Найти идею введение в ТРИЗ – теорию решения изобретательских задач
.pdf
условия теплопередачи (от этого зависят производительность и экономичность), давно было предложено навешивать внутри печи цепные завесы. Металлические цепи помогают переносу тепла от газа к сырью... и увеличивают пылеобразование, размалывая обжигаемое сырье. После изобретения цепных завес наступила пауза, тянувшаяся десятки лет. Если хотели улучшить теплопередачу, просто навешивали дополнительные цепи. В современной печи общий вес цепей превышает 100 тонн. Естественно, появился поток мельчайших изобретений на тему «повесим цепи не так, а так»... «Цепная завеса выполнена с дополнительными цепями, закрепленными на основных цепях и свободно висящими между ними» (а. с. 226453), «Концы цепей прикреплены к гибкому элементу, выполненному, например, из цепи» (а. с. 260484). «Цепи другим концом прикреплены к корпусу печи» (а. с. 310095).
Чем больше цепей будет в печи, тем большую долю тепла газов можно использовать. Но чем больше цепей, тем выше сопротивление движению газов и сильнее пылеобразование. Чтобы газу было удобнее двигаться, цепей не должно быть вообще. А чтобы теплу удобнее переходить от газа к цементному клинкеру, все пространство печи должно быть заполнено цепями. Четко выраженное техническое противоречие! Как его преодолеть?
Слушатели работали у доски, а я думал: хорошо, что хитрые «бразерсы» не увидели возможности производства цемента в оловянной ванне. А ведь почти полная аналогия! В одном случае — роликовый конвейер, непомерно усложненный из-за предельного измельчения роликов. В другом — «трубный» конвейер, тоже непомерно усложненный из-за предельного увеличения трубы. В обоих случаях нужно раздробить объект на атомы, т. е. расплавить металл. Стекло и цементный клинкер родственны по химическому составу, значит, годится все та же оловянная ванна. Вот только температура для обработки клинкера требуется более высокая — до полутора тысяч градусов. Впрочем, это облегчает
Глава 5. Новеллы о законах |
101 |
102 |
НАЙТИ ИДЕЮ |
выбор «металла-носителя»: можно использовать металлы с высокой температурой плавления, например чугун.
Через полчаса и слушатели пришли к такому же выводу: ванна с расплавом металла, по поверхности плывет цементное сырье. И никаких цепей!
«Задачедателям» ответ понравился. Но практически они ничего не могли сделать. Их тема, разрабатываемая по хоздоговору, звучала так: «Усовершенствование электростатических фильтров, улавливающих пыль, образующуюся во вращающейся цементной печи». Коренная смена технологии оказалась вне темы.
Далее события развивались по старой схеме. Задача использовалась как учебная на других семинарах, решение было опубликовано*.
А в «Бюллетене изобретений» продолжали в изобилии появляться вариации на тему «повесим цепи не так, а так»: «Цепи навешены на крепежном устройстве» (а. с. 726397); « Замкнутые элементы свободно охватывают каждую цепь» (а. с. 935690); «Дополнительные цепи навешены под углом к оси печи и к гирляндам основных цепей» (а. с. 996823); «На концентрические цепи надеты полые элементы» (а. с. 1028988)... Цепи продолжали громоздиться на цепи, как когда-то, до изобретения парохода, паруса громоздились на паруса...
В январе 1984 г. я получил письмо от участника одного из семинаров, на котором задача 5.7 рассматривалась как учебная. «Недавно еще раз убедился в неодолимости законов развития технических систем, — говорилось в письме. — Обратите внимание на а. с. 1084257, выданное на «расплавно-термический обжиг клинкера», и посмотрите статью об этом способе в журнале «Цемент», № 11, 1984 г.». Авторское свидетельство и статью посмотрел. Приятно было видеть рисунки, как две капли воды похожие на те, что когда-то были на доске в учебной аудитории.
*Альтшуллер Г. С. Разбор решения изобретательских задач // Материалы к семинару по методам изобретательства. — Минск: Ин-т тепло- и массообмена АН БССР, 1971. — С. 115–122.
* * *
И еще одна «новелла».
