Творчество как точная наука

СИТУАЦИЯ - ЗАДАЧА - МОДЕЛЬ ЗАДАЧИ

Процесс изобретательского творчества начинается с выявления и анализа изобретательской ситуации. Изобретательская ситуация - это любая технологическая ситуация, в которой отчетливо выделена какая-то неудовлетворяющая нас особенность. Слово «технологическая» использовано здесь в самом широком смысле: техническая, производственная, исследовательская, бытовая, военная и т. д.

Рассмотрим, например, такую ситуацию. Для изготовления предварительно напряженного железобетона нужно растянуть арматуру (стальные стержни). В растянутом состоянии арматуру закрепляют в форме и подают бетон. После затвердевания бетона концы арматуры освобождают, арматура укорачивается и сжимает бетон, повышая его прочность. Для растяжения арматуры использовали гидравлические домкраты, но они оказались слишком сложными и ненадежными. Был предложен электротермический способ растяжения: арматуру нагревают, пропуская ток, она удлиняется, и в таком состоянии ее закрепляют. Если в качестве арматуры используют стержни из обычной стали, все в порядке - стержни достаточно нагреть до 400°, чтобы получить требуемое удлинение. Но выгодно использовать не стержни, а проволоку, выдерживающую большие усилия. Для удлинения проволоки на расчетную величину необходима температура 700°, но проволока теряет свои высокие механические качества при нагревании (хотя бы и кратковременном) выше 400°. Расходовать на изготовление железобетона дорогостоящую жаропрочную проволоку недопустимо.

Такова ситуация. С изготовлением железобетона связано множество различных проблем. В ситуации выделена только одна - растяжение проволочной арматуры. Подразумевается, что для решения этой проблемы надо что-то предпринять. Однако в ситуации нет указаний, что при этом допустимо менять в исходной технической системе. Можно ли, например, вернуться к использованию гидродомкратов, попытавшись как-то их улучшить? Может быть, следует усовершенствовать технологию изготовления жаропрочной проволоки, чтобы снизить ее стоимость? А может быть, вообще поискать принципиально новый способ растяжения арматуры?

Ситуация не содержит ответов на подобные вопросы. Поэтому одна и та же ситуация порождает разные изобретательские задачи.

Для изобретателя особенно важно умение переводить ситуацию в задачи минимальные и максимальные.

Минимальная задача может быть получена из ситуации по формуле: то, что есть, минус недостаток, или то, что есть, плюс требуемое достоинство (новое качество). Таким образом, минимальная задача получается из ситуации введением предельных ограничений на изменение исходной технической системы. Максимальная задача, наоборот, получается предельным снятием ограничений: исходную систему разрешается заменить принципиально иной системой. Когда мы ставим задачу улучшить парусное оснащение судна - это минимальная задача. Если же задача ставится так: «Вместо парусника нужно найти принципиально другое транспортное средство, имеющее такие-то показатели»,- это задача максимальная.

Не следует считать, что переход к минимальной задаче обязательно ведет к решениям задач низших уровней. Минимальная задача может быть решена и на четвертом уровне. С другой стороны, переход к максимальной задаче не обязательно означает установку на получение решения задачи пятого уровня. Отказавшись от усовершенствования электротермического способа растяжения арматуры и взявшись за усовершенствование гидродомкратов, вполне можно выйти на изобретения первого, второго уровней.

В какую именно задачу, минимальную или максимальную, переводить данную ситуацию, - это проблема стратегии изобретательства, и мы еще к этому вернемся. Во всяком случае, очевидно, что при всех обстоятельствах целесообразно начинать с минимальной задачи: ее решение, обеспечивая положительный результат, в то же время не требует сколько-нибудь существенного изменения самой системы и потому гарантирует легкость внедрения и экономический эффект. Решение и внедрение максимальной задачи может потребовать всей жизни, а иногда такая задача оказывается вообще нерешимой при данном уровне научных знаний. Поэтому, даже отдавая предпочтение максимальной задаче, целесообразно сначала рассмотреть задачу минимальную.

Как и всякая задача, изобретательская задача должна содержать указания на то, что дано, и на то, что требуется получить. Типичная изобретательская задача выглядит так:

Задача 23

При изготовлении предварительно напряженного железобетона проволочную арматуру растягивают электротермическим способном. Но при нагревании на расчетную величину (700°) арматура теряет своя механические качества. Как устранить этот недостаток?

К «дано» здесь относится описание исходной технической системы. К «требуется» - указания на необходимость все сохранить (задача минимальная!), устранив только имеющийся недостаток.

«Дано» и «требуется» могут быть изложены в произвольной форме. «Дано» может содержать избыточные сведения и не содержать сведений, совершенно необходимых. «Требуется» обычно бывает сформулировано в виде административного или технического противоречия, но нечеткого, неполного, иногда вообще неверного. Поэтому решение должно начинаться с построения модели задачи, предельно упрощенно, но вместе с тем точно отражающей суть задачи: техническое противоречие и элементы (части исходной технической системы), конфликт между которыми создает техническое противоречие.

