Стандарты на решение изобретательских задач

В предыдущей главе мы начали построение многоэтажной пирамиды приемов: простые приемы, парные приемы, комплексы приемов... Усложняется структура, увеличивается сила приемов, начинает проявляться их специализация, «привязанность» к тому или иному классу задач. На четвертом этаже должны быть еще более сложные приемы, отличающиеся особой силой и четко специализированные. Такие приемы удалось обнаружить, они составляют фонд стандартов на решение изобретательских задач.

Несколько слов о названии. В нем есть некоторая демонстративность. Конечно, можно было бы заменить слово «стандарты» словами «решение типовых задач» или «некоторые характерные классы задач и их типовые решения». Но в слове «стандарт» короче и точнее отражена основная идея: есть комплексные приемы, которые надо применять обязательно, потому что для своих классов задач они гарантируют решение высокого уровня.

Итак, основные особенности стандартов состоят в том, что:

- в их состав входят не только приемы, но и физические эффекты;

- приемы и эффекты, входящие в стандарт, образуют определенную систему (т. е. соединены не «как попало», а в определенной последовательности);

- система приемов и эффектов отчетливо направлена на устранение физических противоречий, типичных для данного класса задач;

- хорошо видна связь стандартов с основными законами развития технических систем.

Широта, идентичность решения и эффективность - абсолютно необходимые требования к любому «кандидату» в стандарты. Возьмем, например, применение эффекта Томса. Использование этого физического эффекта всегда приводит к решениям высокого уровня. Но область его действия очень узка: в сущности речь идет об одной задаче - «Как уменьшить трение жидкости и твердого тела при их относительном движении?» В а. с. № 412 382 предлагается добавка длинноцепочечных полимеров в жидкость «для струйного воздействия на твердые материалы»; в а. с. № 424 468 тот же эффект патентуется в качестве «способа работы жидкостно-кольцевой машины, например компрессора»; в а, с. № 427 982 длинноцепочечные полимеры вводятся в смазку для волочения труб; в а. с. № 464 042 - снова то же самое, но речь идет об «электрической водозаполненной машине»... Таких изобретений множество, однако задача везде одна и та же: есть жидкость, нужно уменьшить ее трение о твердую поверхность. Изобретательские решения, основанные на использовании одного физического эффекта, быстро становятся тривиальными: применение электрогидравлического эффекта в конце 40-х годов давало сильные изобретательские решения, а через десять лет этот прием стал тривиальным. В стандартах указан не какой-то конкретный физический эффект, а тип эффекта, поэтому стандарты имеют значительно большую продолжительность жизни: в некоторых из них могут быть использованы и те физические эффекты, которые будут открыты в дальнейшем.

Описание каждого стандарта включает подробное его обоснование и многочисленные примеры, отражающие нюансы применения. Мы коротко рассмотрим только суть первых десяти стандартов (разработано уже около 50 стандартов, но многие из них еще не завершили свой «испытательный срок»).

Стандарт 1. Если объект трудно обнаружить в какой-то момент времени и если можно заранее ввести в него добавки, то задача решается предварительным введением в объект добавок, которые создают легко обнаруживаемое (чаще всего электромагнитное) поле или легко взаимодействуют с внешней средой, обнаруживая себя и, следовательно, объект. Аналогично решаются задачи на измерение, если их можно представить в виде последовательности задач на обнаружение.

Примерами могут служить решения задач 9 (добавка люминофора в рабочее вещество холодильника), 18 (добавка люминофора в краску) и 10 (добавка ферромагнетика в полимер). По а. с. № 415 516 температуру в труднодоступных местах измеряют, вводя алмазное зерно: с изменением температуры меняется показатель преломления света, проходящего через алмаз. Суть (в вепольном смысле) во всех этих случаях одна: дано одно вещество, вводится второе, «умеющее» хорошо взаимодействовать с внешним электромагнитным полем.

Стандарт 2. Если нужно сравнить объект с эталоном, чтобы выявить отличия, то задача решается оптическим совмещением изображения объекта с эталоном или с изображением эталона, причем изображение объекта должно быть противоположно по окраске эталону или его изображению. Аналогично решаются задачи на измерение, если есть эталон или его изображение.

Пример - решение задачи 28. Другой пример - а. с. № 350 219; пластинку с просверленными отверстиями контролируют, совмещая желтое изображение пластинки с синим изображением эталона. Если на экране появляется желтый цвет, значит на контрольной пластинке отсутствует отверстие. Появление синего цвета означает, что на пластинке есть лишнее отверстие.

Стандарт 3. Если два подвижных относительно друг друга вещества должны соприкасаться и при этом возникает вредное явление, то задача решается введением между ними третьего вещества, являющегося видоизменением одного из веществ, данных по условиям задачи.

