Генрих Альтшуллер - Алгоритм изобретения
б, г) Тенденция к «само» наблюдается и в сельхозмашиностроении (различные самоходные установки вместо прицепов), и в авиации (поэтому не были осуществлены многочисленные проекты прицепных пассажирских планеропоездов).
д) Обходная задача представляется значительно более трудной, в некотором смысле даже нереальной, дикой: мы хотим, чтобы транспортное судно шло во льдах быстрее ледокола... Но анализ свидетельствует в пользу обходной задачи. Выбираем ее.
1—4. Примем требуемую скорость во льдах равной 6 узлам (втрое больше, чем у существующих ледоколов), толщину льда — 3 м.
1—5. Поправка на время: скорость — 8 узлов, толщина льдов — до 3,5 м (практически это предельная величина).
1—6. То, что нам предстоит придумать, должно надежно работать в полярных условиях. Отсюда требование: как можно меньше подвижных механизмов и выступающих деталей (они смерзаются, ломаются льдами и т. п.).
Часть 2
2—1. а) Анализ патентной информации сразу выявляет чрезвычайно интересный факт: нет изобретений, относящихся к выбранному нами обходному пути. Свыше ста лет развитие ледоколов идет в рамках исходной схемы. Даже наиболее оригинальные изобретения последних лет не выходят за пределы этой схемы. Изобретатели из Ленинградского НИИ Арктики и Антарктики предложили разрушать лед системой фрез или импульсными водометами[45]. В американском патенте № 3130701 предлагается заводить носовую часть ледокола под лед и взламывать лед снизу: опускание носовой части производится затоплением особых цистерн, а подъем — опорожнением этих цистерн и одновременной подачей воздуха в надувную емкость, расположенную под днищем ледокола. По патенту ФРГ № 1175103 предлагается в носовой части корабля устанавливать десятки бивней — «направленных вперед, изогнутых и спускающихся под лед стальных клиновидных плоскостей».
Совсем свежее предложение предусматривает, что «исполнительный орган выполнен в виде расположенных вдоль корпуса, регулируемых по высоте резцов, а в задней части корпуса шарнирно установлена стрела, на конце которой закреплена удаляющая разрушенный лед плита». Это уже не корабль, а специализированный агрегат по изготовлению канала во льдах...
Много авторских свидетельств и патентов выдано на различные устройства для удаления битого льда из-под днища ледокола и очистки канала. Предложено даже специальное ледоочистительное судно, оборудованное установками, направляющими лед под ледяное поле. Система «ледокол — караван» очень далека от идеальной машины: ледокол «возит самого себя», а тут добавится еще одно судно — только для обслуживания канала. Это явно отдаляет исходную схему от идеальной машины.
Патентный анализ, таким образом, подтверждает, что прямой путь ведет в тупик излишней специализации. Мы правильно сделали, отдав предпочтение обходному пути.
б) Мы решаем задачу о продвижении сквозь плотную среду; ведущая отрасль техники в данном случае — горная техника (проходка шахт, штреков, выемка угля, руды и т. п.). Лед — горная порода; посмотрим, как движутся машины в более плотных горных породах.
Здесь уже давно применяют водометы, гидромониторы. Идут эксперименты с различными электрофизическими способами разрушения угля, руды, камня. Используют нагревание токами высокой частоты, контактный электропробой, электрогидравлический эффект и т. п. К сожалению, применить какой-либо из этих методов в нашей задаче невозможно: слишком велик объем льда, который надо разрушать в единицу времени, чтобы обеспечить требуемую скорость движения судна.
в) Обратная задача — не разрушать, а укреплять лед. Решение — армирование льда. Такое решение явно не годится, а чтобы использовать его «с обратным знаком», нужно добавлять в лед что-то, уменьшающее его прочность. Но и этот путь не годится: потребуется слишком большой расход вещества-разрыхлителя.
2—2. Применим оператор РВС. Будем считать объектом корабль, а основным размером — его ширину (от длины мало что зависит).
а) Ширина корабля стремится к нулю. Допустим, она равна 1 мм. Корабль-лезвие?
б) Начнем теперь увеличивать ширину: 10 м, 100 м, 1000 м, 10 000 м... Бее труднее и труднее двигать сквозь лед такую громаду. Положить корабль на бок?
в) Скорость движения корабля близка к нулю. В этом случае можно просто потихоньку растапливать лед. Расход топлива тоже будет стремиться к нулю.
