Творчество как точная наука. Теория решения изобретательских задач

Мыслительные операции хороши тогда, когда они соответствуют объективным законам развития технических систем (вспомните аналогию с действиями рулевого на корабле, плывущем по извилистой реке). Технические системы развиваются в направлении увеличения идеальности — это закон. Когда на шаге 4 испытуемый сделал попытку наметить идеальную (для заданной задачи) структуру луча, это было правильное действие. А экспериментатор решил, что здесь ошибка.

Стоит ли после этого удивляться, что «чисто психологический» подход практически ничего не дал изобретателям?

Впрочем, для нас важнее другое. Применив к задаче Дункера операции АРИЗ, мы получили возможность яснее увидеть механизм действия шагов: эти шаги позволяют отбрасывать «пустые» варианты и ведут к ответу в обход. Зачем биться о стену, если ее можно обойти?..

ДВА ИНТЕРЕСНЫХ ПРИМЕРА

Вернемся к задачам.

Задача 34

Небольшие пластмассовые изделия цилиндрической формы снаружи покрывают краской с помощью распылителя. Если распылители включены на полную мощность, цилиндры, почти мгновенно покрываются слишком толстым слоем краски: получается плохое покрытие, которое к тому же долго сохнет. Если распылители работают на минимальном режиме, процесс нанесения краски растягивается на 30–40 с и становится управляемым: можно легко уловить нужный момент, когда уже не будет неокрашенных мест, но еще не образуются избыточные слои краски. Однако при этом, естественно, резко снижается производительность. Применение электростатического способа окраски в данном случае исключено. Введение добавок в краску недопустимо. Как быть?

Запишем решение с шага 2.2 (терминов в условиях задачи уже нет).

2.2. Изделие — цилиндр (по правилу 4 берем один цилиндр). Краска (поток краски, факел распыляемой краски) — инструмент (строго говоря, часть инструмента, непосредственно взаимодействующая с изделием). Краскораспылитель без краски не взаимодействует с цилиндром, поэтому не входит в конфликтующую пару. А раз так, значит, наша задача в том, чтобы научиться хорошо красить плохим (любым, даже отсутствующим) распылителем.

По условиям задачи краски может быть очень много или очень мало. Предпочтение надо отдать первому варианту (правило 3). Итак, конфликтующая пара: цилиндр и большое (избыточное) количество краски.

2.3. 1. Большое количество краски легко и быстро наносится на цилиндр (облили его краской или опустили в краску).

2. Большое количество краски образует на цилиндре лишний слой.

Вся задача фактически сводится к ликвидации избытка краски (правда, лучше ликвидировать не вообще, а так, чтобы избыток вернулся в бак). По «здравому смыслу» надо стараться не допустить образования избытка: зачем сначала создавать избыток, а потом его ликвидировать?.. Логика АРИЗ иная: избыточный слой краски можно легко нанести; что ж, прекрасно — наносим его! Изделие покрашено (притом быстро), остается убрать избыток краски. Фактически задача «Как хорошо наносить краску?» заменена задачей «Как хорошо удалять краску?».

2.4. Итак, модель задачи следующая. Даны цилиндр и большое количество краски, которое легко нанести на цилиндр, но при этом образуется лишний, избыточный слой.

3.1. Оба элемента с трудом поддаются изменению. Цилиндр — изделие, а на изменение краски условиями задачи наложены ограничения. Используем в качестве изменяемого элемента внешнюю среду.

3.2. ИКР: внешняя среда сама ликвидирует лишний слой краски на цилиндре, хотя краска подается на цилиндр в большом количестве (с избытком).

3.3. Можно просто показать цилиндр с толстым слоем краски и отметить избыток (рис. 11, а). Можно, используя метод ММЧ, показать границу краски (что такое в данном случае «внешняя среда», мы пока не знаем) в виде маленьких человечков (рис. 11, 5). В обоих случаях выделенная зона там, где избыточный слой.

Рис. 11 а, б.

3.4. Далее решение пойдет двояко — в зависимости от того, как мы записали шаг 3.3:

для рис. 11. а

а) для удаления избыточного слоя нужны какие-то силы;

б) эти силы не нужны или даже вредны. Почему? Видимо, чтобы они не тянули вслед за избыточным слоем полезный слой;

для рис. 11,б

а) для удаления лишних человечков нужны какие-то силы;

б) но эти силы вредны, ибо могут утащить и тех человечков, которые примыкают к поверхности цилиндра. На рисунке сразу видна важная особенность: частицы краски соединены между собой связями, притом разными. «Полезные» человечки держатся за поверхность, а «лишние» — друг за друга. Разная сила связи обозначает, что есть признак, по которому можно отличать «лишних» человечков от «полезных».

