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.
Здесь возникают две проблемы: как сделать, чтобы не простаивали знания об уже известных физических эффектах; как пополнить эти знания сведениями «по всей физике» и «по всей химии».
«Школьная» (и тем более «вузовская») физика дает очень мощный и почти универсальный набор инструментов. Вот только пользоваться этими инструментами обычно не умеют...
Вспомним хотя бы задачу 5. Есть пистолет, нужно определить, был ли двое суток назад произведен выстрел из этого пистолета или нет. Задача возникла из-за того, что событие произошло раньше, а не в данный момент. Сократим время до нуля (как того требует оператор РВС). Представьте себе, что в соседней комнате некто произвел выстрел (или десять выстрелов - все равно), затем мгновенно (в течение микросекунды) вычистил пистолет и передал вам два пистолета. Надо определить, из какого именно пистолета произведен выстрел.
Решить такую задачу не представляет никакого труда: пистолет, из которого только что стреляли, имеет более высокую температуру. Значит, в общем виде решение такое: надо измерять физические характеристики, закономерно меняющиеся после выстрела. Однако температура - плохой показатель, слишком уж быстро она падает до нормальной величины. Выстрел сопровождается не только повышением температуры, но и ударными нагрузками на материал ствола. Ствол -стальной, сталь - ферромагнетик, естественное магнитное поле Земли намагничивает сталь, при выстреле происходит размагничивание: нужно какое-то время, чтобы сталь снова намагнитилась. В этой цепи рассуждений использована простейшая «школьная» физика. Но ее достаточно для решения: «Способ установления давности выстрела при судебно-баллистической экспертизе путем определения изменяющихся во времени физических свойств ствола после стрельбы, отличающийся тем, что с целью определения времени выстрела из обнаруженного на месте происшествия оружия замеряют магнитным прибором степень намагниченности ствола и производят контрольный отстрел из этого оружия, а затем осуществляют контрольные замеры степени намагниченности ствола каждые 24 часа до момента показания прибора, равного степени намагниченности) ствола во время изъятия оружия» (а. с. № 284 303).
С этой задачей эксперименты велись почти шесть лет. Задача ни разу не поддавалась быстрому решению простым перебором вариантов. Но если вводилась подсказка: «Пистолет сделан из стали», задачу сразу решали 30 % испытуемых. Если подсказка звучала так: «Пистолет сделан из стали, а это - ферромагнитный материал», задачу сразу решали 80 % испытуемых (преимущественно в общей форме: надо проверить, как после выстрела меняются магнитные характеристики). Без подсказок, но с предварительной обработкой по оператору РВС задачу сразу решали 20 % испытуемых, начинающих изучать АРИЗ (первый курс в общественных институтах изобретательского творчества), и до 70 % более опытных испытуемых (второй курс).
Физические эффекты существуют как бы сами по себе, а задача - сама по себе; в мышлении изобретателя нет надежного моста. соединяющего физику с изобретательскими задачами; знания в значительной мере простаивают, не используются.
В задачах, подобных «пистолетной», навести мост между задачей и физикой нетрудно. Сформулируем правило (его можно рассматривать как следствие того, что говорилось о переходах М - м): «Если имеешь дело с железом (или материалом, содержащим железо, или таким, в который можно ввести железо), помни, пожалуйста, что железо - не дерево, не вода, не камень, ибо каждый атом железа имеет магнитные свойства, очень легко поддающиеся управлению - обнаружению, измерению, изменению. Во второй половине XX века стыдно пользоваться сталью (а она применяется очень широко) только как массой некоего инертного вещества (грубо говоря, как палкой), надо вовлекать в игру тонкие ферромагнитные свойства железа».