Модель задачи 23

Даны тепловое поле и металлическая проволока. Если нагревать проволоку до 700°, она получит необходимое удлинение, но утратит прочность.

Прежде всего при переходе от задачи к модели устранена специальная терминология («электротермический способ», «арматура»). Убраны все лишние элементы системы. Нет, например, упоминания об изготовлении железобетона: суть задачи в том, как растянуть проволоку, а для чего именно растягивать - безразлично. Ничего не изменится, если растянутая проволока будет использована, скажем, для армирования стеклянных балок. Убрано упоминание о том, что проволоку нагревают электрическим током. Задача сохранится в том случае, если мы просто поместим проволоку в печь или будем нагревать ее инфракрасным излучением. Оставлены только те элементы, которые необходимы и достаточны, чтобы сформулировать техническое противоречие.

Каждое техническое противоречие может быть изложено двояко: «Если улучшить А, то ухудшится Б» и «Если улучшить Б, ухудшится А». При построении модели задачи следует брать ту формулировку, в которой речь идет об улучшении (сохранении, усилении и т. д.) основного производственного действия (свойства). Из двух формулировок «Если нагревать проволоку до 700°, она получит необходимое удлинение, но потеряет прочность» и «Если не нагревать проволоку до 700°, она сохранит прочность, но не получит необходимого удлинения» следует взять первую: она обеспечивает основное действие (удлинение проволоки) - то, во имя чего и существует взятая система «тепловое поле - проволока».

При переходе от ситуации к задаче и далее к модели задачи резко уменьшается свобода выбора (т. е. свобода перебора пустых проб) и нарастает «дикость» в постановке задачи.

Пока мы имели дело с ситуацией, было множество возможностей: а если пойти по пути усовершенствования гидродомкратов? А если построить пневматический домкрат? А если сделать гравитационный домкрат, в котором проволока будет растягиваться тяжелым грузом? А если допустить потерю прочности при нагревании, но потом как-то восстановить эту прочность?... Переход к задаче отсекает множество подобных возможностей. Должен быть сохранен электротермический способ, имеющий множество преимуществ; нужно лишь убрать единственный недостаток.

Следующий шаг еще более сужает выбор: мы заведомо будем использовать температуру в 700°, все компромиссы исключены, будет такая температура! Но вопреки природным свойствам взятого вещества эта высокая температура не испортит проволоки... Задача не только резко сузилась, она стала «дикой», «очевидно нелепой», «противоестественной». Однако это всего лишь означает, что мы отбросили огромное число тривиальных вариантов и вышли в парадоксальную область сильных решений.

При построении модели задачи используются термины вепольного анализа: «вещество», «поле», «действие» (с конкретизацией - какое именно). Это позволяет сразу, еще до решения, представить себе ответ в вепольной форме. В самом деле, даны тепловое поле и вещество, т. е. в модели задачи - неполный веполь. Ясно, что в ответе будет: «Необходимо ввести второе вещество».

Существуют правила, позволяющие точно строить модель задачи. Так, в пару конфликтующих элементов обязательно должно входить изделие. Вторым элементом чаще всего бывает инструмент, но в некоторых задачах оба элемента - изделия (например, в задаче 3 - щепа древесины и куски коры). Если не включать изделие в конфликтующую пару, модель задачи разрушается, мы возвращаемся к исходной ситуации. Уберите из модели задачи 21 изделие (проволоку), и снова зазвучат знакомые мотивы исходной ситуации: «А если чем-нибудь заменить арматуру железобетона? А нельзя ли вообще обойтись без ее растяжения?»

В некоторых задачах речь идет об однотипных парах изделий и инструментов. В таких случаях для построения модели достаточно взять одну пару.

Модель задачи включает только конфликтующие элементы, а не всю техническую систему. Поэтому модель порой кажется странной. Например, если в задаче дана техническая система, состоящая из сосуда, металлической пластинки и жидкости, действующей на пластинку, то в модели остаются лишь два элемента - пластинка (изделие) и жидкость (изделие). В пространстве висит «кусок» жидкости, а в нем - пластинка... Реально этого «не может быть». Но модель и не должна быть отражением всей реальной технической системы, она лишь схема «больного места» системы.

Классифицировать задачи (не говоря уже о ситуациях) чрезвычайно трудно: суть задач скрыта за произвольным «словесным оформлением». Модели задач поддаются простой и четкой классификации. В основу этой классификации положена вепольная структура, исходной технической системы. Такой подход позволяет сразу разделить задачи на три типа: дан один элемент, даны два элемента, даны три (или более) элемента. Каждый тип делится на классы - в зависимости от того, какие именно элементы даны (вещества, поля), как они между собой связаны и можно ли их менять.

В приложении 2 приведена таблица основных классов моделей задач. Возьмем, например, задачу 23. В ее условии даны два элемента (тепловое поле и вещество), следовательно, задача относится ко второму типу. Поле и вещество связаны в задаче 23 двумя сопряженными действиями. если проволоку нагревать, она удлиняется. Одно действие полезно, другое вредно. Это задача класса 11.