Пример - решение задачи 14. По стандарту 3 решается также задача 17: в месте поворота трубопровода снаружи устанавливают постоянный магнит, изнутри на стенку «налипает» слой шариков; движущиеся шарики сталкиваются уже не со стенкой, а с неподвижными шариками; если какой-то неподвижный шарик будет выбит, его место займет другой (а. с. № 304 356). Аналогично решается задача 36. В задаче 21 вредное явление (эрозия) возникает между водой и металлом: вводят «видоизмененную воду» - слой льда: части подводного крыла, которые нужно защитить, охлаждают, на них нарастает тонкий и постоянно восстанавливаемый слой льда (а.с. № 412 062).

Стандарт 4. Если нужно управлять движением объекта, в него следует ввести ферромагнитное вещество и использовать магнитное поле. Аналогично решаются задачи на обеспечение деформаций вещества, на обработку его поверхности, дробление, перемешивание, изменение вязкости, пористости и т. п.

Примеры - решение задачи 6 об изменении свойств почвы на полигоне и задачи 29 о перемещении линии рисунка. По а. с. № 147 225 ферромагнитные частицы вводят в чернила и управляют такими чернилами с помощью магнитного поля. По а. с. № 261 371 ферромагнитный порошок вводят в катализатор и управляют его движением с помощью магнитного поля. В а. с. № 433 829 описана заглушка с ферромагнитной жидкостью, твердеющей в магнитном поле, в а. с. № 469 059 изменение вязкости такой жидкости в магнитном поле используется для управления демпфирующими устройствами. Подобных изобретений очень много, и все они относятся к решениям высоких уровней.

Стандарт 5. Если нужно увеличить технические показатели системы (массу, размеры, скорость и т. д.) и это наталкивается на принципиальные препятствия (запрет со стороны законов природы, отсутствие в современной технике необходимых веществ, материалов, мощностей и т. д.), система должна войти в качестве подсистемы в состав другой, более сложной системы. Развитие исходной системы прекращается, оно заменяется более интенсивным развитием сложной системы. Примером может служить создание газотеплозащитного скафандра.

Стандарт 6. Если трудно выполнить операцию с тонкими хрупкими и легкодеформируемыми объектами, то на время выполнения этих операций объект надо объединить с веществом, делающим его твердым и прочным, а затем это вещество удалить растворением, испарением и т. д.

По а. с. № 182 661 тонкостенные трубки из нихрома изготовляют (волочением) на алюминиевом стержне, а затем вытравливают стержень щелочью.

Стандарт 7. Если надо совместить два взаимоисключающих действия (или два взаимоисключающих состояния объекта), то каждое из этих действий надо сделать прерывистым и совместить таким образом, чтобы одно действие совершалось в паузах другого. При этом переход от одного действия (состояния) к другому должен осуществляться самим объектом, например, за счет использования фазовых переходов, происходящих при изменении внешних условий.

Примеры - решение задачи 25 о молниеотводе и задачи 48 о защите от обледенения.

Стандарт 8. Если невозможно непосредственно определить изменение состояния (массы, размеров и т. д.) механической системы, то задача решается возбуждением в системе резонансных колебаний, по изменению частоты которых можно определить происходящие изменения.

Частота собственных колебаний - пульс технической системы (или ее части). Идеальный способ измерения: датчиков нет, система сама сообщает о своем состоянии... По а. с. № 244 690 по собственной частоте колебаний определяют вес движущейся нити (до этого приходилось отрезать часть нити и взвешивать).

Стандарт 9. Если нужно увеличить технические показатели системы (точность, быстродействие и т. д.) и это наталкивается на принципиальные препятствия (запрет со стороны законов природы, резкое ухудшение других свойств системы), то задача решается переходом с макро- на микроуровень: система (или ее часть) заменяется веществом, способным при взаимодействии с полем выполнять требуемые действия.

В стандарте 5 речь шла о переходе от системы к надсистеме; суть стандарта 9 заключается в переходе от системы к подсистеме. С примерами читатель уже знаком. В частности, по стандарту 9 решается задача 52 (для создания сверхточного крана надо использовать тепловое расширение, магнитострикцию, обратный пьезоэффект).

Большое значение для применения стандартов имеет возможность или невозможность вводить добавки - в соответствии с требованиями стандартов 1, 3, 4 и 6. До сих пор мы пользовались словами «можно менять объект», «нельзя менять объект». Теперь эти слова наполняются конкретным физическим смыслом, что позволяет применить более точные определения: «можно вводить добавки» и «нельзя вводить добавки». Степень трудности задачи во многом зависит от этих «можно» и «нельзя». Поэтому стандарт 10 специально относится к переводу «нельзя» в «можно».

