Преодоление технических противоречий
как движущая сила
развития техники и изобретательства
Когда создавались первые сверхзвуковые пассажирские авиалайнеры - знаменитый англо-французский «Конкорд» и наш Ту-144, с каждой стороны предпринимались чрезвычайные меры по соблюдению секретности. Однако, на международном авиасалоне в Бурже (Франция) оказалось, что они похожи как близнецы-братья. У обоих самолётов опускающиеся носы, сходные профили и т. д. В чём дело? В единых законах развития, общих закономерностях развития техники.
История развития цивилизации убедительно показала, что жизнеспособными и полезными оказываются только те результаты человеческих действий, которые выражают объективно существующие закономерности.
Наши пращуры в разных уголках земного шара совершенствовали орудия труда в направлении его полезной функции – удобства формы, отбора рациональной геометрии режущей части. Затем оказалось, что более удобны составные орудия. И вот вместо привязанного к древку метательного дротика одного наконечника, появились колчаны со стрелами, подобно тому, как уже в наше время вместо одного токарного резца с напаянной пластиной твёрдого сплава применяются резцы со сменными многогранными режущими пластинами. Даже если бы, по каким-либо причинам, человек попытался изменить путь развития, это бы не удалось. Обратите внимание, как аэродинамичны формы любого современного автомобиля, независимо от места создания (США, Япония или Франция). Следовательно, в развитии техники существуют законы, определяющие достижение поставленных целей.
Как показала история развития цивилизации, человек никогда не удовлетворялся достигнутым. Это стремление к совершенствованию сопровождается преодолением противоречий между целями и средствами для их воплощения. Причём, как только эта вечная «борьба» заходила в тупик, осуществлялся переход на качественно новую ступень развития. Когда оказалось, что возможности пропеллера исчерпаны, появились реактивные движители, и началась новая эра в развитии авиации.
Долгий путь развития закономерно привёл от одного элемента к удачному сочетанию взаимно дополняющих элементов, которые образовали технические системы (ТС). Сегодня законы развития технических систем обоснованы, сформулированы (, и др.) и их понимание способствует точному выходу на изобретательское решение.
Поясним закономерности развития примером.
Лет 100 назад изобретателей самолёта волновали вопросы: какими должны быть летательные аппараты, какой двигатель (мускульный, паровой, ДВС), какими крылья (неподвижные, машущие), из каких частей они должны состоять. На этом, 1-м этапе, самолёты за сходство называли «этажерками». Но «формула самолёта» была найдена: неподвижные крылья плюс двигатель внутреннего сгорания. И так, 1-й этап - подбор частей образования системы.
 |
Рисунок "Вехи Эволюции"
Наступило время совершенствования этих частей – 2-й этап. Подбирались лучшие материалы, выбиралась оптимальная форма и размеры. Решались вопросы: где лучше расположить двигатель (спереди, сзади), сколько должно быть крыльев (от моноплана до триплана). Самолёт приобрёл знакомый нам облик.
Но тут же наступил 3-й этап - динамизация системы: части, которые были соединены жёстко, стали гибкими, подвижными. Изобрели убирающееся шасси, изменяющие свою геометрию крылья, появился подвижный нос, разделяющийся для загрузки и выгрузки фюзеляж и другое. Появились самолёты вертикального взлёта с поворотными моторами. Причём, каждая из названных частей также проходила через этап качественного улучшения свойств. Когда, например, выяснилось, что колёса выпущенного шасси, неподвижные в воздухе, при касании полосы сильно ударяются, а затем раскручиваются, пробуксовывая и сильно изнашиваясь, решение было найдено быстро. На боковых поверхностях колёс установили лопатки и колёса раскручивались встречным потоком воздуха ещё до посадки.
4-й этап - переход к саморазвивающимся системам пока выражен неявно. Но его элементы можно проследить на ракетно-космической технике, «Буранах» и «Шаттлах»: сброс отработавших ступеней, развитие по ходу полёта (выброс крыльев с солнечными батареями, отделение спутников и снятие их с орбиты и др.).
Казалось бы, что даёт нам знание этих 4-х этапов? Для ответа примем к решению следующую инженерную задачу: разработать конструкцию простейшего дозатора – устройства, подающего на сборку подшипников шарики или ролики.
Подбор частей - воронка для засыпки, верхняя и нижняя заслонки. Открывается верхняя заслонка, шарики проходят по трубе до нижней, закрывается верхняя, открывается нижняя - порция (доза) высыпалась. Второй этап - совершенствование частей - вместо механических ставятся электромагнитные заслонки. Выключается верхний магнит - шарики беспрепятственно доходят до включенного нижнего магнита. Включим верхний и выключим нижний - из дозатора выпала порция деталей.
А теперь задача: сделать изобретение, улучшающее этот дозатор. Если бы мы не были знакомы с материалом, изложенным выше, легко растеряться. Но нам известно: третий этап - динамизация. Сделав магниты подвижными, меняя расстояние между ними, можно придать дозатору новое и полезное качество измерения величины дозы, отмеряемой устройством.
Изобретение сделано за считанные минуты. Считаем важным обратить внимание на то обстоятельство, что не было сделано даже попытки найти решение методом «тыка» (шутливое народное название МПиО - от «ткнул туда-сюда»). И понятно почему: отчётливо виден следующий шаг, очередной этап действий.
Значит, в изобретательстве может быть свой стройный порядок действий, носящих не хаотичный, а системный характер.
