САМООБРАЗОВАНИЕ. УЧИМСЯ ИЗОБРЕТАТЬ


Министерство общего и профессионального образования Российской Федерации

Центр технического творчества учащихся


Степанчикова Марина Анатольевна

Учимся изобретать

1 ступень

Учебное пособие для учащихся школ, учреждений начального профессионального и дополнительного образования

Москва 1997

СОДЕРЖАНИЕ

ПРЕДИСЛОВИЕ

1. ВЫУЧИТЬСЯ НА ДЕДАЛА

2. ДЕСЯТЬ ЗАДАЧ ДЛЯ РАЗВИТИЯ ТВОРЧЕСКОГО ВООБРАЖЕНИЯ

3. ОТ МЕТОДОВ АКТИВИЗАЦИИТВОРЧЕСКОГО ВООБРАЖЕНИЯ К МЕТОДАМ ПОИСКА НОВЫХ

ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ

3.1. МЕТОД ПРОБ И ОШИБОК

3.2.МОЗГОВОЙ ШТУРМ

3.3. МЕТОД ФОКАЛЬНЫХ ОБЪЕКТОВ

3.4. МЕТОД ГИРЛЯНД СЛУЧАЙНОСТЕЙ И АССОЦИАЦИЙ

3.5. МОРФОЛОГИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ

3.6. СИНЕКТИКА

3.6.1 Прямая аналогия

3.6.2 Личная аналогия

3.6.3 Символическая аналогия

3.6.4 Фантастическая аналогия

3.7. МЕТОД КОНТРОЛЬНЫХ ВОПРОСОВ

4. ЗНАКОМСТВО С ТЕОРИЕЙ РЕШЕНИЯ ИЗОБРЕТАТЕЛЬСКИХ ЗАДАЧ (ТРИЗ)

4.1. ПРОТИВОРЕЧИЯ В ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ

4.2. ИДЕАЛЬНЫЙ КОНЕЧНЫЙ РЕЗУЛЬТАТ (ИКР)

4.3 ВЕПОЛЬНЫЙ АНАЛИЗ

4.4. МОДЕЛИРОВАНИЕ “МАЛЕНЬКИМИ ЧЕЛОВЕЧКАМИ” (ММЧ)

4.5. ОПЕРАТОРЫ Размеры - Время – Стоимость (Операторы РВС)

4.6. ПРИЕМЫ УСТРАНЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ ПРОТИВОРЕЧИЙ

5. ИНТЕРЕСУЮЩИМСЯ ДЕТЕКТИВНЫМИ ИСТОРИЯМИ

6. КАК ТРЕНИРОВАТЬ СВОЕ ТВОРЧЕСКОЕ МЫШЛЕНИЕ?

7. ЧТО ДЕЛАТЬ ДАЛЬШЕ, КОГДА ПЕРВАЯ СТУПЕНЬ ПРОЙДЕНА?

8. РЕШЕНИЕ НАЙДЕНО

ПРИМЕЧАНИЯ

ЛИТЕРАТУРА

Общество привыкло к традиционным предметам школьной программы. А когда появляется курс, ни на что не похожий, то его воспринимают неоднозначно. В профтехобразовании Российской Федерации в 1988 г. был введен факультативный курс “Основы профессионального творчества”, который прошел долгий путь к своему признанию. Основной задачей факультатива было научить обучаемого нетрадиционно мыслить, отойти от трафаретов привычно решать задачи по физике и математике, подставляя в них цифровые значения. В изобретательстве все сложнее.

Творчески подойти к своей работе нужно каждому, и не обязательно, если это решение технической задачи. В нашей жизни достаточно разных проблем, требующих решения. Как повысить творческий потенциал личности? Ответ напрашивается сам собой: овладеть знаниями по методам активизации творческого воображения и как их естественному продолжению - теорией решения изобретательских задач (ТРИЗ).

Курс “Учимся изобретать”*, в основе которого лежит факультатив “Основы профессионального творчества”, рассчитан на более широкую аудиторию учащихся, а не только на обучающихся в учебных заведениях начального профессионального образования. В связи с этим отдельные темы увеличены, другие получили новый ракурс, третьи (например, патентоведение) убраны вообще.

Научно-популярной литературы по ТРИЗ за последние два десятилетия издавалось в нашей стране много. Это были книги, рассчитанные на определенный контингент учащихся и инженерно-технических работников, занимающихся изобретательством. Учебное пособие “Учимся изобретать” предназначено тем обучающимся, которые впервые захотят приобщиться к ТРИЗ. Чтобы материал был более доступным для понимания, значительное место в пособии уделено гуманитарной составляющей. Задания для самостоятельной работы подобраны автором, исходя из практики преподавания курса “Основы профессионального творчества”.

Усвоив изложенный в пособии материал, решив предложенные задачи, проявив интерес к дальнейшему изучению ТРИЗ, можно перейти к изучению более сложных понятий, таких как алгоритм решения изобретательских задач (АРИЗ), стандарты на решение изобретательских задач, использование геометрических, физических, химических эффектов.

* Программа курса “Учимся изобретать” опубликована во втором выпуске за 1996 г. Сборника научно-методических материалов по развитию технического творчества учащихся. ЦТТУ Минобразования России.

ПРЕДИСЛОВИЕ

Может ли каждый стать изобретателем? Известный автор алгоритма решения изобретательских задач Г.С.Альтшуллер на этот вопрос отвечает утвердительно. Профессор А.А.Силин в своей книге “На тропе в будущее” спорит с Г.С.Альтшуллером и говорит, что “выучиться на Эдисона” по-прежнему столь же невозможно,как и “выучиться на Святослава Рихтера”. Но вот делать полезные изобретения и неплохо играть на фортепьяно при большом желании и постоянной тренировке могут многие. Никогда нельзя утверждать, что из одного юноши выйдет толк, а из другого нет. История знает много примеров, когда люди, считая так, часто ошибались. Известный австралийский теннисист Род Лейвер в детстве не был принят в теннисную секцию. Его сочли физически слабым и неперспективным. А впоследствии, когда Лейвер стал самостоятельно постигать все хитрости игры и неустанно тренироваться, из него получился спортсмен с мировым именем, дважды завоевавший “Большой шлем”.

Бесспорно, каждый человек обладает своим потенциалом способностей. Кому-то от природы дано быть изобретателем, а кто-то будет отмахиваться, что это не для него. И все же... Свои творческие (изобретательские) возможности надо развивать. Чем раньше к этому приступить, тем лучше. И совсем необязательно подавать официальные заявки на изобретения и стать профессионалом-изобретателем. Для начала можно заниматься совершенствованием окружающего в повседневной жизни (дома, в школе, в училище, в творческом объединении и пр.)

В начале 60-х годов нашего столетия Япония стала мировым лидером в области качества и надежности технических изделий. Если проанализировать “японское чудо”, становится ясно, что в его основе лежит творчество каждого на своем участке. Больше половины прибыли в автомобильной промышленности страны поступает за счет рационализации производства. Так, в автокорпорации “Тойота” ежегодно на каждого служащего приходится в среднем от 20 до 30 предложений по улучшению трудового процесса (при внедрении более 90 процентов усовершенствований). Если заглянуть в учебные программы японских школьников, то легко убедиться, что именно в них закладываются последовательные шаги в овладении закономерностями развития техники. Японский школьник постигает основы изобретательства еще за партой. И ему легче заниматься творчеством, вступая во взрослую жизнь.

Процесс появления новых технических объектов является диалектической закономерностью развития природы. Понять и осмыслить это нужно еще в школьные годы. Поэтому, наряду с традиционными предметами школьной программы, появляются дисциплины, ориентированные на развитие способностей человека в соответствии с научно-техническим прогрессом.

Не обойтись в наше время и без предмета “История науки и техники”. В 1968 г. в Великобритании герцог Эдинбургский учредил Комитет по преподаванию науки и техники в школе, который должен был привести преподавание академических дисциплин в соответствие с потребностями технически развитого общества, включив в программу нетрадиционные предметы.

В любом деле можно добиться успеха быстрее, если работать над собой. Развивая абстрактное мышление, человек может по-другому взглянуть на привычные предметы и найти решение, которое раньше ему и “не снилось”.

Нужно ли изобретательство человеку с гуманитарной направленностью? Конечно, да. Оно требуется всем. Вступая в третье тысячелетие, каждый человек должен обладать современной базой знаний, в т. ч. и по освоению теории решения изобретательских задач (ТРИЗ). Каждая эпоха выдвигает свои требования. Можем ли мы представить человека в двадцать первом веке, который не умеет пользоваться персональным компьютером? “Компьютер хорошо, а человеческий ум - лучше”. Прописная истина состоит в том, что если человек не заложит программу в компьютер, то компьютер ничего не сотворит.

К слову “изобретательство” надо подходить в более широком смысле. Например, предприниматель - человек, который смог проявить определенную изобретательность в своей области. Писатель, казалось бы, человек далекий от техники, а если приглядеться, то увидим... Овладев такими приемами, как эмпатия, символическая аналогия, писатель проще представит своих героев в реальной жизни. Без определенного запаса технических знаний (не обойтись здесь и без знаний изобретательских приемов!) не написать познавательный научно-фантастический рассказ.

Аргументов в пользу изобретательства как теории познания можно приводить множество. В разделе “От методов активизации творческого воображения к методам поиска новых технических решений” высокого уровня общеобразовательных знаний не требуется, поэтому овладеть ими можно и в более раннем возрасте. Предпочтение здесь отдается смекалке, абстрактному мышлению, умению аналитически мыслить. Чтобы овладеть ТРИЗ, нужны будут знания по физике, химии, математике в пределах программы общеобразовательной школы.

1. ВЫУЧИТЬСЯ НА ДЕДАЛА

Если перефразировать известный афоризм Козьмы Пруткова, то получится: “Хочешь быть изобретателем - будь им”. Сколько лет изобретательству? Вряд ли кто-то сможет ответить на этот вопрос. Изобретения, появившиеся на свет, были рождены необходимостью. Человек, познавая природу, приходил к новым идеям ее использования и таким образом благоустраивал свою жизнь. Корни изобретательства прослеживаются еще в мифологии. Правда, Прометея, подарившего людям огонь, боги приковали к скале. Непониманием, отчужденностью, а то и откровенным заговором были встречены многие из тех ученых, изобретателей, чьи имена позднее стали украшением истории человечества. Никто не хотел помочь в реализации замечательных изобретений Ивана Кулибина. Был осмеян своими современниками создатель Эйфелевой башни Александр Гюстав Эйфель, сложности с признанием были у изобретателя двигателя Рудольфа Дизеля... Современных изобретателей тоже не жалуют. Много приходится преодолеть сложностей, чтобы новшество было внедрено.

Сейчас все чаще в разговорной речи можно встретить слово “дедалы” вместо “изобретатели”. Дедал - один из героев древнегреческой мифологии. От него принято вести отсчет изобретательству. Дедал жил в Афинах и прославил свой город как художник, скульптор, архитектор. Ему приписывают авторство ряда крупнейших изобретений, в том числе топора и бура. Вместе с талантом Дедал обладал и человеческим пороком - завистью. Увидев, что племянник Тал превзошел его в мастерстве, Дедал убил юношу. Зло должно быть наказано. Дедала приговорили к смерти, но он бежал на остров Крит, к царю Миносу. Правитель Крита с почестями принял беглеца. Здесь Дедал сооружает знаменитый лабиринт для Минотавра, чудовищного полубыка-получеловека. История вполне жизненна, не считая Минотавра. Дедал был мятущейся личностью и жить на Крите ему наскучило. Минос ни за что не хотел отпускать известного мастера. Крит стал тюрьмой для Дедала. Чтобы покинуть тюрьму, нужно осуществить побег. Но как? Единственно возможный путь - по воздуху.

У Дедала был сын Икар (которого почему-то вспоминают чаще, чем отца). Из перьев, воска и льняных ниток Дедал соорудил две пары крыльев - себе и сыну. Перед побегом Дедал подробно объяснил Икару, как надо лететь: если слишком низко, крылья намокнут от соленых брызг и станут тяжелыми, поэтому нельзя опускаться к волнам. Подниматься слишком высоко тоже нельзя, потому что солнце растопит воск.

Преодолев значительную часть пути, Икар забыл предупреждения отца. Ему захотелось подняться выше и выше, к солнцу. Палящие лучи растопили воск, которым были скреплены перья, и Икар упал в море. Дедал спустился к морской стихии, долго искал и звал сына. Икар погиб. Дедал же, долетев до Сицилии, нашел там приют у царя Кокала.

Если вы нарушаете инструкцию по эксплуатации кофемолки, пылесоса, электроплиты или других приборов, то они выходят из строя. История, как видите, повторяется.

Осваивая изобретательские методы, следует помнить, что соблюдение правил, заложенных в них, скорее даст желаемый результат, но стопроцентного успеха никто и никогда не может гарантировать. Может быть получен отрицательный результат - это тоже результат, и его не надо сбрасывать со счета. Глубокий анализ полученного может привести к интересным мыслям. И конечно, всегда есть место случайности. Следует только не оставлять это без внимания. Забыв вымыть руки после лабораторных опытов, химик Фальберг сел обедать. Все блюда показались ему сладкими. Обнаружив на своих руках следы только что полученного вещества и исследовав его, ученый открыл сахарин, который во много раз слаще сахара. Мариле изобрел способ химической очистки ткани после того, как извлек из бочки со скипидаром случайно упавший туда загрязненный костюм рабочего.

Случайность - случайностью, но выйти на нужное решение скорее поможет программа, построенная на правилах. Поэтому алгоритм решения изобретательских задач среди всех изобретательских методов является наиболее сильным. Но запомним, чтобы “выучиться на Дедала”, следует последовательно пройти весь путь от простого к сложному.

Для начала попробуем решить задачи, где не требуется специальной подготовки. На помощь призовем только творческое воображение.

2. ДЕСЯТЬ ЗАДАЧ ДЛЯ РАЗВИТИЯ ТВОРЧЕСКОГО ВООБРАЖЕНИЯ

1. На полу лежит ковер. На ковре стоит бутылка. Нужно, чтобы она оказалась стоящей на полу. К бутылке нельзя прикасаться ни рукой, ни ногой, ни любой другой частью тела или каким-либо предметом. Разумеется, проливать содержимое на ковер также не разрешается.

2. Разложите по трем стаканчикам десять шариков так, чтобы число шариков в каждом стаканчике было нечетным.

3. Надо бросить теннисный мяч так, чтобы он, пролетев короткое расстояние, остановился и начал двигаться в обратном направлении. О препятствие ударяться мяч не должен. Не разрешается также ударять чем-нибудь мяч или привязывать его к чему-либо.

4. Профессор Браун большой любитель домашних животных. Давайте посчитаем, сколько их у него сейчас, если все они, кроме двух, собаки, все они, кроме двух, кошки, и все они, кроме двух, попугаи.

5. Клеопатра держала свои бриллианты в шкатулке с выдвигающейся верхней крышкой. Чтобы воры не могли похитить сокровища, в шкатулке вместе с драгоценностями она держала небольшую змею, аспида, укус которой смертелен. Однажды по недосмотру дворецкого раб остался на считанные минуты один в спальне, где царица хранила свои драгоценности, и ухитрился похитить бесценные камни, не вынимая змею из шкатулки, не прикасаясь к ней, не усыпляя ее и не воздействуя на нее каким-либо другим способом. Раб действовал голыми руками. Кража была совершена за какие-то мгновения. Когда раб тайком покинул спальню Клеопатры, все в ней осталось по-прежнему, если не считать, что в шкатулке не хватало нескольких бриллиантов. Каким способом раб их похитил?

6. Придумайте простейший заменитель циркуля.

7. Двое должны встать на газетный лист так, чтобы ни один не смог прикоснуться к другому. Сходить с газеты не разрешается.

8. Специалисту по молекулярной биологии удалось вывести редкую разновидность бактерий. Ежечасно каждая бактерия делится на три части, причем каждая мгновенно достигает размеров взрослой бактерии и час спустя претерпевает деление на три части. Ровно в полдень биолог положил одну бактерию в стерильный контейнер с питательной средой. К полночи контейнер оказался наполненным бактериями до отказа. Когда контейнер оказался наполненным на одну треть?

9. Охотник жил в тайге со своей собакой. Когда начинался охотничий сезон, он брал ружье, собаку и шел на зверя. Собака загоняла добычу, охотник бежал на лай собаки и стрелял. Однажды, простудившись, охотник получил осложнение на уши и оглох. Как теперь он будет ходить на охоту, не слыша лая?

10. Майкл, Джон и Джордж - три рок-звезды. Один из них гитарист, другой ударник, третий пианист. На запись компакт-диска поп-музыки ударник хотел пригласить гитариста, но того не оказалось в городе, он отбыл на гастроли вместе с пианистом. Пианисту платят больше, чем ударнику. Майклу платят меньше, чем Джорджу. Джордж никогда не слышал о Джоне. На каком инструменте играет каждый из музыкантов?

3. ОТ МЕТОДОВ АКТИВИЗАЦИИТВОРЧЕСКОГО ВООБРАЖЕНИЯ К МЕТОДАМ ПОИСКА НОВЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ

У нас в стране изобретателям рекомендуется использовать около тридцати методов поиска новых технических решений. Не будем говорить об эффективности каждого из них, а остановимся на тех методиках, которые используются чаще, и рассмотрим изобретательские методы в их ретроспективе.

Практика показала, что приведенные ниже методы “мозгового штурма”, фокальных объектов, морфологического анализа, контрольных вопросов, синектика формируют многогранность творческого мышления. Следующим шагом в овладении “изобретательским ремеслом” является теория решения изобретательских задач (ТРИЗ).

Знакомство с методами поиска новых технических решений начнется с метода проб и ошибок. Несмотря на то, что он является полным антиподом ТРИЗ, обойти его нельзя. Ведь тысячелетиями люди использовали перебор вариантов. Большой опыт по овладению ТРИЗ был накоплен в бывших союзных республиках - Азербайджане, Белоруссии, Латвии. Теперь это ближнее зарубежье. Многие школы ТРИЗ действовали и в России. Сложности в экономической жизни страны сказались и на жизнеспособности этих школ, но надо помнить - изобретательство является движущей силой во всех областях науки и техники. Остановить творческую мысль нельзя, так же как нельзя повернуть историю вспять.

