Творчество как точная наука. Теория решения изобретательских задач
Шрифт:
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
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…
ФИЗИКА — КЛЮЧ К СИЛЬНЫМ ИЗОБРЕТЕНИЯМ
Нетрудно заметить: на макроуровне преобладают простые комбинационные приемы (разрезать, перевернуть, соединить и т. д.), на микроуровне в состав сложных приемов почти всегда входят физические эффекты и явления. На микроуровне мир приемов переходит в мир физики и химии. Отсюда и необходимость обеспечить изобретателя информацией о физических приемах, т. е. об изобретательских возможностях физических эффектов и явлений.