Генрих Альтов - Творчество как точная наука. Теория решения изобретательских задач
В решении задачи 12 тепловое поле действует на В2, меняя механическое взаимодействие между В2 и В1:
Может возникнуть вопрос: почему тепловое поле показано в формуле веполя, а механического поля взаимодействия между В2 и В1 в формуле нет? Разумеется, можно было бы записать и так:
где П1 - тепловое поле, а П2 - механическое поле.
В вепольных формулах обычно записывают только поля на входе и на выходе, т. е. поля, которыми по условиям данной задачи можно непосредственно управлять - вводить, обнаруживать, изменять, измерять. Взаимодействие между веществами указывают без детализации вида взаимодействия (тепловое, механическое и т. д.).
Принятые обозначения:
- веполь (в общем виде);
- действие или взаимодействие (в общем виде, без конкретизации);
- действие;
- взаимодействие;
- действие (или взаимодействие), которое надо ввести по условиям задачи;
~ - неудовлетворительное действие (или взаимодействие), которое по условиям задачи должно быть изменено;
П - поле на входе: «поле действует»;
П - поле на выходе: «поле хорошо поддается действию (изменению, обнаружению, измерению)»;
П' - состояние поля на входе;
П'' - состояние того же поля на выходе (меняются параметры, но не природа поля);
В' - состояние вещества на входе;
В'' - состояние вещества на выходе;
В' - В'' - «переменное» вещество, находящееся то в состоянии В', то в состоянии В'' (например, под действием переменного поля);
- переменное поле.
В вепольных формулах вещества надо записывать в строчку, а поля сверху и снизу; это позволяет нагляднее отразить действие нескольких полей на одно и то же вещество.
ПОСТРОЕНИЕ И ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ВЕПОЛЕЙ
На первых порах представление технических систем в виде веполей наталкивается на чисто психологические трудности. Нечто подобное наблюдается при освоении ребенком понятия «треугольник». Почему три яблока, лежащие в сумке, это не треугольник, а те же три яблока, расположенные на столе, образуют треугольник? Почему три точки дают треугольник и три дома тоже дают треугольник, хотя точки очень маленькие, а дома очень большие?.. Эти затруднения довольно быстро преодолеваются,
Кстати, об аналогии с геометрией. Треугольник - минимальная геометрическая фигура. Любую более сложную фигуру (квадрат, ромб, четырехугольник и т. д.) можно свести к сумме треугольников. Именно поэтому изучение свойств треугольника выделено в особую науку-тригонометрию. - система из трех элементов В1, В2 и П - играет в технике такую же фундаментальную роль, какую треугольник играет в геометрии. Зная несколько основных правил и имея таблицы тригонометрических функций, можно легко решать задачи, которые без этого потребовали бы кропотливых измерений и вычислений. Точно так же, зная правила построения и преобразования веполей, можно легко решать многие трудные изобретательские задачи.
Первое правило, с которым мы уже познакомились, состоит в том, что невепольные системы (один элемент - вещество или поле) и неполные вепольные системы (два элемента - поле и вещество, два вещества) необходимо - для повышения эффективности и управляемости - достраивать до полного веполя (три элемента - два вещества и поле).
Выше была приведена задача 3 о разделении щепы древесины и коры. В ней даны два вещества, и, следовательно, для достройки веполя необходимо ввести поле. Огромное поисковое пространство резко сужается; нужно рассмотреть всего несколько вариантов. В сущности, если отбросить поля сильных и слабых взаимодействий (в данной задаче они явно ведут к слишком сложным решениям), остаются два «законных» поля: электромагнитное и гравитационное. Учитывая ничтожную разницу в удельном весе щепок, следует сразу отбросить и гравитационное поле. Остается одно поле - электромагнитное. Поскольку магнитное поле не действует на кору и древесину, можно сразу ставить решающий эксперимент: как ведут себя щепки в электрическом поле? Оказывается, в электрическом поле частицы коры заряжаются отрицательно, а частицы древесины - положительно. Это позволяет построить сепаратор, обеспечивающий надежное разделение щепок.
