Страница:
Чтобы крылья сами себя держали, целесообразно использовать гидрореактивную силу подаваемой в распылители воды.
Напор воды в гидросистеме (23 м на концах крыльев) достаточен для самоподдержания леек. Расчет показывает, что легкая гидросистема может сама себя поддерживать и передвигать. Но даже если гидрореактивной силы было бы недостаточно, следовало хотя бы частично облегчить крылья. Пусть в нерабочем положении эти легкие крылья будут опущены вниз. При поливе гидрореактивная сила поднимет концы крыльев.
* * *
Алгоритм не избавляет изобретателя от необходимости думать. Одна и таже задача может быть решена на разных уровнях - в зависимости от индивидуальных качеств изобретателя. Проследим это на примере.
Задача 6
При горных работах раньше производили последовательные взрывы десяти зарядов в течение двух минут. Оператор успевал замыкать контакты цепи с электродетонаторами вручную. Но при новой организации горных работ необходимо за 0,6 сек. последовательно включить 40 контактов, причем промежутки между взрывами неравны и каждый раз меняются. Например, взрыв № 2 должен следовать через 0,01 сек. после взрыва № 1; взрыв № 3 - через 0,02 сек. после взрыва № 2 и т. д. В другой раз взрыв № 2 должен произойти через 0,03 сек. после взрыва № 1 и т. д. График включения желательно выдержать с точностью до 0,001 сек.
Нужен предельно простой, надежный и точный способ включения.
Решениезадачи 6
3-3. Дана система из 40 пар проводов (контактов) и 40 «замыкалок» (или одной подвижной «замыкалки»). Трудно замыкать контакты по графику.
(Электродетонаторы не входят в рассматриваемую систему Надо замыкать контакты, а куда идет ток - безразлично.)
2-4. а) «Замыкалка». б) Контакты. (В условиях данной задачи контакты - это просто концы проводов, которые надо замкнуть. Менять провода мы не можем: все равно будет что-то, проводящее ток А вот «замы-калку» можно менять как угодно. Если мы отнесем к «б» оба элемента - контакты и «за-мыкалку»,- объектом станет внешняя среда. На шаге 3-3 выделится часть этой среды то, что находится между контактами. И дальнейшее решение совпадет с тем случаем, когда выбрана «замыкалка».) 2-5. «Замыкалка».
3-1. «Замыкалка» сама соединяет контакты точно по графику.
3-2. См. рис. 27.
3-3. Не может осуществлять требуемого действия подвижная часть «замыкалки».
3-4. а) Нам надо, чтобы «замыкалка» сама передвигалась по графику.
б) «Замыкалка» не может передвигаться без применения каких-то сил.
в) Для передвижения «замыкалки» нужны силы, а мы хотим, чтобы «замыкалка» двигалась сама, т. е. без наших усилий.
3-5. «Замыкалка» будет двигаться сама, если в ней самой появятся силы.
3-6 Если силы появляются сами - это естественные силы.
3-7. Простейший случай движения под действием естественных сил - падение. «Замыкалка» должна двигаться под действием силы тяжести. Это обеспечит движение по определенному закону, т. е. по графику.
3-8 В трубке создан вакуум. Падает груз и замыкает контакты. Переналаживание легко осуществляется, если в трубке много контактов и можно подключаться к тем, которые нужны.
Рис 27 К задаче б, шаг 3-2 «замыкалка» должна двигаться сама, без участия человека
Сопоставим это с решением по авторскому свидетельству № 189597: «Устройство для установления заданных промежутков времени, отличающееся тем, что с целью повышения точности измерений при записи сейсмограммы оно выполнено в виде стержня с расположенным на нем грузом, замыкающим во время падения контакты, соединенные с электродетонаторами».
Такие ответы учебных задач, защищенные авторскими свидетельствами и отражающие современный уровень творческой мысли в данной области, мы будем называть контрольными ответами.
Смысл изучения АРИЗ, конечно, не в том, чтобы научиться находить контрольный ответ. Решить учебную изобретательскую задачу - значит, дать ответ, не очень отличный от контрольного (на первых этапах обучения), сходный с ним или превосходящий его (на завершающих этапах обучения)
Задачу 6 можно было решить чисто конструкторским путем (например, используя цепи с линиями задержки), но при этом не удалось бы совместить предельную простоту с требуемой точностью Контрольный ответ соответствует второму уровню перебрав несколько десятков вариантов, к нему можно было прийти и без АРИЗ.
Попробуем теперь усложнить задачу. Это даст нам возможность в большей мере использовать АРИЗ.
Задача7
Возьмем в качестве прототипа ответ 3-8 на задачу 6. Имеется стеклянная трубка с вакуумом; падает металлический шарик, замыкает введенные в трубку контакты. Недостаток прототипа - нет свободного падения «замы-калки»: шарик все-таки касается контактов и, следовательно, притормаживается.
Как быть?
Если взять 40 трубок разной длины, мы избавимся от трения (контакты будут только на дне), но усложним прибор. Заменить контакты микрокатушками, а шарик- магнитом? Останется трение магнита о силовые линии тока в катушках. К тому же схема сильно усложнится введением усилителя. Ввести световое замыкание? Плохо. Мы снова усложняем схему…
Прибор должен остаться простым, а точность его по сравнению с прототипом должна быть повышена. Задача учебная, поэтому менять ее нельзя; надо обязательно сохранить исходную схему (контакты и падающая «замы-калка»).
Решение задачи 7
2-3. Дана система из вакуумной трубки, контактов и «замыкалки». При падении «замыкалка» трется о контакты.
2-4. а) «Замыкалка», контакты, б) Трубка. (Сейчас, когда мы рассматриваем трение «за-мыкалки» о контакты, оба эти элемента в равной мере могут быть отнесены к «а». Трубку тоже можно менять, но в меньшей степени; у трубки своя функция - держать вакуум.) 2-5. «Замыкалка».
(Можно взять контакты, можно взять «замы-калку-контакты»- в данном случае это безразлично, так как все равно придется рассматривать взаимодействие трущихся частей.) 3-1. «Замыкалка» при падении сама замыкает контакты без трения.
Для замыкания нужно соприкосновение, т. е. трение. ИКР говорит: пусть трение будет без трения! Дикая идея, не так ли?
