Приемы образуют систему

Представьте себе, что мир состоял бы только из химических элементов и их изотопов. В нем были бы возможны всего несколько сотен простых веществ. Реальный мир неизмеримо богаче, и достигнуто это богатство благодаря тому, что химические элементы вступают в соединения, образуя сложные вещества (точнее, много классов все более сложных веществ).

Так обстоит дело и с приемами. Подобно химическим элементам, они прежде всего очень редко встречаются в чистом виде. Рассмотрим, например, такой пример к приему 1: корабль разделен на блоки. Принцип дробления? Но ведь можно считать, что это прием 5 - принцип объединения: блоки объединены в корпус корабля. Фактически здесь использованы оба приема: сначала корпус разделен на блоки (дробление), а потом эти блоки собраны в единую конструкцию (объединение) - эффект достигнут именно совокупным применением двух приемов: прямого и обратного.

Как показала И. М. Фликштейн, все приемы могут образовывать пары «прием - антиприем». Некоторые из сорока приемов как раз и являются такими парами (например, отброс-регенерация частей), другие представляют собой «осколки» пар - их можно собрать в целые пары. Скажем, принцип местного качества (т. е. неоднородности) образует пару с принципом однородности. И даже такой «односторонний» прием, как увеличение числа измерений, имеет подходящий для образования пары антиприем - использование тонких пленок (т. е. переход от объема к плоскости).

Физические противоречия, как мы уже не раз видели, отражают двойственные требования: объект должен обладать и свойством и антисвойством: например быть проводником и диэлектриком. Двойственному «замку» должен соответствовать и двойственный «ключ»: по самой своей структуре двойственные приемы лучше приспособлены к устранению противоречий, чем одиночные (элементарные).

Если продолжать аналогию с химией, то можно сказать: парные приемы - это простейшие молекулы O2, N2, H2. Намного более распространены соединения, образованные разными молекулами. То же относится к приемам: чем сильнее изобретение, тем сложнее устроен «ключ» - сочетание приемов, использованных в этом изобретении. Вспомним задачу 9 (фильтр). Был фильтр из многослойной металлической ткани. Его раздробили на мелкие частицы (прием 1), объединили эти частицы в единое тело (прием 5), имеющее поры (прием 31), которые могут менять свои размеры (прием 15) под действием электромагнитного поля (прием 28). Здесь целая система приемов; достаточно убрать один из них - и задача не будет решена. Трудные задачи потому и трудны, что для их решения нужны определенные сочетания приемов (как в химии: H2SO3 и H2SO4 обладают разными свойствами и да- ют разные реакции).

Может возникнуть вопрос: как же быть с таблицей применения приемов? Ведь таблица подсказывает только одиночные приемы.. Что ж, надо учитывать ее особенность. Пусть таблица подскажет, что нужно использовать прием 1 - дробление. Сразу можно внести поправку: сначала дробление, потом объединение раздробленных частей плюс что-то еще, чтобы собрать эти раздробленные части в единое целое.

В химии есть вещества, имеющие особенно важное значение для химической промышленности, - несколько кислот и щелочей, некоторые соли. И если уж развивать аналогию с химией, закономерно спросить: имеются ли сочетания приемов, играющие в изобретательстве такую же важную роль? Да. Это, например, веполи и феполи. Переход от вещества к полному веполю всегда включает совокупное использование группы приемов, мы это не раз видели на примерах.

Есть еще одна важная группа сложных приемов: сочетания, в которые входят принцип предварительного действия (прием 10) и принцип частичного исполнения (прием 16). Взять хотя бы задачу 41 (пропажа спирта). В ее решении отчетливо виден принцип предварительного исполнения: спирт похищен из цистерны заранее - до того, как его налили в цистерну. Но фактически сделать это невозможно: спирта в цистерне нет! И вот дополнительно использован прием 16: заранее осуществлено не все действие, а только часть его - поставлено ведро, которое потом наполнится спиртом. Когда кору дерева (задача 3) обработали магнитным составом, чтобы потом легко было отделить частицы коры от частиц древесины, -использовали приемы 10 и 16, но в сочетании с приемом 28г. Коре заранее придала отзывчивость на последующие операции с ней. Кстати, использование сочетания приемов 10 и 16 получило название при н ципа отзывчивости. В задаче 5 отзывчивость обеспечивалась предварительным введением люминофора, в задаче 8 - использованием легкоплавкой прокладки. Это типичный путь: вводится вещество, способное потом легко отзываться на действие поля.

Задача 46

В металлическом корпусе прибора имеется отверстие, в которое запрессован шарик. Через некоторое время нужно извлечь шарик, но сделать это трудно, так как он запрессован плотно. Разборные конструкции недопустимы. Как быть?

