Творческие и изобретательские задачи любой сложности и направленности.

ВВЕДЕНИЕ

  В наше время трудно кого-либо удивить идеей управления тем или иным технологическим или природным процессом. Разрабатываются принципы управления термоядерной энергией, наследственностью, погодой и т.д. Любые из этих идей, в недавнем прошлом казавшиеся фантастическими, сегодня воспринимаются вполне спокойно и серьезно. Только идея управления процессом творчества, как правило, вызывает резкое сопротивление.

  Среди большинства людей почему-то сложилось мнение, что первоисточником величайших достижений и открытий во всех сферах культуры, науки, техники и искусства является внезапное и без видимой причины возникающее озарение. Это и есть творчество. Подобные взгляды часто высказывают даже люди, много сделавшие в науке и технике. Тем не менее, с таким мнением трудно согласиться, ибо все в природе познаваемо. Об этом говорит весь громадный человечески опыт творческого созидания. Поэтому и над созданием науки о решении творческих задач (эвристики) люди начали заниматься еще в античные времена (Папп, живший около 300 года н.э.).

  Не вдаваясь в дискуссию о том, что же такое техническое творчество – озарение или планомерная научная работа, основанная на объективных законах, отметим волнующую важность первого и объективную необходимость второго. Но если первое венчает сознательный, а иногда бессознательный поиск, то второе, безусловно, готовит первое.

  Наравне с приобретением знаний по решению стандартных задач, будущий техник (инженер) обязан овладеть знаниями и навыками решения творческих технических задач, в которых нет готовой постановки, неизвестен способ решения, нет близких примеров решения аналогичных задач, а преподавателю – неизвестен ответ, обычно имеющий несколько вариантов.

  Подтверждением всеобщей познаваемости является тот факт, что за период с 50-х по 80-е годы CC столетия в Советском Союзе сформировалась оригинальная теория    решения изобретательских задач (ТРИЗ), основным инструментом которой стал алгоритм решения изобретательских задач (АРИЗ). Названная теория, ее инструментарий постоянно совершенствуются, на деле показывая свою эффективность и прозорливость в вопросах развития технических и технологических объектов.

Теория решения изобретательских задач (ТРИЗ) – наука, позволяющая развивать творческое (изобретательское) мышление и решать творческие задачи, прежде всего в области совершенствования технических систем.

Автор ТРИЗ – Генрих Саулович Альтшуллер (Альтов).

В 80-х годах прошлого столетия в СССР работало около 100 институтов и школ, в которых разрабатывали и развивали ТРИЗ, а тысячи научных работников, инженеров, студентов изучали последние достижения в этой области. Во многих из упомянутых общественных институтов и школ обучение заканчивалось дипломными работами на уровне изобретений.

Появление АРИЗ и ТРИЗ продиктовано самой жизнью, ибо новые машины, оборудование, приборы и технологические процессы по своим технико-экономическим показателям всегда должны превосходить лучшие отечественные и мировые образцы. Высокий технический уровень производства можно обеспечить лишь при постоянном внедрении результатов открытий и изобретений. В осуществлении этих задач ведущая роль принадлежит научно-техническому творчеству и особенно его высшей форме – изобретательству.

ТРИЗ, созданная как методика решения задач технического прогресса в настоящее время существенно расширила свое применение и используется для решения широкого круга задач. Это, прежде всего, следующие из них.

Творческие и изобретательские задачи любой сложности и направленности.

Задачи по проблемам развития технических систем, прогнозирование развития технических систем.

Тема 1.1Технические системы

Закон полноты частей ТС

  «Необходимым условием принципиальной жизнеспособности ТС является наличие и минимальная работоспособность основных частей системы».

  Суть этого закона сводится к тому, что если у системы отсутствует какой-либо рабочий узел, который может еще оказаться не разработанным или не работоспособным, то система не может функционировать. Например, пока не появились работоспособные и надежные двигатели, самолет не мог быть по настоящему «летающей системой». Второй пример связан с космонавтикой. При наличии всех составных и необходимых частей функционирование космической системы было невозможно без специального материала, который бы защитил опускаемый аппарат в слой атмосферы.