Здесь возникает сильный психологический барьер, и дальнейший ход решения во многом зависит от индивидуальных качеств изобретателя, прежде всего - от смелости и организованности мышления. Нужно уметь не останавливаться перед барьером, не отступать, не уходить в сторону.
3-2. Итак, шарик должен проходить сквозь контакты без трения! Тут может появиться идея жидкого шарика. Но это решение не годится: жидкость будет испаряться, исчезнет вакуум, нарушится свободное падение.
3-3. Не может выполнить требуемого действия наиболее широкая часть шарика. Его, так сказать, антиталия…
3-4. а)Нам надо, чтобы шарик двигался без трения, т. е. не касаясь контактов.
б) Для замыкания антиталия должна плотно прикасаться к контактам.
в) Для «а» нужно, чтобы шарик двигался; для «б» - чтобы он не двигался…
, 3-5. Значит, шарик должен одновременно двигаться и не двигаться.
Раньше было «трение без трения», теперь «движение без движения»… Подобно тому как перед рассветом усиливается темнота, так и перед выходом к новой идее мысль наталкивается на препятствия, кажущиеся особенно трудными. Мы будем называть это явление предрассветным эффектом. Помните, Максутов подошел к мысли, что приходится усложнять конструкцию. Раньше он останавливался на этом месте (темнота сгущалась, дальше не хотелось думать!). Но в поезде Максутов решил «пофантазировать»: допустил возможность усложнения конструкции и продолжал размышление. И вот оказалось, что усложнение - кажущееся.
3-6. Придется разделить шарик. Пусть одна часть, а именно антиталия, дойдя до контакта, останавливается, а другая часть шарика (все остальное) -продолжает свободное падение.
3-7, 3-8. Сделаем «замыкалку» составной (рис. 28). Верхнее кольцо, дойдя до первой пары контактов, остановится и замкнет первую цепь. Остальная часть «замыкалки» будет при этом продолжать свободное падение: остановка верхнего кольца не отразится на нижних кольцах, гак как при свободном падении верхнее кольцо не давит на нижние кольца Исключено и сдвижение колец в сторону- нет сил, способных вызвать это сдвижение.
Вторая пара контактов выдвинута к оси трубки больше, чем первая пара. На второй паре контактов задерживается второе кольцо, а оставшаяся часть «замыкалки» снова продолжает падение и т. д.
Рис. 28. Каждая пара контактов задержит только «Свое» кольцо.
Прикинем теперь, как будет устроена трубка. Предположим, длина трубки - 3 м (это вполне допустимо по аналогии с прототипом). Первый метр оставим нерабочим: «замыкалка» там только разгоняется. Следующие два метра «замыкалка» в свободном падении пройдет за 0,2 сек. Среднее расстояние между контактами на этом участке: 200 см: 40 = 5 см. Ясно, что число контактов можно существенно увеличить. Подключая цепи к тем или иным контактам, мы сможем реализовать разные графики включения. Средняя скорость движения «замыкалки» 1 м за 0,1 сек. Значит, 0,001 сек. соответствует точность установки контактов в 1 см. А контакты можно легко установить с точностью, в десять раз большей. При диаметре трубки в 80 мм среднее сдвижение контактов к оси трубки-2 мм. «Перезарядка» прибора достигается его переворачиванием. Одновременное сбрасывание всех колец - освобождением нижнего кольца, на котором свободно лежат все остальные кольца.
Итак, мы все-таки получили трение без трения! Найденный принцип значительно шире конкретной задачи. В сущности, мы нашли способ опорного движения без трения об опоры… Решить задачу на таком уровне без АРИЗ - путем перебора вариантов - очень нелегко. Вы можете убедиться в этом, предложив задачу 7 своим друзьям. Помните, что при этом нельзя менять задачу: должна быть усовершенствована исходная схема (с падающим грузом, замыкающим контакты). И еще: условия задачи надо не пересказывать, а давать в письменном виде. Пусть решающий ознакомится с контрольным ответом по задаче 6, а затем прочитает условия задачи 7,
Разобрав несколько задач, которые мы привели, читатель может сделать вывод, что для АРИЗ характерно стремление получить требуемый эффект при минимальных затратах. В задаче 5 мы стремились к тому, чтобы как можно меньше разрушать лед: разрушенный лед сам по себе никому не нужен, это только «плата» за грубый, несовершенный способ движения. В задаче 2 крылья дождевателя держались «сами по себе». В задаче 7 трение было снято простым разделением «замыкалки».
Для обычного инженерного мышления типично другoe: готовность «платить» за полученный эффект. «Нужно опустить эту тяжелую трубу на откос,-думает инженер.Прекрасно. Смонтируем кран, он опустит трубу». Кран - это и есть плата за реализацию действия, требуемого задачей.
Изобретатель думает иначе: «Нужно опустить эту трубу. Ну, что же, надо делать так, чтобы труба как-то сама легла на откос».
Мы привыкли расплачиваться за решение технических задач металлом машин, сложностью электроники и щедрым расходом энергии. АРИЗ вырабатывает привычку платить иной валютой - творческой мыслью. Задача может кричать: «Я совсем простая, меня легко решить, используя известные механизмы!» Но изобретатель все равно должен стремиться найти решение, не требующее машин, механизмов, устройств. Конечно, что-то, в конце концов, придется использовать. Но это «что-то» должно быть обязательно новым и более эффективным.
Посмотрим на конкретной задаче, как это происходит.
Задача 8
В лаборатории намечено провести серию испытаний системы фильтров (например, для двигателей внутреннего сгорания). В ходе испытаний в фильтры вместе с поступающим туда воздухом надо подавать песок, пыль, частицы глины и прочие сыпучие добавки. Для каждого испытания имеется график подачи добавок. Иногда надо подавать только одну какую-нибудь добавку, например, только песок, а нередко требуется одновременно подавать до 24 видов добавок. Каждая добавка подается в свое время по заранее составленному графику, поэтому смешивать добавки и подавать усредненную смесь нельзя. Вес каждой добавки от 0,01 кг до 0,03 кг. Время подачи 10 сек. Потом установку разбирают и исследуют.
Нужно предложить способ подачи сыпучих добавок. Основные требования: простота, точность, легкость переналадки (предполагается проверить сотни разных сочетаний добавок).