Трудно сказать, сколько прекрасных изобретений появится, если инженеры начнут применять это предельно простое правило. Вот а. с. № 518 591: «Мальтийский механизм, содержащий ведущее звено и ведомый мальтийский крест, отличающийся тем, что с целью повышения срока службы ведущее звено снабжено секторами из магнитомягкого материала с установленными в них постоянными магнитами, а мальтийский крест снабжен пластинами из гистерезисного материала». Мальтийский крест - очень старый механизм. Но материал этого механизма всегда использовался грубо, на макроуровне. Механизм делали из стали, а применялась она как дерево или камень...
Задача 47
Дана пружина. Увеличивать ее размеры и заменять вещество, из которого она сделала (сталь определенной марки), нельзя. Нужен способ, позволяющий существенно повысить жесткость пружины, ничего к ней не прикрепляя (не пристраивая никаких дополнительных пружин и т. п.). Способ должен быть предельно простым.
Надо полагать, решение вы увидели раньше, чем дочитали условия задачи. Да, совершенно верно: витки пружины надо намагнитить так, чтобы одноименные полюса находились рядом и при сжатии пружины создавали дополнительную отталкивающую силу. Предложите эту задачу своим коллегам (условия задачи надо излагать слово в слово)... Приведем еще одну задачу.
Задача 48
Линию электропередач и электротехническое оборудование (например, разъединители), открыто расположенные на подстанциях, надо защищать от обледенения. С этой целью было предложено надевать на провода и защищаемое оборудование ферритовые накладки. Под действием переменного тока эти накладки быстро нагреваются и обогревают близлежащую часть провода или оборудования. Но внешняя температура меняется: иногда она выше нуля, иногда ниже. Да и вообще вдоль линии электропередачи температура зависит от множества факторов и может постоянно меняться. Что делать? Не бегать же вдоль линии, то надевая, то снимая ферритовые накладки...
Здесь «школьной» физики уже недостаточно. Нужна физика чуть более сложная-«вузовская». ИКР: ферритовые накладки сами становятся магнитными при отрицательных температурах и перестают быть магнитными, когда температура поднимается выше нуля. Физические эффекты как инструмент изобретательского творчества тем и хороши, что нередко позволяют буквально реализовать ИКР. Есть такой эффект (читатель о нем, вероятно, слышал): при переходе через определенный температурный порог (точка Кюри) магнитные свойства исчезают, при обратном переходе восстанавливаются. Следовательно, насадка должна быть сделана из феррита с точкой Кюри около 0°. Хочешь, чтобы магнит «сам собой» включался - выключался, используй переход через точку Кюри. Таких примеров могло бы быть множество, но пока изобретатели чаше ставят громоздкие и ненадежные автоматические устройства, забывая, что высшая форма регулировки - саморегулировка. Впрочем, вот а. с. № 266 029: магнитная муфта сама отключается-включается при заданной температуре; а. с. № 471 395: индукционная печь имеет «тигель, выполненный из материала, точка Кюри которого равна заданной температуре нагрева...»
О точке Кюри знают многие, менее известно, что с этой точкой связан еще один тонкий эффект. Если повышать температуру ферромагнитного вещества, то перед переходом через точку Кюри магнитные свойства веществ усиливаются. Это эффект Гопкинса. Его изобретательское применение напрашивается само собой; во многих случаях выгодно, чтобы рабочая температура совпадала с температурой, при которой наблюдается «пик Гопкинса». Вот а. с. № 452 055: «Способ повышения чувствительности измерительных магнитных усилителей, заключающийся в использовании термического воздействия на сердечник магнитного усилителя, отличающийся тем, что с целью снижения уровня магнитных шумов при работе усилителя поддерживают абсолютную температуру сердечника равной 0,92 - 0,99 температуры Кюри материала сердечника».
Есть еще более тонкий эффект, также связанный с точкой Кюри: переход через эту точку совершается не «как попало» (исчезли магнитные свойства - и все), а скачками. Каждый скачок соответствует изменению намагниченности в очень малом объеме материала (10-6 - 10-9 см3) Это эффект Баркхаузена. А вот его изобретательское применение: по а. с. № 504944 усилия на магнитный материал измеряют, подсчитывая «число скачкообразных изменений микроструктуры».