Мы еще не раз обратимся к классификации моделей задач. Пока отметим только одно очень важное обстоятельство. Задачи первого типа (дан один элемент) почти всегда решаются достройкой веполя. Тут можно провести аналогию с химией. Галогены обладают разными свойствами, но есть некоторое общее свойство, довлеющее над всеми другими и обусловленное структурой внешней электронной оболочки атомов этих элементов: галогены стремятся получить недостающий электрон, достроить оболочку, сделать ее полной. Так обстоит дело и с моделями задач первого типа. Главное их свойство - стремление к достройке полного веполя. Задача 9 внешне мало похожа на задачу 6. Даже с вепольных позиций есть некоторая разница: в задаче 9 надо обнаруживать маленькие капельки жидкости, а в задаче 6 - менять свойства почвы (притом большого количества). Но обе задачи относятся к первому типу моделей (дан один элемент) и имеют сходные вепольные решения: для решения обеих задач надо ввести второе вещество и поле, управляющее первым веществом через второе.

Задачи третьего типа без особых затруднений переводятся в задачи первого и второго типа. Если, например, по условиям задачи дан веполь (т. е. три элемента), этот веполь можно рассматривать как один элемент (вещество) и соединять его по обычным правилам с другими веществами и полями.

Поэтому «классические» изобретательские задачи - это задачи второго типа. Для конфликта нужно столкновение двух противоборствующих тенденций, стремлений, свойств, требований. В сущности, такое столкновение есть и в задачах первого типа: второго элемента нет в условиях задачи, но он подразумевается. Скажем, в задаче 20 указан один элемент - крупинка алмаза. Второй элемент, который мог бы быть указан в условиях задачи - инструмент, обычно применяющийся в подобных случаях, например пинцет. Крупинки алмаза в данном случае слишком малы, нет смысла даже пытаться укладывать их пинцетом, поэтому второй элемент вынесен за пределы задачи.

ОСНОВНЫЕ МЕХАНИЗМЫ УСТРАНЕНИЯ ПРОТИВОРЕЧИЙ

В АРИЗ используются четыре механизма устранения технических противоречий:

1) переход от данной в модели задачи технической системы к идеальной системе путем формулирования идеального конечного результата (ИКР);

2) переход от ТП к ФП;

3) использование вепольных преобразований для устранения ФП;

4) применение системы операторов, в сконцентрированном виде отражающей информацию о наиболее эффективных способах преодоления ТП и ФП (списки типовых приемов, таблицы использования типовых приемов, таблицы и указатель применения физических эффектов).

В модели задачи описана техническая система (точнее, ее «больной» фрагмент) и присущее ей противоречие. Заранее неизвестно, как реально устранить это противоречие, но всегда есть возможность сформулировать идеальное решение, воображаемый конечный результат (ИКР). Смысл этой операции заключается в том, чтобы получить ориентир для перехода к сильным решениям. Идеальное решение, по самому определению, наиболее сильное из всех мыслимых и немыслимых решений (для данной модели задачи). Это как бы решение несуществующего шестого уровня. Тактика решения задачи с помощью ИКР состоит в том, чтобы «уцепиться» за этот единственный сверхсильный вариант и по возможности меньше от него отступать.

ИКР формулируют по простой схеме: один из элементов конфликтующей пары сам устраняет вредное (ненужное, лишнее) действие, сохраняя способность осуществлять основное действие. Идеальность решения обеспечивается тем, что нужный эффект достигается «даром», без использования каких бы то ни было средств. Например, для задачи 23 ИКР можно записать так: «Тепловое поле само предотвращает порчу проволоки, обеспечивая тем не менее требуемое тепловое удлинение». Что может быть идеальнее? Ничего не ввели, ничего не усложнили, но вредное действие теплового поля словно по волшебству исчезло, а полезное действие сохранилось... «Дикость», парадоксальность, возникшая уже при переходе к модели задачи, резко усиливается. Тепловое поле должно не только осуществлять несовместимые действия, но и делать это само - без всяких машин, механизмов и прочих устройств.

При обучении теории решения изобретательских задач особое внимание уделяется освоению понятий об идеальной машине (машины нет, но требуемое действие выполняется), идеальном способе (расхода энергии и времени нет, но требуемое действие выполняется, причем саморегулированно), идеальном веществе (вещества нет, но его функция выполняется).

Для обычного инженерного мышления характерна готовность «платить» за требуемое действие - машинами, расходом времени, энергии, вещества. Необходимость «платы» кажется очевидной, инженер озабочен лишь тем, чтобы «плата» не была чрезмерной и «расчет» был произведен «грамотно»: «Нужно бороться с теплопритоком. Что ж, придется рассчитать систему теплозащиты. Используем хорошую теплоизоляцию, например экранно-вакуумную. А если этого будет недостаточно, можно отвести избыток тепла, применив тепловые насосы...» Изобретательское мышление при работе по АРИЗ должно быть четко ориентировано на идеальное решение: «Есть вредный фактор, с которым надо бороться. Идеально, чтобы этот фактор исчез сам по себе. Пусть сам себя устраняет. Впрочем, его можно устранить, сложив с другим вредным фактором. Нет, пожалуй, самое идеальное - пусть вредный фактор начнет приносить пользу...»

