Найти идею введение в ТРИЗ – теорию решения изобретательских задач
.pdf
3.2.Усиленный ИКР-1. Для усиления ИКР-1 необходимо заменить «икс-элемент» словами «вода в ОЗ».
3.3.Макро-ФП. В ОЗ должна быть только вода, чтобы не расходовать краску, и не должно быть воды (должна быть не-вода), чтобы окрашивать вихри в течение 0В.
3.4.Микро-ФП. В ОЗ должны быть только молекулы воды, чтобы окраска не расходовалась в течение ОВ, и не должно быть молекул воды (должны быть молекулы не-воды), чтобы окрашивать вихри.
3.5.ИКР-2. Молекулы воды в ОЗ должны сами превращаться
вмолекулы не-воды (краски) и должны оставаться водой, чтобы не расходоваться в течение неограниченно долгого времени.
Здесь уже видно решение: пусть молекулы воды в ОЗ превращаются в краску; израсходованные молекулы будут замещаться молекулами воды из потока.
4.1.Смесь воды с «пустотой» — пузырьки. Их можно использовать вместо краски.
4.2.«Пустота» (газ) для образования пузырьков может быть получена электролизом воды (правило 8).
Ответ. Электролиз. Вместо краски — мелкие пузырьки газа, выделяющиеся на макете-электроде.
* * *
Наверняка вам приходилось видеть, как меняются надписи на табло в аэропорту. Сначала на табло ничего нет или красуется нечто совершенно непонятное, например:
КДМЫФВУРЖТЩДВКЯКККК Вдруг буквы приходят в движение и начинают быстро-быстро
меняться:
КДМСФНУРЖТШОСИЯКУКУ Смысл надписи по-прежнему неясен, глаз выхватывает стран-
ные сочетания вроде «КУКУ», но перестройка продолжается: КДМСФНУРЖОШОСИЯИККК Возникают промежутки между словами:
КДМС НУ ЖОШОСИЯИККК
Глава 8. К полюсу идеальности |
181 |
182 |
НАЙТИ ИДЕЮ |
Сменяются еще две-три буквы: РДМС НУ НОШОСИЯИРКК
Одни пассажиры догадываются, другим нужны еще несколько замен:
РЕМС НУ НОВОСИЯИРСК И тогда все предугадывают окончательный вид надписи: РЕЙС НА НОВОСИБИРСК
Нечто подобное происходит при обработке сложной задачи по АРИЗ. Исходная формулировка планомерно перестраивается
ивыправляется. Постепенно исчезают всякие «РЕМС»ы и «КУКУ». И, наконец, после очередной перестройки, ответ становится очевидным.
Это, конечно, всего лишь аналогия, наглядная, но грубая. «Надпись» в задаче намного длиннее, и «буквы» взяты из разных алфавитов. А главное — ответ почти всегда бывает неожиданным
инеслыханно дерзким...
9
ТЯЖЕЛА ПИРОГА РОБИНЗОНА
Известный изобретатель П.А. Радченко рассказывает:
— Однажды испытывал я свои конфорки на заводе. Узнал, что они выпускают и бойлеры, да и показал им образец развальцованной льдом трубы. Поглядели: чисто сделано, без царапин. Спрашивают — как? А я говорю: «Мы нашли такое вещество, которое затвердевает, расширяется и раздает трубы, а через 10 минут превращается в жидкость и вытекает». Они тогда: «А где такое вещество достать? Наверное, очень дорогое и дефицитное?» «Да нет, — говорю, — не очень...» И смешно, и рассказать хочется, а знаю — нельзя, пока авторское не выдано. Теперь-то они в курсе дела, знают, что это «дефицитное» вещество — просто вода...
В учебнике природоведения для 4-го класса в разделе «Отчего лопнула бутылка» объяснено: замерзающая вода может совершать механическую работу. Возникновение больших механических усилий при замерзании воды в закрытом сосуде рассматривается и в учебнике физики для 9-го класса. В вузе курс общей физики и специальные дисциплины вновь и вновь напоминают будущим инженерам о явлениях, связанных с фазовыми перехо-
184 |
НАЙТИ ИДЕЮ |
дами. И все-таки, столкнувшись с новыми техническими задачами, инженер нередко громоздит одно сложное устройство на другое, не догадываясь применить хорошо знакомый эффект...