Приведенное выше правило можно теперь дополнить: «Если имеешь дело со сталью, используй не только ее механические свойства, но и магнитные. Если они уже «задействованы», используй переход через точку Кюри, эффекты Гопкинса и Баркхаузена».
Хорошо, мы сформулировали правило, которое включает хотя бы некоторые эффекты, относящиеся к магнитным свойствам веществ. А как быть с бесчисленными другими (немагнитными) эффектами, явлениями, свойствами?
По-видимому, можно сформулировать и некоторые другие правила. Одно из них было приведено в предыдущем параграфе (как осуществлять микроперемещения). И все-таки правила охватят лишь небольшую часть физических эффектов (а ведь есть еще и сочетания эффектов!). Нужна прежде всего таблица применения физических эффектов, отражающая наиболее типичные физические «ключи» к типичным изобретательским задачам. Такая таблица используется на шаге 4.3 АРИЗ-77. Разумеется, ее можно пополнить, уточнить. К таблице должен быть приложен «Указатель физических эффектов» - справочник, кратко поясняющий суть эффектов и содержащий примеры их изобретательского использования («Указатель» разработан и используется на занятиях по ТРИЗ, но его невозможно поместить в этой книге).
Итак, правила, таблицы, «Указатель»,.. И все-таки этого мало: физических эффектов можно насчитать десятки тысяч, и все они должны найти применение в правильно организованном изобретательском хозяйстве.
Хорошо было бы иметь какое-то универсальное средство поиска нужного физического эффекта. На первый взгляд такая постановка вопроса просто несерьезна. Но ведь это ИКР, а что стоил бы АРИЗ, если бы его принципы нельзя было бы приложить к совершенствованию самого АРИЗ...
Мы уже видели: многие задачи можно без труда «перевести» на язык вепольного анализа. Пополним этот язык, сделаем его если нужно, богаче - и будем переводить все (или почти все) за дачи. С другой стороны, все (или почти все) физические эффекты тоже можно выразить в терминах «поле», «вещество», «действие». А если дело обстоит так, то можно использовать вепольный анализ в качестве языка - посредника между изобретательскими задачами и физикой (химией).
Как выглядят условия задачи в вепольной форме, мы уже видели. Например:
| П¢ 1) B1 Þ B1 ¾ B2 П² П2¢ 2) П1 Þ П1 ® B П2² |
Дано вещество, плохо поддающееся непосредственному контролю. Чтобы контролировать это вещество, нужно связать его с веществом В2, которое будет менять свои свойства в зависимости от изменения свойств В1. При этом изменения состояния В2 должны отражаться на состоянии взаимодействующего с В2 поля П, которое легко обнаружить.
Здесь мы и подходим к физическому эффекту. Способность В2 менять состояние поля П - это и есть некий физический эффект, который надо найти, чтобы от вепольного решения перейти к физическому.
Во втором примере нужен более тонкий эффект: вещество В, внесенное в поле П1, должно изменять свои свойства так, чтобы это проявлялось во взаимодействии В и П2.
Задача 49
Измерение сверхвысоких напряжений и токов в проводниках, находящихся под этим напряжением, представляет собой сложную техническую задачу. Приходится воздвигать огромные конструкции, имеющие изоляцию на полное напряжение; такие «этажерки» из изолятора достигают высоты 10-12 м. Требуется найти простой, дешевый и точный способ измерения.
В вепольной форме решение этой задачи уже записано на схеме 2. Поскольку на вещество действует электрическое или магнитное поле, запись можно конкретизировать: П1 = Пэ или П1 = Пм. На выходе желательно иметь поле магнитное, электрическое или оптическое (остальные поля намного менее удобны). Значит, можно конкретизировать и П2. Но тогда правая часть схемы 2 дает формулу эффекта Керра (П1 = Пэ , П2 = Попт ) или эффекта Фарадея (П1 = Пм, П2 = Попт ). ,.
