книги / Основы научных и инженерных исследований
..pdf7.Критика найденных способов, выбор наилучших.
8.Сравнение найденных решений с точки зрения ис-
тории вопроса с существующими изобретениями. Установление патентоспособных вариантов решения задачи.
9. Составление формулы изобретения и описание заявки на патент.
Б.Н. Юрьев советовал подвергать сомнению все и даже то, что кажется абсолютно бесспорным. И только после этого отбрасывать абсурдные решения с помощью строгого их анализа!
Для специалистов разных профилей − технологов, конструкторов, электронщиков и т.д. – существуют разные списки вопросов. Целесообразно составить и для себя собственный список, обобщив несколько известных.
Метод контрольных вопросов используется при решении сложных изобретательских задач, когда другие методы не дают желаемого результата.
9.2.4. Алгоритм решения изобретательских задач Г. Альтшулера
Алгоритм решения изобретательских задач разработан Г. Альтшулером в 1961 г. на основе метода контрольных вопросов академика Б.Н. Юрьева. Алгоритм представляет собой рекомендации для решения изобретательских задач:
1. Аналитическая стадия. Уясняется техническая проблема, выявляются ограничительные условия, особенности проблемы и объекта, причины возможных осложнений, препятствующих решению проблемы. На этой стадии решаются следующие задачи:
•поставить и уяснить задачу. От правильного анализа
иуяснения задачи во многом зависит эффективность решения проблемы;
•представить себе идеальный конечный результат решения технической проблемы, что, в свою очередь, укажет путь решения проблемы;
301
•определить, что мешает достижению результата, выявить противоречия, существующие в самой технической проблеме. Такой анализ позволяет впоследствии устранить мешающие факторы;
•определить фактор, мешающий решению проблемы, что позволит найти кардинальный путь решения проблемы;
•определить благоприятные условия достижения результата.
2.Оперативная стадия. Вносятся изменения в решаемую проблему, в совершенствуемый объект или во внешнюю среду, в которой находится объект. Для этого предлагается:
•проверить возможности изменения в самом объекте за счет изменений размеров, взаимного расположения частей, формы, режима работы, за счет изменения материала, из которого изготовлен объект;
•проверить возможности разделения объекта на независимые части. Предполагается, что такое разделение позволит выявить другие условия функционирования механизма, что подскажет правильный путь решения проблемы;
•проверить возможности изменения внешней среды,
вкоторой находится объект (если предыдущие приемы не принесли успешного результата) путем изменения параметров среды (температуры, давления, влажности и т.д.); полной замены среды; разделения среды на несколько частичных сред; использования свойств внешней среды для выполнения полезных функций;
•проверить возможности изменений в соседних объектах или передачи функций одного объекта другому;
•исследовать возможности использования известных преобразований из других областей техники (перенос аналогов);
•возвратиться в случае непригодности рассмотренных примеров к исходной задаче и расширить условия решения задачи.
3.Синтетическая стадия. На этой стадии необходимо решить следующие задачи:
302
• внести изменения в форму данного объекта;
• внести изменения в другие объекты, связанные с данным. Целесообразно рассмотреть возможности внесения изменений не только в один объект, но и во всю технологическую цепочку взаимосвязанных объектов;
•внести изменения в методы использования объекта по новому назначению;
•проверить применимость найденного принципа решения к решению новых технических задач.
9.3. Синектический метод
Синектический метод разработан американцем У. Гордоном в 1952 г. Он создал специальную фирму по обучению творческому мышлению «Синектик-инкорпо- рейшн». «Синектика» в переводе с греческого − совмещение разнородных элементов.
Синектический метод − это комбинированный метод творчества. Он включает в себя элементы коллективного и индивидуального творчества. Суть его в том, что для решения технических проблем создаются синектические группы людей различных специальностей с тренированным воображением. От метода «мозгового штурма» синектический метод отличается тем, что синекторы – это профессиональные «генераторы новых идей», имеющие, как правило, 2–3 специальности и прошедшие специальную подготовку, в то время как в методе «мозгового штурма» «генераторами идей» являются любители, не прошедшие специальной подготовки. Заседание по решению проблемы проводится многократно с поиском наилучших вариантов. Кроме того, между заседаниями специалисты работают над решением проблем по найденным на заседании группы «мозгового штурма» направлениям, используя компьютерные и справочные данные.