Ну, а если бы щепки не электризовались? И в этом случае правило о постройке веполя сохраняет силу. Задача состоит в том, чтобы удалить один вид щепок. Следовательно, мы имеем право считать, что дано одно вещество, которое надо перемещать. Достроим веполь: добавим к этому веществу пару «вещество и поле». Например, до раздробления ствола и ветвей нанесем на кору ферромагнитные частицы, а затем - после дробления - используем для сепарации магнитное поле. Тут уже не требуются эксперименты: магнитное поле заведомо способно перемещать «омагниченную» кору.
Это решение можно изобразить так:
Дана смесь двух веществ, эти вещества сами не хотят разделяться. Решение состоит в достройке веполя, причем вместо В2 надо взять комплекс (В2 В3).
Возможность строить «комплексные» веполи намного расширяет область применения правила о достройке веполя.
Решение задачи 9 тоже можно рассматривать как построение комплексного веполя (в жидкость добавлен люминофор):
Здесь В1- холодильный агрегат; В2 - холодильная жидкость; В3 - люминофор; П- поле на входе (невидимое ультрафиолетовое излучение); П - поле на выходе (видимое излучение люминофора).
Правило достройки веполя непосредственно вытекает из самого определения понятия «веполь»: минимально полная техническая система заведомо эффективнее неполной системы, поэтому данные в задачах невепольные и неполные вепольные системы надо достраивать до полных веполей. Существуют и другие правила, относящиеся к построению и преобразованию вепольных систем. Использование этих правил лежит в основе вепольного анализа, составляющего один из важнейших разделов теории решения изобретательских задач. Приведем задачу.
Задача 13
Для очистки горячих газов от немагнитной пыли применяют фильтры, представляющие собой пакет, образованный многими слоями металлической ткани. Эти фильтры удовлетворительно задерживают пыль, но именно поэтому их потом трудно очищать. Приходится часто отключать фильтр и подолгу продувать его в обратном направлении, чтобы выбить пыль. Как быть?
Задача была решена так: в качестве фильтра стали использовать ферромагнитный порошок, помещенный между полюсами магнита и образующий пористую структуру. Отключая и включая магнитное поле, можно эффективно управлять фильтром. Поры фильтра могут быть маленькими (когда ловят пыль) и большими (когда идет очистка фильтра).
В условиях этой задачи уже описана вепольная система: есть В1 (пыль), есть В2 (пакет ткани), есть П (механическое поле сил, создаваемых потоком воздуха). Решение состоит в том, что:
- В2 раздробили в ферромагнитный порошок Вф;
- действие поля П направили не на В1 (изделие), а на Вф (инструмент);
- само поле стало не механическим (Пмех.) а магнитным (Пм).
Это можно записать так:
Сильное решение получено благодаря тому, что реализовано правило развития веполей: с увеличением степени дисперсности В2 (инструмента) эффективность веполя повышается; действие поля на В2 (инструмент) эффективнее действия на В1 (изделие); электрические (электромагнитные, магнитные) поля в веполях эффективнее неэлектрических (механических, тепловых и т. д.). Действительно, едва ли надо доказывать, что чем меньше частицы В2, тем более гибким может быть управление инструментом. Очевидно также, что выгоднее менять инструмент (это зависит от нас), а не изделие (зачастую являющееся природным объектом). Порознь целесообразность этих преобразований очевидна, но сила правила заключается в использовании системы преобразований.
Задача 13 на протяжении ряда лет применялась в качестве учебной на занятиях в общественных школах изобретательского творчества. Решая ее в начале учебы, слушатели ни разу не давали верного ответа. После изучения вепольного анализа задача без затруднений решалась практически всеми - научными работниками, инженерами, студентами, школьниками.
Вернемся теперь к задаче 6, которая также широко использовалась при обучении ТРИЗ. Вот запись, сделанная опытным конструктором в первый день занятий:
«1-й путь - построить необходимое количество площадок. Кажущаяся простота и получаемая исчерпываемость результатов, Однако на самом деле - дороговизна осуществления (строительство), сложность эксплуатации. Таким образом, этот путь нецелесообразен.
2-й путь - имитация только экстремальных условий: наиболее благоприятных для эксплуатации тракторов и наименее благоприятных, т. е. создание на уже имеющейся площадке двух участков с соответствующими качествами грунтов.