3.1. МЕТОД ПРОБ И ОШИБОК

Методом проб и ошибок пользовались издавна. Заключается он в последовательном подборе вариантов решения и отборе среди них варианта, который удовлетворяет поставленным требованиям. Количество проб будет в данном случае зависеть от субъективного фактора - интуиции и наблюдательности изобретателя. После каждого эксперимента результаты будут анализироваться и учитываться при каждом последующем опыте.

Недостатком метода является отсутствие правил выдвижения идей, его трудоемкость. Успех во многом является следствием настойчивости и эрудиции изобретателя. При всей стихийности метода проб и ошибок в нем присутствуют элементы научного подхода. Уместно вспомнить слова, сказанные великим ученым Луи Пастером: ”Случай благоприятствует изобретению лишь тогда, когда ум уже подготовил почву для открытия терпеливым изучением и упорными попытками”.

Одним из первых, кто содействовал возникновению научного подхода в изобретательстве, был Галилео Галилей (1564-1642). Он проводил измерения и качественные наблюдения. Галилей настаивал на необходимости экспериментов, опровергая мысль о том, что научные вопросы могут быть решены ссылками на авторитеты. Галилей - известный изобретатель своего времени, получивший не один патент в Венеции.

Майкл Фарадей (1791-1867) провел 16041 физический эксперимент, затратив десять лет, чтобы опытным путем обнаружить влияние магнетизма на электричество. Иногда, чтобы получить положительный результат, требуются жизни десятков поколений. Так, Леонардо да Винчи (1452-1519) сделал важное усовершенствование лампы. Он окружил пламя металлической трубой. Потребовалось еще три века, чтобы человечество додумалось заменить металл прозрачным стеклянным цилиндром.

С возникновением экспериментального естествознания люди отдали предпочтение методу индукции, когда при поиске решения идут от частного к общему. Исторический аспект метода индукции подробно в своих работах отразил академик Б.М.Кедров. Предполагается накопление достаточно большого количества однотипных фактов и последующая их обработка.

Одной индукции, оказывается, мало. Нужен еще всесторонний исчерпывающий анализ. Как мы увидим в последующих изобретательских методах, анализ полученных решений играет не последнюю роль.

В противовес естествоиспытателям литературный персонаж А.Конан Дойля Шерлок Холмс пользовался при раскрытии преступлений дедуктивным методом. Но при любых обстоятельствах Холмс признавал сугубо научный подход к решению проблемы. Однако нельзя пренебрегать и непревзойденной интуицией сыщика, которая была очень важной частью успеха.

Путь к искомому результату может быть как от частного к общему, так и наоборот (это уже техническая сторона решения задачи). Главное, чем изобретатель будет пользоваться при переборе количества вариантов решений - своей интуицией, ассоциативным мышлением, наблюдательностью, общей эрудицией и пр. Метод проб и ошибок трудоемок, и его использование не гарантирует успешного решения задачи. В настоящее время на помощь изобретателям пришел компьютер. И стало возможным многие задачи (в частности, конструктивного характера) просчитывать с его помощью. Отсюда большая экономия времени и средств. Например, при выборе оптимальных параметров кузова автомобиля целесообразно вначале рассмотреть предлагаемые варианты на компьютере. И только после машинной обработки переходить к воплощению в металле наиболее удачной идеи.

В процессе творческой деятельности человек сталкивается с рядом препятствий. Преодоление познавательно-психологических барьеров легче удается людям, готовым сойти с накатанных путей стандартного мышления. Так, изобретателем пневматической шины стал хирург-ветеринар; карданного вала - математик, философ, врач; фотопленки “Кодахром” - музыкант; цветомузыки - художник.

Ярким примером направленного поиска, основывающегося на эксперименте и науке, служит изобретение динамита шведским ученым и инженером А.Нобелем в 1867 г. Искания были долгими и кропотливыми, много было и неудач. А.Нобель, взяв за основу недостатки жидкой взрывчатки, искал способы противодействия им. Результат поисков принес ученому всемирную известность и патент на взрывчатые вещества, получившие общее название “динамиты”.

Изобретателем с самым высоким рейтингом в мире по праву считается Томас Альва Эдисон (1847-1931). В основе большинства его изобретений лежит метод перебора. Из изобретателя-одиночки он стал королем “фабрики открытий”. Поражает работоспособность человека, который неугомонно трудился над новыми техническими решениями. Настойчивость, удивительная интуиция и терпение сыграли решающую роль в получении Эдисоном 1099 патентов. Для изобретения щелочного аккумулятора ему пришлось поставить 5О тысяч опытов. Чтобы найти нужный материал для нити электролампы, только с обугливанием различных сортов бамбука и сахарного тростника было поставлено шесть тысяч опытов. В 1869-1876 гг. Эдисон сконструировал прибор для передачи информации на расстояние, первые системы многоканальных телефонных связей, усовершенствовал пишущую машинку и др. В последующие годы изобретатель провел опыты по электрификации железных дорог, разработал магнитную сепарацию железной руды, создал фонограф, изобрел железнодорожные тормоза и многое другое.

Чтобы перебор вариантов сделать более целенаправленным, составляют списки наводящих вопросов. Примерный перечень можно прочитать в книге М.Тринга и Э.Лейтуэйта “Как изобретать?” Вот некоторые из них:

1. Не противоречит ли идея законам природы?

2. Может ли изобретение работать и будет ли достигнута желаемая цель?

3. Может ли изобретение работать с достаточной скоростью, производительностью и т.п.?

4. Можно ли осуществить его из известных материалов и с помощью существующей технологии?

5. Будет ли оно надежным и простым в эксплуатации?

6. Можно ли им управлять, а при необходимости регулировать и настраивать?

7. Будет ли изобретение достаточно дешевым?

8. Какова стоимость его эксплуатации и обслуживания?

9. Каким будет срок службы?

10. Как часты будут поломки и будут ли они приводить к катастрофическим последствиям?

Задания для самостоятельного решения

При выполнении 1-3 заданий целесообразно применить приведенные выше вопросы.

1. Курение вредно не только самим курящим, но и окружающим их людям. Постоянно делать замечания курильщикам не имеет должного воздействия. А если в помещениях установить малогабаритные приборы, чувствительные к табачному дыму и сразу же включающие сигнал-предупреждение? Предложите индикатор с устройством, сигнализирующим о наличии табачного дыма в воздухе.

2. Для борьбы с шумом в помещениях помогает звукоизоляция. А как быть, если основным источником шума является громкий разговор людей? Нам нужен прибор, фиксирующий превышение допустимого уровня шума и дающий сигнал об этом. Предложите прибор, сигнализирующий о превышении допустимого уровня громкости разговора в помещении, но не реагирующий на другие звуки, например, музыку, и наоборот.

3. Предложите технологию сортировки бытового мусора в мусоросборниках. Подумайте, можно ли его использовать для каких-то полезных целей.

4. Всем хорошо известны шоколадные бутылочки с густым сиропом. Сироп обязательно должен быть густым, иначе конфета получится непрочной. Густой сироп трудно заливать. Если его нагреть, он станет более жидким. Но горячий сироп расплавит шоколад. Как же поступают, изготавливая бутылочки?

5. В результате того, что при строительстве башен иногда недостаточно делается геодезический анализ, некоторые башни начинают оседать. Чтобы выяснить это, нужна какая-то неподвижная точка. Бывает так, что оседает вся территория, где расположены строения. Допустим, что в 500 м от башни есть скалистые породы, которые не оседают. Но оттуда не видно башни, она закрыта домами. Как установить, наклоняется башня или нет?

6. Высота промышленных труб достигает 300 метров. Когда труба не работает, ее желательно закрывать сверху, чтобы внутрь трубы не попадали дождь и снег. Пытались устанавливать наверху крышки-заслонки, но их срывало ветром, да и механизм для перемещения такой крышки оказался очень ненадежным. Механизмы, установленные наверху, быстро портятся: дымовые газы содержат вещества, разъедающие самые прочные материалы. Как быть?

7. Наши предки при строительстве колоколен старались достичь максимального звука колоколов. Способы их отливки существовали разные. Рассмотрим случай, когда нужно отлить большой и “голосистый” колокол. Как с наименьшими затратами получить наилучший результат?

8. После камнепада в горах на дороге оказался огромный камень, который стал мешать движению. Вывезти его представляло большие трудности, но один местный житель взялся в одиночку убрать камень. Как ему это удалось?

9. В компьютерной игре “Shortline” часто приходится решать такую задачу. Синий поезд приближается к железнодорожной станции, но его нагоняет сзади быстрее идущий Красный поезд, который необходимо пропустить вперед. У станции от главного пути отходит влево боковая ветка, куда можно отвести на время вагоны. Но ветка эта настолько коротка, что на ней не помещается весь Синий поезд. Как все-таки пропустить вперед Красный поезд?

10. Для приготовления некоторых лекарств надо смешивать различные жидкости. Одни жидкости можно слить вместе и размешивать палочкой, но есть жидкости, которые нельзя держать в открытой емкости. Приходится смешивать их в сосуде с плотно закрытой стеклянной пробкой. Встряхивание следует производить довольно долго. Сооружать машину для встряхивания - решение дорогое и очень громоздкое. Но и подолгу трясти сосуд тоже плохо. Как же быть?

3.2.МОЗГОВОЙ ШТУРМ

Этот изобретательский метод появился в 50-х годах. Предложил его американский предприниматель и изобретатель Алекс Осборн. В годы второй мировой войны (1939-1945) много трагических неприятностей американской морской флотилии, базировавшейся в Японском море, доставляли японские торпеды, управляемые смертниками-камикадзе. Как уберечь корабли? Корабль на полной скорости мог легко оторваться от тихоходной торпеды, но все осложнялось тем, что торпеда управлялась и суда не успевали сделать необходимый маневр. На корабле, где в то время служил Алекс Осборн, провели общий совет команды. Для этого выстроились все моряки на палубе. Каждый должен был предложить свою версию защиты. Первыми высказывались юнги, затем матросы и лишь потом офицеры. Последним был капитан. Такая очередность была выбрана неспроста: авторитет вышестоящих чинов не должен был влиять на подчиненных. Можно было высказывать любые идеи, даже нелепые и фантастические. Один из матросов предложил выстроить всю команду вдоль борта и одновременно дуть на торпеду. Идея вызвала бурный смех, но ее запомнили вместе с другими. При обсуждении всех предложений именно ей отдали предпочтение. Правда, поток воздуха заменили сильной струей воды. Из брандспойта вода била в лоб торпеды, которая замедляла ход и отклонялась.

Вспомнив этот факт, А.Осборн воспользовался им при разработке изобретательского метода, впоследствии названного “мозговой штурм”. В основу метода положена склонность одних изобретателей к генерированию идей, а других - к критическому анализу. Отсюда мозговой штурм проводится в два этапа: первый - сбор идей, второй - их анализ. Особая роль отводится ведущему (например, учителю) во время генерации идей. Он должен обеспечить непринужденность обстановки, высокий темп работы, недопустимость иронии, смеха и каких-нибудь возмущений. Ведущий следит за строгим соблюдением основных правил.

На подготовительной стадии определяется количество и профессиональный состав участников. “Генераторов” может быть 5-10 человек, “аналитиков” - 4-8 человек. В группу “генераторов” включают людей с бурной фантазией, склонных к абстрактному мышлению, не связанных должностной зависимостью, разных профессий и возрастов. В группу “экспертов” вводят людей с аналитическим, критическим складом ума.

1 этап. Его целью является получение максимального количества идей по решению поставленной задачи. Все протоколируется или записывается на диктофон. Надо, чтобы идеи, выдвинутые одним участником, подхватывались и развивались другими. Генерация идет 30-40 минут. Каждый участник в среднем может предложить 10-15 идей, что в общей сложности составляет 100-150 решений. Всякая критика на первом этапе запрещена. Как сказал А.Осборн: “Боязнь критики тормозит активность, становится помехой для нашей фантазии”. Поощряются любые предложения, в т.ч. нереальные, шутливые, ошибочные. По регламенту можно дать на одну идею одну минуту. “Генераторы” свою функцию выполнили. Идеи собраны. Есть из чего выбирать. Первый этап на этом закончен.

2 этап. На него приглашают группу “аналитиков”. Вначале проводится прослушивание всех идей первого этапа. Сравнительный анализ идей невозможен без единого подхода к обобщению. В своих рекомендациях к этому методу Д.И.Ландо предлагал провести обобщения следующих уровней:

формулировок цели и целей-альтернатив;

обобщенных (функциональных) принципов достижения цели;

структурных принципов реализации функции;

описаний технических устройств, осуществляющих конкретный физический принцип.

Отбор идей группой “аналитиков” проводится очень внимательно. При анализе действует правило - все идеи равны и каждая может быть использована при соответствующей доработке. Можно оценивать идеи в баллах, чтобы впоследствии вернуться к решениям, набравшим большее количество баллов.

Во время второго этапа следует учитывать уже конкретные особенности решения: оборудование, природные условия, источник энергии, инструмент и пр. Учитываются мнения каждого “эксперта”. В случае разных мнений проводят дополнительный анализ. На практике удается реализовать около 2-3 процентов идей, высказанных “генераторами”, но этого бывает достаточно для решения поставленной задачи. Второй этап закончился.

Если задача осталась нерешенной, то заменяют состав участников, изменяют формулировку задачи, оставляя конечную цель. В 60-е годы “мозговой штурм” имел широкое использование. Сейчас к нему обратились не только для решения технических вопросов, но и административных, экономических, социологических задач.

Наглядным примером “мозгового штурма” могут быть действия команд “знатоков” из телевизионной передачи “Что? Где? Когда?”. Стараясь найти ответ на поставленный вопрос, участники “шестерки” вначале высказывают свои предложения, а затем начинают их отсортировывать. Остается решение, которое затем логически оформляется.

“Мозговой штурм” нашел применение и в современных электронных совещаниях. В частности, разработанная американской фирмой “Ксерокс” программа Colab для локальных компьютерных сетей включает три этапа проведения совещания (подсистема Cognoter): “мозговой штурм”, систематизация предложений и оценка результатов. На фазе “мозгового штурма” подсистема Cognoter способствует “высказыванию” идей участниками совещания. Каждый из них может выбрать свободный участок отображаемой на всех терминалах “доски” и кратко написать свое предложение. На фазе “мозгового штурма” подсистема Cognoter не позволяет удалять с “доски” как свои, так и чужие предложения. Допускается редактирование кратких пояснений. К концу этапа “доска” оказывается заполненной неупорядоченной последовательностью различных предложений. На фазе систематизации участники совещания пытаются упорядочить идеи, высказанные на первом этапе.

Использование подсистемы Arghoter дает возможность сопоставить и оценить различные предложения, которые обезличиваются, чтобы не “давили” авторитеты и не возникало проблем с участниками - приверженцами своих идей.

Задания для самостоятельного решения

Попробуйте следующие задачи решить методом “мозгового штурма”.

1. Для стирки белья используются различные по конструкции бытовые стиральные машины. Однако продолжительность стирки в каждом конкретном случае устанавливает сам человек, исходя из своего опыта. Можно ли контролировать эффективность стирки белья в бытовых стиральных машинах? Какие параметры можно задавать для стирки в автоматическом режиме? Предложите свой способ.

2. Ученые нашли методы оценки качества сточных вод с помощью некоторых видов рыб и микроорганизмов, реагирующих на присутствие кислот, органических соединений, тяжелых металлов. Помещенные в сосуд с водой микроорганизмы, если нарушены допустимые нормы, меняют цвет, рыбы проявляют беспокойство, стремятся выброситься из сосуда. Предложите конструкцию биоанализатора, с помощью которого можно было бы автоматически перекрывать доступ сточных вод в природные водоемы, если они чрезмерно загрязнены.

3. Есть ли в каком-либо помещении люди или нет? Случается, на такой вопрос необходимо ответить без участия другого человека. На производстве, например, таким образом можно было бы решить проблему автоматизированного учета рабочего времени, проблему взаимоотношений человека и автомата, если технологический процесс требует информирования автомата о наличии рядом рабочего- оператора и его действиях и т.д. Предложите устройство, автоматически фиксирующее присутствие людей в помещении.

4. Безотходные производства - одно из приоритетных направлений в развитии современных технологий. Найдите применение следующим отходам: некондиционной электропроводке; битому стеклу; скорлупе грецкого ореха; отходам от кроя ткани.

5. Предложите эффективный способ по экономии электроэнергии и воды.

6. Как предотвратить примерзание железнодорожных стрелок?

7. Транспортировку жидких или сыпучих грузов с берега на корабли-сухогрузы или танкеры осуществляют по гибкому шлангу. Для нормальной передачи груза желательно, чтобы провисание шланга было малым и почти не зависело от высоты волны. В идеале шланг вообще не должен погружаться в воду. Предложите способы ориентации и стабилизации шланга в пространстве.

8. В контроле окружающей среды используются лазеры. С их помощью, например, проводятся анализы на содержание пыли, азота, озона, кислорода в атмосфере. У каждого газа различные частоты поглощения света, и по изменению интенсивности лазерного луча можно судить о концентрации того или иного газа. Подумайте о возможности применения лазера для оценки качества природных и сточных вод.

9. Как уменьшить тормозной путь супертанкеров?

3.3. МЕТОД ФОКАЛЬНЫХ ОБЪЕКТОВ

Данный метод предложен немецким ученым В.Кунцем в 1926 году, который позже был усовершенствован американцем А.Вайтингом.

Вспомним из физики (раздел “Оптика”), что такое фокус? Это точка, в которой собирается прошедший через оптическую систему параллельный пучок световых лучей. Метод фокальных объектов (МФО) основан на концентрации внимания к определенному объекту. Для получения хорошего решения требуется богатое воображение и преодоление психологической инерции.

Суть метода фокальных объектов состоит в том, что признаки нескольких случайно выбранных объектов переносят на выбранный объект, в результате чего получаются необычные сочетания.

