Алгоритм решения изобретательских задач

Второе обостренное  противоречие относится к другой части яхты - к балласту (киль). Для  повышения остойчивости яхты балласт  должен быть тяжелым, а чтобы она была более маневренной, балласт должен быть легким. 

Противоречие  разрешается или использованием внутреннего пространства киля (ресурсов), например, помещают туда аккумуляторы. Или киль делается пустотелым в виде трубы, в котором всегда проходит вода, являющаяся грузом (балластом).

 

Рис. 9. Выпрямитель  на диодах 

Рассмотрим еще  оду задачу. 

Задача 1.7. Радиотехническое устройство Для питания многих радиотехнических устройств (РТУ) используются промышленная сеть переменного тока, хотя большинство блоков РТУ, например, усилитель, генератор и другие нуждаются в постоянном питающем напряжении. По этой причине на выходе усилителя необходим элемент, имеющий противоречивые физические свойства. Он должен быть ПРОВОДЯЩИМ для положительной полуволны синусоидального тока и НЕПРОВОДЯЩИМ для отрицательной полуволны, чтобы обеспечить усилитель однополярным питающим напряжением. 

Данное обостренное  противоречие (ОП) разрешается за счет выпрямителя, выполненного на диодах (рис. 9), обладающих указанными физическими свойствами и реализующих функцию преобразования переменного тока в постоянный. 

Следует подчеркнуть  еще раз, что в отличие от углубленного (технического) противоречия, принадлежащего всей системе, обостренное (физическое) - относится только к определенной ее части.

[править]

Цепочка противоречий 
 

Таким образом, рассмотренные три вида противоречий образуют цепочку: поверхностное противоречие (ПП) – углубленное противоречие (УП) - обостренное противоречие (ОП), которая определяет причинно-следственные связи в исследуемой технической системе. 
 
 

Проиллюстрируем эту цепочку. 

Задача 1.8. Чемоданы

 

Рис. 10. Складной чемодан

 

Рис. 11. Набор  чемоданов 

ПП – пустые чемоданы занимают много места (нежелательный  эффект). 

УП – чемодан  необходим для перевозки вещей, но занимает много места дома, когда его не используют. 

ОП – чемодан  должен быть большой, чтобы в него помещалось много вещей, и меленький, чтобы он не занимал много места, когда он не используется. Т.е. чемодан  должен быть большой и маленький. 

Решение: Чемодан делается складной (рис. 10). Или набор чемоданов в виде "матрешки" (рис. 11). Меньший чемодан вкладывается в больший. 

Задача 1.9. Мощные транзисторы 

Неидеальность ключевых свойств мощных транзисторов и диодов являются причиной потерь электрической энергии, которая разогревает полупроводниковый прибор, ухудшая тепловой режим его работы. 

Сформулируем  поверхностное противоречие (ПП): "Необходимо улучшить тепловой режим транзисторного (диодного) ключа в радиоэлектроаппаратуре, в которую он устанавливается". 

Или: "Необходимо исключить перегрев силового транзистора  в усилителе радиоприемника". В первой формулировке ПП показывается, какое качество нужно улучшить, а  во второй - нежелательный эффект (НЭ) - перегрев транзистора. 

Устранение указанного поверхностного противоречия может осуществляться за счет создания нового транзистора или применения радиатора, который улучшает тепловой режим работы транзистора, но увеличивает габариты радиоаппаратуры. 

Углубленное противоречие (УП) между ТЕМПЕРАТУРОЙ и ГАБАРИТАМИ или ПОТЕРЯМИ ЭНЕРГИИ (МОЩНОСТИ) и ГАБАРИТАМИ.

 

Рис. 12. Радиатор с ребрами 

Улучшение теплоотвода  приводит к необходимости увеличения площади радиатора, а снижение габаритов  радиоаппаратуры требует уменьшения площади радиатора. 