На недавнем семинаре в Днепропетровске слушатели показали мне журнал «Химия и жизнь», № 7, 1984 г. Вот, мол, еще один пример того, как сознательное выявление и преодоление технических противоречий входит в инженерное мышление... Я посмотрел статью В.Ф. Назарова «Кое-что прислали из Мытищ...»:
«Говорят, что изобретать — это значит преодолевать техническое противоречие силой логического мышления. Но если так, прежде всего надо увидеть, выделить и определить противоречие...»
Меня сразу насторожили слова «преодолевать... силой логического мышления». Под «логическим мышлением» обычно подразумевают упорное продолжение старой линии («навесим цепи...
и еще навесим цепи... и еще...»). Преодолевать технические
противоречия надо, опираясь на знание законов развития технических систем.
Я предложил слушателям перерешать задачу, о которой шла речь в статье.
Задача относилась к производству гидратцеллюлозной нити — сырья для получения окцелона, рассасывающегося хирургического шовного материала. Для обработки гидратцеллюлозной нити ее надо подвергнуть действию пара под давлением. Главная часть установки представляет собой цилиндр. Торцы цилиндра закрыты металлическими стенками с маленькими отверстиями для прохода нити. Внутрь цилиндра подают перегретый пар и протягивают нить. Но нить часто рвется, а заправка ее чрезвычайно трудна.
Вот эта задача в формулировке В.Ф. Назарова.
■ З а д а ч а 5.7. «Говорят, что изобретать — это значит преодолевать техническое противоречие силой логического мышления. Но если так, прежде всего надо увидеть, выделить и определить противоречие. В частном случае с обработкой гидратцеллюлозной нити оно было налицо: чтобы удерживать давление внутри ап-
Глава 5. Новеллы о законах |
103 |
104 |
НАЙТИ ИДЕЮ |
парата и не позволять пару уходить в окружающее пространство, надо сделать отверстия для входа и выхода нитей как можно меньшими. Но это затрудняет заправку нитей, более того, делает практически невозможной эксплуатацию аппарата. Чтобы без труда заправить нить, скажем, шомполом, нужны отверстия диаметром 10–15 мм, но тогда немыслима герметизация аппарата».
Далее автор статьи рассказывает о решении, которое кажется ему очевидным: надо заправлять нить в большое отверстие, затем перекрывать его до минимальных размеров, и только после этого подавать пар в рабочую камеру. Сделали аппарат с заслонками на торцевых стенках; при заправке заслонки можно поднять (отверстие большое), а после заправки — опустить (отверстие маленькое). Заправлять нить стало чуть легче, но аппарат все-таки «парил», отверстия-то остались... Начали состыковывать аппарат с аппаратом; пусть пар перетекает из одного цилиндра в другой, это не страшно. Утечка пара чуть уменьшилась, но резко усложнилось управление подъемом и опусканием заслонок. «Логика» подсказала следующий ход: заслонки сделали поворотными, управление несколько облегчилось. В конце концов получился громоздкий аппарат, состоящий из шести камер, имеющий поворотные заслонки и работающий на паре давлением 4,5 атм. Внедрить аппарат не удалось. Проектирование передали специалистаммашиностроителям. Те тоже действовали вроде бы правильно: пар — в идеальном случае — должен сам себя не выпускать.
Был построен аппарат, реализующий этот принцип. И снова ничего не получилось...
Заметить ошибки нетрудно. Противоречие сформулировано робко, в нем допускается сохранение отверстия: просто сказано, что отверстие иногда должно быть большим, а иногда — маленьким. Через маленькое отверстие и уходит пар... В ТРИЗ есть правило: противоречия надо усиливать, обострять, доводить до предела. Правильная формулировка противоречия: диаметр отверстия все время равен диаметру цилиндра и все время равен нулю... Иными словами: нить проходит сквозь торцевую стенку
так, словно стенки нет, а стенка есть! Неверно сформулирован и ИКР: «Пар должен сам себя держать». Это все равно, что в задаче 5.6 сказать: «Пыль должна сама себя держать...» Пыли не должно быть совсем! Точно так же не должно быть и пара. «Стенки камеры или камера сама осуществляет термообработку нити», — вот правильная формулировка ИКР.