  Приведенные примеры позволяют отметить, что создание технических систем – это, прежде всего, ряд крупных изобретений. Если основная идея, дающая толчок появлению технической системы, как правило, изобретение пионерское, то составные части системы имеют ряд узловых проблем, решение которых дает жизнь технической системе. Эти же решения определяют направление развития технической системы.

Каждая крупная ТС должна включать четыре основные части: двигатель, трансмиссию, рабочий орган и орган управления. Каждый орган системы должен обладать хоть минимальной пригодностью к выполнению функций ТС, ибо сама по себе работоспособная часть может оказаться неработоспособной в составе той или иной ТС.

  Из закона 1 вытекает очень важное для практики следствие: «Чтобы ТС была управляемой, необходимо чтобы хотя бы одна часть была управляемой». Под управляемостью понимается возможность менять свойства так, как необходимо оператору.

Закон роста сложности ТС

  «Сложность ТС с одинаковыми функциями в силу действия факторов стадийного развития техники и прогрессивного конструктивного развития ТС, от поколения к поколению возрастает».

  Рост сложности ТС – неизбежное следствие стремления совершенствовать систему, приближая ее к идеальному варианту.

Закон специализации систем.

Тема 1.2 Оформление созданных технических решений

Тема изобретения

Часто приходится слышать от студентов, что все стоящее уже изобретено, а заниматься изобретательством должны только особо одаренные люди. И то, и другое не верно.

Слово «инженер» в переводе на русский язык как раз и означает «изобретатель», поэтому любой инженер должен быть изобретателем.

Что касается тем изобретательской работы, то их всегда больше, чем человечество (а тем более один человек) способно решить на данный момент.

Настоящее изобретение должно удешевлять производство товаров, снижать их себестоимость. Совершенствовать можно все.

Выбираемую техническую задачу нужно проверить по двум критериям. Во-первых, задуманное должно приносить пользу, давать экономический и (или) социальный эффект.

Социальный эффект – это улучшение условий труда и быта, улучшение медицинской диагностики, повышение чистоты атмосферного воздуха, воды в реках и водоемах и т.п., т.е. это то, что не дает прямого экономического эффекта, но очень полезно для человека. Во-вторых, избираемую задачу следует проверить, не противоречит ли предлагаемое решение законам природы (физики, химии и других наук), т.е. решаема ли она принципиально.

 

Полезной моделью может быть признано техническое решение, относящееся к устройству.

Полезная модель признается соответствующей условиям патентоспособно­сти, если она является новой и промышленно применимой.

Полезная модель является новой, если совокупность ее существенных при­знаков не известна из уровня техники.

Уровень техники включает ставшие общедоступными до даты приоритета полезной модели, опубликованные в мире сведения о средствах того же назна­чения, что и заявленная полезная модель, а также сведения об их применении в Российской Федерации.

Полезная модель является промышленно применимой, если она может быть использована в промышленности, сельском хозяйстве, здравоохранении и других отраслях деятельности.

 

Анализ технических задач

 Уровни изобретательских задач

В теории решения изобретательских задач принято все изобретения по их сложности делить на пять уровней.

Первый уровень составляют мелкие усовершенствования уже известных технических систем не связанные с устранением технических противоречий и лежат в пределах одной одной профессии, поэтому под силу каждому специалисту. Объект указан точно, а вариантов изменений мало. Например, по а.с.№ 854714 сплавляемые по воде бревна надо покрыть с торцов пенопластом, чтобы они не впитывали воду. Идею изобретения первого уровня можно найти, рассмотрев лишь несколько вариантов. Действительно, чем можно удалить металлическую пыль с абразивных кругов? Механическим путем металлические частицы не возьмешь, но может помочь магнит. Так и поступил автор свидетельства №662331, предложивший чистить круги сильным магнитным полем. Другой пример: дуга мешает электросварщику наблюдать за процессами, происходящими в зоне сварки. Свет дуги забивает менее яркие детали. Как быть? При такой формулировке задача без труда решается на первом уровне: надо осветить зону сварки лучом, более ярким, чем дуга.

Задачи первого уровня составляют примерно 30% от всех изобретательских задач.