Этапы МФО

Пример

1. Выберем технический объект,

который будем совершенствовать.

1. Часы.

2. Наугад называем 4-5 случайных объектов.

2. Стол, окно, телевизор, журнал.

3. К каждому выбранному предмету

напишем несколько эпитетов(иногда

это называется составлением ведомости

выбранных объектов и их признаков)

3. Стол - овальный, полированный, деревянный, складной.

Окно - прозрачное, разбитое, с форточкой, со ставнями.

Телевизор - цветного,черно-белого изображения, в пластмассовом корпусе и пр.

Журнал - тонкий, большого формата, с вкладышами.

4. Генерирование идеи путем присоединения к фокальному объекту признаков случайно выбранных объектов.

4. Часы - складные, прозрачные, в

пластмассовом корпусе и пр.

5.Последовательное объединение фокального объекта с рядом признаков; выбранные признаки могут совершенствоваться.

5. Часы в прозрачном пластмассовом корпусе, на полированной подставке, со звуковым сопровождением.

6. Оценка нового варианта технического объекта и его полезность.

6. Данные часы могут использоваться для изучения устройства часового механизма.

Последовательность применения МФО может быть следующая:

Наличие случайного поиска не позволяет данному методу иметь большую эффективность. Но метод фокальных объектов хорошо развивает воображение.

Рассмотрим еще один пример. Будем совершенствовать бытовую технику.

1. Сконструируем новую модель кастрюли.

2. Случайные объекты: лампа, дерево, кошка, сигарета.

3. Признаки случайных объектов: лампа - электрическая, волшебная, разбитая, паяльная; дерево - высокое, зеленое, с корнями; кошка - пушистая, полосатая, мяукающая; сигарета - вредная, дымящаяся, с фильтром.

4. Соединяем случайные объекты с признаками: кастрюля электрическая, с корнями, мяукающая, с фильтром.

5. Кастрюля электрическая, на теплоизоляционной подставке, с индикатором о готовности содержимого и шумовкой для снятия пены.

Предложенная кастрюля - мечта любой хозяйки. Обладая различными достоинствами, данная модель будет иметь и существенный недостаток - высокую стоимость. Эту нежелательную составляющую можно свести к минимуму, если применить знания по функционально- тоимостному анализу (ФСА).

Задания для самостоятельного решения.

Методом фокальных объектов сконструировать новые варианты:

кофемолки;

футляра для очков;

детской соски-пустышки;

подарочного сувенира;

морского лайнера;

электроплиты.

3.4. МЕТОД ГИРЛЯНД СЛУЧАЙНОСТЕЙ И АССОЦИАЦИЙ

Разбираемый ниже метод отличается от метода фокальных объектов тем, что дает большое число сочетаний фокального объекта со случайными. Увеличение сочетания понятий достигается использованием синонимов объектов.

Метод разработан инженером из Риги Г.Я.Бушем. Свойство человеческой психологии откликаться на заданное слово серией ассоциаций натолкнуло Г.Я.Буша на создание данного метода.

Решение изобретательской задачи осуществляется в результате переноса знания в новую область и использования ассоциативных слов. Как пример можно привести уже ставшую классической задачу о стульях. Для расширения ассортимента мебельной фабрики следует предложить новые оригинальные конструкции стульев.

1 шаг. Подбираем синоним объекта.

Можно воспользоваться словарем синонимов, чтобы разнообразить подбор предметов. Синонимами объекта “стул” являются: кресло, табуретка, пуф. Составляем гирлянду синонимов: стул-кресло-табуретка-пуф.

2 шаг. Производим выбор случайных объектов.

Слова можно взять из газеты, журнала, словаря и пр. Отобранные предметы (необязательно технические объекты) образуют вторую гирлянду - случайных объектов. Например: электрическая лампа-решетка-карман-кольцо-цветок-пляж.

3 шаг. Составление комбинаций из элементов гирлянды синонимов и гирлянды случайных объектов.

Составляем комбинации из двух элементов, соединив каждый синоним рассматриваемого объекта с каждым случайным объектом. Получаем: стул с электролампочкой, решетчатый стул, стул с карманами, электрическое кресло, табуретка для цветов.

4 шаг. Составление перечня признаков случайных объектов.

Определяем признаки случайно выбранных объектов. Задаемся временем, например, 2-3 минуты. И за этот период определяем возможно большее число признаков. Целесообразно перечислять как основные, так и второстепенные признаки.

5 шаг. Генерирование идет путем поочередного присоединения к техническому объекту и его синонимам признаков случайных объектов.

Например, присоединяя к гирлянде синонимов гирлянды признаков электрической лампы, можно получить следующие соединения: стеклянный стул, теплоизлучающее кресло, свечкообразный пуф, прозрачное кресло.

6 шаг. Генерирование гирлянд ассоциаций.

Поочередно из признаков случайных объектов, выявленных на 4-м шаге, генерируются гирлянды свободных ассоциаций, например, гирлянда ассоциаций по первому признаку случайного объекта - “электрическая лампа”. Признаком к ней является эпитет стеклянная. Гирлянда ассоциаций создается постановкой вопроса: что напоминает слово “стеклянная”? Ответ может быть, например, стеклоткань. Далее задается вопрос: что напоминает слово “ткань”?

7 шаг. Генерирование новых идей.

К элементам гирлянды синонимов объекта поочередно присоединяем элементы гирлянды ассоциаций. Используя только первую гирлянду ассоциаций, можно получить следующие сочетания: стеклянный стул, кресло из стеклоткани, вязаный пуф, табуретка для бабушки, курортное кресло и т.д.

8 шаг. Анализ полученных вариантов и выбор наиболее подходящих решений.

9 шаг. Заключительный отбор наилучшего варианта из предложений 8-го шага.

Экспертную оценку новому техническому объекту лучше давать людям разных профессий. Удобство “нового стула” должен оценить специалист по эргономике, экологическую безопасность - эколог, возможность изготовления - технолог по столярным работам и др.

В качестве подготовки к овладению данным методом можно обратиться к книге Джанни Родари “Грамматика фантазии”. Родари приводит несколько простых приемов развития воображения у детей. Бином фантазии (по Родари) составляют чуждые друг другу слова, из сочетания которых могут вырасти самые нелепые ситуации. Писатель приводит, например, историю, в основу которой положены слова “пес” и “шкаф”.

Фантазия занимает не последнее место в процессе развития творческого воображения. А.Эйнштейн считал, что воображение важнее знания, а К.Э.Циолковский ставил фантазию впереди расчета. Человек с хорошо развитым воображением скорее представит результат деятельности до того, как он будет достигнут. Обладая богатым воображением, в процессе труда легче планировать свои действия.

Задания для самостоятельного решения.

1. Используя бином фантазии (по Родари), придумать рассказы из следующих сочетаний слов :

автобус, ковер;

стул, павлин;

кактус, байдарка;

вертолет, море;

книга, малыш.

В повествованиях могут быть использованы как реальные ситуации, так и фантастические. Время на каждый рассказ можно ограничить. Например, 3, 5 или 10 минут.

2. Выполнить задания по методу гирлянд случайностей и ассоциаций:

а/ для расширения ассортимента швейной фабрики предложить вариант детских брюк (комбинезона);

б/ предложить образец коттеджа для сельской местности;

в/ придумать вариант автофургона для отдыха.

3.5. МОРФОЛОГИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ

Морфологический анализ относится к системным методам в решении задач. Название методу дал известный швейцарский астроном Ф.Цвикки. Вспомним, что слово “морфология” по- гречески означает учение о форме. Во время второй мировой войны (1939-1945) Ф.Цвикки работал в американской ракетостроительной фирме. Создавая только ракеты с одним типом двигателя, он предложил 36864 варианта компоновки конструкции.

Суть метода сводится к составлению морфологической таблицы (матрицы), или чаще в литературе можно встретить другое ее название - морфологический ящик. Выделяются несколько характерных для системы структурных и функциональных признаков. К каждому признаку пишут возможные варианты. Перебирая сочетания вариантов выделенных признаков, выходят на новые решения задачи. Морфологический анализ обычно используют тогда, когда требуется исследовать область возможных решений.

Ф.Цвикки составил морфологический ящик с одиннадцатью осями, отсюда и получилось такое большое количество вариантов. Условно морфологический анализ можно представить следующими этапами.

1. Формулировка задачи.

2. Составление морфологического ящика; определение функциональных узлов (признаков и характеристик) технического объекта.

3. Каждому признаку перечислить возможные варианты технического исполнения.

4. Проанализировать полученные сочетания.

5. Отобрать варианты, удовлетворяющие условиям задачи.

Главным недостатком морфологического анализа является обилие вариантов. Рассмотрим данный метод на примере.

Предложите вариант новой конструкции вездехода. Определяем основные признаки и характеристики, от которых зависит искомое решение:

А - вид опоры;

Б - источник энергии;

В - управление;

Г - кабина.

А - вид опоры :

А1 - гусеницы;

А2 - резиновые колеса;

А3 - лыжи.

Б - источник энергии:

Б1 - электроаккумулятор;

Б2 - дизельное топливо;

Б3 - газ (например, пропан);

Б4 - ядерное топливо.

В - управление:

В1 - ручное;

В2 - по радио;

В3 - программное;

В4 - голосом.

Г - кабина:

Г1 - круглая;

Г2 - каплевидная;

Г3 - кубическая;

Г4 - цилиндрическая.28

Составляем матрицу в общем виде:

А1 А2 А3

Б1 Б2 Б3 Б4

В1 В2 В3 В4

Г1 Г2 Г3 Г4

А Вид опоры

Гусеницы

Резиновые колеса

Лыжи

Б Источник

энергии

Электропривод

Дизельное топливо

Газ

Ядерное топливо

В Управление

Ручное

По радио

Программное

Голосом

Г Кабина

Круглая

Каплевидная

Цилиндрическая

Кубическая

Если составить морфологический ящик в развернутом виде, то получаем следующую матрицу.

Каждый конкретный вариант вездехода определяется набором элементов из разных строк. Например, вариант А1,Б2,В3,Г2 будет: вездеход на гусеницах, с электроприводом, каплевидной кабиной и программным управлением.

Количество возможных вариантов равно произведению количества элементов в каждой из строк.

N=3х4х4х3

После построения матрицы приступаем к определению функциональной ценности вариантов решений. В процессе анализа всевозможных вариантов выбираем наиболее приемлемый в конкретных условиях. Чтобы количество вариантов было разумным, следует точнее формулировать цель.

Метод морфологического анализа подводит исследователя к принципам системного представления об объекте. В связи с тем, что оценка вариантов решения является процессом субъективным, а не подчиняющимся каким-либо закономерностям, данный метод рекомендуется использовать при решении общеконструкционных задач.

Если заглянуть в “корзинку” изобретений, то там можно увидеть множество самых разных привычных предметов: всевозможные молотки, гвозди, спички, колеса и др. Возможно, многие из них сконструированы методом морфологического анализа.

Молоток - один из самых ходовых инструментов. Молотки бывают разными по форме, материалу, размерам. Назначение молотка тоже бывает различное. Составив морфологическую таблицу, легко сконструировать подходящий молоток: столярный, кузнечный, сапожный, переплетный, для автолюбителей, для настройки фортепьяно...

Гвозди. Для разборных конструкций удобно использовать гвоздь с двумя шляпками (легче пользоваться гвоздодером). Гвоздь-шуруп, изобретенный в Швеции, позволяет достаточно легко забивать его в дерево и пластик, не повреждая волокна древесины, а затем закреплять, как шуруп.

Спички. Есть американская безопасная спичка, температура горения которой в два раза ниже, чем обыкновенной. Такая спичка гаснет, догорев только до середины. А есть спички с одной головкой без палочки. Из коробка они достаются магнитом, т.к. головка изготовлена из воспламеняющейся смеси с добавлением чугунной пыли.

Колесо, изобретенное еще до нашей эры, получило множество модификаций за свою историю. Хорошо известны водяные, ветряные, железнодорожные, автомобильные и другие колеса.

Конструируя тот или иной предмет, следует помнить, что предпочтение отдается простым в технологическом исполнении предметам. “Все гениальное просто” - истина, которая подтверждена веками.

Заглянем в журнал “Юный техник” № 10 за 1989 г. Там предлагается составить морфологический ящик для денежной банкноты. Зададим шесть наиболее важных ее элементов. При составлении матрицы воспользуемся журнальным вариантом.

Материал

Бумага

Пластик

Металл

Покрытие

Металлическая пленка

П ластиковое

Краской

Металлическая сетка

Структура

основания

С водяными

знаками

С дифракционной решеткой

Разноцветное

Изменяющее

цвет под

действием

излучения

Нанесение

изображений

Краской

Напылением

Гальванически

Магпитным

полем

Структура

букв и цифр

Сплошная

Из точек

Из фигур сложной формы

Размеры

Обычные

Миниатюрные

Морфологический ящик содержит 1152 варианта конструкции.

N = 3×4×4×3×4×2

Выбираем наиболее подходящий вариант: пластиковая с металлическим покрытием, с водяными знаками, изображение рисунка из точек наносится напылением.

Рассмотрим пример другого рода, когда следует придумать не конструкцию, а определенный способ. Обратимся опять к журналу “Юный техник” № 2 за 1988 г.

Нужно предложить способ полива комнатных цветов, когда приходится уезжать на длительный срок. Для составления таблицы поставим конкретную задачу: придумать устройство для автоматизированного порционного полива без участия человека.

Таблица 1

Функции

устройства

Устройства для выполнения функций

Хранение

воды

Банка

Бутылка

Резиновая

груша

Лед

Отмеривание

воды для

полива

Дозатор

Капли

Кубики льда

?

Отмеривание

промежутков

времени

Часы

Уровень

испаряющейся воды

Изменение

освещенности

(день-ночь)

?

Механизм

подачи воды

Насос

Рычажное

устройство

Качалка

?

Источник

энергии для

работы

устройства

Электрическая

сеть

Батарейки

Перепад

температур

(день-ночь)

?

Нужное устройство получается, если выбрать по одному элементу из каждой строки таблицы: хранить воду в виде кубиков льда, выбрасывать кубики с помощью рычажного устройства, управляемого часовым реле и работающего от батареек.

Задания для самостоятельного решения

1. Составить морфологическую таблицу на бытовой миксер. Выбрать 2-3 варианта для его использования в разных условиях (дома на кухне, в походе) и для различных целей (для жидкостей, теста и пр.).

2. Выберите сами объект, например, часы, кресло, сушилку для посуды. Постройте морфологический ящик для этого объекта и “выньте” из него самый оригинальный вариант.

3. В журнале “Юный Техник” № 10 за 1989 г. рассказывалось о жившем в ХIII в. в Испании Раймонде Луллие. Он построил специальную машину, прозванную впоследствии “Великим искусством”. Машина состояла из трех дисков разной величины, закрепленных на одной оси. На дисках были написаны слова. Произвольно перемещая диски, можно было получить множество сочетаний из трех слов. Например, “Бог - сила -величие”. Расшифровывалось это так, “божественная сила величественна”. Увеличив число дисков с трех до четырнадцати, можно было получить количество вариантов с шестнадцатизначным числом. Данная конструкция явилась прообразом морфологического ящика. Воспользовавшись идеями конструкции Луллия, придумайте познавательно- развлекательную игру.

3.6. СИНЕКТИКА

Название методу дал его автор В.Гордон, который впоследствии создал фирму “Синектикс” по обучению данной методике. Среди заказчиков “Синектикс” всемирно известные корпорации “Дженерал Моторс”, “Дженерал Электрик”, “IBM” и др.

Слово “синектика” в переводе с греческого означает совмещение разнородных элементов. Этот метод является развитием “мозгового штурма”. Формируются постоянно действующие обученные группы из 5-6 человек, в которые входят представители различных специальностей с гибким мышлением, широким диапазоном знаний, стажем практической работы, возраст 25-40 лет. Желательно, чтобы среди синектеров были и различные типы характеров (интраверты, экстраверты и др.). Широкое распространение синектика получила за рубежом.

Обучение группы рассчитано на 1-2 раза. Первоначально участники живут вместе. Затем проводят вместе неделю в месяц, а остальное время работают в своих фирмах. С середины обучения для синекторов организуют встречи только для решения поисковых задач. К окончанию обучения участники получают навыки “синектического мышления”, хорошо понимают и дополняют друг друга. Главная цель, которую преследуют занятия, - освободиться от традиционного мышления. В процессе обсуждения синекторы обязаны выполнить определенные условия и проявлять следующие качества:

1/ уметь выслушивать коллег, без иронии относиться к их предложениям;

2/ находить в обычном необычное и наоборот;

3/ обладать неограниченной фантазией и развивать воображение;

4/ легко погружаться в условия задачи, моделируя идеи;

5/ не замыкаться на одной мысли, уметь переключаться с одного предмета на другой, с одной области науки и техники на другую;

6/ уметь найти подсказку для преодоления психологических барьеров.

Обученная группа собирается на специальные сессии (совместные обсуждения). В отличие от “мозгового штурма”, синекторы используют некоторые приемы психологической настройки. Как правило, руководит группой опытный специалист, хорошо знакомый с основами метода синектики. Он должен лучше других ориентироваться в поставленной задаче. Первоначально обсуждается проблема в общем, затем сужается область исследования. В ходе работы используют техническую литературу, консультации экспертов, изготавливают модели. Эксперт обосновывает несостоятельность предложенных решений и дает формулировку “проблемы как она дана” /ПКД/. Синекторы изменяют формулировку проблемы в своем понимании - “проблема как ее понимают” /ПКП/. Затем идет приближение ПКД к ПКП. Одним из этапов является направленный поиск аналогий. С этой целью выявляется, как подобные проблемы могли быть решены в далеких от решаемой задачи областях. Следует найти новую точку зрения на рассматриваемую проблему.

Если кратко сформулировать этапы синектики, то получится:

1/ постановка проблемы в общем виде;

2/ анализ проблемы;

3/ отсеивание первых решений;

4/ определение главных трудностей и противоречий, препятствующих решению;

5/ подбор наводящих вопросов и переход к решению проблемы с помощью аналогий:

а/ поиск примеров из техники или природы, где решаются аналогичные задачи;

б/ развитие аналогий (разработка устройств, подбор материалов, инструментов и пр.).