Синектические сессии проводятся с участием 5–7 синекторов, которых готовят на специальных курсах в течение 4–5 месяцев, обучая владению процессом составления
303
аналогий. Синекторы в процессе обучения изучают четыре вида аналогий:
1.Прямая аналогия. Ее широко применяют все инженеры и изобретатели. Рассмотрим, чем отличается использование этого вида аналогии обычными инженерами и синекторами, на такой задаче: по трубе движется пульпа воды
счастицами полезной руды. Для регулирования потока пульпы используют заслонку. Руда, ударяясь о заслонку, быстро ее изнашивает, что ведет к частым остановкам технологического процесса. Как обеспечить защиту заслонки от износа?
Инженер рассмотрит, как по аналогии решается подобная задача в других отраслях промышленности, например при гидротранспорте руд. Синекторы пойдут дальше: рассмотрят, как защищаются растения, деревья, пищеводы рыб, питающихся колючей пищей и т.д.
2.Личностная аналогия, или эмпатия. Синектор ото-
ждествляет себя с техническим объектом и представляет себе, что бы он сделал сам, если бы оказался заслонкой. (Обычно эмпатия развита у детей, представляющих себя самолетом, кораблем, лошадью и т.д.) Попытайтесь представить себя на месте заслонки в аналогичной ситуации, например в коридоре, по которому летят твердые предметы, скажем, поленья, и вам нужно регулировать их поток. Тот, кто хорошо себе представил ситуацию, посоветует поймать первое же полено и с его помощью управлять потоком остальных. И заслонка в потоке должна делать то же самое, чтобы быстро не изнашиваться. Такое свойство можно ей придать, если намагнитить. Она покроется слоем частиц, защищающих ее от разрушения.
Метод эмпатии в своей работе талантливые изобретатели используют стихийно! Так, академик А.А. Микулин – создатель поршневых, турбореактивных, реактивных двигателей нашел способ усовершенствования мельницы,
представив себя зерном, мысленно проследив его путь в процессе размола. Он же, будучи студентом, думал о том, как уменьшить число аварий самолетов с двигателями
304
внутреннего сгорания. Эти двигатели часто выходили из строя из-за отказа магнето. Размышляя над проблемой, он увидел мужика с подбитым и ничего не видящим левым глазом. Тут же пришла догадка! Он бросился бежать в гостиницу к знаменитому летчику С.И. Уточкину. Между ними состоялся такой разговор:
«Микулин: У людей два глаза, подбейте левый, правый будет видеть!
Уточкин: Я никому не собираюсь подбивать глаз. Микулин: На вашей машине одно магнето – поставьте
два.
Уточкин: О! Молодой человек. За каждый удачный показательный полет я буду платить вам по десять рублей!» Умением представлять себя объектом обладают немногие инженеры. Для этого им, как и артистам, нужна
специальная подготовка.
3.Фантастическая аналогия. Применяя ее, синекторы прибегают к помощи золотой рыбки, волшебной палочки
ит.д. В книге Дж. Джонса «Инженерное и художественное конструирование» приведен пример использования фантастической аналогии. Группа инженеров решала проблему создания герметичной застежки для космонавта. Один из синекторов предложил использовать паука, который мог бы сплести нить и зашить зазор. Другой, развивая эту идею, предложил, чтобы паук отдал нить паутины мухе, которая через сделанные маленькие дырочки по бокам зазора влетая и вылетая в них, закрывает зазор. Третий синектор предложил вместо паутины использовать проволоку, а стык сделать резиновым. Проволоку в виде пружины, погрузить в резину. И тогда стык будет сшит стальной проволокой!
4.Символическая аналогия. Суть этой аналогии в том,
что при поиске новых идей техническим объектам полезно давать образные характеристики, например:
мрамор – «радужное постоянство»; храповой механизм в часах – «надежная прерыви-
стость»; атом – «энергичная незначительность»;
305
восприимчивость – «непроизвольная готовность» и т.д. Так, в случае заслонки в трубе, регулирующей поток пульпы, для слова «защита» синекторами были придуманы аналогии: «живая броня»; «невидимая кольчуга»; «бес-
сменная пеленка»; «отрастающий панцирь».