Направленность на идеал отнюдь не означает отход от реальности решения. Во многих случаях идеальное решение полностью осуществляется. Скажем, идеальность машины обеспечивается тем, что ее функцию по совместительству начинает выполнять другая машина. Идеальность способа нередко достигается выполнением требуемого действия заранее, благодаря чему в нужный момент на это действие не приходится тратить ни времени, ни энергии.

Четкая нацеленность на идеал нужна не только при формулировке ИКР, но буквально на всех этапах решения задачи, при всех операциях по АРИЗ. Если, например, вепольный анализ подсказывает: надо ввести вещество,- следует не упускать из виду, что наилучшее вещество - это когда вещества нет, а его функция выполняется. Есть много эффективных способов вводить вещество, не вводя его (одно вещество поочередно выступает в двух видах, вещество вводится на время и т. д.).

Переход к ИКР отсекает все решения низших уровней, отсекает без перебора. сразу. Остаются ИКР и те варианты, которые близки к ИКР и потому могут оказаться сильными. Дальнейший отсев вариантов происходит при формулировании физического противоречия. Например: «Тепловое поле должно нагревать проволоку, чтобы она удлинялась, и не должно нагревать проволоку, чтобы она не портилась».

В физическом противоречии «дикость» требований достигает предела. Отпадают все варианты, кроме одного или нескольких, максимально близких к ИКР. Число оставшихся вариантов не превышает числа комбинационных приемов и физических эффектов, пригодных для устранения данного ФП. Обычно это число не выше десяти, причем с увеличением трудности задачи число оставшихся вариантов уменьшается.

Переход от ФП к решению существенно облегчается вепольным анализом. Уже при построении модели задачи вепольный анализ позволяет в общем виде представить пути решения. Например, в модели задачи 23 говорится о поле и веществе: ясно, что придется вводить второе вещество. Сопоставляя это соображение с формулировкой ИКР, можно выявить вепольное противоречие (ВП): второе вещество должно быть, чтобы веполь был достроен, и второго вещества не должно быть, чтобы не отступать от ИКР. Такое противоречие (а оно часто встречается при вепольном анализе) можно преодолеть, используя «раздвоение» вещества: в качестве второго вещества берут часть первого или вводят второе вещество, являющееся видоизменением первого.

Возьмем две проволоки, пусть тепловое поле нагревает одну и не нагревает другую, причем удлинение первой проволоки (но не тепло!) будет передано второй проволоке. Таково решение задачи 23. Жаропрочный стержень (он не расходуется) нагревают до высокой температуры. Стержень удлиняется. В таком состоянии его прикрепляют к проволоке. При охлаждении стержень укорачивается и растягивает проволоку, оставшуюся холодной. В качестве тягового стержня можно взять и обычную проволоку, нужно только, чтобы она была вдвое длиннее арматуры, тогда и температура ее (для получения заданного удлинения) может быть вдвое меньше. Важен принцип изобретения - идея электротермического домкрата [11].

Интересно отметить, что ФП устранено с буквальной точностью: тепловое поле нагревает и не нагревает проволоку. Правда, раньше имелась в виду одна и та же проволока, а в решении речь идет о разных проволоках. Такой «терминологический фокус» совершается при решении многих задач. Например, в задаче 3 речь идет о разделении смеси двух одинаковых веществ. А в решении предлагается предварительно наносить метки на одно вещество, поскольку раньше эти вещества были расположены раздельно. Познакомившись с этим решением, часто говорят: «Если бы я знал, что можно раньше пометить вещества...» Задача не содержала запретов на предварительную маркировку - кто же мешал знать это заранее?...

Простоту ответа иногда принимают за простоту процесса решения. Между тем чем проще ответ (если речь идет о задачах высших уровней), тем труднее его получить.

Нередко ни построение модели задачи, ни формулирование ИКР и ФП, ни вепольный анализ не дают готового, достаточно очевидного ответа. Решение задачи должно быть продолжено - необходимо перейти к операторам преобразования технической системы. Об этом говорится ниже. Пока, подытоживая сказанное, отметим, что вслед за переходом от изобретательской ситуации к задаче, затем к модели задачи возникает цепочка решений: идеальное решение (сформулирован ИКР), вепольное решение (найден ответ в вепольной форме),физическое решение (сформулировано ФП и найден физический принцип его устранения). Вслед за этим должно идти техническое решение: разработка идеи примерно на уровне требований, предъявляемых к заявке на изобретение. Завершается процесс расчетным решением, включающим обоснование основных характеристик новой технической системы. Эти этапы - получение технического и расчетного решения - представляют собой переход от решения изобретательской задачи к конструкторской разработке изобретения. Здесь главную роль играют специальные знания и опыт. В реальном творческом процессе «изобретательские» и «конструкторские» этапы порой причудливо переплетаются: от конструирования часто приходится возвращаться к изобретательству и подправлять найденную идею, а в процессе конструирования нередко возникает необходимость решать частные изобретательские задачи, сопутствующие основной задаче.