Если после оценки экспертов оказывается, что идея не материализуется, то “сессия” продолжает разбор других идей.

Важным творческим этапом является применение аналогий. Остановимся более подробно на видах аналогий и их примерах. Аналогия - один из самых древних методов поиска творческих решений, помогающий превратить привычное в непривычное, знакомое в незнакомое. Аналогия означает сходство двух предметов в каких-либо свойствах или отношениях. В зависимости от этого можно выделить четыре вида аналогии. Подмеченные аналогии академик Б.М.Кедров относит к “трамплинам” - подсказкам, способствующим преодолеть познавательно-психологический барьер (ППБ).

3.6.1. Прямая аналогия

Исследуемый технический объект сопоставляется с похожими объектами из других областей техники или живой природы. Например, нужно увеличить скорость движения подводной лодки. Такое увеличение возможно за счет снижения силы сопротивления воде. Обратимся к обитателям морей. Перебирая их, остановимся на дельфине, кожа которого обладает малым

сопротивлением. Изучив форму и структуру кожного покрова дельфина, в Питсбургском университете выложили искусственной “дельфиньей кожей” внутреннюю поверхность трубы системы водоснабжения. Это позволило снизить давление при прохождении жидкости по трубе на 35 процентов. Аналогично можно обтянуть и корпус подводной лодки.

Хорошо известен пример прямой аналогии - висячий мост. Автор многочисленных висячих мостов Брандт впервые сконструировал мост без опор, установленных на дне реки, после того, как, выйдя подышать свежим воздухом, снял с себя тонкие паутинки.

Братья Монгольфье, находясь на высокой горе в жаркий день, наблюдали за поднятием вверх водяных паров, образующих туман. Это легло в основу воздухоплавания. Нагретые пары в тонкой оболочке с корзиной - простейший воздушный шар. Развивая дальше мысль, заменяем пары легким газом. И можно взлетать.

Прямые аналогии можно разделить на следующие подвиды:

функциональную;

структурную;

внешнего вида.

Примером функциональной аналогии может служить задача по созданию прибора, предсказывающего шторм. Рассмотрев представителей животного и растительного мира, остановились на медузе. Она определяет приближение шторма за 12-15 часов, т.к. очень чувствительна к инфразвуковым волнам частотой 8- 13 колебаний в секунду. На основе исследований медузы создали электронный прибор, возвещающий о приближении шторма.

Чтобы использовать функциональную аналогию, надо вначале определить, какие функции должен выполнять объект, а затем искать подобное в окружающем мире. Наилучшее поле действия представляется в ботанике, зоологии, геологии. Симбиоз биологии и техники дал нам бионику.

Структурная аналогия применяется тогда, когда надо создавать технический объект определенной структуры. Опять обращаются к окружающему миру и отыскивают сходную структуру. Если внимательно посмотреть на долото для бурения, то можно увидеть в нем подобие зубов динозавра. Телебашни, радиаторы, обычные зонты от дождя и многие другие технические системы унаследовали от природы сходные элементы структур ее флоры и фауны.

Аналогии по внешнему виду используются тогда, когда создаваемый объект должен по внешнему виду напоминать уже известный. Примерами могут служить искусственные драгоценности, плиты из ДСП, покрытые пленкой под дерево или мрамор и пр.

Для более успешного применения аналогий рекомендуется создать картотеку примеров-аналогов. Для ее составления дадим еще варианты хорошо известных случаев.

Представитель эпохи Возрождения Леонардо да Винчи часто базировался в своих изобретениях на аналогиях с природой, особенно при сооружении моделей летательных аппаратов. Используя дублирование элементов, ученый создал двухверетенную самопрялку. Пользуясь обратной связью, он изобрел вертел для поджаривания мяса, где скорость вращения зависела от интенсивности пламени.

Химик А.Кекуле, создав искомую формулу бензола, сказал, что ее форму подсказали обезьяны в клетке. Животные бегали по клетке и хватали друг друга лапами, причем хвосты обезьян оставались свободными. Когда сцепившись, обезьяны образовали кольцо, то Кекуле представил обезьян атомами углерода, а хвосты - водородом. Так родилась круговая формула бензола.

Работая над созданием периодического закона, Д.И.Менделеев нашел новую форму записи таблицы с элементами. Раскладывая на досуге пасьянс, он мысленно перенес на карты химические элементы. И уже новый вариант таблицы создавался из карточек, а не написанием на листе бумаги очередного варианта.

Швейцарец Жорж Деместрель придумал застежку-”липучку” после того, как каждый раз после прогулки вытаскивал колючие плоды репейников из густой шерсти своей собаки.

Французские инженеры предложили “робот-червяк” для контроля трубопроводов. Эластичные утолщения на корпусе робота (своеобразные резиновые ласты) позволяют ему быстро передвигаться, а шарниры, которыми соединены отдельные секции, обеспечивают проходимость даже в очень извилистом трубопроводе.

Одним из оригинальных изобретений нашего столетия стал складной парашют. Его автор Г.Е.Котельников был актером драматического театра, но, имея техническое образование, кроме актерского ремесла, живо интересовался авиацией. Все изобретатели парашюта шли в то время по одному пути: они располагали парашют в фюзеляже аэроплана и пытались создать надежную систему, способную раскрыть его до того, как пилот покинет кабину. Случай помог Г.Е.Котельникову придумать свой парашют. Однажды он увидел, как знакомая актриса вынула из маленькой сумочки большую восточную шаль из очень тонкого, но плотного шелка. Проведя аналогию (структурную и внешнего вида), Г.Е. Котельников пришел к выводу, что парашют должен быть складным, а изготовлять его следует не из прорезиненного брезента, а из легкого шелка.

Еще один пример из авиации. На самолете, управляемом летчиком С.И.Уточкиным, было установлено одно магнето. Однажды во время полета магнето вышло из строя. Летчик чудом спасся. Наблюдавший за этим мальчик (впоследствии известный конструктор, академик А.А.Микулин) очень расстроился увиденным. По дороге домой мысль об аварии не покидала его. Увидев человека, идущего навстречу, А.А.Микулин обратил внимание, что у того не видел один глаз. Если с одним глазом можно ориентироваться в пространстве, то аналогично и самолет будет продолжать полет при наличии дублера магнето, вышедшего из строя. Решение проблемы было найдено. Обезопасить полет можно, поставив на самолет второе магнето.

Автомобильный магнат Г.Форд заимствовал идею конвейера по сборке автомобилей из разделки свиных туш. Посетив одну из чикагских боен, он обратил внимание на строгую последовательность операций, которую и перенес на производство автомобилей.

Пользоваться прямой аналогией может каждый. Но, чтобы быстро отыскать нужное, следует тренировать свое воображение и обладать определенным запасом знаний из разных областей науки и техники.

3.6.2. Личная аналогия

Личная аналогия (эмпатия, субъективная аналогия) заключается в отождествлении себя с исследуемым объектом. Как актер вживается в роль и живет чувствами, мыслями своего героя, так синектор пытается мысленно слиться с предметом. Человек представляет себя то пролетом моста, то антенной, то чем-то другим. Смотря изнутри объекта, ему нужно увидеть недостатки и найти пути их устранения. Группа сенекторов, например, успешно справилась со следующей задачей.

На кондитерской фабрике используются грецкие орехи. Требовалось найти способ очистки орехов от скорлупы, при котором была бы исключена возможность деформации ядер. Ход рассуждений был такой. Представляем себя ядром. Перечисляем свои ощущения. Внутри ореха мало свободного места, темно. Не годятся какие-либо воздействия извне, но можно просверлить отверстие и нагнетать туда воздух. Или загрузить орехи в емкость, загерметизировать, медленно повышать давление. Затем давление резко сбросить... Скорлупы как не было.

Эмпатия иногда действует и негативно. Тогда следует применять более сильный инструмент (операторы РВС, моделирование ММЧ, расматриваемые далее в ТРИЗ). Примером того, когда эмпатия сослужила отрицательную роль, может являться следующий случай. Однажды на выпускном экзамене в летном училище в Австралии произошел курьез. Экзаменующимся надо было представить себя пилотом двухместного самолета, который везет на своем борту королеву Великобритании. На крутом вираже королева выпадает из самолета. Ваши действия? Правильного ответа комиссия не услышала, т.к. слишком велико было желание всех спасти королеву. А летчику просто следовало выровнять самолет после потери груза. Авторитет королевы оказался сильнее эмпатии.

3.6.3. Символическая аналогия

Символическая аналогия - метафора, своеобразный образ объекта, раскрывающий его свойства. На определенном этапе выбранному представлению задачи (идее) подбираем смысловую формулировку в виде определения, обычно состоящего из двух слов - прилагательного и существительного, которые по смыслу противоположны. Например, шлифовальный круг - точная шероховатость; раствор - взвешенная неразбериха; облако - воздушная вода; книга - молчаливый рассказчик.

Если брать символическую аналогию более широко, то какие-нибудь символы (все, что угодно!) могут являться подсказкой. Услышанная музыка может подсказать ритм работы технического устройства. Определенный набор “пляшущих человечков” - символов (например, из одноименного рассказа Конан Дойля) подскажет последовательность какого-нибудь технологического процесса.

Итак, свойства одного предмета или процесса будут отождествляться со свойствами другого.

Что общего между музыкой и древнерусской архитектурой? Оказывается, связь легко проследить. Архитектор А.А.Пилецкий считает, что “...математические выражения частот музыкальных тонов, их интервалов и созвучий порой удивительно точно совпадают с математическими выражениями пропорций, интервалов мерных величин и комбинаций членений в произведениях древнерусской архитектуры...”. Об этом подробно можно прочитать в альманахе “Памятники Отечества” №1 за 1984 г.

3.6.4. Фантастическая аналогия

Фантастическая аналогия заключается введением в решаемую задачу фантастических условий. Мысленно вводим какие-нибудь необычные существа (гномов, дрессированных животных, инопланетян) или сверхъестественные процессы (отменим земное притяжение, изменим ускорение свободного падения и пр.). При составлении такой аналогии можно выдумать любые несуществующие физические законы, использовать нереальные вещи из сказок (сапоги-скороходы, скатерть-самобранка, ковер-самолет). Найдя фантастическое решение, посмотрим, что мешает применять его в обычных условиях и постараемся устранить эту помеху.

Еще задолго до появления синектики английский физик К.Максвелл использовал в научных рассуждениях “демона”, на которого возлагались функции чего-то необычного. Задача в этом случае сводилась к тому, чтобы придумать замену сверхъестественному существу и устранить нежелаемые действия. Словосочетание “демон Максвелла” встречается в научных трудах и сейчас.

При разработке синекторами новой застежки для космического скафандра сначала родилась фантастическая идея использовать для этой цели два ряда небольших насекомых, которые цепляются лапками и застегивают скафандр. В развитие этой идеи было предложено вместо насекомых взять две длинные пружины, витки которых соединялись бы друг за друга. Если в образовавшееся сцепление вставить проволоку, которая не даст им разойтись, получится оригинальная и простая застежка.

Девизом к применению фантастической аналогии могут служить слова Жюля Верна: “Все, что человек способен представить в своем воображении, другие сумеют претворить в жизнь”.

И если посмотреть на количество идей, высказанных писателями-фантастами, то многие из них стали реальностью нашего дня.

Таблица 2

Воплощение фантастических идей в реальность

Авторы научно-

фантастических

произведений

Общее количество идей

Судьба фантастических идей

осуществились

или должны

осуществиться в

ближайшее

время

подтвердилась

принципиальная

сущность

оказались

невозможными в

осуществлении

количество %

количество %

количество %

Жюль Верн

108

64 59

34 32

10 9

Герберт Уэллс

86

57 66

20 23

9 11

Александр Беляев

50

21 42

26 52

3 6

Эта таблица приводится по книге В.Н.Пархоменко “Основы рационализаторской и изобретательской работы”.

Каждая из пяти книг серии “Техника-молодежь-творчество”, выпущенных издательством “Карелия” в 1987-1991гг., обязательно заканчивается научно-популярной фантастикой. Фантазия играет положительную роль в творческой деятельности. Поэтому все, что способствует ее развитию (сказки, мифы, научная фантастика) является хорошим подспорьем для изобретательства.

В романе Ж.Верна “Двадцать тысяч лье под водой” была выдвинута идея двойного корпуса подводной лодки, а почти через четверть века французский ученый Лебефом получил патент на двойной корпус судна.

Ю.Н.Денисюк, создавший одну из систем голографии, сказал, что толчком к этой работе явился рассказ И.А.Ефремова “Тени минувшего”. Подобных примеров можно приводить множество.

Задания для самостоятельного решения

1. Подберите примеры изобретений, сделанных на основе прямой аналогии с природой (желательно, чтобы примеры не были упомянуты в тексте).

2. Придумайте 2-3 задачи на применение личной аналогии.

3. Подберите несколько символических аналогий к следующим предметам :

настольная лампа;

тетрадь;

карандаш;

солнце;

дверь;

стул;

мотоцикл.

4. Попробуйте привести примеры унаследования сути сказочных предметов в современной жизни:

ковра-самолета;

сапогов-скороходов;

скатерти-самобранки;

самодвижущейся печи;

избушки на “курьих ножках”.

5. Прочитав 5-6 фантастических рассказов (Герберта Уэллса, Жюля Верна и других писателей-фантастов), составьте таблицу идей, которые в настоящее время материализованы.

6. Возьмем объекты: пчелиные соты и сеть (рыболовецкую или сумку-сетку). Постараемся перенести их применение на различные области техники.

7. Книга Я.И.Перельмана “Занимательная физика” выдержала более двадцати изданий. Загляните в нее и постарайтесь найти применение описанным там эффектам в современной технике.

3.7. МЕТОД КОНТРОЛЬНЫХ ВОПРОСОВ

Вопросы, приведенные в разделе “Метод проб и ошибок”, были связаны конкретно с изобретением (его технической и экономической сторонами). Метод контрольных вопросов идет дальше и включает в себя еще рекомендации, как выйти на изобретение. В двадцатых годах нашего столетия стали появляться первые вопросники. Вопросы-рекомендации синтезировали в себе попытки людей выйти на прогрессивное решение.

В СНГ популярен вопросник рижанина Г.Я.Буша. Над созданием контрольных вопросов работал и автор “мозгового штурма” А.Осборн. Ниже приведем двадцать один вопрос Т.Эйлоарта. Специалисты считают их наиболее универсальными и удачными.

1. Перечислить все качества и определения предполагаемого изобретения. Изменить их.

2. Точно сформулировать задачи. Попробовать новые формулировки. Определить второстепенные задачи и аналогичные задачи. Выделить главные.

3. Перечислить недостатки имеющихся решений, их основные принципы, новые предложения.

4. Набросать фантастические, биологические, экономические, молекулярные и другие аналогии.

5. Построить математическую, гидравлическую, электронную, механическую и другие модели (они точнее выражают идею, чем аналогии).

6. Попробовать различные виды материалов и энергии: газ, жидкость, твердое тело, пену, пасту и др.; тепло, магнитную энергию, свет, силу удара и т.п.; различные длины волн, поверхностные свойства и пр.; переходные состояния - замерзание, конденсацию, переход через точку Кюри и т.п.; эффекты Джоуля-Томсона, Фарадея и др.

7. Установить варианты, зависимости, возможные связи, логические совпадения.

8. Узнать мнения некоторых совершенно неосведомленных в данном деле людей.

9. Устроить групповое обсуждение, выслушивая все и воспринимая каждую идею без критики.

10. Попробовать “национальные” решения: хитрое шотландское, всеобъемлющее немецкое, практично-шикарное американское, сложное китайское и др.

11. Спать с проблемой, идти на работу, гулять, принимать душ, ехать, пить, есть, играть в теннис - все с ней.

12. Бродить среди стимулирующей обстановки (свалка лома, технические музеи, магазины дешевых вещей), просматривать журналы.

13. Набросать таблицы цен, величин, перемещений, типов материалов и иных решений проблемы или ее частей, искать проблемы в решениях или новые комбинации.

14. Определить идеальное решение, разрабатывать возможное.

15. Видоизменить решение проблемы с точки зрения времени (скорее или медленнее) и изменения физических, химических, механических свойств и геометрических параметров.

16. В воображении “залезть” внутрь механизма.

17. Определить альтернативные проблемы и системы, которые изымают определенное звено из цепи, создавая нечто совершенно иное, уводя в сторону от нужного решения.

18. Чья это проблема? Почему его?

19. Кто придумал это первый? История вопроса. Какие ложные толкования этой проблемы имели место?

20. Кто еще решал эту проблему? Чего он добился?

21. Определить общепринятые граничные условия и причины их устранения. Обычно на производстве существуют сборники технических вопросов, требующих разрешения (“темники”). К работе над ними должны привлекаться люди разных специальностей. Данный перечень вопросов можно использовать при решении этих задач.

Задания для самостоятельного решения

В “темнике” одного из машиностроительных предприятий предлагались следующие технические задачи:

1. Предложить рациональные системы установок для освещения промышленных и бытовых помещений, заводской территории.

2. Чистка светильников производится вручную с их снятием. Предложите эффективные способы чистки, которые будут ускорять процесс.

3. Переносимые лестницы-стремянки испытывают с помощью тельфера - подвесного грузоподъемного устройства с электрическим приводом. Предложить малогабаритное универсальное устройство ( в виде стенда, площадью не более 6 квадратных метров) для испытания лестниц на механическую прочность.

4. Найти применение вторичных энергоресурсов (тепла отходящих газов, вытяжных установок и т.п.).

5. Предложите устройство с автоматическим режимом работы для замены и защиты трубопроводов от блуждающих токов.

6. Электродвигатели для станков снимаются и устанавливаются в стесненных условиях. Предложите переносное приспособление, отвечающее безопасным условиям эксплуатации, для установки и транспортировки этих электродвигателей там, где нельзя применить кран.

7. Загрузка и выгрузка опок (форм для заливки металла) производится вручную двумя рабочими. Предложите устройство для механизации загрузки (выгрузки) опок в печи. Движение опок должно быть плавное без ударов.