Если бы у нас был список физических эффектов в вепольной форме, найти нужный эффект не представляло бы никакого труда. Тем более, что названия искомых эффектов (но не суть) можно получить по общему правилу, соединяя названия полей на входе и выходе (электрооптический, магнитооптический).
Испытуемые школьники без затруднений находили и более сложные и заведомо им неизвестные физические эффекты, разумеется, в тех задачах, для решения которых достаточно одного физического эффекта. Если задача решается совместным применением нескольких эффектов (или сочетанием эффекта и приемов), нужны еще и правила «стыковки» физических эффектов. Такие правила сейчас изучаются, кое-какие уже удалось установить. Например, известно, что «связующим» элементом между двумя «стыкуемыми» эффектами в сильных изобретениях всегда выступает поле, а не вещество (т. е. поле на выходе одного эффекта является одновременно полем на входе другого).
Многое еще предстоит выяснить. Но общий принцип уже ясен: есть надежный посредник между изобретательскими задачами и физическими эффектами, необходимыми для их решения, - это вепольный анализ.
ЗАДАЧИ
Если вы внимательно читаете книгу, нетрудно сразу решить задачи 50-52. Следующие три задачи несколько труднее. Сначала сформулируйте для них ИКР и ФП. Подумайте, что именно должен сделать искомый физический эффект, чтобы устранять ФП. Затем используйте таблицу применения физических эффектов.
Задача 50
Нужно автоматизировать отделение спелых помидоров от неспелых. Известны разные способы (например, делят по цвету, по твердости, по химическому составу), но они сложны, дороги, ненадежны. Мы возьмем за основу самый простой (и потому самый привлекательный) способ - разделение по удельному весу. Разработана установка, основную часть которой составляет ванна с водой. В ней спелые помидоры должны тонуть, а неспелые всплывать. К сожалению, установка работает плохо: чаще всего спелые и неспелые помидоры имеют плотность ниже 1 г/см3... и спокойно все всплывают, хотя спелые все-таки чуть-чуть тяжелее неспелых. Удобнее всего было бы разделять томаты в жидкости с удельным весом 0,99 г/см3. Но такая жидкость, удовлетворяющая еще и требованиям пищевой промышленности, пока не найдена. Разбавлять воду другими жидкостями, нагревать, насыщать воздухом нельзя. Как быть?
П р и м е ч а н и е. Видимо, решить эту задачу будет нетрудно: в гл. 1 упоминается изобретение, использующее нужный физический эффект. Такой же физический эффект применен в изобретении, приведенном в гл. 2 (кстати, это изобретение сделал девятиклассник А. Ждан-Пушкин, слушатель Азербайджанского общественного института изобретательского творчества).
Интересно сравнить ответ на задачу 50 с идеями, выдвинутыми во время тщетных попыток решить аналогичную задачу мозговым штурмом [9, с. 60 - 61].
Задача 51
Задача с «Доски объявлений» журнала «Изобретатель и рационализатор»: «Предложите простую конструкцию устройства для взвешивания полувагонов с металлоломом непосредственно на месте погрузки. Допустимые погрешности 1-2 т. Как сейчас взвешивают полувагоны?. Погрузив металлолом, вагон прокатывают на весы тепловозом, на что уходит 6 - 12ч. После этого приходится снова либо догружать, либо разгружать вагон до установленной нормы.»
Подкладывать под рельсы или вагон тензодатчики -плохое решение, встраивать датчики в вагон еще хуже. Как быть?
Задача 52
Известны устройства, позволяющие открывать и закрывать путь газу из сосуда А в сосуд Б, например различные краны и зажимы. Но они слишком грубы для тех случаев, когда нужна наиболее высокая точность, т. е. когда мало открывать кран (или менять степень его открывания) на какую-то очень и очень небольшую величину.
Нужно, чтобы кран был очень простым м в то же время очень точно работающим. Речь при этом идет не о том, чтобы ввести обратную связь между краном и сосудом Б. Пусть краном управляет человек. Вопрос в том, чтобы кран мог точно открываться («краниться»).