ПРОГРАММА + ИНФОРМАЦИЯ + УПРАВЛЕНИЕ ПСИХОЛОГИЧЕСКИМИ ФАКТОРАМИ

Процесс построения модели задачи, выявления ИКР и ФП четко регламентирован второй и третьей частями АРИЗ-77 (см. приложение 1). Эти две части вместе с четвертой, включающей использование информационною аппарата АРИЗ, несут основную нагрузку при решении задач.

Посмотрим на конкретных задачах, как идет решение. На шаге 2.1 условия задачи излагаются без специальных терминов. Эта простая операция в значительной мере снимает начальный «заряд» психологической инерции. Термины созданы для того, чтобы возможно надежнее, жестче отграничивать известное. Между тем всякое изобретение - выход за пределы известного. Если в условиях задачи речь идет, например, о повышении скорости ледокола, то невинный, на первый взгляд, термин «ледокол» сразу навязывает определенный круг идей: надо колоть, ломать, разрушать лед... Простая мысль о том, что дело вовсе не в разрушении льда (ведь речь идет не о добыче льда!) и что главное - продвигаться сквозь лед, а не колоть его, эта простая мысль оказывается где-то за психологическим барьером.

Однажды в Институте зерна академик Лисицын сказал изобретателю Качугину, что намечено совещание по одной из важнейших проблем - борьбе с долгоносиком. Нужно исследовать условия существования жука, в частности определить температуру его тела. В то время не было приборов, позволявших решить такую задачу.

«Тема стоит пятьдесят тысяч, но неизвестно, можно ли на эти средства сконструировать нужный прибор», - сказал академик.

Качугин тут же объяснил, как измерить температуру долгоносика обыкновенным медицинским термометром.

С этой задачей тоже были поставлены опыты. Девятнадцать восьмиклассников решали (каждый отдельно) эту задачу полчаса. Правильные ответы дали пять человек. Другая группа получила тот же текст задачи, но с примечанием: «Если вы замените термин «долгоносик» несколькими простыми словами, задача станет легче». Результат: 17 правильных ответов за то же время...

В самом деле, заменим слово «долгоносик» хотя бы словами «нечто очень маленькое» (букашка, песчинка, капелька), и задача резко упростится. Разве трудно узнать температуру одной капельки, если идет дождь и можно набрать стакан дождевой воды?..

Задачи 24 и 25 (см. приложение 1) на шаге 2.1 освобождены от терминов, хотя, пожалуй, в условиях задачи 25 не мешало бы заменить термин «молниеотвод» не очень красиво звучащим, но намного более удобным для обработки словосочетанием «проводящая палка» или «проводящий столб».

Следующий шаг - выбор конфликтующей пары элементов. В задаче 24 этот выбор предельно прост: есть изделие (ложка), есть инструмент (круг) - готовая пара. Сложнее обстоит дело с задачей 25: в условиях упомянуты антенна радиотелескопа, радиоволны, молния, молниеотвод. Действуя по правилам, пытаемся отобрать изделие и инструмент... и наталкиваемся на несколько необычную картину: в задаче два изделия (молния и радиоволны) и один инструмент (молниеотвод). Вместо одной конфликтующей две бесконфликтные пары: конфликт возникает не «внутри» пар, а между ними. Проводящий молниеотвод не конфликтует с молнией - он способен ее «принимать». С другой стороны, непроводящий молниеотвод вполне ладит с радиоволнами - он их не «принимает» и потому не задерживает.

Кстати, не надо смущаться этих необычных словосочетаний - «проводящий молниеотвод» (масляное масло... каким еще может быть молниеотвод?!), «непроводящий молниеотвод» (какой же это молниеотвод, если он не отводит молнию?!). Нужен весьма незаурядный стиль мышления, чтобы без АРИЗ воскликнуть: «Мне нужен непроводящий проводник! Не полупроводник, это все-таки проводник, а именно непроводящий проводник; не теплая вода, а ледяной кипяток; газообразный камень, темный свет...» АРИЗ делает нормой такой стиль мышления - нетривиальный, парадоксальный, оперирующий противоречиями. А главное - этот стиль закономерно возникает как рабочий режим творческого мышления: включается не по наитию, не по воле случая, а по программе, обеспечивающей его устойчивое поддержание на протяжении всего решения задачи.

Итак, молниеотвод должен быть проводящим и непроводящим. По правилу третьему берем для построения конфликтующей пары «непроводящий молниеотвод», который обеспечивает свободное прохождение радиоволн, нормальную работу антенны. Что такое «непроводящий молниеотвод»? Деревянный, стеклянный, водяной столб. Еще проще: убрали металлический столб, остался воздух или пустота - все равно.

Историки науки уже полвека с восторгом пересказывают легенду о том, как однажды Поль Дирак, решая шуточную задачу о дележе некоторого неизвестного числа рыб, получил в ответе отрицательное число. В самом деле, как может компания рыбаков разделить улов, скажем, в минус две рыбы (или, лучше того, улов, составляющий мнимое число рыб)... Все отбрасывали такое решение, а Дирак не отбросил, ведь математически это совершенно верное решение. Быть может, спрашивают историки науки, такой образ мыслей и помог Дираку предсказать существование позитрона - «положительного электрона», «положительного отрицательного заряда...»