8. Шлифовальные круги плохо обрабатывают изделия сложной формы с впадинами и выпуклостями, например, ложки. Заменить шлифовальные круги другим видом обработки невыгодно. Известны ледяные шлифовальные круги, они могут притираться к фигурным изделиям. В данном случае применение таких кругов слишком дорого и сложно. Не годятся и эластичные надувные круги с абразивной поверхностью – они быстро изнашиваются. Как быть?

4. ЗНАКОМСТВО С ТЕОРИЕЙ РЕШЕНИЯ ИЗОБРЕТАТЕЛЬСКИХ ЗАДАЧ (ТРИЗ)

Сегодня изобретатели в большинстве случаев отдают предпочтение ТРИЗ, в основе которой лежит диалектическое развитие технических систем, а соответственно, и свои правила. Определимся, что будем понимать под технической системой. Техническая система - это искусственно созданное материальное единство целесообразно организованных в пространстве и во времени и находящихся во взаимной связи искусственных или природных элементов, имеющих целью своего функционирования удовлетворять общественные потребности.

Многие ученые-философы с древних времен пытались понять закономерности развития технических систем и творческих способностей человека. Если выражаться философским языком, то техническая система и ее элементы являются носителями определенной формы движения материи, которая поставлена на службу человека в его материальной деятельности.

Техническая система с момента рождения проходит несколько стадий развития: возникновение - обострение технических противоречий на пути совершенствования - преодоление противоречий - выход на новый уровень. В каждом отдельном случае системы будут стремиться к идеальным моделям.

Характерной чертой ТРИЗ является системный подход. Объекты рассматриваются во всей многогранности. Наряду с системой учитываются входящие в нее подсистемы и надсистемы, в которые она входит.

При освоении ТРИЗ пригодятся навыки, приобретенные при решении технических задач ранее освоенными изобретательскими методами. Решение задач в ТРИЗ предусматривает разнообразный “инструментарий”: вепольный анализ, изобретательские приемы, стандарты, алгоритм решения изобретательских задач, указатели физических, химических, геометрических эффектов. В решениях могут применяться также сочетания “инструментов”. Отдельно рассмотрим моделирование ММЧ (“маленькими человечками”) и операторы РВС, которые помогут управлять воображением. Начнем с широко распространенных технических систем и постараемся выявить технические противоречия (ТП), которые возникали при их усовершенствовании.

4.1. ПРОТИВОРЕЧИЯ В ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ

Техническое противоречие (ТП) системы порой является подсказкой, помогающей избавиться от случайного поиска. ТП возникает, когда к объекту предъявляют противоположные, взаимоисключающие требования. Например, авторучка должна быть большой, чтобы долго писать, и должна быть маленькой, чтобы не занимать много места при хранении. Удочка должна быть длинной, чтобы было удобно ловить рыбу, и одновременно должна быть короткой, чтобы ее удобно было перевозить.

Эволюционный путь развития техники рассмотрим на примере технической системы “часы”. Выделим все противоречия, через разрешение которых развивалась система.

Создание новых видов часов было обусловлено стремлением человечества к более точному измерению времени. Первыми были солнечные часы. Их конструкция состояла из вертикального столба и циферблата. Такие часы давали возможность узнавать время только в ясную солнечную погоду. Точность часов можно было повысить за счет увеличения высоты столба, но тогда система становилась более громоздкой. На смену солнечным часам пришли водяные часы. Они уже не зависели от солнца, но испарение воды отрицательно сказывалось на точности.

Песочные часы стали определенным шагом в развитии отсчета времени. Они имели преимущества перед двумя предыдущими (работали в любую погоду, испарение им не грозило). Но песок истачивал перегородку между секциями и точность уменьшалась.

Огневые часы, основанные на равномерном сгорании свечи, сохраняли преимущества своих предшественников, но зависели от ветра.

Маятниковые часы, запатентованные Х.Гюйгенсом в 1657 году стали новым типом системы, но не дали безупречной точности.

Минимальная погрешность современных механических часов составляет 0,01 секунды за сутки. Каждый раз, чтобы устранять те или иные противоречия, система должна переходить на новую ступень развития. Человечество опять ищет новый принцип работы системы “часы”. Результат не заставляет себя долго ждать. Появляются атомные и лазерные часы, точность которых во много раз выше простых механических часов.

Запомним, что диалектический путь развития лежит в основе всех технических систем. Системы развиваются через разрешение технических противоречий.

Задания для самостоятельного решения

1. Заглянем в историю развития некоторых технических систем и самостоятельно сформулируем обострившиеся в ходе их развития технические противоречия:

а/ акустические и электроакустические устройства для звуковоспроизведения: фонограф - граммофон - патефон - электропроигрыватель - магнитофон - цифровые устройства для записи и воспроизведения звука;

б/ стрелковое оружие: лук со стрелой - арбалет - ружье - винтовка - стрелковый автомат;

в/ средства связи: почта - телеграф - телефон - факсимильная связь - электронная почта.

2. Надежность работы бытовых холодильников при исправных хладоагрегате и термореле во многом зависит от герметичности холодильной камеры. Если, например, неплотно закрывается дверца, то увеличиваются интервалы времени работы двигателя, увеличивается энергопотребление, агрегат быстрее “стареет”. При неплотно закрытой двери быстрее растет снеговая шуба на испарителе морозильной камеры из-за проникновения влажного воздуха из помещения в камеру холодильника и конденсации влаги. Нарушение термоизоляции может в конце концов привести к повышению температуры в холодильной камере выше необходимой и к порче продуктов. Как определить, плотно ли закрыта дверь? Решение следует искать через выявление технических противоречий.

3. Опишите основные этапы развития системы:

а/ наземный транспорт;

б/ воздушный транспорт.

4.2. ИДЕАЛЬНЫЙ КОНЕЧНЫЙ РЕЗУЛЬТАТ (ИКР)

Любая система стремится к совершенству (и необязательно техническая). Путеводной звездой в этих сложных исканиях будет ИКР.

Что подразумевать под ИКР? Вспомним рассказ барона Мюнхаузена о том, как он тонул. Мюнхаузен повествует нам о самоспасении, заключающемся в вытаскивании себя за волосы. Идеальный результат? Да. Человек спасся без посторонней помощи.

ИКР - это когда требуемый результат достигается сам собой, без перестройки системы, без затрат материалов, энергии, средств. Действия нет, а функция выполняется. ИКР - это свет в конце тоннеля, на который ориентируешься, идя в темноте. Реальное решение должно быть максимально приближено к ИКР. Поэтому прежде всего следует сформулировать цель - ИКР, а потом определяться с путями ее достижения.

Все чаще стали применять в строительстве вместо натуральных материалов их замену. Появился искусственный туф, нашел применение искусственный мрамор (цементный раствор с осколками мраморной породы). После того, как цемент с мраморной крошкой затвердеет, требуется шлифовка и полирование полученного мрамора. Как выполнить эти функции, не шлифуя, не полируя?

Сформулируем ИКР: мрамор должен иметь полированную поверхность, но самого процесса полирования быть не должно.

Одно из изобретений предусматривает, чтобы мрамор формировали на листе гладкого стекла. После высыхания мраморной плиты стекло отнимают, и на плите остается отпечаток в виде гладкой поверхности (1).

Какая ткань будет идеальной? Та, которую не надо гладить и стирать. Со вторым сложнее, а глажение не предусмотрено для махровой ткани и сжатого шелка.

Если на колготках появилась дырка... Сформулируем для данного случая ИКР: без иголки и ниток, а дырка должна быть зашита. Нам нужна волшебная палочка, чтобы это свершилось. Такой палочкой может стать аэрозольный баллончик, который разбрызгает синтетический состав специальной сеточкой. Повреждение ликвидируется прямо на ноге. С внедрением интегральных микросхем, потребляющих мало энергии, вовсю стали предлагаться различные системы, не требующие источников питания. Популярными стали часы и микрокалькуляторы, работающие от тепла руки или солнечных батарей. В южных широтах все больше используют устройства для обогрева помещений, аккумулирующие солнечную энергию.

Рассмотрим некоторые вопросы.

1. Что идеальнее: контактные линзы или очки? Конечно, линзы. В них больше охват видимого. А что может быть идеальнее линз? ИКР в данном случае будет звучать так: человек, страдающий отклонением зрения, будет хорошо видеть, но без очков. Ответ напрашивается сам собой. Это хирургические операции глаз, проводимые в клинике С.Н.Федорова.

2. Какое мороженое идеальнее: эскимо на палочке или пломбир в вафельном стаканчике? Следует отдать предпочтение тому, после которого не остается отходов.

3. Какая ручка идеальнее: перьевая или шариковая? Можно ли однозначно ответить на этот вопрос? Шариковая ручка имеет свои преимущества - это сменный модуль с пастой. А перьевая ручка требует постоянной заправки чернилами. Большая часть пользователей отдает предпочтение шариковой ручке, но есть любители хорошей перьевой ручки. И у тех и других найдется достаточно аргументов в защиту своего выбора.

Задания для самостоятельного решения

1. При автоматической сварке очень важно точно навести электрод на линию стыка. Для этого обычно используется механический копир-ролик, катящийся впереди сварочной горелки. Проблема заключается в том, что ролик катится впереди электрода и копирует не тот участок, где будет проходить сварка. Как быть?

2. Однажды объявили конкурс на создание холодильного костюма для горноспасателей, занимающихся эвакуацией людей во время подземных пожаров. Из-за ядовитых газов приходится пользоваться кислородными аппаратами, работающими по замкнутому циклу: имеется запас сжатого кислорода, который используется многократно путем очистки в специальном патроне. Спасателю не положено нести больше 28 кг груза. Кислородный аппарат и необходимый инструмент весят 19 кг, откуда следует, что на долю холодильного костюма остается только 9 кг, а этого крайне мало для охлаждения человеческого тела, занятого интенсивным физическим трудом при температуре воздуха 1000 С, даже если использовать такое мощное холодильное вещество, как лед. Что придумать?

3. При нанесении с помощью трафарета маркировочных знаков методом металлизации на горячих изделиях металл налипает на трафарет. Это приводит к тому, что при повторном использовании трафарета не обеспечивается четкость отпечатков. Приходится систематически его чистить. Предложите способ самоочистки трафарета.

4. Затонувшие суда можно поднимать с помощью понтонов. Понтоны крепят к затонувшему судну, продувают и дают положительную плавучесть. Для продувания требуются мощные компрессорные установки. С увеличением глубины должна увеличиваться и мощность установки. Подводные работы обходились бы дешевле, если бы газ сам появлялся в понтонах. Предложите свой вариант.

5. Из ничего построить дом сложно. Но можно строить не из специальных стройматериалов, а из бездействующих запасов, которые традиционно находятся вне поля зрения изобретателя. Предложите свой вариант постройки из “дарового” материала.

4.3 ВЕПОЛЬНЫЙ АНАЛИЗ

Чтобы лучше представить себе условие задачи и желаемый результат, следует составить схему поиска или модель задачи. В ТРИЗ используются структурные модели, получившие название веполь. Исследование и преобразование веполей получило название вепольный анализ.

Веполь - слово, образованное двумя словами: вещество и поле. Термин “вещество” понимают в широком смысле. “Веществами” могут быть и мост, и вода, и дверь, и пр.

Почему веполь? Чтобы построить техническую систему, нужны два взаимодействующих вещества и энергия для их взаимодействия. Если изобразить модель такой технической системы, то получится:

В1 - первое вещество, П

В2 - второе вещество,

П - действующее поле. В1 В2

Раскроем применение веполя на примере. В 1903г. немецкая полярная экспедиция, находившаяся на судне “Гаусс”, оказалась в бедственном положении. Корпус судна вмерз в лед в двух километрах от воды. Несмотря на небольшое расстояние, пробить дорогу к воде не удалось даже с помощью взрывчатки. Члены экипажа все-таки нашли выход. Они воспользовались золой и углем. Как они этим воспользовались, можно представить в виде треугольника.

П тепловое поле

В1 В2

лед зола, уголь

П - солнечное излучение, нагревшее рассыпанную на льду золу, а через нее лед.

Сложную техническую систему можно представить несколькими веполями. Составленные модели позволяют концентрировать свое внимание на главном. Если внимательно приглядеться к изобретениям патентного фонда, то можно выявить некоторую закономерность преобразования вепольных моделей.

Остановимся на трех основных преобразованиях.

1. Достроить веполь.

Если в технической системе отсутствует полезное действие, то в ее модели будет недоставать одного или двух элементов веполя. Для получения решения достраивается веполь, т.е. вводятся новые элементы. Такую модель называют неполный веполь.

Неполный веполь Полный веполь

В1 П

В1,В2

В1,П В2 В1

2. Устранить вредное (ненужное) взаимодействие между элементами веполя.

В системе имеется полный веполь, но взаимодействие между его элементами нежелательно. Такой веполь нужно разрушить. Способы разрушения вредного веполя:

а/ ввести в систему третье вещество, являющееся производной одного или двух имеющихся;

П П

В1 В2 В1 В2

В3

б/ ввести второе поле, противодействующее первому - вредному.

П1

В1 В2

П2

3. Повысить эффективность исходной системы.

В наличии имеется необходимое действие, но его нужно усилить. Это можно достичь переходом к более эффективным полям. В ТРИЗ понятие “поле” подразумевает более широкое значение, чем в физике. Изобретатели практически не применяют физические поля сильных и слабых ядерных взаимодействий, зато широко применяют “технические” поля: механическое, акустическое, тепловое, химическое.

Для получения решения технической задачи следует подобрать нужные вещества и поля. Полей значительно меньше, чем веществ, поэтому перебор следует начинать с поля. Познакомимся с наиболее употребляемыми в технике полями по таблице 3.

Таблица 3.

№ пп

Название поля

Условное обозначение

Проявление

1

Механическое

Мех

Механические усилия, перемещения; гравитационные и центробежные силы; вибрации, удары; аэро- и гидродинамические эффекты

2

Акустическое

А

Звуковые колебания, ультра-, инфразвук, стоячие волны, резонансные колебания и др.

3

Тепловое

Т

Нагрев или охлаждение

4

Химическое

Х

Использование химических реакций

5

Электрическое (в т.ч. электростатическое)

Э

Действие постоянного или переменного токов

6

Магнитное

Маг

Действие постоянных магнитов и электрических токов

В ряде случаев применяют комбинации полей. Приведенная в таблице последовательность не случайна, она отражает закономерность развития технических систем в направлении перехода от простых полей к наиболее эффективным - электромагнитным полям.

Вепольный анализ используют также в системе стандартов при решении изобретательских задач. Применим на практике знания о вепольном анализе.

Следует повысить прочность древесностружечных плит (ДСП). Достичь этого можно правильной ориентацией стружек в пространстве. Как это получить? Попробуем воздействовать на стружки каким-нибудь полем. Начнем перебирать поля, приведенные в таблице 3. Взвешиваем все “за” и “против” каждого поля. Останавливаемся на магнитном. Если поле магнитное, то, как правило, применяют ферромагнетик. В патентном фонде множество изобретений, сделанных с использованием ферромагнетика и магнитного поля. Ответ на данную задачу можно найти в одном из отечественных изобретений: ориентацию стружек при изготовлении ДСП проводят в магнитном поле. В карбамидную смолу, применяемую для склеивания плит, добавляется ферромагнитный порошок, который и помогает ориентировать древесную стружку в нужном направлении. Прочность плит увеличивается в 3 раза.

Задания для самостоятельного решения

1. Завод, выпускающий сельскохозяйственные машины, имел небольшой испытательный полигон. Для проверки новых моделей машин потребовались различные виды почв. Увеличить размеры полигона не позволяют соседние строения. Возить машины на испытания в районы с разными почвами - очень дорого. Как быть?

2. Нефтеналивные танкеры являются самыми злостными загрязнителями морей. Предложите способ определения танкера, у которого произошла утечка нефти.

3. Как защитить подводные крылья от кавитации, которая оказывает вредное влияние на работу гребных винтов кораблей, гидротурбин, жидкостных насосов?

4. Как обезопасить спортсмена, прыгающего с вышки, от сильного удара о воду при неудачном прыжке?

5. Уголь для электростанций привозят в железнодорожных вагонах. Иногда уголь бывает влажным. Тогда угольная пыль налипает во время помола на стенки труб и другие части шаровых мельниц. Американские инженеры предложили фторопластовое покрытие труб, но уголь быстро сдирает фторопласт. Как быть?

6. Многие полости отливок очищают струей воды с песком, которая подается под большим давлением из гидромотора. При этом сильно изнашивается сопло гидромотора. Замена сопел и вставок в них по ряду причин нежелательна. Что делать?

4.4. МОДЕЛИРОВАНИЕ “ МАЛЕНЬКИМИ ЧЕЛОВЕЧКАМИ” (ММЧ)

Моделирование ММЧ является одним из способов преодоления психологической инерции. Научная терминология помогает специалистам лучше понимать друг друга, но при решении изобретательских задач она становится основательной помехой, вырастает своеобразный психологический барьер.

В синектике шел разговор об эмпатии, когда человек старался увидеть все изнутри, но эмпатия не дает возможности поглядеть со стороны. Поэтому более сильным приемом будет использование “маленьких человечков”. Их можно поместить, где угодно, и смотреть на них отовсюду. Более того, “человечкам” можно придавать любые свойства, притом одни из них могут выполнять работу А, другие - работу Б и т.п.

Рассмотрим простую задачу. При забивании в грунт бетонных свай головка сваи быстро разрушается. Поэтому стали применять объемные стальные наголовники, но полностью разрушения свай они не устранили. Как быть?

Выстроим цепочку рассуждений. Свая разрушается, т.к. удар приходится не на всю площадь головки сваи. Представим себе маленьких человечков, распределившихся по поверхности сваи так, чтобы они находились в каждой впадине, каждой возвышенности. Человечки будут передавать удар свае одновременно по всей площади. Скомандуем человечкам: “Рассыпаться!” А затем: “Собраться вместе!” Теперь подумаем, чем можно заменить “человечков”. Ну, конечно, ферропорошком. Слой ферропорошка, твердеющий в магнитном поле, принимает удар на себя. Сваи в этом случае не разрушаются. Слой порошка тоже разрушить невозможно, ведь после удара магнитное поле снова придает ему нужную форму.