Второй уровень - это изобретения, в которых простое техническое противоречие устраняется известным в данной отрасли техники способом. При этом часто меняется один из элементов системы, или даже меняется частично. В результате возникает мелкое изобретение. Задача второго уровня требует перебора нескольких десятков вариантов, что по силам любому грамотному специалисту.

Усложним задачу, введя дополнительные требования. Дуга мешает электросварщику наблюдать за процессами, происходящими в зоне сварки. Надо улучшить условия наблюдения без существенного усложнения аппаратуры и снижения производительности. В такой редакции задача сложнее. Придется перебрать несколько десятков вариантов. Отпадут, например, все предложения с введением дополнительных светильников - они усложняют оборудование. Не подойдут и предложения с периодическим отключением дуги, так как они снизят производительность. Наиболее простое решение выглядит так: устройство для защиты глаз и лица электросварщика, содержащее корпус и раму со вставленным в нее светофильтром, отличающейся тем, что с целью улучшения наблюдения за процессом сварки оно снабжено рефлектором, выполненным в виде прямоугольного сектора сферы по габаритам корпуса и фиксирующим свет от дуги на свариваемые материалы в зону расплавления (а. с. № 252549).

Изобретение первых двух уровней самые многочисленные и составляют в отечественном фонде примерно 77% патентного фонда.

Третий уровень составляют изобретения, в которых противоречие преодолевается путем полного изменения одного из элементов системы способами, известными в пределах одной науки, т.е. механическая задача решается методами механики, химическая - химии и т.д. Полностью меняется один элемент системы, другие меняются частично. Такие задачи решаются с привлечением новых веществ или полей, например, теплового, магнитного и других. Цена такого изобретения - сотни вариантов решений и сотни пустых проб.

Пример. Замена чернил в авторучках на густую пасту устранила опасность клякс. Шариковая ручка - типичное изобретение третьего уровня.

Второй пример. Винтовая пара состоящая из винта и гайки, отличающаяся тем, что с целью предупреждения износа их поверхности путем устранения между ними во время работы, винт и гайка расположены с зазором, сохраняемым во время работы, в их резьбе уложены обмотки для создания электромагнитного поля, обеспечивающие поступательное движение гайки относительно винта (а.с. №154459). Винтовая пара осталась, но она сильно изменена по сравнению с прототипом.

Третий пример. При фотографировании применяется шторка с использованием взрывного затвора. С помощью электроразряда уничтожают шторку, перекрывающую путь световому потоку. Как использовать такое устройство для киносъёмки? Ведь в данном случае требуется непрерывность, нужно снимать кадр за кадром? Каким образом быстро менять уничтоженную шторку? В данном случае можно использовать магнитное или электромагнитное поле, а шторку делать из мелкого магнитного порошка.

Четвёртый пример. При сборке тяжелых многоопорных шарошечных долот на беговые дорожки опор с помощью консистентных смазок «наклеивают» ролики и шарики и одевают шарошки. В образовавшееся заранее предусмотренное тороидообразное пространство замкового подшипника, образованное наполовину опорой, наполовину шарошкой, засыпают шарики необходимого размера, в отверстие вставляют заглушку, а её снаружи заваривают. В настоящее время клеющую функцию консистентной смазки выполняет магнитное поле.

Пятый пример. По трубе движется газ или жидкость. Как, не вскрывая трубу определить направление потока? Решение нашли в том, что, нагревая трубу в одной точке, замеряют температуру поверхности трубы в других точках слева и справа от места нагрева. Направление потока будет в сторону точки замера, где температура выше.

Четвертый уровень изобретений - это крупные идеи, на основе которых создаются новые технические системы. В задачах четвёртого уровня возникающие противоречия устраняются средствами, подчас далеко выходящими за пределы науки, к которой относится задача (задача механики решается химически или с применением гидравлики и аэродинамики). В итоге рождается крупное изобретение.