При работе по АРИЗ отрицательные, мнимые, а то и вовсе «нерыбные рыбы» возникают обязательно.

Отсутствующий молниеотвод хорошо пропускает радиоволны, но не ловит молнию. Поскольку молниеотводу уже приписано одно свойство (быть отсутствующим), из двух пар составлена одна конфликтующая пара и получено техническое противоречие в канонической форме. Выявлены конфликтующие элементы, есть ТП - и вторая часть АРИЗ завершается построением модели задачи.

Перейдя от технической системы, описанной в условиях задачи к модели, мы сузили число рассматриваемых элементов. Теперь, на шаге 3.1, предстоит продолжить отбор: из двух конфликтующих элементов надо выбрать один - тот, который можно менять,

«Можно менять», «нельзя менять» - довольно расплывчатые определения. Позже мы перейдем к более точным. А пока достаточно простых правил, приведенных в тексте АРИЗ, которые в подавляющем большинстве случаев позволяют без затруднений выбрать нужный элемент.

Следующий шаг - составление ИКР. Как и на предыдущих шагах, здесь действуют четкие правила, заставляющие усугубить парадоксальность модели задачи: то, что требует модель, должно быть достигнуто не иначе как «само собой». АРИЗ не оставляет права мыслить несмело... И снова продолжается сужение поискового поля: теперь (шаг 3.3) выделяется часть элемента, выбранного на шаге 3.1. Именно к этой части предстоит «привязывать» физическое противоречие, которое будет сформулировано на шагах 3.4 и 3.5.

На первый взгляд может показаться, что шаги слишком детализируют ход решения. В самом деле, почему бы не объединить, например, шаги 3.4 и 3.5? Раньше так и было. Но со временем выяснилось, что при слишком резком переходе от ИКР к ФП часто возникают ошибки.

Если к одной части элемента технической системы предъявлены взаимопротивоположные требования, появляется необходимость прежде всего проверить, нельзя ли простыми преобразованиями «развести» эти требования. Такая проверка и осуществляется на шаге 4.1. Проверяя, можно или нельзя разделить противоречивые свойства, следует все время помнить об ИКР: разделение должно быть осуществлено «само» или «почти само». Ионизировать столб воздуха нетрудно; можно, например, использовать радиоактивное излучение. Но ионизированный воздух - проводник, который, как и металл, поглощает радиоволны. Проще уж поднимать и опускать металлические столбы, во всяком случае, это безопаснее для окружающих. Все дело в том, чтобы свободные заряды возникали в нужный момент «сами собой» и «сами собой» исчезали, «поймав» молнию.

Простейшие преобразования, предусмотренные шагом 4.1, часто лишь намечают путь решения в самых общих чертах. Надо сделать так, чтобы в нужный момент каким-то образом сами по себе возникали заряды, каким именно образом - пока неочевидно.

Следующий шаг - использование таблицы типовых моделей задач и вепольных преобразований (приложение 2).

Как уже говорилось, классификация моделей задач основана на следующих признаках:

- сколько элементов содержит модель задачи;

- какие это элементы - вещества или поля;

- как они взаимосвязаны;

- какие ограничения налагают условия задачи на изменение имеющихся элементов и введение новых;

- относится ли задача к изменению объекта (нужно ввести «поле на входе») или к измерению и обнаружению (нужно получить «поле на выходе»).

Основываясь на этих признаках, можно составить подробный классификатор. Но многие задачи второго типа (даны два элемента) легко переводятся в задачи первого типа, особенно если нет ограничений на замену элементов. «Поле плохо взаимодействует с веществом; нужно обеспечить хорошее взаимодействие; поле можно заменять и изменять». Отбросим «плохое» поле и получим модель задачи первого типа (дан один элемент). Точно так же многие задачи третьего типа легко переводятся в задачи второго или первого типа. Поэтому в таблицу, приведенную в конце книги, включены только те модели, перевод которых в более простые классы невозможен или затруднителен.

В модели задачи 24 два элемента (два вещества): изделие и инструмент. По условиям задачи изделие обязательно должно подвергаться обработке шлифовальным инструментом, поэтому нельзя перевести эту задачу в класс 1. Модель задачи 25 включает три элемента: два поля и вещество. Опять-таки ни один из этих элементов убрать нельзя - исчезнет конфликт, разрушится модель задачи, поэтому задача относится к классу 16.

Для задачи 24 таблица дает в сущности готовое физическое решение: инструмент надо развернуть в феполь, т. е. веполь с ферромагнитным порошком и магнитным полем, разделив вещество круга на два вещества (одно - ферромагнитный порошок), связанных между собой магнитным полем. Для задачи 25 таблица еще не дает окончательного ответа. Впрочем, здесь многое зависит от умения применять элементарные физические знания. Именно применять, а не знать: физика тут требуется школьная, общеобразовательная. Заряды должны то появляться, то исчезать. Куда они могут исчезать? Уйти куда-нибудь? Но ведь они должны вновь появиться. Физика предельно проста: заряды остаются на месте, но нейтрализуются соединяясь, а потом разъединяются. Нейтральные молекулы воздуха разделяются на ионы и электроны, затем эти частицы соединяются в нейтральные молекулы.