Шарик плохо извлекается - у него нет отзывчивости на извлечение. Нужно до запрессовки шарика ввести в отверстие вещество, которое потом, когда потребуется извлечь шарик, под действием поля осуществит запрессовку: «Способ соединения деталей, одна из которых запрессовывается в глубокое гнездо другой, отличающийся тем, что с целью обеспечения возможности замены запрессованной детали, например шарика индикаторного наконечника, перед запрессовкой его в гнездо вводят каплю воды, которую перед выпрессовкой нагревают до образования пара, под давлением которого шарик выталкивается» (а. с. № 475 247).

Итак, приемы и их сочетания образуют многоэтажную систему. На первом этаже - элементарные приемы (дробление, объединение, принцип местного качества, принцип асимметрии и т. д.). Наращивать списки элементарных приемов малоперспективно - порознь эти приемы слабы. Второй этаж - более сильные парные приемы (пары типа «прием - антиприем»). Третий этаж - сочетания элементарных и парных приемов с другими приемами, т. е. сложные приемы, в том числе сочетания типа «отзывчивость», веполь, феполь.

Приемы первого этажа никак не ориентированы в направлении технического прогресса. Прогрессивно ли, например, увеличивать асимметрию? А может быть, прогрессивнее поступать наоборот - увеличивать симметрию (принцип сфероидальности)? Иногда лучше одно, иногда - другое; ничего более определенного сказать нельзя. На третьем этаже появляется четкая направленность: чем сложнее комплекс приемов, тем отчетливее он направлен по линии развития технических систем. Увеличение степени отзывчивости, переход от невепольных систем к вепольным, превращение вепольных систем в фепольные - это тенденции развития технических систем, причем главные.

Возникает дерзкая мысль: а если подняться еще на один этаж? Там должны быть приемы, которые не только сложны, но и всегда дают сильные решения. К приемам четвертого этажа, например, можно было бы отнести образование феполей, так почему не поискать другие столь же эффективные сочетания приемов?..

Подобные сочетания приемов действительно есть: они не только сильные, но и специализированные: каждый годится только для определенного класса задач. На первом этаже такой специализации не было, зато и приемы там были намного слабее.

К комплексам приемов, обитающим на четвертом этаже, мы еще вернемся. Сейчас нам предстоит продолжить рассмотрение элементарных приемов: здесь нас еще ожидают некоторые сюрпризы.

УРОВНИ ПРИЕМОВ: «МАКРО» И «МИКРО»

Сравним два изобретения:

А. с. № 259 949: «Светофор облегченной конструкции, содержащий стойку, головку и основание, отличающийся тем, что с целью быстрого опускания и подъема светофора без смещения основания стойка выполнена из составных шарнирно-соединенных между собой элементов, фиксируемых относительно друг друга пальцем».

А. с. № 282 342: «Применение в качестве рабочего тела для контуров бинарного цикла энергетической установки химически реагирующих веществ, диссоциирующих при нагревании с поглощением тепла и уменьшением молекулярного веса и рекомбинирующих при охлаждении к исходному состоянию».

В обоих изобретениях использован принцип дробления. Точнее, как мы теперь знаем, использован парный прием «дробление - объединение» (в изобретении по а. с. № 282 342 это видно совсем отчетливо). Прием один и тот же, но уровни у изобретений разные: сборно-разборная стойка светофора - изобретение первого уровня, применение «сборно-разборных молекул» в энергетических циклах -изобретение по крайней мере четвертого уровня. Рассмотрим еще два изобретения.

А. с. № 152 842: «Термобур для бурения скважин, отличающийся тем, что с целью производства бурения наклонных участков скважины без прекращения процесса бурения реактивная горелка присоединена к конусу шарнирно».

А. с. № 247 159: «Способ направленного бурения скважин с применением искусственных отклонителей, отличающийся тем, что с целью регулирования угла набора кривизны ствола используют полиметаллический отклонитель и изменяют его температуру».

Оба изобретения относятся к одной и той же технической системе, и цель их - получение одинакового эффекта: жесткой конструкции надо придать гибкость, способность управляемо менять кривизну. В первом случае использован прием 15 (принцип динамичности): жесткая конструкция разделена на две части, соединенные шарниром, во втором - прием 37 (тепловое расширение). Та же динамизация, но вместо грубых «железок» (шарниров) подвижность обеспечена растяжением - сжатием кристаллической решетки (кстати, здесь типичный переход к веполю: вместо одного вещества взяты два - с разными коэффициентами теплового расширения, причем управление осуществляют с помощью теплового поля). Точно так же и в первой паре изобретений: один и тот же прием (принцип дробления) реализован на макроуровне (сборно-разборный светофор) и на микроуровне («сборно-разборные» молекулы).