Например, в К. Шиловский 1914 г. предложил идею гидролокатора. Появилась совершенно новая техническая система. Аналогично обстоит дело с радиолокацией воздушных объектов, ультразвуковым измерением пространственного положения скважин и т. д. Примером изобретения четвёртого уровня может служить новый способ контроля износа двигателя. Раньше контроль вели периодически по пробам масла путём определения в них металлических частиц. По а.с. № 260249 в масло предложено добавлять люминофоры и изменению свечения (мелкие частицы металла гасят свечение) непрерывно контролировать концентрацию частиц металла. Исходный способ изменён полностью. К этому же классу относится судно на подводных крыльях. Здесь использованы известные законы аэродинамики, что привело к появлению новых разделов гидродинамики и новых транспортных средств; Подобный пример связан с появлением судна на воздушной подушке или турбопоезд института Лайнга (ФРГ).

► Турбопоезд Лайнга использует в качестве средства движения воду. Тоннель турбопоезда заполнен разреженными водяными парами. Водяные пары, имея большую плотность, чем разреженный воздух, отдаляют звуковой барьер на 30 %. В результате на максимальной скорости (около 800 км/час) сопротивление движению уменьшается. Опорой поезду служит полый рельс и направляющие башмаки на водяной смазке. Трение настолько мало, что 300-тонный поезд с выключенными на скорости 100 км/час двигателем проходит по инерции 1200 км. Двигателем служит турбина, лопатки которой расположены на поезде, а направляющие сопла, подающие воду, - на донной стенке тоннеля. Коэффициент полезного действия турбины около 95%. Торможение и разгон производятся возле станций, с рекуперацией энергии. За 12 км до станции на дне тоннеля начинается тормозной желоб с водой. Трубка, спущенная с поезда в желоб, тормозит поезд, забирает воду и подаёт её в бак, сжимая находящийся в нём газ. Газ нагревается и передаёт тепло в тепловой аккумулятор. При разгоне энергия передаётся в обратном порядке воде, создавая тягу. Энергетически такой поезд очень выгоден: затраты энергии на 1000 км меньше, чем у самолёта в 24,6 раз, чем у поезда на магнитной подушке в 14,8 раз, чем у обычного поезда - в 1,7 раза. (см. Патурн Ф.Р. Зодчие XXI века. М.: Прогресс, 1979 г.).

В этих случаях синтезируется новая техническая система. Поскольку эта система не содержит технических противоречий, то создаётся впечатление, что изобретение сделано без преодоления противоречия. На самом деле ТП имеется всегда, но оно относится к прототипу - к старой технической системе. В задачах четвёртого уровня противоречия устраняются средствами, подчас далеко выходящими за пределы науки, к которой относится задача (например, механическая задача решается химическим путём).

Цена решения задачи четвёртого уровня - тысячи и десятки тысяч вариантов.

Пятый уровень - это изобретения, следующие непосредственно за новыми открытиями. Поэтому они, как правило, пионерские В результате их возникновения создаются новые отрасли в науке и технике.

К этому уровню технических задач можно отнести создание самолёта, радио и радиотехники, телевидения, атомного реактора, автомобиля, киносъемки, полупроводниковых приборов (транзистора, диода и т.д.), ЭВЦ лазера и квантовой электроники, голографии, теории сверхпроводимости и т.д.

Или такой пример. «Применение монокристаллов сплавов медь алюминий-никель и медь-алюминий-марганец в качестве твердого рабочего тела для преобразования тепловой энергии в механическую путем изменения его упругих свойств при колебании температуры» (а. с. № 412397). В принципе известно что твердые тела меняют свои свойства при изменении температуры Но веществ, которые сильно меняют свойства при небольших перепадах температуры известно мало. Обнаружение или получение таких веществ — это уже нечто граничащее с открытием. Новые вещества — преобразователи можно использовать при решении самых различных изобретательских задач (создание тепловых двигателей, различных измерительных приборов и т. д.).

> Квантовая электроника - область физики, изучающая проблемы генерации, усиления и преобразования частоты электромагнитных волн радио - и оптических диапазонов на основе использования явления индуцированного излучения.

Условия задачи пятого уровня обычно не содержат прямых указаний на противоречие. Поскольку системы-прототипа нет, то нет присущих этой системе противоречий. Противоречия возникают в процессе синтеза I принципиально новой системы. Так, при создании самолёта пришлось преодолевать множество противоречий: большая площадь крыльев — больший вес самолёта, меньшая жесткость конструкции и т.д. Потребовалось создание принципиально новых материалов.