Задачи 24, 25 в течение многих лет «обыгрывались» на семинарах и в школах изобретательского творчества. В задаче 24 осложнений с физикой никогда не возникало, после некоторой практики в вепольном анализе она решалась сразу, «в один ход». Инструмент представляет собой невепольную систему, но по условиям задачи эту систему можно менять, развивать; значит, выгодно перейти к феполю. С задачей 25 обычно возникали затруднения. Идея ионизации-рекомбинации для физика достаточно очевидна, но именно здесь образуется психологический барьер: ионизация в нашем представлении связана прежде всего с излучениями. Появляется идея использовать то или иное техническое устройство, генерирующее излучение... и решение заходит в тупик, поскольку нет возможности просто и надежно определять, когда именно следует включать это устройство.

Как ни парадоксально, причина затруднений в том, что те кто решают задачи (вопреки АРИЗ), невольно пытаются облегчить себе работу. Ионизацию можно осуществить обычным способом - с помощью излучения (таков голос «здравого смысла»). Требование ИКР звучит иначе: ионизация должна происходить сама собой. Мало того, ионизация обязательно должна быть «даровой» и происходящей, как по волшебству, точно в заданный момент времени. «Здравый смысл» шарахается от такого утяжеления задачи. Диалектика же в том, что утяжеление условий задачи оборачивается за каким-то рубежом облегчением ее решения. Вдумаемся еще раз в формулировку ИКР (теперь ее можно уточнить): «При зарождении молнии, когда она только-только «назревает», нейтральные молекулы должны сами разделиться на ионы и электроны.» Если убрать слово «должны», мы получим готовый ответ: в качестве ионизатора используется сама молния (и порождающее ее грозовое облако).

ИКР можно уподобить веревке, держась за которую альпинист совершает подъем по крутому склону. Веревка не тянет вверх, но она дает опору и не позволяет скатиться вниз. Достаточное выпустить веревку из рук - падение неизбежно...

Разумеется, не у всех задач могут оказаться решения, основанные на элементарной физике. Поэтому в АРИЗ-77 используется таблица применения физических эффектов и явлений (приложение 3), составленная на основе анализа примерно 12 тыс. сильных изобретений, так сказать, с физическим уклоном. Некоторые физические эффекты, входящие в эту таблицу, могут оказаться незнакомыми или плохо знакомыми. Тогда, получив подсказку таблицы, следует обратиться к «Указателю физических эффектов». Работа над таким «Указателем» была начата в 1968 г. Общественной лабораторией методики изобретательства при Центральном Совете ВОИР. С 1971 г. «Указатель» используется на занятиях в общественных школах, изобретательского творчества и на изобретательских семинарах. В «Указателе» по каждому эффекту приведены краткое описание, сведения об изобретательском применении, примеры изобретений, основанных на данном эффекте, и список литературы. Особенно важны примеры изобретений - они позволяют сразу оценить возможности того или иного эффекта и степень сложности реализации.

В некоторых задачах простой (в физическом смысле) ответ оказывается настолько необычным, что эта необычность мешает заметить его и принять. В этих случаях помогает таблица типовых приемов; она приведена в [13]. При составлении этой таблицы из очень большого массива патентной информации было отобрано свыше 40 тыс. патентов и авторских свидетельств, относящихся к изобретениям не ниже третьего уровня. Анализ этих изобретений позволил выделить наиболее часто встречающиеся приемы и приемы, встречающиеся редко, но всегда дающие очень сильные решения. Эти два вида приемов и вошли в таблицу. О самих приемах будет подробно рассказано в следующих главах. Здесь же приведем только один пример.

Задача 26

При гидратации олефинов используют в качестве катализатора фосфорнокислотный катализатор (двуокись кремния, пропитанную ортофосфорной кислотой). Чтобы катализатор был селективен (специализирован, давал одну нужную реакцию и не давал побочных реакций), его необходимо при изготовлении нагревать. Но опыты показали, что при нагревании (даже кратковременном) выше 250° С в катализаторе появляются растворимые силикофосфаты, они вымываются и катализатор теряет активность. Как быть?

Читателя, если он далек от химии, не должна смущать химическая специфика этой задачи. Понять суть задачи нетрудно. Имеется некое вещество, ускоряющее нужную реакцию. К сожалению, оно ускоряет и ненужные реакции, что ведет к потере сырья. Чтобы вещество ускоряло только нужную реакцию, его надо сильно нагреть. Но тогда вещество вообще исчезает, распадается.