* * *
Эта задача была предложена слушателям, только что принятым в Азербайджанский общественный институт изобретательского творчества. Время на решение не ограничивалось, большинство справилось с задачей за
i/2-2 часа. Все слушатели - 90 человек - подошли к задаче с позиций обычного конструирования; подача порошков осуществлялась различными дозаторами. В нескольких предложениях автоматизация дозировки достигалась использованием ЭВМ!
Вот одно из решений: «К агрегату подведены 24 трубы. Перед каждой трубой вращается приспособление в виде сита. Число дырок в сите соответствует числу точек кривой для данного порошка. Диаметры дырок подобраны так, чтобы в агрегат в одну секунду могло проходить определенное количество порошка. Скорость вращения сит такова, что каждую секунду к трубам подается новое отверстие нужного диаметра». Итак, 24 дозатора - каждый с набором ежесекундно меняющихся диафрагм! Машина громоздкая, не очень надежная (отверстия в диафрагмах и трубки могут забиться) и трудно поддающаяся переналадке.
Через полтора месяца та же задача была вновь предложена слушателям. На этот раз времени на решение потребовалось вдвое меньше - и половина слушателей вышла на уровень контрольного ответа.
Решение задачи 8
Применим оператор РВС.
2-2а. Увеличим количество добавок в 100 раз. Теперь потребуются 2400 дозаторов. Получается слишком гро-* моздкая установка. Дозатор должен быть один и притом самый простой. Но из этого простого дозатора должны независимо идти 2400 порошков…
2-26. Если добавка одна, можно поставить обычный дозатор.
2-2в. Чем меньше время подачи, тем хуже будет работать дозатор. Если вместо 30 сек. в нашем распоряжении всего 0,03 сек., мы просто не успеем отдозировать порошки. Вывод: дозировку надо осуществлять заранее. Главный выигрыш в том, что заранее мы можем дозировать порошки любым способом и без спешки, следовательно, очень точно. Если у нас есть заранее отдозированные порошки (например, разложенные по секундным порциям), то дозаторы не нужны: из двух требуемых действий - отдозировать порошки и подать - остается только второе действие.
2-2г. Допустим, время подачи порошков растянуто
до года. Порошки подаются медленно - крупинка за крупинкой. В этом случае тоже есть смысл отдозировать их заранее, скажем, по недельным порциям.
2-2д. Если допустимая стоимость устройства близка к нулю, устройства нет или почти нет. Собственно, дозатор нам не нужен: мы можем любым - самым дешевым способом отдозировать порошки заранее. Значит, надо как-то избавиться и от подающего устройства.
2-2е. Если расходы на устройство могут быть высокими, попробуем изменить природный элемент системы - порошки. Соединим - хотя бы с помощью клея - каждую крупинку порошка с крупинкой ферромагнитного материала. Теперь подачей порошков очень легко управлять. Правда, неясно, как в нужный момент отделять крупинки порошка от крупинок металла.
Что же нам дал оператор РВС? Одну безусловно подходящую идею - дозировать порошки заранее. И одну дикую, но заманчивую идею: крупинки металла несут и сбрасывают частицы порошка.
Продолжим решение.
2-3. Дана система из фильтров и 24 добавок. Добавки трудно подавать в фильтры по графикам.
2-4. а) -
б) Фильтры, порошки.
Менять фильтры нельзя-мы их исследуем. Порошки тоже нельзя менять - нарушатся условия эксперимента.
2-5. Внешняя среда.
3-1. Внешняя среда сама подает порошки по заданным графикам просто и точно.
В этой формулировке, в сущности, указаны два действия- дозировать («по заданным графикам») и подавать. Но шаг 2-2 уже дал идею предварительной дозировки. Поэтому мы можем уточнить ИКР:
3-1. Внешняя среда сама подает заранее отдозиро-ванные порошки просто и точно.
3-2. Будем для простоты рассматривать один порошок, помня, что потом решение надо распространить на 24 порошка. Итак, мы имеем заранее отдозированный порошок (рис. 29); сейчас внешняя среда не подает порошок, а нам надо, чтобы она сама подавала его в воронку.
3-3. Не может выполнить требуемого действия часть внешней среды от того места, где лежат отдозированные порошки, до воронки.
Рис. 29. К задаче 8, шаг 3-2: заранее отдозированный порошок подается при помощи ленты.
3-4. а) Нам надо, чтобы эта часть внешней среды сама несла порошок.
б) Нетрудно сделать эту часть среды нз ленты. На ленту можно положить предварительно отдозированный порошок. Но куда денется лента над воронкой?
в) Несовместимость (притом не очень страшная - это уже видно) состоит в том, что лента должна быть и ленты не должно быть. Правда, требования эти относятся к разным моментам времени: пока лента несет порошок, она должна быть; когда порошок донесен, должна исчезнуть. Нечто подобное (с частицами ферромагнитного материала) у нас получилось и на шаге 2-2е.
3-5. Итак, лента должна исчезнуть над воронкой.
3-6. Либо надо уничтожить ленту, либо отвести ее в сторону.
3-7. Можно загнуть ленту: пусть возвращается назад. Получится что-то вроде ленточного транспортера. 24 транспортера? А если их 240? Плохо! Транспортер хорош, когда надо долго подавать материалы. А мы весь порошок расположили заранее - нам не нужна высвободившаяся лента транспортера.
Остается первый вариант - уничтожить ленту над воронкой. Это ближе к идеальной машине: часть машины, выполнившая свою работу, должна исчезнуть.
3-8. Куда и как будет исчезать лента? Можно отбрасывать ленту, но это, видимо, потребует применения какого-то механизма. Идеальнее, чтобы лента исчезала сама: таяла, испарялась и т. д.
4-1. Мы выиграли в точности (заранее тщательно дозируем), в простоте конструкции (набор исчезающих лент). Но вводится операция предварительной раскладку порошка на ленту.
4-2. Нетрудно нанести порошок на ленту равномерно: покроем ленту клеем, посыплем порошком, приклеим один слой. Однако нам нужна лента, несущая порошок в виде графика. Положить клей в те места, где по графику должен быть порошок? Проще вырезать график из ленты, имеющей одинаковую ширину. Вещество ленты должно легко резаться, легко покрываться клеем, легко исчезать. Обыкновенная бумага. А лучше - беззольная бумага.
4-3. Теперь трудно найти недостатки. Изготовить запас равномерно покрытых порошками листов несложно. Вырезать из этих листов нужные графики - совсем просто. Равномерно подавать один или несколько (сложенных в пачку) листов можно с помощью самых простых устройств. Сжигание беззольной бумаги над воронкой тоже не вызывает затруднений.