Опишем обостренное противоречие (ОП): площадь радиатора должна быть БОЛЬШОЙ, чтобы улучшить отвод тепла, и МАЛЕНЬКОЙ, чтобы радиоаппаратура была малых габаритов. 

Такое противоречие можно, например, разрешить путем  изменения структуры. 

На радиаторе  делают ребра (рис. 12). Общая площадь радиатора остается такой же или больше, а габариты аппаратуры не увеличиваются и даже могут быть уменьшены. 

Целый букет  противоречий разобран Ф.Энгельсом  в работе "История винтовки". Рассмотрим некоторые из них. 

Задача 1.10. Винтовка 

Изобретение винтовки преследовало цель - улучшить результаты стрельбы. Поэтому в гладкоствольных мушкетах была сделана нарезка, а плотно пригнанная пуля скользила по ним. При этом заряжать винтовку стало гораздо сложнее и дольше - пулю приходилось забивать шомполом (раньше оружие заряжалось с дульной части). 

Возникло углубленное (техническое) противоречие между точностью  стрельбы (преимущества нарезов винтовки) и скорострельностью или удобством  заряжания (преимущества гладкоствольного оружия - мушкетов). 

В глубине этого углубленного противоречия лежат несколько обостренных (физических). Вот некоторые из них:

Чтобы повысить точность стрельбы, необходимы нарезы на внутренней поверхности ствола, а чтобы облегчить заряжание (повысить скорострельность), нарезы не нужны (внутреннюю поверхность ствола необходимо иметь гладкой).

Или - для увеличения скорострельности пуля должна не плотно прилегать к внутренней поверхности  ствола, а для улучшения точности стрельбы пуля должна плотно прилегать  к внутренней поверхности ствола и даже врезаться в нарезы. 

Обратите внимание, что, эти обостренные противоречия составлены для разных частей системы (винтовки): 1 – для ствола, 2 –  для пули. 

В то время пуля оборачивалась просаленной материей (пластырем) и без особых усилий забивалась шомполом в ствол. 

Затем выяснилось, что для увеличения точности и  дальности стрельбы пуле необходимо придавать вращательное движение, при  этом она более точно выдерживает  заданное ей направление, так как  становится более устойчивой. На внутренней поверхности ствола стали делать винтовые нарезы. Прежнее противоречие еще более обострилось, в связи с тем, что заряжать винтовку стало еще труднее. 

Винтовка "в  значительной мере превосходила гладкоствольный  мушкет в отношении меткости... Вместе с тем, заряжание винтовки являлось делом сравнительно трудным. Забивание пули представляло довольно утомительную операцию; порох и завернутая в пластырь пуля вкладывались в ствол отдельно, и за одну минуту можно было сделать не более одного выстрела". Энгельс Ф. История винтовки. Маркс К., Энгельс Ф. Соч., изд. 2-е, т.15.- М.: Политиздат, 1959, с. 202.. 

В данном случае обостренное противоречие будет. 

Нарезы должны быть винтовые, для повышения точности стрельбы, и не должны быть винтовые (должны быть прямые) для повышения скорострельности. 

Вот еще одно из характерных обостренных противоречий: "Старая винтовка, для того чтобы  облегчить забивание пули, должна была быть короткой, настолько короткой, что она уже не подходила в  качестве рукоятки для штыка". Энгельс  Ф. История винтовки. Маркс К., Энгельс Ф. Соч., изд. 2-е, т.15.- М.: Политиздат, 1959, с. 203. 

Ствол винтовки должен быть коротким, чтобы было легче  забивать пулю, и должен быть длинным, чтобы служить рукояткой для  штыка. 

Противоречие  было разрешено, когда был придуман затвор. Винтовка заряжалась с казенной части. 

Теперь, рассмотрев различные противоречия, следует  еще раз отметить, что решить сложную  техническую задачу – значит улучшить необходимые показатели системы, не ухудшая другие. Осуществить это  возможно путем выявления углубленного (технического) противоречия, определения причин, породивших его, или даже причины причин (выявление обостренного противоречия), и устранения этих причин, то есть разрешения обостренного (физического) противоречия. 