Совершенно аналогичное явление можно наблюдать на современном примере. Нужно предложить подземоход, способный передвигаться в земной коре со скоростью 10 км/час при запасе хода в несколько десятков км. Здесь средства решения лежат за пределами современной науки. Решение задачи, возможно, создаст новую техническую систему' - глубинный транспорт. Условия задачи пятого уровня обычно не содержат указаний на какие-то противоречия, поскольку системы - прототипа нет. Противоречия возникнуть в процессе создания новой системы. Предположим, решено обеспечить продвижение подземохода путём расплавлением пород. Сразу образуется клубок проблем и противоречий, связанных с получением и расходом энергии, удалением породы, защитой самой техники и т.д.

Прошедшее столетие демонстрирует резко возросший темп освоения новых технических новинок и технологий. На рис. 1.6 приведены графики из книги Б. Гейтса и журнала «Forbes» [6], где показано насколько стремительно входят в жизнь персональные компьютеры и Internet в сравнении с технологиями начала и середины XX века.

 

Из приведенных графиков следует, что внедрение компьютеров и компьютерных технологий идет быстрее, чем распространялись по миру электричество, автомобили, телевидение и радио. Очевидно, в приведенных графиках отразилась определенная закономерность, которая, прежде всего, указывает на ускорение темпа индустриального и технологического развития современного общества.

На рис. 1.7 дано изменение эффективности изобретений по уровням. Внедрение изобретений требует затрат и поэтому, как правило, в начальный период изобретение убыточно. Особенно больших затрат требуют изобретения самого высокого уровня. Мелкие изобретения дают прибыль практически сразу. При этом общий уровень прибыли, при условии внедрения изобретений, сопоставим с масштабом изобретения. В ряде случаев нужно учитывать возможный тираж изделий (продукции), выполненных с использованием изобретения.

Пример. Крупные изобретения - лазер, телевизор, компьютер. Это пример рождения новых технических систем, потребность в которых максимальна, а соответственно прибыль, - колоссальна.

Мелкое изобретение также способно дать существенную прибыль, но только за счет тиража. Например, сотрудники института сварки им. Е.О.Патона заменили пайку одного конца лампы сваркой. Экономия - мг припоя на одну лампу, но поскольку лампы имеют огромный тираж, экономия составила около 1 млн. долларов. Затрат на его внедрение было сделано значительно меньше.

В соответствии с графиками на рис.1.7 можно предложит универсальный

критерий оценки эффектив­ности изобретений различного уровня [20]

- удельную эффективность изобретения

U _и = э/т,

где Э — эффект от

использования изобретения за определенный промежуток времени Т, начиная от даты регистрации изобретения.

Приведенная формула не учитывает аспекты, связанные с проблемами организации и внедрения изобретений, а потому имеет, сугубо теоретический характер.

Итак, в задачах первого уровня объект (устройство или способ)не меняется. На втором уровне объект меняется, но не сильно. На третьем уровне — меняется сильно, на четвертом меняется полностью, а на пятом меняется вся техническая система, в которую входит объект.

Решение задачи первого уровня требует перебора нескольких очевидных вариантов. Это доступно каждому инженеру, и подобные задачи повсеместно решаются без затруднений, хотя и не всегда оформляются в виде заявок на изобретения. На втором уровне число вариантов измеряется уже десятками. Перебрать 50...70 вариантов в принципе способен каждый инженер, но требуется настойчивость и терпение, уверенность в решаемости задачи. Правильное решение задач третьего уровня прячется среди сотен неправильных. На четвертом уровне нужно сделать тысячи и десятки тысяч проб и ошибок, чтобы отыскать решение. Наконец, на пятом уровне число проб и ошибок возрастает до сотен тысяч и миллионов.