4-4. Мы нашли настолько простой способ, что его легко реализовать и испытать. Выигрыш отчетливо виден.
Контрольный ответ: «Способ непрерывного дозирования сыпучих материалов по весу в единице объема, например абразива, при ускоренных износных испытаниях двигателя внутреннего сгорания, отличающийся тем, что с целью повышения точности, абразив предварительно наносят равномерным слоем на поверхность гибкой ленты из легковоспламеняющегося вещества, подают ее с заданной скоростью в зону нагрева и сжигают, а абразив отводят к испытуемому объекту» (авторское свидетельство №305363).
* * *
Разумеется, практически записи решений несколько короче. Вот, например, решение В. Митрофанова, студента 5-го курса Азербайджанского института нефти и химии:
«2-3. Дана система: агрегат и добавки.
2-4. а) -
б) Агрегат, добавки.
2-5. Внешняя среда.
3-1. Внешняя среда вводит добавки вовремя и как нам нравится.
3-2. (На рисунке «Было» показаны хаотические потоки добавок, на рисунке «Стало» - упорядоченные.)
3-3. (Выделены участки - там, где насыпаются добавки.)
3-4. Внешняя среда не взвешивает, не знает времени и т. д.
3-5. Если бы ей не надо было знать ничего. Если заранее как-то все сделать».
Отсюда В. Митрофанов сразу пришел к ответу, совпадающему сконтрольным. На решение было затрачено всего 20 минут.
Инженер Р. Султанов получил тот же ответ, но несколько иным путем:
«3-4. Внешняя среда не может захватить нужные количества порошков и подавать в строго определенное время.
3-5. Если внешняя среда обладала бы каким-то средством транспортировки (например, подавала бы 1 контейнер в секунду), в которое заранее насыпано нужное количество порошков. Контейнер - название условное. Допустим, оболочка, лента. После доставки лента исчезает».
Формулировки ответов на вопросы АРИЗ сохраняют индивидуальность. Но для всех сильных решений (на уровне или выше контрольного ответа) характерен общий стиль мышления:
направленность мысли,отсутствие беспорядочных скачков, суетливых метаний;
постоянная ориентировка на ИКР,стремление получить результат, расплатившись предельно-минимальным устройством;
умение легкопреодолевать психологические барьеры(термин «контейнер» тянул к идее использования пакетиков, но Р. Султанов тут же отметил: контейнер - название условное. Потому что оболочка нли лента - тоже контейнеры…);
хорошее владение основными приемами устранения технических противоречий,когда малейшая подсказка анализа воспринимается как ясное указание применить тот или иной прием (были использованы приемы предва-
рительного исполнения, отброса ненужных частей, динамизации объекта).
рительного исполнения, отброса ненужных частей, динамизации объекта).
* * *
Теперь я приведу несколько задач для самостоятельного решения. Это учебные задачи: в их условиях содержатся все сведения, необходимые для решения. Каких-либо отраслевых знаний не требуется. Кроме того, поскольку задачи учебные, достаточно лишь в самом общем виде найти принцип решения.
Не ищите решение перебором вариантов. Пытаясь отгадывать (по знакомому методу «а если сделать так…»), вы лишь бесполезно затратите время. Если удастся правильно угадать ответ, ваше творческое мастерство от этого не повысится. Даже самые простые задачи надо решать по системе, это нужно для тренировки изобретательских навыков.
Решайте задачу так, как будто оценка ставится не за полученный ответ, а только за ход решения. Считайте, что самое важное - четко выстроить лесенку ответов на вопросы. Эта лесенка должна обладать двумя свойствами: первое - цельность, отсутствие логических разрывов; второе - наличие какого-то неожиданного поворота. Вспомните решение задачи 7: уже в ИКР мы пришли к выводу, что нужно получить трение без трения. Здравый смысл уводил в сторону, но мы стали последовательно искать трение без трения и движение без движения…
Задача 9
Воздух, подаваемый в аквариум, позволяет в сравнительно небольшом объеме воды содержать много рыбешек. Поэтому давно возникла мысль использовать аналогичный прием для интенсификации рыбоводства в озерах, прудах и т. п. Беда, однако, в том, что способ этот неэкономичен: лишь небольшая часть воздуха успевает раствориться в воде, основная же его масса возвращается в атмосферу. Для комнатного аквариума это не так страшно- маленький моторчик справляется с делом. Но в озерах иные масштабы; потребовалось бы возле каждого озера строить мощную компрессорную установку, прокладывать разветвленную систему труб и т. д.
Нужен иной способ - несложный, экономичный и, конечно, безвредный для рыб. Поэтому, в частности, не надо использовать реактивы, выделяющие кислород.
Задача совсем простая. Попробуйте ее решить сразу (без анализа) по таблице типовых приемов.
Задач а 10
При полировке оптических стекол используют дерево и ткани, а в последние годы - смолы и пластмассы. В зону соприкосновения стекла и инструмента подается водная взвесь полировального порошка.
Однако этот традиционный способ далек от совершенства. Полировку приходится вести на низких скоростях, так как смолы, ткани, дерево и пластмассы с увеличением числа оборотов сильно разогреваются и теряют необходимые качества.
Как повысить скорость обработки?
Вероятно, вы сразу подумаете о подаче охлаждающей жидкости: пусть вместо водной взвеси будет взвесь полировального порошка в какой-нибудь охлаждающей жидкости. Такой способ известен, он дает не очень хорошие результаты. Представьте себе полировальник в виде небольшой подушки, которая быстро вращается, плотно прижимаясь к стеклу. Как подавать охлаждающую жидкость? Сбоку? Но ведь тепло выделяется под подушкой - там, где в данный момент прижат полировальник. Устроить сквозные каналы в полировальнике? Тут мы наталкиваемся на противоречие: чем больше в полировальнике каналов, тем равномернее будет подача жидкости, но тем хуже будет работать сам полировальник, ибо он будет состоять в основном из дырок… Словом, дырчатый полировальник - не самая удачная идея.
Это тоже очень простая задача. Решите ее, используя таблицу типовых приемов.