Задача 26 рассматривалась уже после составления таблицы - для ее проверки. Техническое противоречие: температура прокаливания (строка 17 в таблице) и потери вещества (колонка 23). Приемы: 21, 36, 29, 31. Или температура - потери времени (колонка 25). Приемы: 35, 28, 21, 18. Повторяется прием 21 -принцип проскока: вести процесс на большой скорости. Нагревать - но быстро, сильно. Действительно, по патенту США № 3330313 предлагается «проскочить» опасный интервал температур и вести прокаливание при температуре 700-1100°С. Катализатор теряет активность уже при 350°, поэтому идея «нагреем его еще больше» долгое время никому не приходила в голову. Нагреваем на 350° - теряется активность, на 500° - совсем плохо... и все. Кто мог подумать, что с 700° снова начинается безопасная зона? Нужен был всего один опыт: прокалить катализатор до 1000°. Но это казалось нелепым, ненужным...

Таблица типовых приемов, воплощающая опыт нескольких поколений изобретателей, не придерживается «здравого смысла». В ней заложена присущая творчеству «дикость» мышления.

ЗАДАЧИ

Приведены шесть задач, на которых можно потренироваться в применении АРИЗ. Нужно сделать записи решения этих задач с шага 2.2 по шаг 4.2. Оценивать полученные решения пока следует не по конечному ответу, а только по точности выполнения шагов. Если вы а) не нарушили девять правил, относящихся к шагам 2.2, 3.1, 3.2 и 3.4; б) устранили физическое противоречие и в) при этом не ввели громоздких устройств, механизмов, машин и, следовательно, не слишком отошли от ИКР, то все в порядке, тренировку можно считать успешной.

По привычке у вас будут возникать различные варианты ответов. («А если сделать так?..») Запишите эти ответы на отдельном листе (потом его можно выбросить) и вернитесь к анализу задачи. Итак, все внимание - на точное выполнение шагов. Спокойно идите туда, куда направляете вас логика анализа.

Задача 27

Часто возникает необходимость измерить наклон строительных конструкций, частей крупных станков и т. д. Для этого используют наклономер, рабочая часть которого представляет собой маятник со стрелкой на конце. Точность такого наклономера зависит от его длины: чем длиннее маятник, тем больше линейное отклонение стрелки при одном и том же наклоне. Однако наклономер длиной несколько метров неудобен, громоздок (маятник обязательно должен находиться в жестком корпусе, сборно-разборные конструкции недопустимы). Неприемлемы и конструкции с зеркалами и оптическим лучом. Наклономер должен остаться простым, но сочетать точность и компактность.

Задача 28

Цех изготавливает металлические полые конусы. Размеры конусов разные, это не имеет значения для задачи. Но для определенности примем: высота 1000 мм, диаметр нижнего основания 700 мм, диаметр верхнего основания 400 мм, толщина стенок 30 мм. После изготовления нужно проверить размеры и форму внутренней поверхности конуса. Для этого внутрь конуса поочередно вставляют шаблоны (для каждого проверяемого сечения имеется свой шаблон). Когда шаблон установлен, можно заметить (наблюдая на просвет) отклонения от заданной формы и размеров.

Чем больше шаблонов, тем точнее проверка. Но каждый замер требует много времени и труда. Поэтому чем меньше шаблонов, тем быстрее и проще проверка. Как быть?

Задача 29

Для съемки мультфильма изготавливают ряд рисунков, изображающих фазы движения сжимаемого объекта. Каждый метр пленки - это 52 рисунка, а фильм длиной 300 м (10 мин экранного времени) - это 15 тыс. кадров. Таким образом, нужно изготовить свыше 15 тыс. рисунков и уложить их с большой точностью, чтобы снятое изображение не дрожало и не прыгало.

Необходимо резко, в сотни раз, повысить эффективность этой тяжелой работы. Как это сделать?

Для простоты будем считать, что речь идет о фильмах с контурным изображением (изображение образовано только линиями).

Задача 30

Крыша парника представляет собой застекленную (или обтянутую пленкой) металлическую раму. При повышении внешней температуры (скажем, с 15 до 25°) надо поднимать одну сторону рамы, чтобы парник проветривался. А когда температура падает, крышу надо опускать. Угол подъема, допустим, 30°.

Поднимать и опускать рамы приходится вручную, а парников много, да и температура меняется несколько раз за день. Задача состоит в том, чтобы автоматизировать поднимание - опускание рамы. Ставить на каждом парнике электропривод с температурным датчиком в данном случае недопустимо сложно и дорого. Решение должно быть более простое.

Задача 31

В прочный, герметически закрываемый металлический сосуд кладут 30-40 кубиков (разные сплавы) и заполняют сосуд агрессивной жидкостью. Идут испытания, цель которых - выяснить, как действует агрессивная жидкость на поверхность кубиков в условиях высоких температур, а иногда и высоких давлений. К сожалению, агрессивная жидкость действует и на стенки самой камеры. Поэтому стенки приходится делать из дорогостоящего благородного металла. Как обойти это затруднение?

Задача 32

В реакторе находится смесь растворов кислот; режим работы (температура, давление, концентрация кислот) постоянно меняется. Нужно определить момент начала кипения. Непосредственное наблюдение невозможно. Теоретически вычислить температуру кипения тоже нельзя из-за непостоянства режима. Как быть?