле, представляет собой диалектика.

Ф. Э н г е л ь с

ШАГ ЗА ШАГОМ

Используя понятия об идеальной машине и техниче­ ских противоречиях, можно существенно упорядочить процесс решения изобретательской задачи. Идеальная машина помогает определить н а п р а в л е н и е поисков, а техническое противоречие, присущее данной задаче, указывает на п р е п я т с т в и е , которое предстоит пре­ одолеть. Однако противоречие подчас бывает довольно хитро спрятано в условиях задачи. К тому же обнаружен­ ное противоречие не исчезает само по себе, приходится изыскивать способы его устранения. Далеко не всегда удается одним броском преодолеть путь от постановки задачи до ее решения. Нужна рациональная тактика, по­ зволяющая шаг за шагом продвигаться к решению зада­ чи. Такую тактику дает алгоритм решения изобретатель­ ских задач (АРИЗ).

В следующих главах, углубляя изучение, мы деталь­ но рассмотрим отдельные «узлы» алгоритма и на кон­ кретных примерах'покажем, как они работают, а пока дадим общий обзор АРИЗ.

Термин «алгоритм», вообще говоря, имеет довольно расплывчатые границы. В математике под алгоритмом подразумевается строго регламентированная совокуп­ ность и порядок операций, необходимых для решения той или иной задачи. Математическим алгоритмом являются, например, действия, которые надо последовательно со­ вершить, чтобы извлечь квадратный корень из целого по­ ложительного числа. Такие алгоритмы характеризуются ж е с т к о с т ь ю: каждая операция определена совер­ шенно точно и не зависит ни от изменения условий за­ дачи, ни от личности человека, решающего задачу.

В широком^ смысле слова алгоритмом называют вся­ кую программу планомерно направленных действий. Программа решения изобретательских задач названа ал­ горитмом именно в этом смысле.

АРИЗ обладает гибкостью: одна и та же задачѣ мо­ жет быть решена разными путями — в зависимости'от того, кто и как ее решает. АРИЗ не игнорирует личность человека, который им пользуется. Напротив, АРИЗ сти­ мулирует максимальное использование особенно сильных качеств данного изобретателя. Поэтому путь от задачи до решения может быть пройден по-разному, изобрета­ тель совершает действия в зависимости от знаний, опыта, способностей. Алгоритм лишь избавляет от заведомо не­ верных шагов.

Более того, используя АРИЗ, разные изобретатели могут прийти к разным решениям одной и той же задачи. АРИЗ построен так, чтобы выводить д а н н о г о изобрета­ теля на наиболее сильные д л я нег о решения д а н н о й задачи.

Как и всякий инструмент, АРИЗ дает результаты, во многом зависящие от умения пользоваться им. Не сле­ дует думать, что, прочитав текст алгоритма, можно сра­ зу решать любые задачи. Прочитав описание приемов самбо, не стоит сразу выходить на соревнования. Так и с АРИЗ: единоборство с задачей требует практических на­ выков. Мы будем вырабатывать эти навыки на учебных

задачах.

4с >•< 4«

Если схематически представить двадцатипятилетнюю работу по созданию и.совершенствованию АРИЗ, полу­ чится довольно длинная цепочка: первый вариант — про­ верка на практике — корректировка— второй вариант — проверка на практике — корректировка — третий вари­ ант — ...и т. д.

Уже АРИЗ-59 (т. е.- алгоритм, опубликованный в 1959 году) успешно применялся рядом изобретателей. Затем появились АРИЗ-61, АРИЗ-64 и АРИЗ-65. В них был учтен опыт ряда семинаров, в ходе которых алго­ ритм использовался для решения самых разнообразных изобретательских задач. АРИЗ-64 и особенно АРИЗ-65 го­ дились для решения многих задач, встречающихся в изо­ бретательской практике. Тем временем совершенствова­ ние алгоритма продолжалось и в результате был разра­ ботан АРИЗ-68, изложенный в первом издании этой книги.

Мы рассмотрим два варианта алгоритма— АРИЗ-61 и АРИЗ-71. Это позволит читателю увидеть, в каком на­

1.Выделение «слабой» части.

2.Выделение «необходимой и достаточной» части.

3.Разделение объекта на одинаковые части.

Т р е т и й шаг. Проверка возможности изменений во внешней (для данного объекта) среде.

1.Изменение параметров среды.

2.Замена среды.