Задач а 11
Для испытания материалов на длительную прочность в условиях высоких температур и агрессивных сред используют прочные камеры - сейфы. К образцу материала прикрепляют груз, после чего заполняют камеру агрессивным веществом, герметично закрывают и включают систему обогрева (тепловые элементы размещены в стенках камеры). Вес груза - от 0,02 кг до 2 кг.
Напор воды в гидросистеме (23 м на концах крыльев) достаточен для самоподдержания леек. Расчет показывает, что легкая гидросистема может сама себя поддерживать и передвигать. Но даже если гидрореактивной силы было бы недостаточно, следовало хотя бы частично облегчить крылья. Пусть в нерабочем положении эти легкие крылья будут опущены вниз. При поливе гидрореактивная сила поднимет концы крыльев.
* * *
Алгоритм не избавляет изобретателя от необходимости думать. Одна и таже задача может быть решена на разных уровнях - в зависимости от индивидуальных качеств изобретателя. Проследим это на примере.
Задача 6
При горных работах раньше производили последовательные взрывы десяти зарядов в течение двух минут. Оператор успевал замыкать контакты цепи с электродетонаторами вручную. Но при новой организации горных работ необходимо за 0,6 сек. последовательно включить 40 контактов, причем промежутки между взрывами неравны и каждый раз меняются. Например, взрыв № 2 должен следовать через 0,01 сек. после взрыва № 1; взрыв № 3 - через 0,02 сек. после взрыва № 2 и т. д. В другой раз взрыв № 2 должен произойти через 0,03 сек. после взрыва № 1 и т. д. График включения желательно выдержать с точностью до 0,001 сек.
Нужен предельно простой, надежный и точный способ включения.
Решениезадачи 6
3-3. Дана система из 40 пар проводов (контактов) и 40 «замыкалок» (или одной подвижной «замыкалки»). Трудно замыкать контакты по графику.
(Электродетонаторы не входят в рассматриваемую систему Надо замыкать контакты, а куда идет ток - безразлично.)
2-4. а) «Замыкалка». б) Контакты. (В условиях данной задачи контакты - это просто концы проводов, которые надо замкнуть. Менять провода мы не можем: все равно будет что-то, проводящее ток А вот «замы-калку» можно менять как угодно. Если мы отнесем к «б» оба элемента - контакты и «за-мыкалку»,- объектом станет внешняя среда. На шаге 3-3 выделится часть этой среды то, что находится между контактами. И дальнейшее решение совпадет с тем случаем, когда выбрана «замыкалка».) 2-5. «Замыкалка».
3-1. «Замыкалка» сама соединяет контакты точно по графику.
3-2. См. рис. 27.
3-3. Не может осуществлять требуемого действия подвижная часть «замыкалки».
3-4. а) Нам надо, чтобы «замыкалка» сама передвигалась по графику.
б) «Замыкалка» не может передвигаться без применения каких-то сил.
в) Для передвижения «замыкалки» нужны силы, а мы хотим, чтобы «замыкалка» двигалась сама, т. е. без наших усилий.
3-5. «Замыкалка» будет двигаться сама, если в ней самой появятся силы.
3-6 Если силы появляются сами - это естественные силы.
3-7. Простейший случай движения под действием естественных сил - падение. «Замыкалка» должна двигаться под действием силы тяжести. Это обеспечит движение по определенному закону, т. е. по графику.
3-8 В трубке создан вакуум. Падает груз и замыкает контакты. Переналаживание легко осуществляется, если в трубке много контактов и можно подключаться к тем, которые нужны.
Сопоставим это с решением по авторскому свидетельству № 189597: «Устройство для установления заданных промежутков времени, отличающееся тем, что с целью повышения точности измерений при записи сейсмограммы оно выполнено в виде стержня с расположенным на нем грузом, замыкающим во время падения контакты, соединенные с электродетонаторами».
Такие ответы учебных задач, защищенные авторскими свидетельствами и отражающие современный уровень творческой мысли в данной области, мы будем называть контрольными ответами.
Смысл изучения АРИЗ, конечно, не в том, чтобы научиться находить контрольный ответ. Решить учебную изобретательскую задачу - значит, дать ответ, не очень отличный от контрольного (на первых этапах обучения), сходный с ним или превосходящий его (на завершающих этапах обучения)
Задачу 6 можно было решить чисто конструкторским путем (например, используя цепи с линиями задержки), но при этом не удалось бы совместить предельную простоту с требуемой точностью Контрольный ответ соответствует второму уровню перебрав несколько десятков вариантов, к нему можно было прийти и без АРИЗ.
Попробуем теперь усложнить задачу. Это даст нам возможность в большей мере использовать АРИЗ.
Задача7
Возьмем в качестве прототипа ответ 3-8 на задачу 6. Имеется стеклянная трубка с вакуумом; падает металлический шарик, замыкает введенные в трубку контакты. Недостаток прототипа - нет свободного падения «замы-калки»: шарик все-таки касается контактов и, следовательно, притормаживается.
Как быть?
Если взять 40 трубок разной длины, мы избавимся от трения (контакты будут только на дне), но усложним прибор. Заменить контакты микрокатушками, а шарик- магнитом? Останется трение магнита о силовые линии тока в катушках. К тому же схема сильно усложнится введением усилителя. Ввести световое замыкание? Плохо. Мы снова усложняем схему…
Прибор должен остаться простым, а точность его по сравнению с прототипом должна быть повышена. Задача учебная, поэтому менять ее нельзя; надо обязательно сохранить исходную схему (контакты и падающая «замы-калка»).
Решение задачи 7
2-3. Дана система из вакуумной трубки, контактов и «замыкалки». При падении «замыкалка» трется о контакты.
2-4. а) «Замыкалка», контакты, б) Трубка. (Сейчас, когда мы рассматриваем трение «за-мыкалки» о контакты, оба эти элемента в равной мере могут быть отнесены к «а». Трубку тоже можно менять, но в меньшей степени; у трубки своя функция - держать вакуум.) 2-5. «Замыкалка».
(Можно взять контакты, можно взять «замы-калку-контакты»- в данном случае это безразлично, так как все равно придется рассматривать взаимодействие трущихся частей.) 3-1. «Замыкалка» при падении сама замыкает контакты без трения.
Для замыкания нужно соприкосновение, т. е. трение. ИКР говорит: пусть трение будет без трения! Дикая идея, не так ли?