Между задачами низших и высших уровней существует и качественная разница. Задачи первого уровня и средства их решения находятся в пределах одной узкой специальности. Задачи второго уровня и средства их решения относятся к одной отрасли техники. Решение задач третьего уровня приходится искать в других отраслях, а 4-го уровня - не в технике, а в науке, обычно среди мало применяемых физических и химических эффектов и явлений. На высших подуровнях задач 5-го уровня средства решения могут вообще оказаться за пределами современной науки; поэтому нужно сначала сделать открытие, а потом, опираясь на новые научные данные, решать изобретательскую задачу.

Научно-техническая революция требует, чтобы задачи высших уровней решались во все более короткие сроки. Увеличением числа работников задача не всегда решается, да и люди отвлекаются от других дел. Поэтому нужен способ перевода изобретательских задач с высших уровней на низшие. Вся проблема в том, чтобы уметь быстро сужать поисковое поле, превращая «трудную» задачу в «легкую», задачу пятого или четвертого уровня в задачу второго или первого уровня.

 

Морфологический анализ

Морфологический анализ – пример системного подхода в области изобретательства. Метод разработан известным швейцарским астрономом Ф. Цвикки. Благодаря этому методу ему удалось за короткое время получить значительное количество оригинальных технических решений в ракетостроении.

Для проведения морфологического анализа необходима точная формулировка проблемы, причем независимо от того, что в исходной задаче речь идет только об одной конкретной системе, обобщаются изыскания на все возможные системы с аналогичной структурой и в итоге дается ответ на более общий вопрос. Например, необходимо изучить морфологический характер всех видов транспортных средств и предложить новую эффективную конструкцию устройства для транспортирования по снегу – снегохода.

Точное определение класса изучаемых систем (устройств) позволяет раскрыть основные характеристики или параметры, облегчающие поиск новых решений. Применительно к транспортному средству (снегоходу) морфологическими признаками могут быть функциональные узлы снегохода: а – двигатель, Б – движитель, В – опора кабины, Г – управление, Д – обеспечение заднего хода и т.п.

Каждая характеристика (параметр) обладает определенным числом различных независимых свойств. Так, двигатели: А₁ – внутреннего сгорания, А₂ – газовая турбина, А₃ – электродвигатель, А₄ – реактивный двигатель и т.д.;

движители: Б₁ –воздушный винт, Б₂ –гусеницы, Б₃ –лыжи, Б₄ –снегомет, Б₅ – шнеки и т.д.;

кабины: В₁ – опора кабины на снег, В₂ – на двигатель, В₃ – на движитель и т.д.

По заданной проблеме в матричном выражении (морфологическом ящике) фиксируются наиболее существенные параметры.

Например, для снегохода матрица будет иметь вид:

(А₁ А₂ А₃ А₄)

(Б₁ Б₂ Б₃ Б₄ Б₅)

(В₁В₂В₃)

  Возможные сочетания: А₁ Б₃ В₂, или А₁ Б₂ В₃ или  А₂ Б₁ В₂  или А₄ Б₄ В₃ и т.д.

  Матрица – символическая форма описания решений. Она дает представление о всех возможных конструктивных схемах снегохода путем фиксирования в каждой строке матрицы одного из элементов. Набор этих элементов будет представлять возможный вариант исходной задачи. Рассматривая разные сочетания этих элементов, можно получить большое сочетание возможных вариантов решений, в том числе и самых неожиданных. Так, морфологическая матрица для реактивных двигателей, работающих на химическом топливе, построенная Ф. Цвикки, содержала 576 возможных вариантов решений.

  Ответственный этап метода – оценка вариантов решений, вытекающих из структуры морфологической таблицы. Сравнивают варианты по одному или нескольким наиболее важным для данной технической системы показателям.

 

Метод контрольных вопросов

Этот метод позволяет генерировать новые идеи и решения, стимулировать их с помощью наводящих вопросов. Применяется в форме монолога, обращенного к самому себе, либо диалога изобретателей.

В сущности это усовершенствованный вариант метода проб и ошибок, ведь каждый вопрос служит своеобразной пробой (или серией проб) с единственным отличием: по списку вопросов проще и быстрее охватить некоторое начальное поле вариантов. Авторы отбирают из изобретательского опыта вопросы, которые обеспечивают преимущества метода контрольных вопросов перед обычным методом проб и ошибок.