Задача 53
В центрифуге в течение длительного времени должны идти химические реакции, для этого необходимо поддерживать внутри центрифуги температуру 250°С. Поставить центрифугу в термостат нельзя (она слишком велика). Подавать электрический ток внутрь быстро вращающейся центрифуги? Сложно, да и как контролировать температуру внутри центрифуги? Использовать нагрев инфракрасными лучами? Снова возникает вопрос: как контролировать температуру? Ведь измерение температуры на поверхности центрифуги - это совсем не то... Как быть?
Задача 54
Отрывок из детективного романа:
« Теперь вы в руках правосудия, - сказал шериф. - Надеялись улизнуть, а? Алмаз «Юпитер» - неплохая добыча... Но вы пойманы с поличным. А то, что вы разрезали алмаз на части и огранили, только усугубляет вашу вину.
- Не спешите, шериф, - пожал плечами один из задержанных. - Пропал алмаз «Юпитер»? Выражаем искреннее сочувствие и все такое прочее. У нас нет этого алмаза, у нас всего лишь пять бриллиантов. Наследство покойной бабушки.
- Вот именно, - усмехнулся второй. - Взгляните на это дело с научной точки зрения. Вес разный, форма разная. Цвет совпадает? Мало ли белых алмазов и бриллиантов? Химический состав? Там углерод и у нас углерод, у всех бриллиантов и алмазов углерод. Пожалуй, придется отпустить нас, как вы смотрите на это?..»
Вас ознакомили с этой ситуацией. Ваши предложения?
Задача 55
В книге У. Гордона «Синектика» есть отрывок из записи решения задачи о передаче вращения. Текст записи приведен также в статье В. Орлова «Фейерверк открытий» («Техника-молодежи»), 1973, № 3, с. 4). Ведущий вал развивает от 400 до 4000 об/мин, ведомый вал должен всегда иметь 400 об/мин. Как это осуществить? В записи, приведенной Гордоном, использована эмпатия: один из решавших задачу мысленно представляет, что он находится внутри «черного ящика» (искомого устройства); руками он держится за ведущий вал, ногами - за ведомый; при этом усилия «эмпатирующего» направлены на то, чтобы «в ногах» всегда было 400 об/мин, как бы ни скручивались «руки». Ответ не приведен. Ваши предложения? На каких правилах они основаны?
СТРАТЕГИЯ ИЗОБРЕТАТЕЛЬСТВА: УПРАВЛЕНИЕ ПОСТАНОВКОЙ ЗАДАЧ
«ЛИНИИ ЖИЗНИ» ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ
Жизнь технической системы (как, впрочем, и других систем, например, биологических) можно изобразить в виде S-образной кривой (рис. 12), показывающей, как меняются во времени главные характеристики системы (мощность, производительность, скорость, число выпускаемых систем и т. д.).
|
Рис.12. Рис.13.
У разных технических систем эта кривая имеет, разумеется свои индивидуальные особенности. Но всегда на ней есть характерные участки, которые схематически, с подчеркнутым огрублением, выделены на рис. 13.
В «детстве» (участок 1) техническая система развивается медленно. Затем наступает пора «возмужания» и «зрелости» (участок 2) - техническая система быстро совершенствуется, начинается массовое ее применение. С какого-то момента темпы развития начинают спадать (участок 3) - наступает «старость». Далее (после точки g) возможны два варианта. Техническая система А либо деградирует, сменяясь принципиально другой системой Б (современные парусники не имеют скоростей, на которых сто лет назад ходили прославленные чайные клиперы), либо на долгое время сохраняет достигнутые показатели (велосипед не претерпел существенных изменений за последние полвека и не был вытеснен мотоциклом).
От чего зависит соотношение между участками? Иными словами, чем определяется положение точек перегиба (a, b, g) на «жизненной кривой» той или иной технической системы?