Здесь возникает сильный психологический барьер, и дальнейший ход решения во многом зависит от индивидуальных качеств изобретателя, прежде всего - от смелости и организованности мышления. Нужно уметь не останавливаться перед барьером, не отступать, не уходить в сторону.
3-2. Итак, шарик должен проходить сквозь контакты без трения! Тут может появиться идея жидкого шарика. Но это решение не годится: жидкость будет испаряться, исчезнет вакуум, нарушится свободное падение.
3-3. Не может выполнить требуемого действия наиболее широкая часть шарика. Его, так сказать, антиталия…
3-4. а)Нам надо, чтобы шарик двигался без трения, т. е. не касаясь контактов.
б) Для замыкания антиталия должна плотно прикасаться к контактам.
в) Для «а» нужно, чтобы шарик двигался; для «б» - чтобы он не двигался…
, 3-5. Значит, шарик должен одновременно двигаться и не двигаться.
Раньше было «трение без трения», теперь «движение без движения»… Подобно тому как перед рассветом усиливается темнота, так и перед выходом к новой идее мысль наталкивается на препятствия, кажущиеся особенно трудными. Мы будем называть это явление предрассветным эффектом. Помните, Максутов подошел к мысли, что приходится усложнять конструкцию. Раньше он останавливался на этом месте (темнота сгущалась, дальше не хотелось думать!). Но в поезде Максутов решил «пофантазировать»: допустил возможность усложнения конструкции и продолжал размышление. И вот оказалось, что усложнение - кажущееся.
3-6. Придется разделить шарик. Пусть одна часть, а именно антиталия, дойдя до контакта, останавливается, а другая часть шарика (все остальное) -продолжает свободное падение.
3-7, 3-8. Сделаем «замыкалку» составной (рис. 28). Верхнее кольцо, дойдя до первой пары контактов, остановится и замкнет первую цепь. Остальная часть «замыкалки» будет при этом продолжать свободное падение: остановка верхнего кольца не отразится на нижних кольцах, гак как при свободном падении верхнее кольцо не давит на нижние кольца Исключено и сдвижение колец в сторону- нет сил, способных вызвать это сдвижение.
Вторая пара контактов выдвинута к оси трубки больше, чем первая пара. На второй паре контактов задерживается второе кольцо, а оставшаяся часть «замыкалки» снова продолжает падение и т. д.
Прикинем теперь, как будет устроена трубка. Предположим, длина трубки - 3 м (это вполне допустимо по аналогии с прототипом). Первый метр оставим нерабочим: «замыкалка» там только разгоняется. Следующие два метра «замыкалка» в свободном падении пройдет за 0,2 сек. Среднее расстояние между контактами на этом участке: 200 см: 40 = 5 см. Ясно, что число контактов можно существенно увеличить. Подключая цепи к тем или иным контактам, мы сможем реализовать разные графики включения. Средняя скорость движения «замыкалки» 1 м за 0,1 сек. Значит, 0,001 сек. соответствует точность установки контактов в 1 см. А контакты можно легко установить с точностью, в десять раз большей. При диаметре трубки в 80 мм среднее сдвижение контактов к оси трубки-2 мм. «Перезарядка» прибора достигается его переворачиванием. Одновременное сбрасывание всех колец - освобождением нижнего кольца, на котором свободно лежат все остальные кольца.
Итак, мы все-таки получили трение без трения! Найденный принцип значительно шире конкретной задачи. В сущности, мы нашли способ опорного движения без трения об опоры… Решить задачу на таком уровне без АРИЗ - путем перебора вариантов - очень нелегко. Вы можете убедиться в этом, предложив задачу 7 своим друзьям. Помните, что при этом нельзя менять задачу: должна быть усовершенствована исходная схема (с падающим грузом, замыкающим контакты). И еще: условия задачи надо не пересказывать, а давать в письменном виде. Пусть решающий ознакомится с контрольным ответом по задаче 6, а затем прочитает условия задачи 7,
Разобрав несколько задач, которые мы привели, читатель может сделать вывод, что для АРИЗ характерно стремление получить требуемый эффект при минимальных затратах. В задаче 5 мы стремились к тому, чтобы как можно меньше разрушать лед: разрушенный лед сам по себе никому не нужен, это только «плата» за грубый, несовершенный способ движения. В задаче 2 крылья дождевателя держались «сами по себе». В задаче 7 трение было снято простым разделением «замыкалки».
Для обычного инженерного мышления типично другoe: готовность «платить» за полученный эффект. «Нужно опустить эту тяжелую трубу на откос,-думает инженер.Прекрасно. Смонтируем кран, он опустит трубу». Кран - это и есть плата за реализацию действия, требуемого задачей.
Изобретатель думает иначе: «Нужно опустить эту трубу. Ну, что же, надо делать так, чтобы труба как-то сама легла на откос».
Мы привыкли расплачиваться за решение технических задач металлом машин, сложностью электроники и щедрым расходом энергии. АРИЗ вырабатывает привычку платить иной валютой - творческой мыслью. Задача может кричать: «Я совсем простая, меня легко решить, используя известные механизмы!» Но изобретатель все равно должен стремиться найти решение, не требующее машин, механизмов, устройств. Конечно, что-то, в конце концов, придется использовать. Но это «что-то» должно быть обязательно новым и более эффективным.
Посмотрим на конкретной задаче, как это происходит.
Задача 8
В лаборатории намечено провести серию испытаний системы фильтров (например, для двигателей внутреннего сгорания). В ходе испытаний в фильтры вместе с поступающим туда воздухом надо подавать песок, пыль, частицы глины и прочие сыпучие добавки. Для каждого испытания имеется график подачи добавок. Иногда надо подавать только одну какую-нибудь добавку, например, только песок, а нередко требуется одновременно подавать до 24 видов добавок. Каждая добавка подается в свое время по заранее составленному графику, поэтому смешивать добавки и подавать усредненную смесь нельзя. Вес каждой добавки от 0,01 кг до 0,03 кг. Время подачи 10 сек. Потом установку разбирают и исследуют.
Нужно предложить способ подачи сыпучих добавок. Основные требования: простота, точность, легкость переналадки (предполагается проверить сотни разных сочетаний добавок).
* * *
Эта задача была предложена слушателям, только что принятым в Азербайджанский общественный институт изобретательского творчества. Время на решение не ограничивалось, большинство справилось с задачей за
i/2-2 часа. Все слушатели - 90 человек - подошли к задаче с позиций обычного конструирования; подача порошков осуществлялась различными дозаторами. В нескольких предложениях автоматизация дозировки достигалась использованием ЭВМ!