Этап выявления обостренного противоречия представляет собой точную постановку задачи. Выявление обостренного противоречия при решении технических задач требует определенной направленности поиска, что возможно только при знании ответа. В реальной технической задаче ответ, безусловно, не известен. 

Направленность  в решении может быть достигнута ориентировкой на законы развития технических  систем и, прежде всего, на закон увеличения степени идеальности технической  системы [10][11].

[править]

Идеальный конечный результат 

Решение математических задач и задач "на сообразительность" часто выполняют методом "от противного". Суть метода заключается в том, что  решать задачу начинают с конца. Определяют конечный результат - ответ. Уяснив его, "прокладывают" дорогу к началу, то есть решают задачу. 

Заманчиво было бы и решение технических задач  осуществлять аналогичным образом. Но как же узнать ответ? 

Действительно, при решении технических задач  ответ не известен, но можно пойти  дальше... Можно представить идеал  разрабатываемого устройства – идеальное устройство – идеальный конечный результат (ИКР). 

ИКР - маяк, к  которому следует стремиться при  решении задачи. 

ИКР - решение, которое  мы хотели бы видеть в своих мечтах, выполняемое фантастическими существами или средствами (волшебная палочка). Например, дорога существует только там, где с ней соприкасаются колеса транспорта.

[править]

Идеальная техническая  система 

Идеальная техническая  система - это система, которой нет, а ее функции выполняются, т.е. цели достигаются без средств.

 

Рис. 13. Самосвал 

ИКР транспортного  средства - когда его нет, а груз транспортируется (груз сам передвигается  в нужном направлении с необходимой  скоростью). Достаточно много технических  систем, в названии которых есть слово САМ. Например, самосвал (оригнальный вид самосвала, позволяющий почти самостоятельно опрокидывать кузов, показан на рис.13). 

САМ – значит без непосредственного участия  человека. Раньше этому способствовала механизация, теперь автоматизация  и кибернетизация, в частности, компьютеризация. Стиральная машина САМА (по программе) выполняет необходимую работу. Компьютер САМ переводит текст, делает мультфильмы или проектирует те или иные объекты. 

Об идеальных  аппаратах мечтают и исследователи  океанских глубин: "Безусловно, уже  давно люди понимали, что идеальным (выделил автор) был бы такой аппарат, который создавал бы на глубине "земные" условия. (Диомидов М.Н., Дмитриев А.Н. Покорение глубин. - Л.: Судостроение, 1969, с. 93). 

Пример 1.1. Идеал  спасательных средств на воде - непотопляемая  лодка при любых погодных условиях. "... судостроительные фирмы ряда стран разработали конструкцию "непотопляемой" спасательной лодки, полностью герметичной и вмещающей в кубрик 35 человек, которые прикрепляют себя к сидениям спасательными ремнями. Лодка выполнена из прочного легкого материала и может без какого-либо вреда для пассажиров катапультировать с высоты 25 м. Даже уйдя под воду, она снова выплывает на поверхность, принимая нормальное положение. ("Непотопляемая лодка". Панорама, Наука и Техника, 1979, № 6, с. 34). 

Одна из основных особенностей "идеального устройства" ("идеальной системы") та, что  оно должно появляться только в тот  момент, когда необходимо выполнять  полезную работу, причем в это время  система несет 100% расчетную нагрузку. Во все остальное время этой системы не должно существовать или она должна выполнять другую полезную работу. Это свойство давно нам знакомо из сказок - "Скатерть-самобранка" и т.д.

 

Рис. 14. Складной стол

 

Рис. 15. Надувное кресло 

Много примеров можно привести и из жизни; все убирающиеся, складные (рис. 14) и надувные (рис. 15) предметы. Например, складная и приставная мебель (стол, кресло, диван, кровать и т.д.), надувные предметы (лодки, спасательные жилеты, матрасы, кресса, понтоны и т.д.)