Изучение кривых развития параметров различных технических систем (скорости движения самолетов и кораблей, скорости бурения, роста энергии ускорителей и т. д.) заставляет сразу обратить внимание на то, что реальные кривые заметно отличаются от ожидаемых теоретических кривых. Характер различия показан на рис. 14, где штриховая кривая - теоретическая, а сплошная - реальная.
Казалось бы, с момента появления техническая система должна неуклонно (хотя и не очень быстро) развиваться до 
, т. е. до момента перехода к массовому применению. На самом деле переход к массовому применению ( 
)начинается с опозданием и на более низком техническом уровне.
Период быстрого развития технической системы должен был бы завершиться в точке 
, там, где исчерпываются возможности использованного в системе принципа и обнаруживается экономическая нецелесообразность дальнейшего развития данной системы (уровень 1). Однако ничего подобного не происходит: реальная точка 
всегда намного выше теоретической 
.Когда кривая 
доходит до уровня 1, в дальнейшем развитии системы оказываются заинтересованными многие люди. Возникает инерция интересов - финансовых, научных (псевдонаучных), карьеристских и продето человеческих (боязнь оставить привычную и обжитую систему). Могут спросить: значит, инерция интересов оказывается сильнее экономических факторов? Да, сильнее. Но и сами экономические факторы умеют приспосабливаться к инерции интересов. Вплоть до уровня 2 система продолжает оставаться экономически выгодной за счет разрушения, загрязнения и хищнической эксплуатации внешней среды.
Рис. 14.
|
Типичным примером может служить интенсивное строительство в капиталистических странах больших танкеров. Как известно, катастрофа с танкером «Торри Каньон» (120 тыс. тонн нефти попали в море) привела к тяжелейшим последствиям на побережьях Англии и Франции. С тех пор океан не стал спокойнее, мореплавание не стало безопаснее. Но уже построены танкеры в полмилиллиона тонн, строятся и проектируются танкеры водоизмещением в миллионы тонн. Кривая идет к уровню 2. Экономичность (т. е. прибыль для судовладельцев) обеспечена за счет ущерба внешней среде. Число больших танкеров увеличивается, скорость хода тоже возрастает (хотя до сих пор нет эффективного решения проблемы торможения), неуклонно растет опасность суперкатастрофы.
«Сегодня мне это выгодно, а на остальное наплевать» - эта формула тянет кривую вверх, к уровню 2 (экономично при условии причинения вреда внешней среде). А потом все-таки достигается потолок - уровень 3, определяемый физическими пределами. Нельзя, например, втиснуть на улицу больше автомобилей, чем там может поместиться, когда автомобили стоят впритирку один к другому - от стенки до стенки.
Рис. 15
|
Теоретически пока кривая 
поднималась вверх к уровню 1, кто-то должен был развивать техническую систему 
так, чтобы ее точка подъема Б совпадала с точкой кривой и обеспечивался постоянный бесступенчатый подъем. На самом деле реальная кривая 
начинает ощутимо подниматься только тогда, когда кривая поднялась выше уровня 2 и приблизилась к уровню 3 (пример: работа над «чистым» автомобилем). А быстрый подъем кривой происходит лишь после того, как кривая минует точку 
и пойдет на спад.
На рис. 15,а изображена уже знакомая нам «жизненная кривая» технической системы. Интересно сопоставить этот график с графиками, характеризующими чисто изобретательские показатели.
На рис. 15,6 показана типичная кривая изменения количества изобретений, относящихся к данной технической системе. Первый пик соответствует точке a (рис. 15,а): число изобретений увеличивается в период перехода к массовому применению системы. Второй пик на рис. 15,б обусловлен стремлением продлить жизнь системы.
Изменение уровня изобретений показано на рис. 15.в. Первые изобретения, создающие основу технической системы, всегда высокого уровня. Постепенно этот уровень снижается. Пик на рисунке соответствует изобретениям, которые обеспечивают системе возможность массового использования. За этим пиком - спад: уровень изобретений неуклонно снижается, приближаясь к нулю. А тем временем появляются новые изобретения высокого уровня, относящиеся к системе Б.