Последняя аналогия подсказала техническое решение: подавать к заслонке охлаждающий агент – она будет покрываться льдом, предохраняющим ее от истирания.
Синекторы обычно работают по программе. На первом этапе синекторы формулируют и уточняют проблему в том виде, как она дана. При этом никто из участников сессии, кроме руководителя, заранее не знает конкретные условия задачи, так как считается, что преждевременное конкретное формулирование задачи затрудняет абстрагирование, не дает уйти от привычного хода мышления.
На втором этапе синекторы формулируют проблему так, как ее понимают. Рассматривают возможности превратить незнакомую и непривычную в ряд обычных задач. Каждый участник обязан найти и сформулировать одну из целей поставленной проблемы. По существу, на этом этапе проблема делится на подпроблемы.
На третьем этапе ведут генерирование идей. Выявляются аналогии в других областях техники, природе, психологии и т.д., т.е. используют рассмотренные виды аналогий.
На четвертом этапе выявленные в процессе генерации идеи «примеряют» к проблеме «как она дана» и «как ее понимают». На этом этапе эксперты критически оценивают идеи. Далее индивидуально каждый из синекторов работает с патентами, с научно-технической литературой, глубоко изучая пути решения проблемы.
На следующих заседаниях синекторов происходит дальнейший отсев путей решения проблемы. Синектические заседания продолжаются несколько часов. Затем синекторы изучают и обсуждают полученные результаты, консультируются со специалистами, экспериментируют, ищут лучшие способы реализации решения. Такие заседания длятся до тех пор, пока проблема не будет решена.
306
Этот метод сочетает коллективное творчество с индивидуальным, поэтому он обладает достоинствами метода «мозгового штурма» и возможностью решать очень сложные инженерные проблемы. Недостатком метода является необходимость привлечения для подготовки синекторов обученных специалистов.
9.4. Примеры использования методов решения изобретательских задач
9.4.1. Использование метода «мозгового штурма»
Задача. Ежегодно калийные предприятия складируют на солеотвалах 4…5 млн т солевых отходов, содержащих 94…95 % хлорида натрия, 2…3 % хлорида калия, 2…3 % глинистого шлама, 100…200 г/т солянокислых аминов. Найти эффективные варианты ликвидации солевых отвалов калийных предприятий.
Последовательность решения:
1.Ведущий заседания выбирает группу «генераторов идей» из 5–7 человек, а также группу «экспертов» из всех оставшихся в аудитории и объясняет задачу.
2.В течение 30 мин «генераторы идей» высказывают
вбыстром темпе различные идеи (включая шуточные) по решению предложенной задачи. При этом запрещается ко- му-либо подвергать критике высказанные идеи.
Так, по решению данной задачи студентами-химиками 4-го курса специальности «Технология неорганических веществ» были высказаны следующие предложения:
1) из хлорида натрия получать концентрированную соляную кислоту;
2) экспортировать отвалы за рубеж;
3) отвалы складировать в отработанные шахтные пространства калийных рудников;
4)отвалы подвергать очистке и получать поваренную соль;
5)использовать отвалы в качестве высаливающего
агента;
307
6)использовать отвалы в качестве пожаротушащих веществ;
7)растворять отвалы, очищать раствор и подвергать электролизу с получением хлора и гидроксида натрия;
8)использовать отвалы для умягчения воды на электростанциях;
9)транспортировать отвалы в море;
10)использовать отвалы в производстве строительных веществ в качестве утеплителя;
11)использовать отвальную соль для засолки про-
дуктов;
12)использовать для засыпки пограничных полос;
13)использовать в качестве чистящего вещества;
14)применять в качестве антигололедных препаратов;
15)строить на солеотвалах автодром;
16)использовать как химическое оружие;
17)создавать искусственное море;
18)подвергать отвалы обогащению бактериями;
19)получать кальцинированную соду;
20)получать охлаждающие смеси.