Итак, метод моделирования “маленькими человечками” состоит в том, что конфликтующие требования схематически представляют в виде рисунков, на которых изображены в большом количестве маленькие человечки. Все изменяемые части систем будем изображать в виде “маленьких человечков”. Рекомендуется плохое действие изображать на одном рисунке, хорошее - на другом. Затем рисунки можно совместить. Если события развиваются во времени, целесообразно сделать несколько последовательных рисунков.

Метод ММЧ позволяет быстрее увидеть идеальное действие, т.е. результат без физической сути. ММЧ осуществляется с учетом законов развития технических систем. Поэтому моделирование “маленькими человечками” нередко приводит к техническому решению задачи.

Задания для самостоятельного решения

1. При электролизе в ванну с электролитом периодически загружают обработанные детали, выдерживают их там некоторое время и вынимают обратно. Сложность вызывает то, что электролит испаряется и разъедает металлические детали оборудования. Можно ванну закрыть крышкой, но ее каждый раз придется поднимать. И как при этом держать детали на весу, ведь крышка мешает? Как быть?

2. В одном изобретении предложено устройство для замыкания контактов через заданные промежутки времени, которое включает в себя стержень с расположенным на нем грузом. Груз падает и замыкает контакты. Трение о стержень и контакты снижают точность устройства. Попробовали сделать иначе. К внутренним стенкам сделанной из диэлектрика трубки попарно подводили контакты. Для замыкания контактов использовали свободное падение металлического груза (внутри трубки вакуум, а пары контактов расположены на определенном расстоянии друг от друга). Но возникла новая проблема. Во время свободного падения груза не должно происходить соприкосновение его со стенками трубки, а чтобы замкнуть контакты, груз должен с ними соприкасаться. Перейти на другие способы замыкания, например, использовать фотоэлементы, нельзя. Как быть?

3. При проектировании трубопровода для поочередной перекачки различных жидкостей нужно предусмотреть разделитель, способный проходить через насосы и гарантирующий, что жидкости не смешаются. Предложите свой вариант разделителя.

4.5. ОПЕРАТОРЫ Размеры - Время – Стоимость (Операторы РВС)

Кроме метода ММЧ, действие психологической инерции можно уменьшить оператором РВС. Суть оператора РВС состоит в мысленном проведении преобразований. При использовании РВС рекомендуется мысленно менять тот объект системы, который играет роль инструмента.

Оператор состоит из шести мысленных экспериментов, в которых последовательно меняют размеры объекта, время действия процесса, стоимость системы от заданных или представленных величин до 0, а затем до бесконечности.

1/ мысленно изменим размеры объекта от заданной величины до нуля (РÖ 0 );

2/ мысленно изменим размеры объекта от заданной величины до бесконечности (РÖ∞);

3/ мысленно изменим протекание процесса (или скорость движения объекта) от заданной величины до нуля (ВÖ0);

4/ мысленно изменим время протекания процесса от заданной величины до бесконечности (ВÖ∞ );

5/ мысленно изменим стоимость (допустимые затраты) объекта или процесса от заданной величины до нуля (СÖ0);

6/ мысленно изменим стоимость объекта или процесса от заданной величины до бесконечности (СÖ∞ ).

Применяя оператор РВС, удается изменить представление о задаче и освободиться от влияния прошлого опыта.

Рассмотрим задачу об установке на печатной плате радиоэлементов. На выводы конденсаторов и резисторов надевают прокладки, которые поддерживают элементы в нужном положении. Но установка прокладки трудоемка. Как быть?

Инструментом в данном случае является прокладка. Увеличим ее до размеров самой печатной платы. Понятно, одну прокладку установить легче. В прокладке надо сделать отверстия для 200 радиоэлементов, размещение которых по плате может меняться. Теперь уменьшим прокладку до размеров молекулы. Такая крошечная прокладка не удержит радиоэлемент. Если же взять много таких “молекулярных” прокладок, то элемент на них будет держаться вполне нормально. Вместо молекул берем их увеличенные подобия - мелкие шарики - и насыпаем их на плату. Сверху ставим радиодетали. Запаяли плату, сдули шарики и все.

Рассмотрим другой пример, где уместно применить оператор РВС. При изготовлении предварительно напряженного железобетона стальную арматуру растягивают нагреванием, но иногда нагрев недопустим. Как поступить в этом случае?

Увеличиваем стоимость процесса в 100 раз. Имеем много денег на покупку устройства для нетермического растягивания арматуры, например, электронного. Следующим шагом мысленно меняем стоимость, сведя ее к 0. Раз денег нет, то устройство для растягивания покупать не на что.

Для растягивания нужно иметь какое-нибудь силовое поле. Им может стать гравитационное. Если подвесить к арматуре что-нибудь тяжелое, то она растянется. Железобетонную конструкцию сделаем так, что форма сама растянет закрепленную в ней арматуру за счет собственного веса. Форму ставят почти вертикально. При ее опускании в горизонтальное положение арматура растягивается, после чего можно заливать раствор (3).

Задания для самостоятельного решения

1. Задачу № 3 из раздела 4.4 решить с помощью оператора РВС.

2. На фабрике, выпускающей фаянсовую посуду, встал вопрос об автоматизации контроля тарелок после обжига, который проводят дважды. После первого раза изделия сортируют в зависимости от того, как прошел обжиг. Сортировку ведут по звуку. Для этого по тарелке осторожно ударяют молоточком. Система устарела и ее надо менять. Придумали машину, где захват чашки осуществлялся механической рукой. Микрофон улавливал звук, электронное устройство анализировало его и подавало команду - куда класть тарелку. Эффективность этой машины оказалась меньше, чем у человека. Как быть?

3. Следователю надо было ответить на вопрос: “Производился выстрел из ружья неделю назад или нет?” Ружье вычищено, нагар отсутствует. Что вы можете предложить?

4.6. ПРИЕМЫ УСТРАНЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ ПРОТИВОРЕЧИЙ

Проанализировав изобретения патентного фонда, можно сделать вывод, что многие из них содержат что-то родственное. Область применения “ноу-хау” может быть различной, да и применяемые элементы не похожи друг на друга, а принцип их использования очень сходен. Анализ сорока тысяч изобретений дал 40 основных приемов разрешения технических противоречий. Чтобы выйти на нужное решение, можно воспользоваться этими приемами. Приемы-подсказки скорее сориентируют вас в правильном направлении поиска. Чтобы лучше их запомнить, рассмотрим каждый прием на примерах, реально существующих в жизни.

1. Прием дробления рекомендует выполнить объект разборным или увеличить степень дробления предмета. Способ контактной шовно-стыковой сварки с использованием дополнительного металла отличается тем, что с целью снижения трудоемкости процесса и повышения качества сварного соединения в зазор между свариваемыми листами вводят дополнительный металл в виде порошка (4).

Ковш экскаватора со сплошной полукруглой режущей кромкой отличающийся тем, что для обеспечения быстрой и удобной замены сплошной режущей кромки последняя выполняется из отдельных съемных секций (5).

2. Прием объединения:

а/ соединить однородные или предназначенные для смежных операций объекты. Все чаще в повседневной жизни стали применяться музыкальные центры, куда входят приемник, проигрыватель, магнитофон. Кухонный комбайн может выполнять функции различных бытовых устройств;

б/ можно объединить однородные или смежные операции во времени. С целью увеличения производительности труда широко используются шести-, восьмишпиндельные токарные полуавтоматы, ведущие одновременно обработку нескольких деталей на одном станке.

3. Прием выделения: отделить от объекта “мешающую” часть (свойство) или, наоборот, выделить единственно нужную часть (свойство).

С целью уменьшения массы газотеплоизоляционного костюма, увеличения маневренности горноспасателя и общей холодопроизводительности оборудования предложено последнее размещать в отдельном контейнере, соединенном с костюмом при помощи шланга. Такой контейнер не создает неудобств при работе, его можно поставить или повесить (6).

Для рентгенографии легких предложена специальная диафрагма, соответствующая форме легких, чтобы избежать облучения других органов (7).

4. Прием местного качества:

а/ перейти от однородной структуры объекта (или внешней среды, внешнего воздействия) к неоднородной; разные части объекта должны иметь (выполнять) различные функции.

Одна из французских фирм освоила выпуск двухслойных защитных перчаток: основа выполняется из каучука, второй слой подбирается в зависимости от характера выполняемых работ (для защиты от воздействия радиоактивных веществ, от химически агрессивных сред и пр.);

б/ каждая часть объекта должна находиться в условиях, наиболее соответствующих ее работе.

Чтобы в шторм уберечь хирурга и больного от качки, корабельная операционная устанавливается на понтоне, плавающем в герметичной камере с водой. Во время качки пол операционной и стол остаются почти неподвижными (8).

5. Прием универсальности: объект должен выполнять несколько разных функций, чтобы отпала необходимость в других объектах.

Монтажная вышка изготавливается так, что крупные элементы при разборке превращаются в дно и стенки контейнера, в который можно складывать более мелкие детали (9).

6. Прием “матрешки”: один объект размещается внутри другого, который, в свою очередь, находится внутри третьего.

Примером таких объектов могут служить звенья телескопической антенны.

Специалисты японской корпорации “Тойота” сконструировали легковой автомобиль, где вместо передних сидений предусмотрено установить две самоходные инвалидные коляски.

7. Прием антивеса: компенсировать вес объекта взаимодействием его со средой и другими объектами, обладающими подъемной силой.

В Великобритании создали круг для поворота железнодорожных вагонов с помощью воздушной подушки.

8. Прием предварительного действия:

а/ заранее выполнить требуемое действие (полностью или частично). Пластмассовые изделия, изготавливаемые методом литья под давлением, окрашивают путем нанесения слоя краски на формообразующие элементы разомкнутой пресс-формы (10);

б/ предварительно разместить объекты так, чтобы они могли вступать в действие без затрат времени на их доставку и с наиболее удобного места.

В Бельгии для моряков создали специальные костюмы из ткани, содержащей эластичные металлические нити, что позволяет спасателям службы обнаруживать людей в океане в любую погоду с помощью радаров.

9. Прием предварительного антидействия: заранее придать объекту свойства, компенсирующие возможные нежелательные рабочие состояния объекта.

При проектировании Останкинской телебашни учитывали среди прочих внешних факторов и ветровую нагрузку, которая создавала изгиб. При этом со стороны ветра возникают растягивающие напряжения, а с подветренной - сжимающие. Бетон же плохо выдерживает растягивающие и сжимающие напряжения. Поэтому во время строительства башня была сжата тросами, пропущенными через нее и уходящими к силовым механизмам подвала.

10. Прием “наоборот”:

а/ вместо действия, диктуемого условиями задачи, осуществить обратное действие.

Использование холодного клеймения животных. Металлическое клеймо, охлажденное до -700С, не будет приносить никакой боли животному. И на месте клеймения шерсть будет расти, но станет совершенно белой;

б/ перевернуть объект “вверх ногами”. Изобретатель М.И.Цифирев предложил способ бурения артезианских скважин направлением ракет в землю. Существует один из способов строительства домов, начиная с верхнего этажа;

в/ сделать движущуюся часть объекта или внешней среды неподвижной, а неподвижную - движущейся. Для занятий бегом в небольших помещениях используется “движущаяся дорожка”.

11. Прием “обратить вред в пользу”.

а/ использовать вредные факторы для получения положительного эффекта.

Изобретатель А.С.Проников предложил использовать “неизбежное зло” - нагрев станины - для борьбы с неточностями. Специальные датчики, замеряя температуру на корпусе металлорежущего станка и в некоторых других местах, посылают сигналы на ЭВМ, которая определяет, насколько велики несоосности, сдвиги, приводящие к погрешностям при изготовлении. После анализа включается система нагревающих и охлаждающих элементов, вносящих необходимые коррективы;

б/ устранить вредный фактор за счет сложения с другим вредным фактором.

Способ очистки сточных вод от нефтепродуктов осуществляется водой от производства винилхлорида.

12. Прием отброса или регенерации:

а/ выполнившая свое назначение или ставшая ненужной часть объекта должна быть отброшена (растворена, испарена и пр.) или видоизменена в ходе работы.

Для защиты откосов земляных сооружений предложено покрывать их водной смесью (торфа, семян многолетних трав, азотнокислого калия, лигносульфата и глицеринового гидрона), образующей пленку на время проращивания семян. Такой состав смеси обеспечивает скорейшие всходы трав, после чего рыхлую почву связывают корни растений, а пленка, став ненужной, разлагается (11).

Испарение (абляция) обшивки космических кораблей, проникающих из пустоты в глубокую атмосферу Земли, позволяет избавить космические аппараты от перегрева;

б/ расходуемые части объекта должны быть восстановлены непосредственно в ходе работы.

В СПКТБ литейного и кузнечного производства разработали хромоникелевую сталь с особыми свойствами. Изготовленный из нее инструмент не только обладает повышенной устойчивостью к абразивному износу, но и может самозатачиваться (12).

13. Прием смешивания: объединение материалов и веществ.

В одном из научно-исследовательских институтов Казахстана изобрели новый строительный материал из золы и глины - “золокерам”. Из него делают панели стен. Прочные строительные плиты получают из золы бурых углей и древесных опилок.

14. Прием проскока: преодоление вредных или опасных стадий процесса на большой скорости.

Существует устройство для разрезания тонкостенных пластмассовых труб большого диаметра. Нож устройства рассекает трубу так быстро, что она не успевает деформироваться.

15. Прием копирования.

а/ вместо недоступного, сложного или хрупкого объекта используют его упрощенные копии (зрительные или звуковые).

Для оценки воздушных потоков внутри производственных цехов используют модели будущих заводских помещений, которые продувают в аэродинамической трубе.

Значительные средства экономятся с применением тренажера для обучения будущих водителей.

В аэропортах стали применять “радиопугало”, отгоняющее аэродромных птиц с помощью разноголосья, записанного на пленку;

б/ заменить объект или систему их оптическими копиями, используя при этом изменение масштаба.

Для обмера бревен, перевозимых на железнодорожных платформах, используют специальную фотоустановку. Обмерять фотографические отпечатки можно в 50-60 раз быстрее, чем сами бревна;

в/ если нельзя использовать видимые оптические копии, перейти к инфракрасным или ультрафиолетовым.

Существует фотоинфраметрический способ обнаружения и изучения тепловых явлений в твердых, жидких и газообразных средах. С целью исследования характера распределения тепловых полей используют фотоснимки нагретого предмета или среды, сфотографированных на негативную пленку или пластинку, чувствительную к инфракрасным лучам.

16. Прием переноса:

а/ перенос элементов с одного технического объекта на другой. В 1846 г. американский изобретатель Э.Гау перенес челнок с ткацкого станка на швейную машину;

б/ изменение области применения. В 1829 г. Э.Херд получил британский патент на применение французского пищевого маргарина для изготовления свечей.

17. Прием изменения направления, формы и скорости движения:

а/изменить направление движения объекта или его элемента.

Пластинки для граммофона, изобретенные Э.Берлинером, проигрывались от центра к краю. Братья Пате из Франции предложили способ проигрывания пластинок в обратном направлении - от края к центру;

б/ перейти от возвратно-поступательного движения к вращательному, от вращательного к возвратно- поступательному.

Ф.Кениг и А.Бауэр в 1811г. создали плоскопечатную машину путем замены верхней плиты печатного станка, производящей возвратно-поступательное движение, круглым барабаном, который вращался, соприкасаясь с нижней плитой печатного станка, и прижимал бумагу.

Современные ксерокопировальные аппараты ротационного типа, где фоторецептором является вращающийся барабан, вытеснили электрофотографические аппараты плоскостного типа.

18. Прием изменения расположения объекта в пространстве:

а/ горизонтальное (вертикальное) расположение объекта заменить на вертикальное (горизонтальное).

При транспортировке леса по воде бревна формируют в пучки шириной и высотой в поперечном сечении, превышающем длину бревен. Пучки устанавливаются в вертикальном положении, чем достигается увеличение рабочей емкости акваторий;

б/ объекты, располагающиеся по линии, разместить на плоскости (в пространстве). Ученый П.Н.Яблочков разместил параллельно угольные электроды, которые ранее располагались на одной прямой, чем был достигнут существенный эффект - отпала необходимость в механизме для сближения электродов во время горения лампы;

в/ изменить плоскость действия объекта. Вместо записи звука на восковом валике фонографа Т.Эдисона другой изобретатель Э.Берлинер предложил записывать звук на пластинке.

19. Прием частичного или избыточного действия: если трудно получить сто процентов требуемого эффекта, надо получить чуть меньше или чуть больше - задача при этом существенно упростится.

Магнитопроводы для запоминающих устройств представляют собой пластины из немагнитного материала, имеющие пазы с ферромагнетиком. Заполнение этих пазов представляло довольно сложную операцию. С целью упрощения процесса было предложено ферромагнетик наносить на всю поверхность пластины, а затем ее прошлифовать, чтобы ферромагнетик остался лишь в пазах (13).

20. Прием изменения формы (прием сфероидальности):

перейти от прямолинейных частей к криволинейным, от плоских к сферическим, от прямоугольных к круглым, от симметричных к ассиметричным и т.п.

Изменением формы обычной поперечной пилы получили пилу циркулярную.

Чтобы площадь аэродрома была компактной, предложено посадочные площадки выполнять не прямолинейными, а в виде концентрических окружностей.

Если для упаковки лампочек применять не цилиндрические бумажные патроны, а конические, то это даст более эффективное использование прямоугольных контейнеров для хранения лампочек (14).

21. Прием динамичности:

а/ характеристики объекта (или внешней среды) должны меняться так, чтобы быть приемлемыми на каждом этапе работы.

В Швейцарии и Италии на дорогах устанавливают предупредительные знаки с термохромными пленками. При понижении температуры воздуха ниже -1,50 С пленка становится прозрачной и водители видят предупреждение о возможности гололеда;

б/ разделить объект на части, способные перемещаться относительно друг друга.