Один из наиболее полных и удачных списков контрольных вопросов принадлежит английскому изобретателю Т. Эйлоарту.

Например:

узнать мнение некоторых неосведомленных в данном деле людей (т.е. избежать психологической инерции);

устроить сумбурное групповое обсуждение, выслушивая без критики каждую идею;

испробовать «национальные» решения: хитрое шотландское, всеобъемлющее немецкое, расточительное американское, сложное китайское и т.д.;

представить фантастические, биологические, экономические, химические и другие аналоги.

Вопросы в такой системе позволяют полнее увидеть свойство совершенствуемого объекта, но как его изменять – этого, к сожалению, они не подсказывают.

Итак, вы познакомились с несколькими методиками поиска технических решений, все они по сути дела являются лишь модификациями метода проб и ошибок и предшествовали появлению ТРИЗ (теория решения изобретательских задач)

 

Техническое противоречие

Техническое противоречие возникает между параметрами системы, ее узлами или группами деталей. Оно диктует: «Если ты улучшишь одно —то непременно ухудшишь другое!» Много колышков с табличкой «финиш» оставили здесь изобретатели

Понять суть технического противоречия вам поможет следующий пример. Допустим, решили увеличить скорость самолета и для этого поставили на него новые мощные двигатели. Страшный рев этих двигателей сотрясает аэродромные плиты, но крылья не могут оторвать от земли значительно потяжелевший самолет Тогда решаете увеличить крылья. Теперь самолет взлетает, но возросшее лобовое сопротивление крыльев съедает всю мощь ва­ших новых моторов. Цель не достигнута — скорость не увели­чилась.

Это получилось потому, что не устранено главное противо­речие: крылья должны быть большими, чтобы обеспечить доста­точную подъемную силу при взлете, когда скорость еще мала, и они же должны быть маленькими, чтобы в скоростном полете, когда подъемная сила резко возрастает, не оказывали большого лобового сопротивления.

До недавнего времени казалось, что это неразрешимое проти­воречие. Конструкторы шли на компромисс. Они выбирали пло­щадь крыльев такой, чтобы она была минимальной, но достаточ­ной для взлета. Но это был обходной путь — из двух зол выбира­лось меньшее. Какое-то время положение было терпимым. Но вот потребовались новые, более высокие скорости. Идти по про­торенному пути не удавалось. Тогда решили увеличить взлетную и посадочную скорость самолетов, доведя ее до нескольких сотен километров в час. Поднимать в воздух такие самолеты и сажать их на аэродромы становилось все труднее и опаснее. Взлет и посадка стали одним из сложных и ответственных элементов полета. Дли­на взлетных дорожек стала измеряться километрами. Аэродром все дальше и дальше уносился за пределы города. Возникла ситуация, когда путь до аэропорта требовал больше времени, чем сам полет. Получился тришкин кафтан — в одном улучшили, в другом недопустимо ухудшили. Противоречие с крыльями тре­бовало своего разрешения. И вот появились самолеты с изменяе­мой геометрией крыла. Теперь при взлете крылья «распушались», увеличивая свою площадь на 50...60%, а с набором высоты и скорости они вновь уменьшались. Это позволило при тех же дви­гателях значительно увеличить крейсерскую скорость.

Рассмотрим более земную ситуацию. Вернемся к задаче о сигнализации оттайки грунта под опорами ЛЭП. Вы помните, нам нужно узнать, под какой именно опорой произошла недопусти­мая аварийная оттайка грунта, чтобы успеть вовремя принять соответствующие меры по его искусственному подмораживанию. Способы подмораживания грунта известны и широко применяют­ся, например его пропитка жидким кислородом или азотом. Учитывая, что опоры ЛЭП часто проходят по труднодоступной гористой или болотистой местности, желательно узнавать о состоя­нии грунта с воздуха, т. е. с самолета или вертолета.