Известно свыше 5000 физических эффектов. Каждый из них может быть ключом к множеству различных изобретательских задач. Однако «решающая сила» физики используется явно недостаточно: будущий инженер изучает в вузе всего около 500 эффектов. Необходимость освоения «простаивающих» физэффектов была поэтому очевидной еще в 60-е годы, когда теория изобретательства делала первые шаги.
Курс «изобретательской физики», построенный в основном на ознакомлении с возможностями «экзотических» физэффектов, хорошо воспринимался и довольно часто давал «практическую отдачу». Полезными оказались и первые образцы «Указателя применения физэффектов», содержащие информацию о физической «экзотике». Но по мере накопления опыта обучения становилось очевидным, что проблема «изобретатель и физика» не решается простым расширением набора используемых эффектов. Как ни странно, оказалось, что в первую очередь учить надо применению хорошо известных физических эффектов и явлений.
Возьмем, например, такую задачу.
■ З а д а ч а 9.1. В центре города находится старинная башня. Возникло опасение, что грунт под фундаментом башни проседает. Необходимо проверить, действительно ли башня опускается. Для этого нужно установить теодолит на какой-нибудь «твердой точке» и дважды — с определенным интервалом — провести съемку. Ближайшая «твердая точка» (невысокая скала) находится в трехстах метрах от башни, в городском парке. Однако увидеть со скалы башню невозможно: площадь, на которой стоит башня, окружена высокими жилыми домами. Как быть?
Для слушателей, только приступающих к обучению ТРИЗ, это непростая задача. Обычно предлагают сложные трюки с зеркалами, установленными на крышах зданий. Но где гарантия, что
здания, расположенные близ башни, тоже не проседают?.. Далее следует волна предложений, связанных с увеличением высоты башни или скалы. Осознав, насколько сложно надстроить башню жесткой вышкой высотой в 30 или 50 м, переходят к силовым приемам: «В конце концов, можно пробить временные туннели в домах». Нередко дело доходит до предложений использовать спутники и вести измерения из космоса...
Почему же трудна эта простая задача? Что мешает сразу выйти на нужный физэффект?
Прежде всего, недостаточная глубина анализа задачи. Условия ее содержат лишь административное противоречие, а оно, как уже отмечалось, не обладает подсказывательной (эвристической) силой: слишком велик разрыв между административным противоречием и физэффектом, необходимым для решения задачи. Чтобы сократить разрыв, надо перейти к техническому, а затем к физическому противоречию, составить физическую формулировку задачи (ИКР-2), построить модель из «маленьких человечков». В задаче 9.1 эта модель выглядит так: скала и башня соединены цепочкой «маленьких человечков», причем первый и последний «человечки» всегда находятся на одной высоте — как бы ни опускалась башня.
Тут же нетрудно вспомнить физику 6-го класса: задача легко
иизящно решается с применением закона сообщающихся сосудов. От скалы к башне протягивают шланг, наполняют его водой
иследят за изменением уровня; если башня проседает, вода в «башенном» конце шланга поднимается.
Разрыв между задачей и решающим ее физическим эффектом можно сократить двумя путями: 1) за счет повышения физичности анализа задачи, т. е. получения более точной формулировки физического противоречия, 2) созданием более ясного и полного представления об изобретательских возможностях физэффектов. Обе эти линии во многом определяют развитие ТРИЗ за последние полтора десятка лет. Каждая новая модификация АРИЗ отличается все большей физичностью. Постоянно ведется работа
ипо усовершенствованию информационного фонда физэффектов.
Глава 9. Тяжела пирога Робинзона |
185 |
186 |
НАЙТИ ИДЕЮ |
Разделы нового «Указателя применения физэффектов», опубликованные в 1981–1982 гг. в журнале «Техника и наука», ориентированы не на «экзотику», а на раскрытие возможностей наиболее «работающих» эффектов и явлений: центробежных сил, резонанса, гидростатики, термомеханических явлений, магнетизма, электростатики и т. д.
* * *
Рассмотрим еще одну задачу с «физическим уклоном».
■ З а д а ч а 9.2. Для многих целей требуются жидкости особой оптической чистоты, содержащие минимальное количество нерастворимых примесей. Крупные частицы можно обнаружить по отражению света. Однако мелкие пылинки (диаметром до 300 А) известными оптическими методами обнаружить не удается: слишком мало света (даже лазерного) они отражают. Нужен оптический способ, позволяющий определить, есть ли в жидкости мельчайшие пылинки и сколько их.