Стандарт 10. Если нужно ввести добавки, а это запрещено условиями задачи, следует использовать обходные пути:

1) вместо вещества вводится поле; 2) вместо «внутренней» добавки используется «наружная»; 3) добавка вводится в очень малых дозах; 4) добавка вводится на время; 5) в качестве добавки используют часть имеющегося вещества, переведенную в особое состояние или уже находящуюся в таком состоянии; 6) вместо объекта используют его копию (модель), в которую допустимо введение добавок; 7) добавки вводят в виде химического соединения, из которого они потом выделяются.

Обходные пути 2 и 4, например, можно использовать для решения задачи 20. На алмазы напыляют тонкий слой металла и осуществляют ориентировку алмазных зерен с помощью магнитного поля. При шлифовке ненужный напыленный слой сразу стирается.

* * *

Решая задачу методом проб и ошибок, человек неожиданно обнаруживает решение. Мгновение назад ответа не было - и вдруг он сразу появился. Эта неожиданность отражена во многих терминах: «озарение», «осенение», «эврика», «инсайт»... Слова разные, а смысл одинаковый: решение появляется внезапно, тьма мгновенно заменяется светом.

Действительно, при работе методом проб и ошибок смена тьмы светом происходит в неуловимо короткий промежуток временя. Для психолога, изучающего изобретательское творчество на уровне метода проб и ошибок, «озарение» - одно из основоположных явлений. Иное дело, если психолог изучает изобретательское творчество, ведущееся на уровне АРИЗ. Здесь столь же основоположным оказывается отсутствие «озарений»: тьма постепенно сменяется светом. Вот магнитофонная запись решения задачи 54 о пропавшем алмазе (задачу решал математик, окончивший общественный институт изобретательского творчества): «Это задача на обнаружение. Следовательно, нужно применить стандарт 1: придется ввести какие-то добавки в алмаз. Да, но добавки вводить нельзя! Противоречие... Для этого есть стандарт 10... Вводить добавки на время или в микродозах - это тоже не подойдет, вводить добавки нельзя. Следующий обходной путь - использовать в качестве добавок что-то находящееся в веществе. А что в нем находится? Алмаз -кристалл. Кристаллическая решетка... Есть там нарушения кристаллической решетки? Должны быть! Значит, их надо использовать в качестве отметин... Как родинки у человека... С похищенным алмазом ничего уже не поделаешь, но для всех других надо заранее сделать рентгенограммы... Получается что-то вроде дактилоскопии для алмазов...»

Решая трудную задачу перебором вариантов, изобретатель может годами не сдвинуться с места: что из того, что из 50 тыс. вариантов уже рассмотрены 3 тыс. Иное дело - при решении задачи по АРИЗ. Человек сознательно управляет процессом решения, подключая знание тех или иных закономерностей, приемов, методов и т. д. Каждая операция приближает решение, проясняет тьму. Контуры решения выступают постепенно (и, конечно, намного быстрее, чем при работе методом проб и ошибок).

По традиции «озарение» привыкли считать непременным свойством творчества: есть «озарение» - есть и творчество, нет «озарения» - нет творчества. Теперь, на новом уровне организации творчества, вместо «озарения», «осенения» психологическим атрибутом творчества становится «прояснение» (постепенный переход к свету).

При этом (здесь есть своеобразный парадокс) решение задачи частично известно еще до постановки задачи. Не зная задачи, мы заранее знаем законы, т. е. ответ в общей форме. Процесс решения состоит в переходе от общих законов к конкретному их овеществлению в данном случае.

Стандарты на решение изобретательских задач можно применять до анализа (на шаге 1.7). Но эффективнее использовать их после анализа, во всяком случае, после построения модели задачи, поэтому стандарты входят в таблицу типовых моделей задач и вепольных преобразований.

Иногда для решения задачи необходимо последовательно использовать несколько стандартов.

Задача 56

Установка для укладки фруктов в картонные коробки включает вибростол, на который устанавливают ящик (вибрация позволяет значительно повысить плотность укладки). Сверху по лотку поступают фрукты. К сожалению, нежные фрукты бьются при падении (будем считать, что высота падения 0,5 м). Опускать лоток до дна коробки, а потом поднимать его, используя какое-то устройство, - решение слишком сложное и потому плохое. Как быть?

Один персик ударяется о другой, при этом возникает вредный эффект -типичная задача на стандарт 3. Нужно ввести между двумя соударяющимися персиками «мягкий персик», т. е. какие-то эластичные шарики, например из поролона (такие шарики благодаря вибрации будут находиться над верхним слоем фруктов). После заполнения коробки нужно удалить шарики - это уже задача на стандарт 4. В шарики введены ферромагнитные пластинки; после заполнения коробки включают расположенный над коробкой электромагнит, и шарики «выпрыгивают» из коробки; подают пустую коробку, отключают магнит, сбрасывают шарики. Эффективность решения (а. с. № 552 245) достигнута совместным применением двух стандартов; использованы шарики-амортизаторы и обеспечено управление ими.