Первая мысль, которая, вероятно, приходит каждому из вас,— поместить в грунте рядом с фундаментом несколько равномерно расположенных по глубине термометров. Снимая с них показа­ния и преобразовывая их в сигнальные огни на мачте, можно было бы судить о состоянии грунта с воздуха. Казалось, это единственно верный способ. Но обычные термометры непригодны: закопанные в грунт, они не дадут информации наверх. Следо­вательно, придется применить электроконтактные термометры или специальные термопары. Но тогда понадобятся индивидуальные источники энергии в виде аккумуляторов, дополнительные прибо­ры для приема и обработки поступивших из грунта сигналов, специальные электропровода и контролирующая аппаратура. Кро­ме того, учитывая морозное вспучивание грунта, надо будет принять меры, чтобы заложенные в нем приборы и провода не были повреждены. Возникает необходимость в специальных за­щитных устройствах и приспособлениях.

Итак, желая улучшить информативность системы, вы столкну­лись с недопустимой сложностью. В самом деле: «Знаю, как делить но от этого еще хуже» Уж лучше, решаете вы, все оставитьпо-старому и вручную, с помощью лома или лопаты, определять состояние грунта возле каждой опоры. Правда это долго, дорого, но зато надежно. Но, рассудив так, мы тем самым признали поражение от выявленного технического противоречия Как быть? Имеющийся в ТРИЗ специальный набор приемов разрешения технических противоречий поможет найти выход из этого положения. Об этих приемах и правилах их использования будет рассказано в специальной главе.

Нужно запомнить главное: техническое противоречие — это конфликт внутри технической системы, между ее узлами. При улуч­шении чего-то одного недопустимо ухудшается другое.

Разберем еще одну реальную производственную ситуацию, на которой проследим развитие технических противоречий.

... В кабинет начальника цеха вошла взволнованная кранов­щица и сказала: «Я отказываюсь работать в вашем цехе. Совер­шенно нечем дышать! Моя кабина находится на самом верху, и туда поднимается весь дым, который идет от закалочных ванн». Начальник цеха, как мог, успокоил женщину, а затем долго сидел в задумчивости, анализируя ситуацию. Это уже не первый случай, когда рабочие цеха жаловались на чрезмерную загазованность воздуха.

Дело в том, что заказ на термозакалку в масле партии круп­ногабаритных деталей поступил неожиданно, и специальный участок для этой операции не был готов. Приходилось выполнять термозакалку прямо в цехе. Мостовой кран брал раскаленную в печи деталь и опускал ее в ванну с маслом. По мере погружения детали соприкасающееся с ней масло вспыхивало, и густой едкий дым заполнял цех. Когда деталь полностью погружалась в масло, горение прекращалось, лишь небольшой дымок испарения подни­мался над его поверхностью.

Способ закалки менять было нельзя — он предписывался тех­нологией, но и делать такую работу в цехе было тоже нельзя. Уже знакомое вам административное противоречие. Имеющаяся вентиляция не справлялась с повышенной загазованностью. Про­бовали увеличить ее мощность, но новые вентиляционные трубы перегораживали весь цех, создавая такой сквозняк, что многие рабочие простужались. Пришлось отказаться от этой затеи Ре­шили установить над ванной крышку, которая захлопывалась бы вслед опускающейся детали. Но, согласно правилам безопасности труда, крановщик должен всегда видеть груз, с которым он ра­ботает, а крышка мешала этому. Поэтому и от этого новшества пришлось отказаться.

Был объявлен заводской конкурс, как уменьшить загазо­ванность цеха. Первое место заняло решение, по которому пред­лагалось резко увеличить скорость опускания раскаленной детали а масло. Срочно было дано задание конструкторам изменить конструкцию привода крана, чтобы опускание детали длилось 2 с вместо 10 с. За два дня кран переделали. Провели испытания. Деталь шлепалась в ванну, поднимая большие волны, которые выплескивались за борта. Пришлось наращивать высоту ванны, но это создало массу неудобств обслуживающему персоналу, который зацеплял и отцеплял погружаемую деталь. Кроме того, выяснилось, что тормозная система крана не выдерживает новых нагрузок, и при очередном опускания детали было пробито днище ванны. Помещение цеха залило маслом. На следующий день ме­ханики поставили более мощные тормоза, которые мгновенно останавливали груз. Появившиеся динамические нагрузки при резком торможении привели к прогибу несущей балки крана. Цех остановился.