Генрих Альтшуллер - Крылья для Икара. Как решать изобретательские задачи

На фиг. 4 условно показаны пять ступеней иерархической лестницы. Предположим, нам известно, что при работе объекта

3.1 проявляется какое-то вредное свойство (или недостает какого-то полезного свойства). Существуй объект 3.1 сам по себе, мы бы твердо знали, что надо изменить именно его. Но объект 3.1 входит в иерархию систем. Это значит, что его состояние зависит не только от него самого, но и от объекта 3.2, и от подсистем

4.1, 4.2, 4.3, и от надсистемы 2.1, а может быть, и от объектов еще более высокого (1.1) или еще более низкого (5.1, 5.2...)

Фиг. 4

рангов. Отсюда множество самых различных толкований одной и той же изобретательской ситуации.

Конечно, можно последовательно рассмотреть все задачи, вытекающие из одной и той же ситуации. Так обычно и делают, хотя перескакивание с одной задачи на другую происходит не последовательно, а стихийно. Если считать, что одна ситуация может дать в среднем десять разных задач, то неумение перейти от ситуации к одной правильно выбранной задаче означает снижение эффективности работы изобретателя в десять раз.

Предположим, двум восьмиклассникам дали уравнение

х 5+3х 4+х 3+2х 2+х+12 = 0

и попросили найти численное значение неизвестного, подставляя

в уравнение различные целые числа. Один ученик сразу принялся за работу: «Икс равен единице, подставим, посчитаем... Икс равен двум, подставим, посчитаем...» Другой сначала вспомнил правило: нечетная степень любого числа имеет тот же знак, что и первая степень. «Икс не может быть положительным числом, поскольку сумма положительных чисел не равна нулю. Значит, надо подставлять только отрицательные числа...» Ясно, что второму ученику легче прийти к решению: он сумел выделить из ситуации ту задачу, которую необходимо и достаточно решить. Помогло правило. Если бы изобретатель имел такие правила...

Что ж, допустим, есть правило, позволяющее уверенно переходить от ситуации к задаче. Изобретатель теперь твердо знает, что именно нужно изменить: «Чтобы шлак не остывал, нужно изменить ковш». Но ковш входит в иерархическую лестницу систем, при изменении ковша возникнут изменения в других системах и эти побочные изменения могут оказаться ненужными, вредными. Поставим, например, дополнительную теплоизоляцию: размеры ковша увеличатся, придется менять платформу, на которой установлен ковш. Выиграли в одном и проиграли в другом. Значит, трудная задача трудна еще и потому, что мы не знаем, как менять выбранную ступеньку иерархической лестницы систем. Даже небольшое изменение одного участка ступеньки может вызвать лавину нежелательных изменений всей ступеньки, соседних ступенек и вообще всей лестницы...

Здесь мы подходим к чрезвычайно важному понятию о техническом противоречии.

Изобретательские задачи кажутся на первый взгляд легкими. Нужно измерить давление газа внутри лампы? Пожалуйста! Разобьем лампу, соберем газ, измерим давление, вот и все. И действительно так можно измерить давление. Но при этом, выиграв в одном (узнали, каково давление газа), мы проиграли в другом (сломали лампу), и проигрыш намного превысил выигрыш.

Обычная техническая задача превращается в изобретательскую именно тогда, когда, пытаясь использовать известные способы, приемы, устройства, мы наталкиваемся на противоречие: выигрыш сопровождается проигрышем. Допустим, мы решили сделать автомобиль комфортабельнее. Казалось бы, все очень просто: надо прежде всего увеличить размеры кузова. Но с увеличением размеров кузова повысится вес машины, возрастет сопротивление воздуха, снизится скорость... Когда технические противоречия видит конструктор, он стремится найти компромиссное решение. Для гоночного автомобиля комфорт неважен, можно пожертвовать комфортом, но выиграть в скорости. Для междугороднего автобуса комфортом жертвовать никак нельзя, зато избытком скорости вполне можно поступиться. Изобретатель, в отличие от конструктора, должен противоречие устранить: сделать так, чтобы выигрыш был, а проигрыша не было.

Вот несколько типичных технических противоречий. Судите сами, легко ли их преодолеть.

1. Очень заманчиво делать ткани и одежду из прочных полимерных пленочных материалов. Но тут возникает противоречие. Ткань, идущая на одежду, должна иметь мельчайшие поры, чтобы пропускать воздух и пары воды. А если в пленочной ткани сделать поры, ее прочность резко снизится.

2. Чтобы увеличить производительность экскаватора, нужно сделать ковш побольше. Но большой ковш станет тяжелым, экскаватор будет расходовать энергию на подъем и опускание самого ковша. Если сделать ковш большим и легким, лишняя мощность не будет расходоваться, но легкий ковш не станет врезаться в грунт.

3. Чтобы паровой котел мало весил, желательно придать ему форму шара. При такой форме он будет хорошо выдерживать высокое давление и вес его будет небольшим. Но для обеспечения высокой производительности котла нужно, наоборот, сделать котел плоским, чтобы он имел как можно большую поверхность обогрева. Однако такой котел будет тяжелым.

4. Чтобы свая хорошо входила в грунт, она должна быть снизу как можно острее. Но у острой сваи маленькая площадь опоры, и для того чтобы свая хорошо несла большую нагрузку, нужно нижнюю часть сваи сделать, наоборот, расширенной, тупой.

5. Сила тяги тепловоза зависит от давления на колеса. Чтобы получить большое давление, приходится увеличивать вес тепловоза. Но тяжелый электровоз вынужден тратить много энергии на бесполезную перевозку своего собственного веса.

6. Многие современные радиотехнические устройства построены на применении микромодулей. Чем меньше микромодуль, тем больше деталей можно разместить в каждом кубическом сантиметре, но тем труднее его разбирать, если необходим ремонт.

7. На линиях электропередач высокого напряжения возникает «корона»: электричество уходит в воздух, заставляя его светиться. Чтобы уменьшить потери электричества, нужно увеличить диаметр провода. Но тогда резко увеличится вес провода, расход металла, усложнится постройка линий электропередач.

В описаниях изобретений иногда можно встретить очень четкое изложение противоречия и пояснение, каким именно образом это противоречие преодолевается. Вот, например, отрывок из описания изобретения к авторскому свидетельству «N*2 233 539: «При разработке грунта роторными экскаваторами одними из основных показателей являются энергоемкость, зависящая от толщины стружки грунта, и коэффициент колебания внешней нагрузки (коэффициент динамичности). Между ними существует техническое противоречие: чтобы снизить энергоемкость ротора при одной и той же скорости, требуется уменьшить число режущих элементов, а чтобы снизить коэффициент колебания внешней нагрузки, нужно увеличить число ковшей. Целью изобретения является снижение энергоемкости путем разделения функций резания и транспортирования грунта. Достигается это тем, что резание грунта осуществляется промежуточными замкнутыми режущими элементами, выполненными в виде парных стоек, которые имеют на свободных концах сменные ножи. Транспортирование грунта производится ковшами, причем для улучшения условия транспортирования расположенные между промежуточными замкнутыми режущими элементами ковши могут быть выполнены без режущей кромки».