Каждый прием можно применять на макро- и микроуровне. В одном случае используются «железки», в другом - молекулы, атомы, ионы, элементарные частицы. У всякого изобретения есть прототип («то, что было раньше»), поэтому теоретически мыслимы четыре вида операций:

1) от макрообъекта к макрообъекту (условно обозначим этот переход М - М), например, разделили стойку светофора на части;

2) от макрообъекта к микрообъекту (М - м); например изобретение по а. с. № 465 502: «Тормозное устройство, содержащее вал и установленное на нем с натягом тормозное кольцо, связанное с источником энергии управления, отличающееся тем, что с целью улучшения эксплуатационных свойств тормозное кольцо выполнено из пьезокерамики, а в качестве источника энергии используется высокочастотный генератор». Обычные тормозные устройства (скажем, автомобильный тормоз) работают на макроуровне - с помощью колодок, рычагов, пружин, тяг и т. д. Суть изобретения - переход на микроуровень: тормозное кольцо расширяется за счет изменения параметров кристаллической решетки;

3) от микрообъекта к микрообъекту (м - м); например, «сборно-разборные» молекулы вместо обычных;

4) от микрообъекта к макрообъекту (м - М). Таких изобретений нет: переход м-М противоречит тенденциям развития техники, требуя «огрубления» технической системы.

Если сопоставить уровни изобретений, получаемых с помощью трех первых переходов, получим такую картину: переход М-М редко дает изобретения выше третьего уровня; переход М-м, как правило, ведет к изобретениям четвертого и пятого уровня; переход м-м обычно дает изобретения не выше третьего уровня, если изменения происходят в пределах одного подуровня (молекула все время остается молекулой), и выше третьего уровня, если происходит смена подуровней (молекулы постоянно или на время заменяются меньшими «единицами» или полем).

Исторически технические системы развиваются в три этапа. Сначала «новорожденная» техническая система впитывает изобретения типа М-М. Развитие идет медленно, без особых потрясений. Скажем, у парусного корабля (система «парус-ветер») постепенно совершенствуются паруса. Затем происходит техническая революция: переход типа М-м. Это порой воспринимается, как появление новой технической системы; на самом деле система с макроуровня переходит на микроуровень. Паруса заменяются поршнями парового двигателя или лопатками паровой турбины; давит на эти «паруса» пар, молекулы которого искусственно разгоняются тепловым полем. Далее идет цепь изменений типа м-м. Паровой двигатель заменяется двигателем внутреннего сгорания: те же «поршни-паруса», но управление молекулами «ветра» осуществляется иначе. А в изобретении по а. с. № 247 064 «железки» окончательно заменены электромагнитным полем, разгоняющим и отбрасывающим ионы: «Применение электромагнитного насоса для перекачки электролитов в качестве реактивного судового движителя». По-видимому, далее неизбежна новая техническая революция: переход к использованию только полей.

До сих пор мы рассматривали решение уже готовых задач. У читателя мог возникнуть вопрос: «А как ставить новые задачи? Ведь это самое трудное, недаром говорят, что правильно поставленная задача - половина решения...» Мы уже видели: сильные приемы решения потому и сильны, что отражают тенденции развития технических систем. Поэтому приемы можно использовать и для прогнозирования тематики изобретений.

Рассмотрим, например, а. с. № 489 862: «Устройство для нанесения полимерных порошков, содержащее камеру, пористую перегородку, вибратор и коронирующий электрод, отличающееся тем, что с целью повышения качества нанесенного покрытия коронирующий электрод выполнен в виде кольца. снабженного средством перемещения, выполненным, например, в виде микрометрических винтов». Итак, электрод, который ранее был неподвижен, сделан подвижным - его положение можно регулировать микрометрическим винтом. Использованы «железки»-переход типа М-М. Можно с уверенностью ставить новую задачу: как повысить точность перемещения электрода (а заодно и автоматизировать это перемещение)? Ответ очевиден: нужен переход типа М - м. Сразу можно указать конкретные способы: магнита- и электрострикция, обратный пьезоэффект и тепловое расширение. Насколько достоверен этот прогноз? Возникнет ли такая задача и будет ли она так решена? Что ж, есть и другие технические системы, в которых уже давно появилась потребность повысить точность перемещения; можно посмотреть, как обстоит дело в этих системах. Например, а. с. № 424 238: в устройстве для малых установочных перемещений длину регулировочного элемента меняют нагреванием - охлаждением; а. с. № 409117: микроинъектор с электрострикционным приводом; а. с. № 259 612: в устройстве для совмещения микроэлементов привод выполнен «в виде пластины, изменяющей свои размеры в результате теплового расширения»; а. с. № 275 751: регулировку лабиринтного насоса осуществляют с помощью теплового расширения; а. с. № 410 113: микроманипулятор с пьезоэлектрическим приводом; а. с. № 518 219: устройство для вытеснения жидкости (т. е. тот же микроинъектор!) с магнитострикционным приводом... Таких примеров настолько много, что можно без колебаний записать в учебники конструирования правило: «Помни, что микрометрический винт рано или поздно перестанет обеспечивать требуемую точность, и переходи на использование теплового расширения, магнитострикции, электрострикции и обратного пьезоэффекта». Этого правила пока не знают: каждый раз кто-то заново ищет решение, кричит «Эврика!», составляет заявку, спорит с экспертизой...