3.Разделение среды на несколько частичных сред.

4.Использование свойств внешней среды для выпол­ нения полезных функций.

1. Установление взаимосвязи между независимыми объектами, участвующими в выполнении одной работы.

2.Устранение одного объекта за счет передачи его функций другому объекту.

3.Увеличение числа объектов, одновременно действу­ ющих на ограниченной площади, за счет использования

свободной о б р а т н о й стороны этой площади.

расширение ее условий, т. е. переход к другой, более об­ щей задаче.

Ч е т в е р т ы й шаг. Проверка применимости найден­ ного принципа изобретения к решению других техниче­

ских задач.

* * *

В 1949 году Министерство угольной промышленности объявило всесоюзный открытый конкурс на создание хо­ лодильного костюма для горноспасателей, занимающихся

спасением людей, оставшихся в шахтах при подземных пожарах. Задача была исключительно трудной, на пер­ вый взгляд вообще неразрешимой.

Проследим ход решения этой задачи с помощью АРИЗ-61.

3 ад а ч а 4

Подземные пожары сопровождаются выделением ядо­ витого газа— окиси углерода, поэтому горноспасатели вынуждены применять кислородные аппараты. Работают эти аппараты по-так называемой замкнутой схеме: кис­ лород, хранящийся под давлением, постепенно подается в дыхательный мешок, а оттуда — в маску; выдыхаемые газы (они содержат много неиспользованного кислорода) очищаются в специальном патроне и снова идут в дыха­ тельный мешок.

Такая система значительно экономичнее открытой (принятой, например, в аквалангах), при которой выдох производится наружу. И все же эта система далеко не­ совершенна. Кислородный аппарат довольно тяжел — он весит свыше 12 кг, а главное — он не защищает от высо­ кой температуры. Между тем воздух в горящих горных выработках быстро нагревается до 100° С и выше.

При тяжелой физической работе организм человека выделяет тепла около 400 ккал в час. И отвести эти ка­ лории некуда — температура окружающей среды выше температуры тела. Не помогает и интенсивное выделение пота: при подземных пожарах влажность воздуха такова, что пот не испаряется, а стекает по телу. А тут еще извне идет мощный поток тепла — при температуре 100° С бо­ лее 300 ккал в час. Таким образом, за два часа работы нужно отвести примерно 1400 ккал!

Главная трудность создания холодильного костюма заключается в том, что он должен мало весить — на гор­ носпасателя можно нагрузить не более 28 кг, иначе он не сможет работать. Из этих 28 кг на долю кислород­ ного аппарата приходится 12 кг, на долю инструмен­ тов — 7 кг. Остается всего 9 кг. Если бы даже весь аппа­ рат состоял из холодильного вещества (а ведь и сама конструкция должна что-то весить!), то и в этом случае запас холодильной мощности был бы недостаточен для двухчасовой работы (этот срок указывался в условиях конкурса). Лед, сухой лед, фреон, сжиженные газы... Ни

одно холодильное вещество не укладывается в жесткие весовые рамки.

Возьмем, например, лед. Это очень мощное холодиль­ ное вещество. Чтобы расплавить 1 кг льда, нужно затра­ тить 80 ккал. А для нагревания образовавшейся воды до 35° С — еще 35 ккал. Таким образом, один килограмм льда дает возможность отвести от человека 115 ккал. Ay нас этих калорий 1400, значит, потребуется 12 кг льда. Если учесть вес костюма и холодильного устройства (ведь холод надо распределять и регулировать!), полу­ чится, что нужен запас веса никак не меньше 15—20 кг.

Решение задачи 4

Аналитическая стадия

ный аппарат. Заставить его одновременно давать кислород? Для этого ну­ жно взять в качестве хо­ лодильного вещества не лед, не сухой лед, а жид­ кий кислород. Черт побе­ ри, кажется, это возмож­ но. Правда, жидкий кис­ лород менее мощное хо­ лодильное вещество, чем, например, жидкий амми­ ак, но зато мы сможем взять его много, чуть ли не 15 кг!

Итог. Намечается идея: вместо двух аппаратов — кислородного и холодильного — иметь один. В этом ап­ парате будет использоваться жидкий кислород. Испаре­ ние и нагревание кислорода обеспечат охлаждающее дей­ ствие; нагретый до нормальной температуры кислород пойдет на дыхание. Весить такой прибор может 12 4-9 = 21 кг.

ме