Если учесть, что даны два вещества (краска и цилиндр) и, следовательно, придется ввести поле, мы вплотную подойдем к решению задачи. Неэлектрическое (таковы условия задачи) поле должно отрывать «лишних» (удаленных от цилиндра) человечков и не должно отрывать «полезных» (ближайших к цилиндру).

Не используем ММЧ, так как задача несложная и метод способен «перемолоть» ее на полдороги.

3.5. ФП: а) выделенная зона внешней среды должна действовать на избыток краски, чтобы его удалять, и не должна действовать на избыток, чтобы он не потянул за собой полезный слой;

б) выделенная зона внешней среды должна быть и не должна быть.

4.1. Здесь явно требуется разделить противоречивые свойства в пространстве. Но как?

4.2. Задача класса 8: взаимодействуют два вещества, причем оба они плохо поддаются управлению (поэтому и плохо взаимодействуют). Решение: нужно ввести поле, которое по-разному действует на эти вещества

Какое именно поле? Электрическое поле отпадает по условиям задачи, магнитное поле — тоже (краска и цилиндр немагнитны, а вводить добавки запрещено. Гравитационное поле уже есть, но оно не дает нужного взаимодействия. Остаются два поля — тепловое и механическое. Тепловое поле может испортить краску, в механическом поле краску надо привести в движение, чтобы при этом удалился лишний слой. Механическое поле должно быть слабым у поверхности цилиндра и сильным в более далеких слоях краски. Рассмотрим приложение 3. Для данной задачи подходят п.п. 6, 7 и 12. Если рассматривать только механические эффекты, ответ очевиден: действуют центробежные силы. Цилиндр окунают в краску и вращают: центробежная сила сбрасывает лишнюю краску. Сбросом управляют, регулируя число оборотов. Одновременно можно обрабатывать много цилиндров (а с. № 242714).

Задача 34 может показаться легкой: цилиндры (банки!), краска — уровень XIX века… Удастся ли с той же легкостью управлять процессом решения современной сложной задачи? Что ж, возьмем современную задачу.

Задача 35

Для исследовательских целей нужно знать так называемую подвижность ионов в газах (скорость их направленного перемещения). Напряженность заданна, расстояние между электродами известно, нужно измерить время дрейфа ионов от электрода к электроду. Так и поступают. В фиксируемый момент времени вводят (у поверхности одного из электродов) ионы, а затем измеряют время их дрейфа под действием поля до другой точки (у другого электрода). Для определения подвижности ионов другого знака полярности меняются на противоположные.

Однажды потребовалось решить эту задачу при условии, что состав газа быстро (30 млс) меняется. Было и дополнительное требование: простота оборудования. Между тем с увеличением быстродействия появилась необходимость создать высоковольтные схемы синхронизации и запуска, на разработку которых нужно было затратить немало времени и сил.

Итак, за 30 млс нужно измерить продолжительность дрейфа ионов обоих знаков. Если проводить измерения последовательно, каждое из них придется выполнять максимум за 10–12 млс. Явно выгоднее проводить измерения одновременно. Задача так и была поставлена. Но проработка по оператору РВС, проведенная до анализа, заставила вернуться к принципу последовательных измерений. Мысленно увеличим размеры ионов: навстречу друг другу движутся противоположно заряженные теннисные шары. Еще увеличим размеры: на встречных курсах движутся противоположно заряженные планеты. Огромные заряды неизбежно вызовут взаимодействие планет. Но ведь подобное взаимодействие должно возникнуть и при сближении противоположно заряженных ионов! Оператор РВС заставил обратить внимание на обстоятельство, которое не было замечено при постановке задачи. Пришлось отказаться от принципа одновременного измерения подвижности ионов двух знаков. Пусть один ион пробежит дистанцию и мгновенно, без потерь времени сменится ионом другого знака. Мы избавляемся от помех, но, увы, проигрываем в дополнительном усложнении оборудования: нужно с величайшей точностью определить момент прибытия на «финиш» иона одного знака, чтобы тут же дать «старт» иону другого знака.