Пылинки немагнитные, сделать их магнитными нельзя.
Даже при небольших навыках пользования АРИЗ нетрудно выделить оперативную зону: это — искомая частица и «околочастичное» пространство. Четко определяются и вещественнополевые ресурсы: жидкость и частица. Физическое противоречие на микроуровне: жидкость должна включать частицы А, способные увеличивать искомую частицу Б, и не должна содержать А, чтобы не было загрязнения жидкости. ИКР-2: оперативная зона (т. е. жидкость в «околочастичном» пространстве) в течение оперативного времени (т. е. времени наблюдения) должна сама обеспечить появление «увеличительных» частиц А, которые после обнаружения Б должны полностью исчезать. Собственно, такая формулировка ИКР-2 прямо выводит на ответ: частицы А могут быть получены только фазовым изменением жидкости или ее разложением (шаг 4.5, правило 8). Нужно превратить жидкость (в оперативной зоне) в частицы пара или газа, создав вокруг
частицы Б достаточный по размерам пузырек. Для этого жидкость импульсно нагревают, доводя до состояния перегрева. Мельчайшие частицы Б начинают играть роль центров закипания: на них образуются пузырьки. Жидкость находится под небольшим вакуумом, и пузырьки быстро растут. Фотографируя их, получают информацию о самих частицах.
Теоретически подходит и второй путь — замораживание: частицы Б играют роль центров кристаллизации. Однако без эксперимента трудно сказать, насколько такие центры наблюдаемы.
Пузырьки в жидкости можно получить не только импульсным нагревом, но и импульсным сбросом давления: «Способ определения момента появления твердой микрофазы в жидкостях путем пропускания через жидкость ультразвукового излучения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения, амплитуду давления пропускаемого излучения выбирают ниже кавитационной прочности жидкости и регистрируют появление твердой микрофазы по возникновению кавитационной области» (а. с. 479030).
Задача 9.2 интересна и сама по себе, но сейчас для нас важнее другое: на этой задаче хорошо видно, что ответ представляет собой не «чистый физэффект», а сочетание разных эффектов и приемов. Использованы перегрев, импульсное действие, возникновение центров закипания, рост пузырьков при уменьшении давления...
Проблему «изобретательской физики» часто сводят к созданию достаточно большого «банка эффектов». Такой подход типичен для изобретательской идеологии, опирающейся на решение задач путем перебора вариантов: был бы перечень подлиннее, искомый эффект найдется методом проб и ошибок... Перечень действительно будет длинным, потому что он должен включать не только 5000 «чистых» эффектов, но и миллионы всевозможных сочетаний. Собрать такие сочетания очень сложно. Еще сложнее отыскивать в длинном перечне единственное сочетание, которое необходимо и достаточно для решения данной задачи. Ничего страшного, говорят сторонники «переборного метода», используем ЭВМ...
Глава 9. Тяжела пирога Робинзона |
187 |
188 |
НАЙТИ ИДЕЮ |
Реальна ли эта надежда?
Конечно, ЭВМ может хранить в памяти сведения о многих эффектах, приемах и их сочетаниях. Вполне возможен и быстрый перебор всей этой информации. Главная трудность применения ЭВМ в другом: нет критериев для выбора нужного физэффекта. Нет правил, позволяющих уверенно сказать: в данном случае этот эффект не годится, а вот тот эффект подойдет...
Обратимся для наглядности к конкретной задаче.
■ З а д а ч а 9.3. Схема электроконтактной наплавки проста. На поверхности заготовки (допустим, это вал, диаметр которого надо увеличить) размещают присадочную проволоку и прижимают ее электродом-роликом. Заготовку и ролик вращают, подводя к ним импульсы тока, расплавляющие проволоку. При многих достоинствах способ имеет существенный недостаток — быстро возникают дефекты поверхности ролика (подплавленные участки, раковины и т. д.). Приходится прерывать процесс, менять ролик. Расходуются ролики быстро, поэтому их необходимо восстанавливать. Для этого с ролика снимают стружку, а затем обновляют рабочую часть поверхности, напрессовывая электропроводный материал. Восстановленный таким образом ролик имеет весьма ограниченный срок службы из-за сравнительной непрочности напрессованного слоя. Строго говоря, даже после одного оборота напрессованный на ролике слой уже деформируется — из-за этого снижается точность обработки. Какой эффект следует применить, чтобы решить задачу?