Надо полагать, читатель давно догадался: нужна оловянная ванна. Впрочем, не обязательно оловянная. Годится любое нейтральное вещество с подходящей температурой плавления. Из статьи не ясно, работает ли пар только в качестве теплового агента или вступает в реакцию с веществом нити. Последнее маловероятно, но и в этом случае ответ остается в силе, нужны лишь дополнительные «маленькие хитрости». Сейчас важен принцип. И важны выводы:
1.Надо знать и использовать законы развития технических систем.
2.Тактика решения задач, основанная на применении законов развития, парадоксальна и ведет к диким, немыслимым на первый взгляд ответам. Не надо бояться таких ответов! (Как раз наоборот: опасаться следует приглаженной, «здравой» логики.)
«Расплавно-термической обработки гидратцеллюлозы» пока нет. Но я не сомневаюсь, что законы неукоснительно сработают и на этот раз.
* * *
Напрашивается, однако, каверзный и потому очень интересный вопрос: а как быть в тех случаях, когда один закон тянет в одну сторону, а другой — в другую?
Иерархию систем можно условно представить в виде множества концентрических окружностей. Из внутренних окружностей тяжелые, громоздкие, сложные объекты постоянно «оттесняются» во внешние окружности: закон увеличения идеальности действует как мощная центробежная сила. Типичный пример — совре-
Глава 5. Новеллы о законах |
105 |
106 |
НАЙТИ ИДЕЮ |
менные магнитные дороги. Из транспортного средства убраны двигатель и движители (колеса). Но пришлось усложнить подсистему: двигателем-движителем стала дорога, выполненная в виде электромагнитов, расположенных вдоль пути.
Необходимо ясно видеть диалектический процесс упрощенияусложнения технических систем. В каждом конкретном случае надо уметь выявлять оперативную зону, в пределах которой следует увеличивать идеальность, «оттесняя» сложные объекты из этой зоны в надсистему. За пределами оперативной зоны идеальность может оставаться без изменений или даже несколько уменьшаться за счет процесса «оттеснения».
Еще пример. В опасных по газу шахтах используют электрооборудование во взрывобезопасном исполнении. Такое оборудование сложно и громоздко. Было предложено использовать ток с «паузами» (из ста полуволн в секунду «вырезана» одна полуволна): несложное и открытое оборудование производит коммутацию тока только в «паузах», когда можно развести или свести контакты без образования дуги. Понятно, что за такое упрощение приходится платить установкой специальных устройств, «вырезающих» паузы в токе.
На этом примере отчетливо видны две особенности сильного решения задачи: 1) громоздкое и тяжелое оборудование «оттеснено» за пределы оперативной зоны и 2) происходит не просто механическое «оттеснение», а «оттеснение с упрощением» (одна установка, преобразующая ток, может обслуживать множество коммутационных пунктов: процесс коммутации вынесен туда, где он может стать максимально простым и удобным).
* * *
Помните задачу 2.2? Требовалось сочинить сказку на тему «Область распространения мышей уменьшается». Если интересной сказки еще нет, давайте поразмышляем дилектично — как учит многоэкранная схема. Спроецируем на центральный экран 1 изображение и антиизображение. Пусть они столкнутся! Это даст противоречие, конфликт и движущую силу сюжета.
Итак, тезис: область распространения мышей близка к нулю. Антитезис: мыши везде. Соединим тезис и антитезис, получится крепкое противоречие: мышей нет и в то же время их очень много. Для нетворческого мышления это тупик: «логика», здравый смысл тянут назад. Для творческого мышления противоречия, наоборот, служат надежной опорой.
Допустим, мыши исчезли, они занесены в Красную книгу. Остался, быть может, десяток мышей на всю планету. Спрятались эти мыши где-то далеко-далеко, глубоко-глубоко… Поскольку сегодня мыши не в Красной книге, придется перенести действие на экран 7 и предположить, что события разворачиваются где-то в конце XXI в.
Одну половину противоречия мы объяснили. А как быть со второй половиной? Как правдоподобно объяснить, что занесенные в Красную книгу мыши в то же время находятся в каждом доме?..
Глава 6. Истребители противоречий |
107 |
6
ИСТРЕБИТЕЛИ
ПРОТИВОРЕЧИЙ
■ З а д а ч а 6.1. Австрийский музей решил купить во Франции картину известного художника. Подлинность ее была подтверждена группой компетентных экспертов. В их присутствии нотариус поставил на обратной стороне холста печать, удостоверяющую подлинность картины. В австрийском музее, куда со всеми предосторожностями она была доставлена, провели повторную экспертизу. Оказалось, что картина — подделка.