Французские ученые предложили устройство для контроля трубопроводов в виде секционного “червяка”. Секции соединены шарнирами, обеспечивающими проходимость даже в извилистом трубопроводе.

22. Прием изменения окраски:

а/ изменить окраску объекта или внешней среды. Чтобы айсберги были видны издалека и в темноте, предложено окрашивать их в красный цвет люминесцентной краской;

б/ изменить степень прозрачности объекта или внешней среды.

Если в сеялке кончились семена, можно оставить не засеянным участок поля. Американец Д.Стеффен предложил делать лоток для подвода семян с прозрачными окнами и следящей фототранзисторной системой.

23. Прием “заранее подложенной подушки”: компенсировать относительно невысокую надежность объекта заранее подготовленными аварийными средствами.

В Магаданском научно-исследовательском институте золота и редких металлов решили для удаления лишней влаги из грунта забивать в землю иглофильтры не летом, как обычно, а заранее, зимой, когда грунт твердый и прекрасно сверлится. Так удалось заменить традиционные металлические гидроиглы на полиэтиленовые и сэкономить значительные средства.

Во Франции с целью уменьшения удара при столкновении автомобилей с фонарными столбами последние изготавливают (для придания им гибкости) в виде спиральной пружины, сужающейся кверху. Роль “подложенной подушки” играет специальный пластик , которым заполняют столб.

24. Прием посредника:

а/ использовать промежуточный объект, переносящий или передающий действие.

В Германии выпускают печи-аккумуляторы, которые запасают тепло ночью, когда в сети избыток электроэнергии. Спирали, раскаляемые током, прогревают “посредник” - магнезитовые блоки, а утром электроника отключает их, запуская вентилятор, который гонит в помещение теплый воздух. Такая система обогрева очень удобна для учреждений, где по ночам никого нет, и в сравнении с обычными электрокаминами позволяет уменьшить расход энергии в 2-3 раза;

б/ на время присоединить к объекту другой (легкоудаляемый объект). Для изготовления однослойного алмазного круга применяют ткань, на которую наносят алмазный порошок, и затем помещают на основу круга. Все это опускают в ацетоновую ванну, где ткань растворяется и алмазный порошок оказывается нанесенным на круг (15).

25. Прием замены материала. Нередко бывает целесообразным дорогие долговечные материалы заменять недолговечными, но дешевыми. В элементах питания для электронных часов и микрокалькуляторов вместо серебра стали применять кремний. Вместо стеклянных емкостей для молока и других жидкостей стали применять бумажные. При электрографическом способе копирования все чаще покрытие фоторецептора из редких металлов (селена и теллура) заменяют на более дешевое из органических соединений.

26. Прием замены механической системы:

а/ замена механической системы электрической, пневматической, гидравлической, оптической, акустической и т.д. Устройство для сбивания кедровых шишек основано на газовой струе вместо использования для этих целей механических встряхивателей. Деревья в данном случае не повреждаются (16);

б/ использование электрических, магнитных и электромагнитных полей для взаимодействия с объектом.

Была создана специальная суспензия, состоящая из обычного трансформаторного масла и частиц кремнозема. Под действием электрического поля суспензия мгновенно твердеет. Если на поверхность стола, смазанного такой суспензией, положить деталь, то получится своеобразное зажимное устройство. При прекращении действия электрического тока деталь легко снимается с поверхности (17).

27. Прием изменения физико-химических параметров объекта:

а/ изменить агрегатное состояние объекта. При строительстве метрополитенов встречаются плывуны (смесь воды и песка). Чтобы обезопасить дальнейшую прокладку, плывуны замораживают;

б/ изменить концентрацию или консистенцию, степень гибкости, температуру.

Изменяя процентное содержание кобальта, карбидов вольфрама, титана и тантала в твердых сплавах, можно получать сплавы с различными физико-техническими характеристиками.

28. Прием применения теплового расширения:

а/ использовать тепловое расширение (или сжатие) материалов. Наглядный пример: вал и подшипник. Для обеспечения прессовой посадки внутреннее кольцо подшипника перед сборкой нагревают;

б/ использование нескольких материалов с разными коэффициентами теплового расширения.

При нанесении с помощью трафарета маркировочных знаков методом металлизации предложено выполнять трафарет из биметаллического материала с различными коэффициентами линейного расширения (18). При этом трафарет нагревается и изгибается, а после снятия с изделия - остывает и выпрямляется. От этой двойной деформации налипший на его поверхность маркирующий металл, например, алюминий, имеющий другой коэффициент линейного расширения, скалывается и осыпается.

29. Прием использования пневмо- и гидроконструкций: вместо твердых частей объекта использовать газообразные и жидкие - надувные и гидронаполняемые, воздушную подушку, гидростатические и гидрореактивные.

Предложено делать искусственные зубы с жидкостным амортизатором. В основании протеза есть камера с жидкостью, которая обеспечивает при жевании равномерное распределение давления на челюсть (19).

При строительстве зданий на посадочных грунтах предложено использовать гидроцилиндры. Корпуса гидроцилиндров встраиваются в опорные фундаментные блоки, а надземная часть здания шарнирно опирается на штоки гидроцилиндров. При неравномерной осадке автоматическая система управления гидроцилиндрами обеспечивает горизонтальное положение дома (20).

В Норвегии разработан домкрат, представляющий собой баллон из прочной воздухонепроницаемой ткани, который соединяется с выхлопной трубой глушителя. Наполняясь газом, такой домкрат поднимает автомобиль на необходимую высоту.

Во Франции созданы надувные водные лыжи, состоящие из двух продолговатых баллонов, соединенных между собой жесткой ступенькой. К концам палок прикреплены маленькие цилиндрические надувные баллоны.

30. Прием применения инертной среды: замена обычной среды инертной или проведение процесса в вакууме.

В вакууме можно разрезать графитовой нитью, как ножовкой, кристалл корунда, нагретый до температуры 13000 С-20000С (21).

Более прочным получается бетон, затвердевание которого происходит в вакууме.

31. Прием использования механических колебаний:

а/ привести объект в колебательное движение; если такое движение уже совершалось, увеличить его частоту (вплоть до ультразвуковой).

Устройство контроля за диаметром микропровода основано на том, что провод приводится в колебательное движение и по частоте его колебаний оценивается толщина;

б/ использовать резонансную частоту или ультразвуковые колебания в сочетании с электромагнитными полями.

Способ работы шлаковой шахты путем сжигания в ее полости топлива, отличающийся тем, что с целью улучшения вытекания шлака сжигание топлива осуществляют в пульсирующем режиме с частотой колебаний, равной собственной частоте колебаний шахты (22).

32. Прием периодического действия:

а/ перейти от непрерывного действия к периодическому; если действие уже осуществляется периодически, изменить периодичность.

Для сортировки яблок на консервных заводах используются роликовые конвейеры. Чтобы сортировщики не утомлялись от непрерывного вращения яблок, постоянное вращение заменили периодическим. Попадая в поле зрения человека, каждое яблоко лежит неподвижно на конвейере. Проходя определенный участок, яблоки поворачиваются на пол-оборота, затем на другом участке поворачиваются еще на пол-оборота. Трех положений яблок достаточно, чтобы судить об их сортировке;

б/ использовать паузы между импульсами для другого действия.

С целью повышения производительности труда в способе электрохимической обработки деталей импульсным рабочим током с индукционным нагреванием их в процессе обработки индукционный нагрев производят в паузах между импульсами рабочего тока (23).

33. Прием обратной связи: ввести обратную связь; если обратная связь есть, изменить ее.

Американские инженеры предложили наносить на оконное стекло специальную пленку, состоящую из тончайшего слоя серебра и двух слоев окислов. Серебряный слой хорошо пропускает видимые лучи внутрь помещения, а вот инфракрасные, тепловые лучи из помещения он не выпускает.

34. Прием самообслуживания:

а/ объект должен сам себя обслуживать, выполняя вспомогательные и ремонтные операции.

Саморемонтирующийся бетон создан в США. В новом материале по всему объему распределены пористые полые волокна, содержащие внутри клейкую жидкость. При появлении в бетоне трещин они разрывают волокна, жидкость начинает заполнять появившиеся полости, цементируя их. Саморемонтирующийся бетон также обладает антикоррозионными свойствами, поскольку выделяющаяся жидкость служит своеобразным ингибитором ржавчины, которая в обычных условиях очень быстро поражает прутья стальной арматуры в обычном железобетоне;

б/ использовать отходы (энергии, вещества).

Предложено выхлопные газы от сельскохозяйственных машин выводить в обрабатываемый слой почвы. Для этого к выхлопной трубе крепят термостойкий шланг, конец которого соединяют с приспособлением, обеспечивающим подачу газа ко всем рабочим органам почвообрабатывающего орудия. Газы очищаются и утилизируются. В результате значительно повышается плодородие почвы без внесения удобрений (24,25).

35. Прием использования гибких оболочек и тонких пленок:

а/ вместо обычных конструкций использовать гибкие оболочки и тонкие пленки.

В США все шире используют оболочковые конструкции как надувные сооружения (для покрытий оранжерей, спортивных бассейнов, теннисных кортов, загородных домов). Эти герметические оболочки из гибких материалов приобретают жесткость в надутом состоянии и образуют баллонообразные конструкции. Надувают их через шланги, а отапливаются они нагнетательными вентиляторами. Материалы из стеклоткани покрывают тефлоном, который позволяет применять их в строительстве прочных и недорогих жилищ. Для сохранения формы на оболочку напыляют пенистый полиуретан;

б/ изолировать объект от внешней среды с помощью гибких оболочек и тонких пленок.

Венгерские специалисты для борьбы с разливами рек предлагают строить временные дамбы не из земли, как обычно, а из больших резиновых оболочек, залитых водой, которым можно придать форму блоков, плит.

36. Прием использования пористых материалов:

а/ выполнить объект пористым или использовать дополнительные пористые элементы (вставки, покрышки и т.д.).

Для маркировки слитков алюминия на дно изложницы кладут стальной цилиндр. Чтобы цилиндр не “отлепился” от слитка во время вынимания, предложено вкладыш к поддону делать из пористого материала (26);

б/ если объект выполнен пористым, предварительно заполнить поры каким-нибудь веществом.

В теплоаккумуляторах для жилых помещений в Канаде предложено пористые материалы пропитывать серно-кислым натрием или эфирами стеариновой кислоты, т.к. температура

плавления этих веществ близка к комнатной (25-30 С). Пористые материалы не позволяют этим веществам вытекать.

37. Прием однородности: объекты, взаимодействующие с данным объектом, должны быть сделаны из того же материала (или близкого ему по свойствам).

Чтобы при перевозке в цистернах не гибло много рыбы, туда помещают одну хищную, которая непрерывно “гоняет” других. В результате активного движения потери уменьшаются в несколько раз.

38. Прием применения фазовых переходов: использовать явления, возникающие при фазовых переходах, например, изменение объема, выделение или поглощение тепла и т.д..

Чтобы в замкнутой камере создать очень высокое давление, достаточно положить туда белое олово и нагреть его (используя фазовый переход второго рода). Известно, что при достижении определенной температуры белое олово превращается в серое с увеличением объема на 26,7 процента.

39. Прием применения сильных окислителей.

а/ заменить обычный воздух обогащенным. Для интенсификации горения при обжиге и спекании дисперсного материала предложено применять воздух, обогащенный кислородом (27);

б/ заменить обогащенный воздух кислородом.

Плазменно-дуговую резку нержавеющей стали ведут (для повышения качества и производительности) в чистом кислороде (28);

в/ воздействовать на воздух и кислород ионизирующим излучением; использовать ионизированный кислород; заменить озонированный кислород озоном.

При обработке воздуха в овощехранилищах выгодно использовать изотопы для озонирования малыми дозами больших объемов воздуха, т.к. не требуется обеспыливание и сушка воздуха, как в электроозонаторах. Озон в последнее время находит применение при очистке сточных вод от нефтепродуктов (29) , при озонировании питьевой воды (30), консервировании овощей (31,32), стерилизовании жидкости (33).

40. Прием применения композиционных материалов: перейти от однородных материалов к композиционным.

Там, где нужна высокая прочность, легкость конструкции, жаростойкость, привычные материалы заменяют композитами. В частности, все большее применение находят стеклопластик, композиты для режущего инструмента.

Задания для самостоятельного решения

1. Подобрать свои примеры, где использовались бы данные приемы. Обратить внимание на возможности использования данных приемов для совершенствования окружающих нас предметов и явлений.

Например, что можно сделать, чтобы дольше держался лак для ногтей? Перебираем возможности использования изобретательских приемов. Останавливаемся на приеме “подложенной подушки”. Перед покрытием ногтей лаком наносим на них тонкий слой медицинского клея БФ-6.

2. По результатам первого задания составить картотеку.

3. Выбрать несколько объектов или различных технологий, которые надо усовершенствовать. При решении поставленных задач постараться применить изобретательские приемы.

5. ИНТЕРЕСУЮЩИМСЯ ДЕТЕКТИВНЫМИ ИСТОРИЯМИ (Задачи для разминки)

Вспомним дедуктивный метод Шерлока Холмса. Раскрытие им преступлений шло уже не просто как метод проб и ошибок, а последовательным выстраиванием шагов: от общего к частному, отбрасыванием лишних фактов, выявлением последствий случившегося. И везде присутствовала логика. Учтем все это при решении следующих задач - детективных историй.

История 1. Обратимся к рассказу Конан Дойля “Тайна моста Тор”. На мосту, огражденном с двух сторон каменным парапетом, обнаружен труп женщины, убитой выстрелом в висок. На месте происшествия никакого оружия не оказалось. Шерлок Холмс со свойственной ему проницательностью раскрыл загадку самоубийства. Не заглядывая в книгу за ответом, постарайтесь найти решение сами.

История 2. Некий мистер Уолес найден мертвым за письменным столом в своем кабинете с пулевым ранением в голову. Прибывший на место происшествия детектив среди прочих предметов обратил внимание на магнитофон. Включив магнитофон, он услышал голос: “Говорит Уолес. Только что мне позвонил Джонс. Сказал, что едет сюда, чтобы пристрелить меня. Бежать бессмысленно. Поздно. Если он всерьез решил осуществить свою угрозу, то через 10 минут я буду мертв. Эта запись поможет полиции найти убийцу. Я слышу его шаги на лестнице. Дверь открывается...”. На этом запись прервалась. Детектив выключил магнитофон. Помощник спросил детектива: “Может, арестовать Джонса?” На что последовал ответ: “Нет”. Кто убийца?

История 3. Одна компания продавала другой подсолнечное масло, которое перевозили в цистернах с пломбами. Каждый раз обнаруживалась недостача в 5-7 литров. Детектив, расследовавший это дело, не обнаружил на всем пути следования остановки машины и чего-нибудь подозрительного. Как происходила утечка масла?

История 4. Гуляя по предместью Лондона, Шерлок Холмс заблудился. Уже начало темнеть. И тогда Холмс обратил внимание на водопроводную трубу, вдоль которой шел вначале, но беда в том, что направление движения воды скрыто под металлом. Закурив свою трубку, Холмс погрузился в раздумья. Минут через десять он уже точно знал, куда течет вода. Как он смог определить направление течения воды?

История 5. На столе, за которым сидел гениальный сыщик, лежали изящные серебряные ложечки. Из шести ложек одна была искусной подделкой, что являлось уликой против обвиняемого. Доктор Ватсон позволил себе поразмышлять вслух: ”Пройдет много времени, пока определят подделку”. “Пустяки, определить несложно”, - сказал Холмс. Каким способом это можно сделать?

История 6. Костер горел хорошо. А Шерлоку Холмсу и доктору Ватсону нужно было уходить. Шерлок Холмс обошел костер. “Надо его потушить”, - сказал он. На дороге Холмс, увидев маленькую лужу, предложил из нее залить пламя. Ватсон, посмотрев на лужу, усомнился: “Вряд ли хватит воды этой лужи, чтобы затушить костер”. Холмс был уверен, что хватит. Почему?

6. КАК ТРЕНИРОВАТЬ СВОЕ ТВОРЧЕСКОЕ МЫШЛЕНИЕ?

Как видно из вышеизложенного, готовых рецептов в изобретательстве нет. Искать правильное решение помогают различные методы, но они будут иметь более эффективное применение, если человек станет планомерно развивать свой творческий потенциал.

Признанным лидером по изобретательской активности в последние годы является страна Восходящего Солнца. Высокая изобретательская активность в Японии во многом объясняется тем, что техническое творчество имеет общественное признание и окружено общим вниманием. День принятия первого патентного закона страны (18 апреля 1884 г.) объявлен в Японии национальным праздником.

Издательства Японии каждый год выпускают большое количество литературы по активизации научно-технического мышления. Большой популярностью пользуются книги известного специалиста Ясухиса Хирасимы. Ниже прочитаем девять его советов по тренировке творческого мышления, которые могут помочь в достижении поставленной цели.

1. Ежедневно выделяйте время для мышления. Японская поговорка гласит: ”Лучше всего думать на коне, в постели и... в отхожем месте”. В подтверждение этой поговорки Хирасима приводит историю президента компании “Ото борупэн” Тосабуро Накаты, который приучил себя к ежедневной утренней “умственной зарядке”. Это помогло ему в конце концов изобрести шариковую авторучку. Чтобы научиться творчески мыслить, надо ежедневно тренировать себя.

2. Успокойтесь и подумайте.

Никогда, ни при каких обстоятельствах не паникуйте и не суетитесь. Обдумайте положение (поставленную перед вами задачу) и попытайтесь найти выход. Этот путь приведет вас к плодотворным идеям.

3. Публикуйте свои достижения.

Идеи, живущие только в уме человека, никогда не принесут плодов. Лишь представляя их на всеобщее рассмотрение, человек в общении и обмене мнениями с другими людьми облекает свои идеи в плоть и кровь. Маленький успех придает уверенность в своих силах и ведет к большому успеху. Публикация - ключ к успеху.

4. Поставьте себе конкретную цель - это позволит наметить контуры будущего успеха.

Наличие цели и стремление к ней побуждают к активной работе мысли и развивают способности к творческому мышлению.