г) Скорость повысилась до 50 узлов, 100 узлов... Корабль должен мчаться, как судно на подводных крыльях. Любой способ разрушения льда не годится — потребуется слишком большая мощность. Нужно придумать нечто, что позволит идти сквозь лед, не расходуя энергии. Как?
д) Допустимые расходы стремятся к нулю. Снова тот же вывод: не разрушать лед (за это всегда надо платить).
е) Если допустимы неограниченные расходы, задача легко решается: применить лазеры, пусть они пробивают дорогу сквозь лед.
2—3. Изложим задачу в двух фразах, убрав такие термины, как «ледокол», «ледорез» или «ледолом» (они заранее привязывают нас к какой-то технологии разрушения льда).
Итак, задача: «Дана система из корабля и льда. Корабль не может идти с большой скоростью сквозь лед». (Можно, вообще говоря, убрать и термин «корабль», но он достаточно широк и вряд ли сильно стеснит воображение.)
2—4. Корабль — технический объект, его можно изменять как угодно. Лед — природный объект, изменять его крайне трудно. Следовательно, надо корабль отнести к «а», лед — к «б».
2—5. Объектом для дальнейшего анализа будет корабль.
Вывод неожиданный: традиционные попытки решения задачи связаны с изменением льда: его ломают, режут, взрывают... Корабль кажется неизменным, мы привыкли к его определенной форме, а лед кажется легко изменяемым. На самом деле все наоборот. Чтобы расплавить один кубометр льда — все равно, чем: архисовременным лазером или простым огнем, — нужно затратить 80 000 ккал тепла (без учета потерь). Большое количество энергии нужно и для того, чтобы тем или иным способом искрошить кубометр льда. Куда проще разрушать не лед, а корабль! Ведь корабль можно сделать легкоразрушаемым — это зависит от нас...
Рис. 23. К задаче 5, шаг 3—2. «Было» — корабль дошел до льда и остановился; «Стало» — тот же корабль каким-то образом движется сквозь лед.
Мы пришли к весьма дикому выводу. Кто-то, может быть, уже подходил к этой мысли — и останавливался перед психологическим барьером.
Часть 3
3—1. Сформулируем идеальный конечный результат (ИКР): корабль сам идет сквозь лед с большой скоростью и с нормальным (как на чистой воде) расходом энергии.
3—2. На рис. 23: «Было» — корабль дошел до льда и остановился; «Стало» — тот же корабль каким-то образом движется сквозь лед.
3—3. Не может выполнить требуемого действия участок АБ носовой части корабля, упирающийся в лед. Можно ответить и по-другому: не может выполнить требуемого действия объем корпуса между АБ и ВГ.
3—4. а) Мы хотим, чтобы эта часть не упиралась в лед.
б) Она жесткая, твердая, сплошная — поэтому она и упирается.
в) Эта часть нужна для сохранения целостности корпуса и не нужна, чтобы не упираться в лед.
3—5. Поскольку эта часть нужна, придется сохранить ее. А поскольку она нам мешает, придется уменьшить ее до минимума.
3—6. Размеры этой части определяются толщиной льда и шириной корабля. Уменьшить толщину льда мы не можем. Остается уменьшать ширину корабля. Нам не надо, чтобы корабль был вообще плоским (рис. 24, а). Мы рассматриваем изменения той части корпуса, которая совпадает со слоем льда. Пусть эта часть будет плоской (24,6).
Рис. 24. Чем уже полоса разрушаемого льда, тем меньше расход энергии.
3—7 и 3—8. Получается неустойчивая форма. Чтобы корабль был устойчивым и плоским, нужны две плоскости, соединяющие верхнюю и нижнюю части корпуса (рис. 24, в).
Часть 4
4—1. Общая ширина стенок-лезвий в 20—25 раз меньше обычной ширины ледокола. Следовательно, можно рассчитывать на существенное уменьшение расхода энергии при движении во льдах. Конструкция корабля в целом упрощается (вследствие резкого снижения мощности двигателей). Усложняется решение второстепенных вопросов, например, передвижения людей между верхней и нижней частями при плавании во льдах.
4—2. Такого рода трудности могут быть сняты, если нижняя часть будет только грузовой. Например, танкерной.
4—3. Теперь в идее решения нет недостатков, при условии, что наш корабль будет хорошо двигаться и в чистой воде. Интересно отметить, что в обычном кораблестроении за последние годы тоже наметилась тенденция поднять верхнюю часть корабля над волнами, а нижнюю часть (с двигателями) опустить вниз.