Вот одно из решений: «К агрегату подведены 24 трубы. Перед каждой трубой вращается приспособление в виде сита. Число дырок в сите соответствует числу точек кривой для данного порошка. Диаметры дырок подобраны так, чтобы в агрегат в одну секунду могло проходить определенное количество порошка. Скорость вращения сит такова, что каждую секунду к трубам подается новое отверстие нужного диаметра». Итак, 24 дозатора - каждый с набором ежесекундно меняющихся диафрагм! Машина громоздкая, не очень надежная (отверстия в диафрагмах и трубки могут забиться) и трудно поддающаяся переналадке.
Через полтора месяца та же задача была вновь предложена слушателям. На этот раз времени на решение потребовалось вдвое меньше - и половина слушателей вышла на уровень контрольного ответа.
Решение задачи 8
Применим оператор РВС.
2-2а. Увеличим количество добавок в 100 раз. Теперь потребуются 2400 дозаторов. Получается слишком гро-* моздкая установка. Дозатор должен быть один и притом самый простой. Но из этого простого дозатора должны независимо идти 2400 порошков…
2-26. Если добавка одна, можно поставить обычный дозатор.
2-2в. Чем меньше время подачи, тем хуже будет работать дозатор. Если вместо 30 сек. в нашем распоряжении всего 0,03 сек., мы просто не успеем отдозировать порошки. Вывод: дозировку надо осуществлять заранее. Главный выигрыш в том, что заранее мы можем дозировать порошки любым способом и без спешки, следовательно, очень точно. Если у нас есть заранее отдозированные порошки (например, разложенные по секундным порциям), то дозаторы не нужны: из двух требуемых действий - отдозировать порошки и подать - остается только второе действие.
2-2г. Допустим, время подачи порошков растянуто
до года. Порошки подаются медленно - крупинка за крупинкой. В этом случае тоже есть смысл отдозировать их заранее, скажем, по недельным порциям.
2-2д. Если допустимая стоимость устройства близка к нулю, устройства нет или почти нет. Собственно, дозатор нам не нужен: мы можем любым - самым дешевым способом отдозировать порошки заранее. Значит, надо как-то избавиться и от подающего устройства.
2-2е. Если расходы на устройство могут быть высокими, попробуем изменить природный элемент системы - порошки. Соединим - хотя бы с помощью клея - каждую крупинку порошка с крупинкой ферромагнитного материала. Теперь подачей порошков очень легко управлять. Правда, неясно, как в нужный момент отделять крупинки порошка от крупинок металла.
Что же нам дал оператор РВС? Одну безусловно подходящую идею - дозировать порошки заранее. И одну дикую, но заманчивую идею: крупинки металла несут и сбрасывают частицы порошка.
Продолжим решение.
2-3. Дана система из фильтров и 24 добавок. Добавки трудно подавать в фильтры по графикам.
2-4. а) -
б) Фильтры, порошки.
Менять фильтры нельзя-мы их исследуем. Порошки тоже нельзя менять - нарушатся условия эксперимента.
2-5. Внешняя среда.
3-1. Внешняя среда сама подает порошки по заданным графикам просто и точно.
В этой формулировке, в сущности, указаны два действия- дозировать («по заданным графикам») и подавать. Но шаг 2-2 уже дал идею предварительной дозировки. Поэтому мы можем уточнить ИКР:
3-1. Внешняя среда сама подает заранее отдозиро-ванные порошки просто и точно.
3-2. Будем для простоты рассматривать один порошок, помня, что потом решение надо распространить на 24 порошка. Итак, мы имеем заранее отдозированный порошок (рис. 29); сейчас внешняя среда не подает порошок, а нам надо, чтобы она сама подавала его в воронку.
3-3. Не может выполнить требуемого действия часть внешней среды от того места, где лежат отдозированные порошки, до воронки.
Рис. 29. К задаче 8, шаг 3-2: заранее отдозированный порошок подается при помощи ленты.
3-4. а) Нам надо, чтобы эта часть внешней среды сама несла порошок.
б) Нетрудно сделать эту часть среды нз ленты. На ленту можно положить предварительно отдозированный порошок. Но куда денется лента над воронкой?
в) Несовместимость (притом не очень страшная - это уже видно) состоит в том, что лента должна быть и ленты не должно быть. Правда, требования эти относятся к разным моментам времени: пока лента несет порошок, она должна быть; когда порошок донесен, должна исчезнуть. Нечто подобное (с частицами ферромагнитного материала) у нас получилось и на шаге 2-2е.
3-5. Итак, лента должна исчезнуть над воронкой.
3-6. Либо надо уничтожить ленту, либо отвести ее в сторону.
3-7. Можно загнуть ленту: пусть возвращается назад. Получится что-то вроде ленточного транспортера. 24 транспортера? А если их 240? Плохо! Транспортер хорош, когда надо долго подавать материалы. А мы весь порошок расположили заранее - нам не нужна высвободившаяся лента транспортера.
Остается первый вариант - уничтожить ленту над воронкой. Это ближе к идеальной машине: часть машины, выполнившая свою работу, должна исчезнуть.
3-8. Куда и как будет исчезать лента? Можно отбрасывать ленту, но это, видимо, потребует применения какого-то механизма. Идеальнее, чтобы лента исчезала сама: таяла, испарялась и т. д.
4-2. Нетрудно нанести порошок на ленту равномерно: покроем ленту клеем, посыплем порошком, приклеим один слой. Однако нам нужна лента, несущая порошок в виде графика. Положить клей в те места, где по графику должен быть порошок? Проще вырезать график из ленты, имеющей одинаковую ширину. Вещество ленты должно легко резаться, легко покрываться клеем, легко исчезать. Обыкновенная бумага. А лучше - беззольная бумага.
4-3. Теперь трудно найти недостатки. Изготовить запас равномерно покрытых порошками листов несложно. Вырезать из этих листов нужные графики - совсем просто. Равномерно подавать один или несколько (сложенных в пачку) листов можно с помощью самых простых устройств. Сжигание беззольной бумаги над воронкой тоже не вызывает затруднений.
4-4. Мы нашли настолько простой способ, что его легко реализовать и испытать. Выигрыш отчетливо виден.
