Генрих Альтов - Творчество как точная наука. Теория решения изобретательских задач
Задача 47
Дана пружина. Увеличивать ее размеры и заменять вещество, из которого она сделала (сталь определенной марки), нельзя. Нужен способ, позволяющий существенно повысить жесткость пружины, ничего к ней не прикрепляя (не пристраивая никаких дополнительных пружин и т. п.). Способ должен быть предельно простым.
Надо полагать, решение вы увидели раньше, чем дочитали условия задачи. Да, совершенно верно: витки пружины надо намагнитить так, чтобы одноименные полюса находились рядом и при сжатии пружины создавали дополнительную отталкивающую силу. Предложите эту задачу своим коллегам (условия задачи надо излагать слово в слово)... Приведем еще одну задачу.
Задача 48
Линию электропередач и электротехническое оборудование (например, разъединители), открыто расположенные на подстанциях, надо защищать от обледенения. С этой целью было предложено надевать на провода и защищаемое оборудование ферритовые накладки. Под действием переменного тока эти накладки быстро нагреваются и обогревают близлежащую часть провода или оборудования. Но внешняя температура меняется: иногда она выше нуля, иногда ниже. Да и вообще вдоль линии электропередачи температура зависит от множества факторов и может постоянно меняться. Что делать? Не бегать же вдоль линии, то надевая, то снимая ферритовые накладки...
Здесь «школьной» физики уже недостаточно. Нужна физика чуть более сложная-«вузовская». ИКР: ферритовые накладки сами становятся магнитными при отрицательных температурах и перестают быть магнитными, когда температура поднимается выше нуля. Физические эффекты как инструмент изобретательского творчества тем и хороши, что нередко позволяют буквально реализовать ИКР. Есть такой эффект (читатель о нем, вероятно, слышал): при переходе через определенный температурный порог (точка Кюри) магнитные свойства исчезают, при обратном переходе восстанавливаются. Следовательно, насадка должна быть сделана из феррита с точкой Кюри около 0°. Хочешь, чтобы магнит «сам собой» включался - выключался, используй переход через точку Кюри. Таких примеров могло бы быть множество, но пока изобретатели чаше ставят громоздкие и ненадежные автоматические устройства, забывая, что высшая форма регулировки - саморегулировка. Впрочем, вот а. с. № 266 029: магнитная муфта сама отключается-включается при заданной температуре; а. с. № 471 395: индукционная печь имеет «тигель, выполненный из материала, точка Кюри которого равна заданной температуре нагрева...»
О точке Кюри знают многие, менее известно, что с этой точкой связан еще один тонкий эффект. Если повышать температуру ферромагнитного вещества, то перед переходом через точку Кюри магнитные свойства веществ усиливаются. Это эффект Гопкинса. Его изобретательское применение напрашивается само собой; во многих случаях выгодно, чтобы рабочая температура совпадала с температурой, при которой наблюдается «пик Гопкинса». Вот а. с. № 452 055: «Способ повышения чувствительности измерительных магнитных усилителей, заключающийся в использовании термического воздействия на сердечник магнитного усилителя, отличающийся тем, что с целью снижения уровня магнитных шумов при работе усилителя поддерживают абсолютную температуру сердечника равной 0,92 - 0,99 температуры Кюри материала сердечника».
Есть еще более тонкий эффект, также связанный с точкой Кюри: переход через эту точку совершается не «как попало» (исчезли магнитные свойства - и все), а скачками. Каждый скачок соответствует изменению намагниченности в очень малом объеме материала (10-6 - 10-9 см3) Это эффект Баркхаузена. А вот его изобретательское применение: по а. с. № 504944 усилия на магнитный материал измеряют, подсчитывая «число скачкообразных изменений микроструктуры».
Приведенное выше правило можно теперь дополнить: «Если имеешь дело со сталью, используй не только ее механические свойства, но и магнитные. Если они уже «задействованы», используй переход через точку Кюри, эффекты Гопкинса и Баркхаузена».
Хорошо, мы сформулировали правило, которое включает хотя бы некоторые эффекты, относящиеся к магнитным свойствам веществ. А как быть с бесчисленными другими (немагнитными) эффектами, явлениями, свойствами?