Наконец, на рис. 15,г показано изменение средней эффективности (практической отдачи, экономии, «пользы») от одного изобретения в разные периоды развития технической системы. Первые изобретения, несмотря на их очень высокий уровень, не дают прибыли: техническая система существует на бумаге или в единичных образцах, в ней много мелких недостатков и недоработок. При- быль начинает появляться после перехода к массовому применению. В этот период даже небольшое усовершенствование приносит большую «экономию» и соответственно большое вознаграждение авторам.
Изобретателю надо знать особенности «жизненных кривых» технических систем. Это необходимо для правильного ответа на вопрос, крайне важный для изобретательской практики: «Следует ли решать данную задачу и совершенствовать указанную в ней техническую систему или надо поставить новую задачу и создать нечто принципиально иное?» Чтобы получить ответ на этот вопрос (шаг 1.3 в АРИЗ), надо знать, каковы резервы развития данной технической системы.
Почти всегда можно собрать сведения о ходе предыдущего развития и построить график изменения одного из главных показателей системы (скорость, производительность, мощность, точность и т. д.). Здесь возможны три случая:
1. Техническая система еще не дошла до точки a. Вопрос заключается в обнаружении этой точки. Типичная ошибка состоит в том, что эту точку пытаются прогнозировать исходя из возможностей развития данной технической системы. На самом деле точка a для данной технической системы наступит не раньше, чем начнет «вымирать» предшествующая техническая система, существование которой сдерживает развитие молодого «конкурента». Например, «послеавтомобиль» (т. е. техническая система, которая сменит автомобиль) сможет интенсивно развиваться лишь тогда, когда развитие автомобиля дойдет до физического предела (рис. 14, третий уровень). Если бы сегодня в развитие, например электромобиля была вложена 1/100 часть средств и усилий, которые вкладываются в развитие автомобиля, электромобиль быстро достиг бы точки a . Но этого не произойдет: автомобиль еще может развиваться между первым и вторым уровнями и будет развиваться, хотя пользование автомобилем загрязняет атмосферу.
Итак, прогнозируя развитие технической системы на начальном этапе (до точки a ), надо ориентироваться на состояние предшествующей технической системы.
2. Техническая система прошла точку a , но не дошла до точки b. В этом случае прогнозирование состоит в определении второго и третьего уровней. В крайнем случае достаточно определить только третий уровень, потому что существует отчетливо выраженная (хотя и нежелательная) тенденция к уменьшению расстояния между вторым и третьим уровнями. Определение физических пределов обычно не вызывает особых затруднений: они связаны с объективными и лежащими на виду факторами (например, прочностные свойства материалов, калорийность топлива, различные барьеры - звуковой, тепловой и т. д.).
3. Техническая система прошла точку b (или g). В этой ситуации прогноз сводится к отысканию новой технической системы, к которой должна перейти «эстафета».
В каждом из этих случаев изобретатель может действовать двояко. Предположим, выяснилось, что техническая система не дошла до точки a. Изобретатель может заняться усовершенствованием «новорожденной» технической системы. Это сулит крупные изобретения: из Новой Идеи надо сделать Новую Вещь, а для этого Идея (изобретение пятого уровня) должна обрасти изобретениями четвертого и третьего уровней. Но путь до точки a может оказаться долгим, даже очень долгим; это, как мы видели, зависит от жизненных ресурсов предшествующей технической системы. Не исключено, что срок ожидания превысит срок жизни. Зато и возможный выигрыш велик: изобретательская слава достается прежде всего тем, кто сделал практически пригодную Новую Вещь. О тех, кто высказал (и даже запатентовал) Новую Идею, вспоминают много позже.