Контрольный ответ: «Способ непрерывного дозирования сыпучих материалов по весу в единице объема, например абразива, при ускоренных износных испытаниях двигателя внутреннего сгорания, отличающийся тем, что с целью повышения точности, абразив предварительно наносят равномерным слоем на поверхность гибкой ленты из легковоспламеняющегося вещества, подают ее с заданной скоростью в зону нагрева и сжигают, а абразив отводят к испытуемому объекту» (авторское свидетельство №305363).
* * *
Разумеется, практически записи решений несколько короче. Вот, например, решение В. Митрофанова, студента 5-го курса Азербайджанского института нефти и химии:
«2-3. Дана система: агрегат и добавки.
2-4. а) -
б) Агрегат, добавки.
2-5. Внешняя среда.
3-1. Внешняя среда вводит добавки вовремя и как нам нравится.
3-2. (На рисунке «Было» показаны хаотические потоки добавок, на рисунке «Стало» - упорядоченные.)
3-3. (Выделены участки - там, где насыпаются добавки.)
3-4. Внешняя среда не взвешивает, не знает времени и т. д.
3-5. Если бы ей не надо было знать ничего. Если заранее как-то все сделать».
Отсюда В. Митрофанов сразу пришел к ответу, совпадающему сконтрольным. На решение было затрачено всего 20 минут.
Инженер Р. Султанов получил тот же ответ, но несколько иным путем:
«3-4. Внешняя среда не может захватить нужные количества порошков и подавать в строго определенное время.
3-5. Если внешняя среда обладала бы каким-то средством транспортировки (например, подавала бы 1 контейнер в секунду), в которое заранее насыпано нужное количество порошков. Контейнер - название условное. Допустим, оболочка, лента. После доставки лента исчезает».
Формулировки ответов на вопросы АРИЗ сохраняют индивидуальность. Но для всех сильных решений (на уровне или выше контрольного ответа) характерен общий стиль мышления:
направленность мысли,отсутствие беспорядочных скачков, суетливых метаний;
постоянная ориентировка на ИКР,стремление получить результат, расплатившись предельно-минимальным устройством;
умение легкопреодолевать психологические барьеры(термин «контейнер» тянул к идее использования пакетиков, но Р. Султанов тут же отметил: контейнер - название условное. Потому что оболочка нли лента - тоже контейнеры…);
хорошее владение основными приемами устранения технических противоречий,когда малейшая подсказка анализа воспринимается как ясное указание применить тот или иной прием (были использованы приемы предва-
рительного исполнения, отброса ненужных частей, динамизации объекта).
рительного исполнения, отброса ненужных частей, динамизации объекта).
* * *
Теперь я приведу несколько задач для самостоятельного решения. Это учебные задачи: в их условиях содержатся все сведения, необходимые для решения. Каких-либо отраслевых знаний не требуется. Кроме того, поскольку задачи учебные, достаточно лишь в самом общем виде найти принцип решения.
Не ищите решение перебором вариантов. Пытаясь отгадывать (по знакомому методу «а если сделать так…»), вы лишь бесполезно затратите время. Если удастся правильно угадать ответ, ваше творческое мастерство от этого не повысится. Даже самые простые задачи надо решать по системе, это нужно для тренировки изобретательских навыков.
Решайте задачу так, как будто оценка ставится не за полученный ответ, а только за ход решения. Считайте, что самое важное - четко выстроить лесенку ответов на вопросы. Эта лесенка должна обладать двумя свойствами: первое - цельность, отсутствие логических разрывов; второе - наличие какого-то неожиданного поворота. Вспомните решение задачи 7: уже в ИКР мы пришли к выводу, что нужно получить трение без трения. Здравый смысл уводил в сторону, но мы стали последовательно искать трение без трения и движение без движения…
Задача 9
Воздух, подаваемый в аквариум, позволяет в сравнительно небольшом объеме воды содержать много рыбешек. Поэтому давно возникла мысль использовать аналогичный прием для интенсификации рыбоводства в озерах, прудах и т. п. Беда, однако, в том, что способ этот неэкономичен: лишь небольшая часть воздуха успевает раствориться в воде, основная же его масса возвращается в атмосферу. Для комнатного аквариума это не так страшно- маленький моторчик справляется с делом. Но в озерах иные масштабы; потребовалось бы возле каждого озера строить мощную компрессорную установку, прокладывать разветвленную систему труб и т. д.
Нужен иной способ - несложный, экономичный и, конечно, безвредный для рыб. Поэтому, в частности, не надо использовать реактивы, выделяющие кислород.
Задача совсем простая. Попробуйте ее решить сразу (без анализа) по таблице типовых приемов.
Задач а 10
При полировке оптических стекол используют дерево и ткани, а в последние годы - смолы и пластмассы. В зону соприкосновения стекла и инструмента подается водная взвесь полировального порошка.
Однако этот традиционный способ далек от совершенства. Полировку приходится вести на низких скоростях, так как смолы, ткани, дерево и пластмассы с увеличением числа оборотов сильно разогреваются и теряют необходимые качества.
Как повысить скорость обработки?
Вероятно, вы сразу подумаете о подаче охлаждающей жидкости: пусть вместо водной взвеси будет взвесь полировального порошка в какой-нибудь охлаждающей жидкости. Такой способ известен, он дает не очень хорошие результаты. Представьте себе полировальник в виде небольшой подушки, которая быстро вращается, плотно прижимаясь к стеклу. Как подавать охлаждающую жидкость? Сбоку? Но ведь тепло выделяется под подушкой - там, где в данный момент прижат полировальник. Устроить сквозные каналы в полировальнике? Тут мы наталкиваемся на противоречие: чем больше в полировальнике каналов, тем равномернее будет подача жидкости, но тем хуже будет работать сам полировальник, ибо он будет состоять в основном из дырок… Словом, дырчатый полировальник - не самая удачная идея.
Это тоже очень простая задача. Решите ее, используя таблицу типовых приемов.
Задач а 11
Для испытания материалов на длительную прочность в условиях высоких температур и агрессивных сред используют прочные камеры - сейфы. К образцу материала прикрепляют груз, после чего заполняют камеру агрессивным веществом, герметично закрывают и включают систему обогрева (тепловые элементы размещены в стенках камеры). Вес груза - от 0,02 кг до 2 кг.