Даже имея достаточно полный перечень физэффектов и их сочетаний, невозможно сразу ответить на этот вопрос. Перед нами не задача, а ситуация, которая переводится во множество задач, имеющих разные ответы. Ошибка на этом — начальном! — этапе решения может привести в тупик: никакие эффекты или сочетания эффектов не дадут удовлетворительного решения. Ошибкой, например, был бы перевод исходной ситуации в задачу о повышении прочности напрессованного слоя. Анало-
гичную ошибку мы рассмотрели при разборе задачи 4.7, когда локальная изобретательская задача на повышение срока действия оборудования подменялась глобальной исследовательской задачей борьбы с коррозией металлов. Имеющаяся схема наплавки должна быть сохранена или упрощена, но вредный фактор (деформация поверхности ролика) необходимо исключить — такова в данном случае формула перехода от ситуации к мини-зада- че. Это лишь первый шаг на долгом пути к ответу. Нужно проанализировать задачу, выявить физическое противоречие, сформулировать ИКР-2, построить модель из маленьких человечков. После этого действительно можно обратиться к перечню физэффектов. Собственно, перечень даже не понадобится: анализ однозначно укажет «приметы» искомого физического эффекта. В этом основная «закавыка» в применении ЭВМ: без анализа нельзя перейти от ситуации к эффекту, а тщательно проведенный анализ сводит перебор к сравнению нескольких вариантов — для чего тогда ЭВМ?..
* * *
Попробуйте решить задачу 9.3 перебором вариантов: полезно еще раз убедиться в неэффективности этого метода. А потом проведите тщательный анализ по АРИЗ, обратив особое внимание на выделение оперативной зоны и применение метода ММЧ. Физический эффект, который необходимо использовать для решения задачи, хорошо известен из школьного курса физики.
* * *
«Указатели» первого поколения построены на неглубоком информационном фундаменте: по каждому эффекту подобрано в среднем 4–5 изобретательских примеров (патентов, авторских свидетельств). Столь скромная информационная база (ее создание потребовало, однако, немалой работы по анализу патентного фонда) годилась только для первоначальной иллюстрации наиболее типичных особенностей физэффектов. Опубликованные разделы «Указателя» второго поколения имеют более прочную
Глава 9. Тяжела пирога Робинзона |
189 |
190 |
НАЙТИ ИДЕЮ |
информационную основу: удалось собрать по 80–100 примеров на использование каждого эффекта. Это не только значительно глубже раскрыло возможности физэффектов, но и позволило выявить некоторые правила «изобретательской физики». Оказалось, например, что физэффекты определенным образом связаны с цепочками развивающихся вещественных структур, на которых эти эффекты реализуются. Одну такую цепочку мы рассмотрели, когда речь шла об «идеальном кирпиче»: сплошное твердое вещество — полое твердое вещество — перфорированное вещество — капиллярное вещество (КП) — КП с анизотропными капиллярами — КП с анизотропными капиллярами, частично заполненными жидкостью... К каждому звену цепочки «привязаны» свои физические эффекты и явления. Чем сложнее структура звена, тем больше физэффектов реализуется на ней, тем выше
ее«физические возможности».
Другой пример — цепочка окисляющих веществ: воздух — обо-
гащенный кислородом воздух — чистый кислород — обогащенный озоном кислород — чистый озон. Каждому звену соответствуют свои физэффекты, причем наблюдается та же закономерность: чем сложнее структура звена, тем больше физэффектов можно на ней реализовать.
Цепочку отражают тенденции развития рабочих органов технических систем. Поэтому «привязанность» физэффектов к тем или иным звеньям цепочек позволяет прогнозировать физическую основу, физические принципы новых технических систем.
Работа над «Указателем» второго поколения продолжается. Пополняются и корректируются опубликованные материалы, готовится ряд новых разделов. Однако уже сейчас ясно: нужен «Указатель» следующего поколения, основанный на точных
законах применения физэффектов при решении изобретательских задач. Выявление этих законов требует резкого увеличения привлекаемого к исследованиям информационного фонда: нужно проанализировать не менее 3–5 тысяч изобретений, чтобы установить основные правила применения той или иной вещественной структуры и привязанных к ней эффектов. Посте-