Какой путь избрать - взяться за создание Новой Вещи или заняться небольшими усовершенствованиями другой, уже признанной (прошедшей точку a) технической системы, т. е. что лучше - журавль в небе или синица в руке, - этот вопрос выходит за рамки теории решения изобретательских задач. Теория может лишь требовать, чтобы изобретатель видел обе возможности и сознательно выбирал одну из них. Выбор же зависит от мировоззрения, от того, что человек считает для себя более ценным.
Проблема выбора остается и в том случае, если техническая система бурно развивается на участке от a до b. Для развития на этом участке системе нужны преимущественно изобретения второго уровня, но в большом количестве. Почти гарантированный успех, возможность быстро получить десятки авторских свидетельств, сравнитель что цепи разрыхляют сырье... И вот идет поток изобретений на тему «повесим цепи как-нибудь иначе»: а. с. 226 453 (одни цепи подвешены к другим), а. с. № 187 606 (цепи развешены наподобие паутины), а. с. № 260 483 (снова паутина, но другого рисунка), а. с. № 266 484 (другой рисунок паутины), а. с № 310 095 (еще одна паутина), а. с. № 339 743 (звено цепи имеет не две «железки», а три - объемный «бублик»).
Меня интересовала психология специалистов, делающих такие изобретения. Один из них в ответ на мои расспросы сказал: «Видите ли, я работаю в институте, у института есть план, у отдела тоже план, и у моей группы план. Никто не запишет в план: к такому-то числу надо изобрести принципиально новый способ получения цемента. В план записывают: к такому-то числу разработать такое-то усовершенствование такого-то узла...» Я ответил: «План выполнять надо. Но кто мешает помимо плана искать что-то принципиально новое?!" Например, никто не заставлял А. Г. Преснякова изобретать судно с МГД-двигателем...» Мой собеседник пожал плечами: «Вы говорите о тех, кто рискнул - и выиграл. Но ведь не все, замахивающиеся на большое, добиваются успеха. Да и сколько лет надо ждать этого успеха...»
В этой книге я решил не приводить примеров из своей изобретательской практики: теория изобретательства должна строиться на объективных данных, а не на отдельных эпизодах. Но один пример я все же приведу.
В 1949 г. был объявлен всесоюзный конкурс на холодильный костюм для горноспасателей. Условия: костюм должен защищать человека в течение двух часов при внешней температуре 100°С и относительной влажности 100 %, причем вес костюма не должен превышать 8 - 10 кг. Задача считалась принципиально нерешимой. Даже при использовании самых сильных хладагентов вес костюма получался больше 20 кг. На человека допустимо «навьючивать» груз в 28-30 кг, но горноспасатель уже несет дыхательный прибор (12 кг) и инструменты (7 кг).
Можно было принять задачу так, как ее поставили организаторы конкурса: в конце концов, если сделать костюм с небольшим запасом льда и отражающей поверхностью, нетрудно уложиться в 8 кг. Конечно, защищать такой костюм будет минут 15 - 20,не больше. Но все-таки это лучше, чем ничего... Был и другой путь: изменим задачу, создадим не холодильный костюм, а другую техническую систему, пойдем в обход. Этот путь мы (я работал совместно с Р. Б. Шапиро) и выбрали.
Задачу мы решили так: выбросили дыхательный прибор, выиграли 12 кг, приплюсовали их к 10 кг, отпущенным на холодильный костюм, рассчитали газотеплозащитный скафандр, работающий на едином холодильном веществе: жидкий кислород испаряется и нагревается, поглощая тепло, а потом идет на дыхание. Получили огромный запас холодильной мощности (можно, час работать в печи при 500°) и удобную схему дыхания.
Результат: три варианта скафандра - три премии на конкурсе; через 20 лет на обложке журнала «Советский Союз» был помещен красочный снимок: сверкающий отблесками пламени экспериментальный образец газотеплозащитного скафандра. Это уже была Вещь, и я рассматривал этот снимок, нисколько не жалея о том, что 20 лет назад можно было пойти по более простому пути...