Как это могло случиться?
Заметьте, группа французских экспертов правильно установила, что картина — подлинник. Нотариус тут же поставил печать. И печать не была подделана — это точно установили в Австрии. Каким же образом картина все-таки оказалась поддельной?..
Разгадка этой детективной истории проста. Умберто Ломбарди, известный художник и бывший директор художественной галереи, «изобрел» трюк, получивший впоследствии название «двойного полотна». В раме были две картины: снаружи — подлинная, а под ней — копия. Эксперты видели только подлинник. Нотариус же
ставил печать на обратную сторону копии. Подлинник оставался мошенникам...
С позиций ТРИЗ можно сказать: имело место преступное использование бисистемы со сдвинутыми (пожалуй, даже инверсными) характеристиками.
Интересно, сможете ли вы теперь разобраться в другой — вполне благопристойной! — истории. Однажды специалиста по ТРИЗ спросили, как повысить эффективность теплиц? Он ответил: перейти к бисистеме с инверсными свойствами. Что бы это значило?..
* * *
Мы познакомились — в самом общем виде — с основными законами развития технических систем. На эти законы опираются конкретные механизмы решения изобретательских задач.
Возьмем, например, закон перехода в надсистему. Исчерпав ресурсы развития, система объединяется с другой системой, образуя новую — более сложную — систему. Простейший механизм такого перехода состоит в том, что исходную моносистему сдваивают, превращая в бисистему. Или в полисистему, если объединяют более двух систем.
Переход «моно — би — поли» — неизбежный этап в истории всех технических систем. Древний якорь представлял собой крюк
содной лапой, затем появились якоря с двумя лапами и многолапные якоря. Канцелярская кнопка с одним острием — типичная моносистема; но изобретены би- и полисистемы — кнопки
сдвумя и тремя остриями.
■ З а д а ч а 6.2. Гвоздь — моносистема. Что получится, если перевести эту моносистему в полисистему? А главное — какой выигрыш это даст?
Почему моносистемы переходят в би- и полисистемы? Конечно, такой переход ведет к некоторому усложнению, но появляются новые особенности, новые свойства — они с лихвой окупа-
Глава 6. Истребители противоречий |
109 |
110 |
НАЙТИ ИДЕЮ |
ют усложнение. Многолапный якорь легче цепляется за грунт и прочнее держит. Кнопка с несколькими остриями не позволяет листу бумаги поворачиваться.
Типичный переход к полисистеме описан, например, в патенте США 3567547. Для получения изделий из стеклянных пластин пачку заготовок склеивают в блок. После этого блок можно подвергнуть машинной обработке без опасения повредить тонкие пластины. Хорошо видна одна из главных особенностей полисистем: при образовании полисистемы возникает внутренняя среда (или создаются условия для ее возникновения) с особыми свойствами. В данном случае появляется возможность ввести во внутреннюю среду клей и получить не просто сумму пластинок, а единый блок. Обмазка клеем одной пластинки ничего не дала бы.
Другая характерная особенность бисистем и полисистем: в них может быть получен эффект многоступенчатости.
Так, по а. с. 126079 высокую скорость вращения турбобура получают, соединяя последовательно несколько секций: вал турбины первой секции присоединяют к корпусу второй секции, вал турбины второй секции — к корпусу третьей секции и т. д.
Еще два изобретения.
Первое: способ транспортировки горячих слябов (слитков) по рольгангу, отличающийся тем, что, с целью снижения потерь тепла путем уменьшения нагретой поверхности, перемещение осуществляют пакетом, сложенным по крайней мере из двух слитков (а. с. 722624).
Второе: способ транспортировки слябов по рольгангу, отличающийся тем, что, с целью предотвращения переохлаждения, слябы объединяют в группу и транспортируют впритык друг к другу торцевыми участками (а. с. 1031549).
Не совсем понятно, чем отличается «пакет по крайней мере из двух слябов» от «группы слябов» и зачем понадобилось на одну идею выдавать два авторских свидетельства, но переход «моно — би — поли» виден отчетливо. А главное — видно, что