5. Научитесь сосредоточиваться.

Выработав это умение, вы разовьете острую интуицию (в просторечии “нюх”).

6. Избегайте шаблона.

Из рутины будней не родятся оригинальные идеи. Постоянно вносите разнообразие в свою жизнь, обогащайте себя новым опытом, знаниями, отправляйтесь в путешествия в поисках свежих впечатлений.

7. Записывайте свои мысли.

Идеи не выбирают место и время своего прихода. Часто пришедшие в голову хорошие мысли со временем забываются. Чтобы быть готовым к приходу новой мысли, всегда носите при себе бумагу для записей.

8. Расширяйте общение с людьми других профессий.

Круг мыслей работников, как правило, ограничен рамками своего подразделения (в лучшем случае - предприятия). Активное общение с людьми других профессий, предприятий, отраслей, участие в различных семинарах и кружках позволяет сохранить свежесть и гибкость мышления.

9. Всегда ощущайте духовный голод, жажду деятельности.

Помните: сытый чемпион терпит поражение. То же можно сказать о людях интеллектуального труда. Не позволяйте себе ощущать пересыщение творчеством, выполняйте определенную норму, например: в день - одна идея. Только таким образом вы поддержите свою форму.

7. ЧТО ДЕЛАТЬ ДАЛЬШЕ, КОГДА ПЕРВАЯ СТУПЕНЬ ПРОЙДЕНА?

Изобретательство является той красной нитью, которая проходит через весь созидательный процесс, преобразующий мир вокруг нас. Микропроцессорная техника, входящая во многие технические системы, поднимает еще выше планку достигаемого в познании. Компьютер приходит на помощь изобретателю.

Практика, практика и только практика помогут вам лучше закрепить пройденный материал. Большие возможности дает нам повседневная жизнь. Как лучше сделать аппликацию на одежде или какие средства малой автоматизации можно использовать на кухне? “Примеряйте” изобретательские приемы, не забывайте об операторе РВС, если нужно – постройте веполь, используйте простые хитрости...

Вторая ступень в теории изобретательства потребует от вас большего использования знаний по химии, физике, геометрии. Алгоритм решения изобретательских задач (АРИЗ) - та вершина творчества, которую надо еще покорить.

Изобретательские стандарты, физические, геометрические, химические эффекты являются неотъемлемой частью ТРИЗ. Знакомство с ними у вас еще впереди.

Придумав “ноу-хау”, нужно определить его в подходящую оболочку. Как осуществлять конструирование такой оболочки, поможет функционально-стоимостный анализ (ФСА). Он поможет не делать лишних шагов, сэкономит ресурсы и многое подскажет.

Не давайте себе успокаиваться на достигнутом, сделайте жизнь насыщенной творчеством. Вспомните слова Т.А.Эдисона:”Важнейшая задача цивилизации - научить человека мыслить”.

8. РЕШЕНИЕ НАЙДЕНО...

(Ответы к заданиям для самостоятельного решения)

с.7-8

1. Поскольку к бутылке нельзя прикасаться ничем, то решить тест сумеет тот, кто догадается, что ковер уже касается бутылки и его можно каким-то образом использовать для того, чтобы сдвинуть ее, например, на пол. Надо начать скатывать ковер и, когда рулон дойдет до бутылки, аккуратно придерживая его за концы, столкните им бутылку с ковра, не прикасаясь к ней ничем, кроме свернутого ковра.

2. Вставить во второй стаканчик первый. Положить в первый стаканчик один шар, во второй - два, в третий - семь. Во втором стаканчике будет три шарика.

3. Ничто не мешает бросить мяч вертикально. Тогда, поднявшись на определенную высоту, он остановится, после чего начнет двигаться обратно. Другое решение - бросить мяч так, чтобы он катился вверх по склону холма. Такое решение можно было бы заранее исключить, потребовав, чтобы мяч находился в воздухе, поскольку в условии задачи это не оговорено, второе решение вполне законно.

4. Если ответ догадкой найти сложно, предлагается математический вариант. Его можно также использовать для проверки решения, полученного догадкой: х - число собак, у - число кошек, z - число попугаев. n=х+у+z х=у=z т.к. N=х+2 и n=3х, то х+2=3х, отсюда х=1, х=у=z=1

5. Раб Клеопатры перевернул шкатулку вверх дном и чуть сдвинул крышку ровно настолько, чтобы из нее выкатилось несколько бриллиантов.

6. Варианты могут быть разные, начиная от нитки на карандаше.

7. Надо просунуть газету под дверь, и встать на нее по одну и другую сторону от двери. Два человека, стоящие на газетном листе и разделенные дверью, не могут прикоснуться друг к другу.

8. На 1/3 контейнер заполнится к 11 часам вечера, за час до полуночи.

9. Охотнику надо завести вторую собаку. Первая будет бежать за зверем, а вторая на поводке побежит на лай первой.

10. Решение получается последовательным исключением недопустимых комбинаций “значений истины”, которое продолжается до тех пор, пока не останется одна-единственная комбинация, отвечающая всем условиям задачи. Майкл - гитарист, Джон - ударник, Джордж - пианист.

стр.12-13

4. Сироп заливают в форму, а затем замораживают. Льдинки опускают в шоколад.

5. Возьмем две стеклянные трубки, установим одну в башне, другую на скалистой породе, соединим трубки шлангом и наполним шланг водой. В сообщающихся сосудах жидкость установится на одном уровне. Отметим этот уровень. Если башня оседает, то через некоторое время жидкость в трубке на башне поднимается выше отметки.

6. Временно закрыть трубу от снега и дождя можно, подавая в нее снизу воздух или пар. Для длительного закрытия трубы следует поднять на тросе баллон-”крышку” с легким газом.

7. В кинофильме “Андрей Рублев” рассказывается об одном из таких колоколов. Отливка его осуществлялась прямо в земле, где порода являлась материалом формы. Но этого было мало. Следовало также найти правильное соотношение компонентов материала колокола.

8. Камень необязательно вывозить. Надо выкопать яму и столкнуть его туда. А затем закопать и выровнять дорогу.

9. Синий поезд идет по главному пути и переходит весь за начало боковой ветки. Затем Синий поезд идет задним ходом на это ответвление и оставляет там столько вагонов, сколько умещается, а остальная часть Синего поезда вместе с паровозом уходит опять вперед, за начало ветки. Затем пропускают Красный поезд и, как только он весь пройдет за начало ветки, к последнему его вагону прицепляют оставшиеся на ветке вагоны Синего поезда, а Красный поезд сводит эту часть Синего поезда с ветки вперед. Затем Красный пускают назад, влево от начала ветки, и оставляют там вагоны от Синего поезда. В это время другая часть Синего поезда (с паровозом) идет задним ходом и становится на ветку, открывая свободный путь для Красного поезда. Он мчится дальше, а паровоз Синего поезда с несколькими передними вагонами опять выходит на главный путь, прицепляет стоящую влево от начала ветки часть своего поезда и следует за Красным поездом.

10. Предложено внутрь пробки вставить стержень с рассекателем. Получается своеобразная ложка с пробкой. Можно вращать ее, не нарушая герметичности.

стр.16-17

6. В журнале “Юный техник” №4, 1988 г. в рубрике “Инструментарий изобретателя” были опубликованы предложения, которые сводились к двум идеям: удалять снег из пространства “остряк-рамный рельс”; не допустить попадания снега в это пространство. Более перспективным является предложение заполнить пространство между остряком и рамным рельсом каким-то веществом, предотвращая попадание туда снега. Этим веществом может стать баллон с воздухом или губчатым материалом, не пропускающим воду и не мешающим переводу стрелки.

7. Предложено крепить шланг к узлу подвески, расположенному на воздушном шаре, закрепленном на грузохранилище. При рывках от волн и порывов ветра шар будет амортизировать нагрузку - опускаться или смещаться в сторону.

стр.41-42

1. Предложено функцию копира передать присадочной проволоке, поскольку она контактирует с металлом непосредственно в зоне сварки. Это позволило заметно повысить точность.

2. Противоречие состояло в том, что для создания холодильного устройства нужен запас веса примерно в 15-20 кг (по расчетам), а запаса этого не было. Идею найдем в ИКР: надо объединить дыхательный и холодильный аппараты, пусть испарение и нагревание жидкого кислорода обеспечивает охлаждение спасателя, а нагретый до нормальной температуры кислород пойдет на дыхание.

3. Трафарет выполняют из биметаллического материала с различными коэффициентами линейного расширения каждого слоя. Например, можно использовать медь и сталь. Трафарет накладывается на горячее изделие, наносится маркировка. При этом трафарет нагревается и изгибается, а после снятия с изделия - остывает и выпрямляется. От этой двойной деформации налипший на его поверхность маркирующий металл, например, алюминий, имеющий другой коэффициент линейного расширения, скалывается и осыпается.

4. Если воду в понтонах нагреть выше температуры парообразования, газ появится сам.

5. Одним из вариантов такой постройки может быть здание (например, коровник), сложенное из водонепроницаемых эластичных емкостей, заполненных грунтом. Стены у такого коровника будут хоть и толще каменных, но дешевле, а главное - станут лучше поддерживать постоянную температуру.

стр.46-47

1. Нужно научиться менять свойства почвы на полигоне без усложнения, удорожания и увеличения полигона. Возьмем условное поле “Х”, которое подействует через вещество В2 на исходное вещество В1 (почва). П Действие есть (в обход) и В1 В2 действия (прямого) нет. Подбираем одно из полей. Останавливаем выбор на магнитном. Вещество В2 будет ферромагнитный порошок, который легко смешивается с В1 (почвой). Смесь почвы с ферромагнитным порошком в сильном магнитном поле может приобрести прочность гранита. Можно имитировать и песок в пустыне.

2. В нефть танкера добавляют магнитные частицы. Для каждого корабля - частицы с определенными магнитными свойствами.

3. Для устранения вредной связи между веществами вводят третье вещество. Таким веществом является лед, т.к. защита от кавитации заключается в намораживании корки льда на поверхность крыльев (34).

4.Аналогично ответу на третью задачу. Только вместо льда возьмем другое видоизменение воды - пену (смесь воды и воздуха). Спортсмена спасают от сильного удара о воду насыщением воды пузырьками воздуха за несколько секунд до прыжка (35).

5. Мокрый уголь прилипает к стенкам труб. Соответственно: дан ненужный веполь - два вещества и поле механических сил сцепления. Вещество В3 должно быть не из фторопласта, а из видоизмененного металла или видоизмененного угля. В1 - мокрый уголь, тогда В3 может быть сухой уголь.

6. Можно в шланг перед соплом подать чистую воду, т.е. отделить сопло от струи воды с песком прослойкой чистой воды.

стр.48

1. Противоречивое требование заключается в том, что надо пропускать детали, но не пропускать пары жидкости. Перед тем, как опустить деталь, надо убрать часть крышки (голову человека), чтобы прошла деталь и опять ее опустить, т.к. электролит испаряется. Подходим к идее большой крышки, у которой сделаны отверстия с маленькими крышечками. А если надо сразу опустить несколько деталей или они не пролезут в эти отверстия? Представим, что крышка состоит из слоя маленьких человечков, готовых выполнить любой наш приказ. Подали деталь, командуем человечкам - раздвинуться. Человечки раздвинулись, деталь опустилась - человечки сомкнулись. Замысел решения просматривается в том, что крышку надо сделать из шариков, плавающих на поверхности электролита, или из густой жидкости. Такие крышки не мешают прохождению деталей, но не позволяют испаряться электролиту. Есть изобретение, где предложено покрывать жидкость пустотелыми шариками, к которым прикреплены пластины из стойкого к воздействию электролита металла. Пластины должны находиться поверх шариков.

2. Сделать груз сборным. Падая, шайбы большого диаметра зависают на контактах, а остальные продолжают движение до “своих” контактов (36).

3. Представим себе разделитель в виде группы “синих” человечков, которая делит поток “красных” человечков на две части. Как будут действовать “синие” при движении по трубопроводу? Какой должна быть группа “синих”, чтобы свободно проходить через насосы? Как надо вести себя “синим”, когда транспортировка окончена и “синие” вместе с “красными” оказались в одном резервуаре? Ход решения лучше изобразить с помощью цветных карандашей. Если по трубопроводу перекачивается нефть, керосин и др. продукты нефти, то “пробками” могут быть вещества, которые при высоком давлении (в трубах) будут жидкими, а при нормальном - газообразными. Если нефть - органическое вещество, то “пробка” должна быть - неорганическим. “Пробка” из жидкого аммиака надежно разделит идущие по трубопроводу жидкости.

стр.50

2. Оператор РВС не предназначен для получения ответа на задачу, но дает возможность устранить психологическую инерцию. Пусть тарелка станет меньше десятирублевой монеты. Будем уменьшать ее до размеров пылинки. Такую тарелку сложно зажать пальцами и молоточком по ней не ударишь. Для такой тарелки нужен невесомый молоточек. Допустим, у тарелки обычные размеры, но прозвонить тарелку нужно за тысячную часть секунды. За такой короткий промежуток времени звук просто не дойдет до ушей контролера или до микрофона. Быстрее звука может быть свет. А если по тарелке “ударить” светом и поймать отраженный луч? Задача решена. Применяем луч лазера.

3. Воспользуемся оператором “Время”. Если бы выстрел производился несколько минут назад, то тепло ствола подсказало бы нам ответ. Но металлы обладают еще и другой памятью: при нагреве выше точки Кюри сталь размагничивается. Исчезают магнитные свойства и при ударе. В обычном состоянии ствол намагничен: на него действует магнитное поле Земли. Выстрел - и ствол мгновенно размагничивается. За 3-4 недели намагниченность восстанавливается. Чем больше времени прошло после выстрела, тем ближе к “норме” намагниченность ружья. Если взять второе ружье, из которого не стреляли, и сравнить его намагниченность с первым, то можно получить ответ на заданный вопрос.

стр.63-64

История 1. Самоубийца привязала к пистолету длинную веревку, на другой конец прикрепила камень и перекинула его через парапет. После выстрела пистолет выпал из ее руки и камень утащил его на дно реки.

История 2. Если бы Уолес оставил запись, когда Джонс вошел в комнату, то лента не была бы перемотана. Истинный убийца несколько раз прослушал запись, чтобы убедиться в правдоподобности звучания, а затем совершил ошибку, перемотав ленту.

История 3. До заливки масла водитель подвешивал на тросе внутрь цистерны ведро. После того, как масло выливали, 5-7 литров оставались в ведре. Выезжая за пределы компании, водитель доставал ведро и выливал масло.

История 4. Если разжечь костер прямо на трубе, то вода, нагреваясь, будет нагревать трубу в одном направлении.

История 5. Поддельную ложку и настоящие можно сравнить по теплопроводности, механическим свойствам (резонансной частоте), массе на аналитических весах.

История 6. Холодную воду надо нагреть, т.к. горячая вода быстрее испаряется, забирая больше энергии.

ПРИМЕЧАНИЯ

Нумерация изобретений приводится по первоначальной регистрации авторских свидетельств.

1. 872501

2. 307912

3. 635204

4. 240890

5. 169195

6. 257301

7. 187933

8. 957900

9. 949131

10. 246030

11. 1289876

12. 1289908

13. 257633

14. 950612

15. 334044

16. 965388

17. 546075

18. 598775

19. 900843

20. 675136

21. 574339

22. 641229

23. 778981

24. 858599

25. 713712

26. 452412

27. 254536

28. 185418

29. 513013

30. 78522

31. 829484

32. 934994

33.1007678

34. 412062

35.1127604

36. 18959785

ЛИТЕРАТУРА

1. Альтов Г.С. И тут появился изобретатель. - М.: Детская литература, 1989.

2. Альтшуллер Г.С., Селюцкий А.Б. Крылья для Икара: как решать изобретательские задачи.-Петрозаводск: Карелия, 1980.

3. Басин Я.З. И творцы и мастеровые. - Минск: Вышэйшая школа , 1988.

4. Гарднер М. Есть идея. - М.: Мир, 1982.

5. Гнедина Т.Е. Физика и творчество в твоей профессии. - М.:Просвещение, 1988.

6. Игнатьев Е.И. В царстве смекалки. - М.: Наука, 1987.

7. Изобретение и общество//Импакт, 1988, №3.

8. Инструментарий изобретателя //Юный техник,

1987, №8.

1988, №№2,4,6,7.

1989, №№2,5,8,9.

1993, №10.

1994, №2.

9. Кедров Б.М. О творчестве в науке и технике. - М.: Молодая гвардия, 1987.

10. Лукьянов Б.В., Панфилов А.С., Юрин Д.В. Нужную информацию в нужное время//Новое в жизни, науке и технике. - 1990, №7.

11. Методические рекомендации по изучению с учащимися средних профтехучилищ курса “Основы профессионального творчества”/Сост. Д.И.Ландо, А.Г.Узланер. - М.: Госпрофобр РСФСР, 1987.

12. Нить в лабиринте/Сост. А.Б.Селюцкий. - Петрозаводск: Карелия, 1988.

13. Пархоменко В.П. Основы рационализаторской и изобретательской работы. - Минск: Вышэйшая школа, 1984.

14. Перельман Я.И. Занимательная физика. - М.: Наука, 1986.

15. Петрович Н., Цуриков В. Путь к изобретению. - М.: Молодая гвардия, 1986.

16. Правила игры без правил./Сост.А.Б.Селюцкий. - Петрозаводск:Карелия, 1989.

17. Силин А.А. На тропе в будущее. - М.: Знание,1989.

18. Техническое творчество учащихся/Под ред. Ю.С.Столярова, Д.М.Комского. - М.: Просвещение, 1989.

19. Тринг М., Лейтуэт А. Как изобретать? - М.: Мир, 1980.



К началу

К списку статей раздела Самообразование. Учимся изобретать

На Главную


 
 
  © Все права защищены 2012-2015г.
Дизайн «ООО Системы будущего».
Сопровождение сайта www.OvoFix.ru
 
125480 г. Москва ул. Планерная д.3 кор.3 "Аэроэкология"
+79857623942 +74959442622 +79099929596 +79099929594
narod-akademia.com