3. Далее в течение 30…40 мин проводится анализ высказанных идей при конструктивном и всестороннем подходе к оценке возможных вариантов реализации идей.
Как видно из анализа решений, в пяти случаях (естественно для химиков) предложено использовать отвалы в химической промышленности (для получения соляной кислоты, хлора, гидроксида натрия, кальцинированной соды, высаливающего агента). Предложения 1, 3, 7, 14, 19 уже используются в промышленности.
Предложение 4 (подвергать отвал очистке и получать поваренную соль) в связи с разработанным в последние годы эффективным и дешевым способом очистки растворов от примесей аминов позволяет надеяться на возможность использования этого варианта технологии в будущем.
Нетрадиционными предложениями являются использование отвалов в качестве высаливающего и пожаротушащего агента, а также в строительстве. Анализ литератур-
308
ных источников по применению солей в строительстве показал, что добавка хлорида натрия в цементы повышает морозостойкость цементов. В связи с этим данное предложение может найти применение в промышленности. Использование хлорида натрия в качестве пожаротушащего агента в калийных шахтах запатентовано в РФ.
Применение солевых отвалов в качестве высаливающего агента детально рассмотрено А.Б. Здановским в технологии хлорида калия. Однако в связи с необходимостью вложений больших инвестиций эта технология пока не нашла промышленной реализации.
Подводя итоги использования метода «мозгового штурма» в решении проблемы ликвидации солевых отвалов калийных предприятий, можно отметить, что за короткий период времени высказано большое число вариантов, из которых часть используется, а некоторые в перспективе могут найти промышленное применение.
9.4.2. Использование метода морфологического анализа
Рассмотрим применение метода морфологического анализа при решении проблемы борьбы с солевой инкрустацией на элементах кристаллизационного оборудования, которая происходит при работе оборудования в среде насыщенных солей. Требуется найти эффективное решение, предотвращающее отложение соли КС1 на стенках входного патрубка вакуум-кристаллизатора, через который поступает насыщенный раствор при температуре 90…95 °С в галургической технологии КС1 из сильвинитовых руд.
Все методы борьбы с кристаллизацией КС1 на стенках металлических поверхностей можно разделить на следующие:
1.Методы, исключающие причины инкрустации: 1) подогрев подаваемого раствора; 2) снижение концентрации КС1.
2.Методы, снижающие инкрустации:
1) увеличение скорости потока;
309
2)внешняя теплоизоляция патрубка;
3)внесение затравки кристаллов КС1 в поток раствора;
4)покрытие поверхности патрубка материалом с низкой адгезией;
5)шлифование поверхности патрубка.
Предложенные методы имеют другие варианты. Наиболее привлекательными и радикальными являются способы, исключающие солевую инкрустацию за счет снижения движущей силы процесса кристаллизации КС1 – пересыщения раствора. Однако существуют технологические ограничения по концентрации насыщенного раствора КС1 и по температуре (они должны быть максимальными для обеспечения высокого выхода продукта). В связи с этим приходится использовать другие приемы. Поскольку их эффективность невысока, то целесообразно применять комбинации различных вариантов.
Так, в качестве эффективного способа может использоваться следующая комбинация приемов:
1)подача острого пара или конденсата; необходима для снижения концентрации не только КС1, но и хлорида натрия, который загрязняет продукт КС1 в процессе кристаллизации;
2)использование циркуляции потока; увеличивает скорость потока раствора, что вызывает абразивный эффект частиц потока на уже осевшие кристаллы КС1 на поверхности патрубка;
3)применение внешней теплоизоляции патрубка;
уменьшает переохлаждение насыщенного раствора КС1
иснижает движущую силу процесса инкрустации;
4)подача затравки в виде крупных частиц КС1; усиливает абразивный эффект частиц суспензии на слой инкрустации, а также приводит к ускорению зародышеобразования кристаллов КС1 не на поверхности патрубка, а в объеме суспензии;
5)покрытие тефлоном внутренней поверхности патрубка; выполняет две функции: теплоизоляции и снижения величины адгезии солевых частиц с поверхностью патрубка.
310