Для уяснения закономерностей этих действий необходимо ввести понятие «ТЕХНИЧЕСКОЕ ПРОТИВОРЕЧИЕ» (ТП), и познакомиться с некоторыми приёмами разрешения технических противоречий при решении задач. Любое противоречие - это ситуация, когда «надо бы», но «нельзя так». Заметим, здесь присутствует «так». Следовательно, необходимо искать решение там, где «так» можно заменить на «иначе», достигая, в конечном счёте, желаемого. Лучше всего это уясняется на примерах.
Нефть перевозят по железной дороге в цистернах. Зимой загустевшую жидкость очень сложно выгрузить. Школьница Оля Шулешко вместе с папой нашли интересное решение. При погрузке вместе с нефтью через горловину опускается сеть из маслостойких лавсановых или полихлорвиниловых нитей толщиной 0,5…0,9 мм. Понятно, что на вместимости цистерны это не отразится. Зато теперь загустевшую нефть не выкачивают насосом, а вытаскивают через горловину лебедкой. Не правда ли, неожиданное решение? В изобретательстве оно носит название приёма «заранее подложенной подушки».
Когда на место ранения накладывают прозрачную бактерицидную плёнку, чтобы, не разбинтовывая всей площади, увидеть, как идёт заживление - это тот же приём.
Принцип объединения (соединить однородные или предназначенные для разных операций объекты) широко использован, в технике (зерноуборочные и кухонные комбайны, музыкальные центры и авторучки и др.). Вот и изобретение американца Дж. Рейткнехта сделано на этом принципе. В ручку зубной щётки он вмонтировал резервуар с пастой, так что теперь достаточно поднести её ко рту, чуть сдавить и на щетинках появится необходимое количество пасты. Удобно, особенно в дороге.
Приём изменения размеров часто приводит к необычным решениям технических противоречий. С одной стороны в большом городе автомобиль - это очень удобно. С другой, хлопотно - проблемы с парковкой. Конструкторам японской фирмы «Мазда» удалось удивить мир, уместив авто в чемодан средних размеров. Новинку так и назвали – «бегущий чемодан». За несколько секунд он превращается в трёхколёсный мини-кар, снабженный одноцилиндровым двигателем и, конечно же, миниатюрным телевизором.
Есть шутливая методика использования веера. Можно - как обычно, обмахиваясь им. А можно держать его неподвижно, но очень быстро покачивать головой влево-вправо. И хотя чудаков, использующих второй способ, маловато, приём «наоборот» в технике применяют очень часто. На обкаточных стендах автозаводов машины «пробегают» сотни километров, оставаясь неподвижными: колёса вращаются на специальных катках.
Оригинальные подходы позволяет применять для разрешения технических противоречий приём «изменение физико-химических параметров объекта». Излюбленная спортсменами и необходимая для их тренировок стрельба по тарелочкам, выбрасываемым со стендов, оборачивается проблемой уборки огромного количества осколков с площадки. Выполнив тарелочки ледяными, проблему устраняют - вода испарится сама. При необходимости заполнить ёмкость разнородными жидкостями так, чтобы они не смешались, этот приём чаще всего - единственный способ разрешения ТП. Не все сластёны знают, что их излюбленные шоколадные конфеты с ликёром и другими жидкими наполнителями делают используя указанный приём.
Принцип «посредника» (использовать промежуточный обьект-переносчик), примененный нашими соотечественниками В. Гудовым и В. Харченко, возможно, произведёт революцию в онкологии.
Василий Федотович Гудов предложил совершенно уникальный метод борьбы с раком - систему «ферротерм». 0на использует введение в опухоль и её окрестности множества металлических микрочастиц с последующим их разогревом высокочастотным электромагнитным полем. Метод назван «ферромагнитной гипертермией» и основан на известном врачам факте, что раковые клетки погибают за 120 минут при температуре 43,5 градуса по Цельсию. Однако пациент погибнет, если белок организма будет нагрет до 45 градусов. Как отрегулировать температуру в теле больного с разницей всего в 1,5 градуса? Это достигается тем, что вокруг опухоли искусственно создаётся зона пропускания ферромагнетиком (мелкодисперстное железо), который прогревается до необходимой температуры электромагнитным полем с частотой 13,56 МГц. На Всемирном раковом конгрессе метод наших учёных вызвал огромный интерес.
Принцип активности (компенсировать вес объекта соединением с др. объектами, обладающими подъёмной силой) позволил В. Шишканову из Красноярска найти решение мгновенной переправы через широкую водную преграду. Свёрнутая в рулон резиновая оболочка шириной метра 2 расправляется, при закачивании в неё быстротвердеющей пены, и в виде дугообразного мостика перебрасывается на другой берег. Ее длины в 20 м хватает перекрыть преграду. Даже перебитая пулями и осколками наполненная пенопластом оболочка не тонет и служит мостом.
Здесь мы не ставили своей задачей познакомить со всеми приёмами - их много, а изучение будет продолжено. Цель была другой: показать, что даже маленький перечень приёмов даёт представление о многообразии выбора вариантов решения ТП. Человек, овладевший этим многообразием, всегда решит проблему.
Новые понятия
Гибкость мышления – способность личности изменять намеченный вначале путь (план) решения задачи, если он не удовлетворяет тем условиям, которые появились в ходе разработки и которые не удалось учесть с самого начала.
Вдохновение – психологическое состояние, включающее эмоции, интуицию, творческое мышление, и выражающее высокий уровень их продуктивности. Высший уровень вдохновения – озарение.