По-видимому, можно сформулировать и некоторые другие правила. Одно из них было приведено в предыдущем параграфе (как осуществлять микроперемещения). И все-таки правила охватят лишь небольшую часть физических эффектов (а ведь есть еще и сочетания эффектов!). Нужна прежде всего таблица применения физических эффектов, отражающая наиболее типичные физические «ключи» к типичным изобретательским задачам. Такая таблица используется на шаге 4.3 АРИЗ-77. Разумеется, ее можно пополнить, уточнить. К таблице должен быть приложен «Указатель физических эффектов» - справочник, кратко поясняющий суть эффектов и содержащий примеры их изобретательского использования («Указатель» разработан и используется на занятиях по ТРИЗ, но его невозможно поместить в этой книге).
Итак, правила, таблицы, «Указатель»,.. И все-таки этого мало: физических эффектов можно насчитать десятки тысяч, и все они должны найти применение в правильно организованном изобретательском хозяйстве.
Хорошо было бы иметь какое-то универсальное средство поиска нужного физического эффекта. На первый взгляд такая постановка вопроса просто несерьезна. Но ведь это ИКР, а что стоил бы АРИЗ, если бы его принципы нельзя было бы приложить к совершенствованию самого АРИЗ...
Мы уже видели: многие задачи можно без труда «перевести» на язык вепольного анализа. Пополним этот язык, сделаем его если нужно, богаче - и будем переводить все (или почти все) за дачи. С другой стороны, все (или почти все) физические эффекты тоже можно выразить в терминах «поле», «вещество», «действие». А если дело обстоит так, то можно использовать вепольный анализ в качестве языка - посредника между изобретательскими задачами и физикой (химией).
Как выглядят условия задачи в вепольной форме, мы уже видели. Например:
Дано вещество, плохо поддающееся непосредственному контролю. Чтобы контролировать это вещество, нужно связать его с веществом В2, которое будет менять свои свойства в зависимости от изменения свойств В1. При этом изменения состояния В2 должны отражаться на состоянии взаимодействующего с В2 поля П, которое легко обнаружить.
Здесь мы и подходим к физическому эффекту. Способность В2 менять состояние поля П - это и есть некий физический эффект, который надо найти, чтобы от вепольного решения перейти к физическому.
Во втором примере нужен более тонкий эффект: вещество В, внесенное в поле П1, должно изменять свои свойства так, чтобы это проявлялось во взаимодействии В и П2.
Задача 49
Измерение сверхвысоких напряжений и токов в проводниках, находящихся под этим напряжением, представляет собой сложную техническую задачу. Приходится воздвигать огромные конструкции, имеющие изоляцию на полное напряжение; такие «этажерки» из изолятора достигают высоты 10-12 м. Требуется найти простой, дешевый и точный способ измерения.
В вепольной форме решение этой задачи уже записано на схеме 2. Поскольку на вещество действует электрическое или магнитное поле, запись можно конкретизировать: П1 = Пэ или П1 = Пм. На выходе желательно иметь поле магнитное, электрическое или оптическое (остальные поля намного менее удобны). Значит, можно конкретизировать и П2. Но тогда правая часть схемы 2 дает формулу эффекта Керра (П1 = Пэ , П2 = Попт ) или эффекта Фарадея (П1 = Пм, П2 = Попт ). ,.
Если бы у нас был список физических эффектов в вепольной форме, найти нужный эффект не представляло бы никакого труда. Тем более, что названия искомых эффектов (но не суть) можно получить по общему правилу, соединяя названия полей на входе и выходе (электрооптический, магнитооптический).
Испытуемые школьники без затруднений находили и более сложные и заведомо им неизвестные физические эффекты, разумеется, в тех задачах, для решения которых достаточно одного физического эффекта. Если задача решается совместным применением нескольких эффектов (или сочетанием эффекта и приемов), нужны еще и правила «стыковки» физических эффектов. Такие правила сейчас изучаются, кое-какие уже удалось установить. Например, известно, что «связующим» элементом между двумя «стыкуемыми» эффектами в сильных изобретениях всегда выступает поле, а не вещество (т. е. поле на выходе одного эффекта является одновременно полем на входе другого).
Многое еще предстоит выяснить. Но общий принцип уже ясен: есть надежный посредник между изобретательскими задачами и физическими эффектами, необходимыми для их решения, - это вепольный анализ.
ЗАДАЧИ
Если вы внимательно читаете книгу, нетрудно сразу решить задачи 50-52. Следующие три задачи несколько труднее. Сначала сформулируйте для них ИКР и ФП. Подумайте, что именно должен сделать искомый физический эффект, чтобы устранять ФП. Затем используйте таблицу применения физических эффектов.
