Злотин Б.Л., Зусман А.В. Месяц под звездами фантазии
Подождите немного. Документ загружается.
©Б.Л. Злотин, ©А.В. Зусман (2006) . Месяц под звездами фантазии. http://www.jlproj.org
111
ДЕНЬ ШЕСТНАДЦАТЫЙ
ПО ШАГАМ АЛГОРИТМА
Сегодня мы продолжаем изучение АРИЗ. Знакомимся с пятым плакатом.
Часть 5. Применение информационного фонда
5.1. Применить вепольный анализ.
5.2. Рассмотреть возможность решения по задачам-аналогам.
5.3. Рассмотреть возможность устранения ФП с помощью типовых
приемов разрешения ФП.
5.4. Применение «Указателя физических эффектов».
— Снова вепольный анализ?— удивляются ребята.
— Да, снова. Ведь вы уже видели, что по мере продвижения по шагам
алгоритма задача все время меняется. Значит, могут срабатывать и разные правила
вепольного анализа. Правда, в АРИЗ для взрослых используется не вепольный
анализ, а другой инструмент — «Стандарты на решение изобретательских задач».
Каждый стандарт — это комплекс, включающий один или несколько
изобретательских приемов в сочетании с физическим эффектом и
предназначенный для решения определенного типа задач. Вепольный анализ —
это язык, с помощью которого легко находить и применять нужные стандарты.
Некоторые стандарты совпадают с уже известными вам вепольными правилами,
например, правила достройки, правила разрушения. Стандартов много — сегодня
используется система из 77 стандартов. Система стандартов — это целая книга, с
множеством примеров. У нас, к сожалению, нет возможности изучить стандарты
подробно, поэтому мы будем продолжать пользоваться вепольным анализом. А
теперь поговорим о задачах-аналогах.
Задача 48. Каждый знает, как непросто чистить сладкий перец. Нужно
аккуратно отрезать и вынуть шляпку с семенами. Но это еще приемлемо в
домашнем хозяйстве, когда перцев немного. А как быть на консервном
заводе, где их тонны?
— Вам эта задача ничего не напоминает? Ребята думают. Количество
решенных здесь, в летней школе, задач уже приближается к сотне, не так просто
перебрать их в памяти. Наконец, вспомнили.
— Была похожая задача. Как раскалывать орехи, ее еще синекторы решали!
— Действительно, была. Помните решение?
— Там предлагали прокалывать орехи полым шприцом и разрывать
воздухом.
— Подходит нам такое решение в случае с перцами?
— В принципе подходит... Только...
— Что вас смущает?
©Б.Л. Злотин, ©А.В. Зусман (2006) . Месяц под звездами фантазии. http://www.jlproj.org
112
— Да решение какое-то не очень идеальное. В каждый перец шприц
вводить.
— Вот и сформулируйте ИКР. К доске выходит Саша и пишет:
«Икс-элемент, абсолютно не усложняя систему и не вызывая вредных
явлений, проталкивает воздух внутрь перца...»
— Икс-элемент должен быть из ресурсов, чтобы решение получилось
идеальнее, чем со шприцем. А какие у нас ресурсы?
— У перца есть поры! Сквозь них может проникать воздух!
— Но просто так давление внутри перца не станет больше, чем
снаружи!
Саша записывает формулировку ФП:
«Давление воздуха внутри перца должно быть больше, чем снаружи, чтобы
перец лопнул, и не должно быть больше, потому что воздух не пойдет внутрь
перца».
— Это противоречие разрешается во времени!— кричит Алеша.— Сначала
снаружи давление должно быть большим, чтобы воздух зашел внутрь перца, а
потом — стать маленьким, и воздух разорвет перец.
Теперь смело можно приниматься за проектирование новой несложной
установки. В большой бак засыпают сразу несколько сот килограммов перца.
Плотно завинчивается крышка, и медленно поднимается давление. Сквозь поры
перца воздух постепенно проникает внутрь. За 5—10 минут давление в баке (а
значит, и внутри перца) достигает нескольких атмосфер. А потом открывается
клапан, и воздух в доли секунды вырывается из бака наружу. Давление в баке
сразу падает до атмосферного. А вот воздух, «плененный» внутри перца, не может
так быстро уйти через мельчайшие поры, и на какое-то мгновение внутри перца
давление становится намного выше, чем снаружи. Воздух ищет выхода и находит
его в самом слабом месте — у шляпки. Она вылетает вместе с семенами — перец
очищен! Все сотни килограммов сразу.
— С чего мы начали решение?
— С того, что вспомнили похожую задачу.
— Верно. Такие «похожие» задачи в ТРИЗ называются
задачами-
аналогами
. Нашли прием решения одной задачи, а потом оказывается, что его
можно применить и для решения других задач. Не всегда внешне задачи-аналоги
похожи. Иногда сходство «прячется» довольно глубоко и становится явным
только после того, как сформулированы ИКР или ФП, или нарисованы маленькие
человечки. Какой прием мы использовали для решения?
— Мы сначала постепенно поднимали давление, а потом резко сбросили.
— Правильно. Вот еще задача.
Задача 49. При изготовлении искусственных алмазов иногда кристаллы
получаются с мелкими трещинками. Эти трещинки опасны — может
преждевременно выйти из строя инструмент, в котором будут использованы
©Б.Л. Злотин, ©А.В. Зусман (2006) . Месяц под звездами фантазии. http://www.jlproj.org
113
такие алмазы. Лучше уж заранее расколоть алмаз по трещинам, пусть будут
помельче — это ничего, всем работа найдется — но зато целые. Но как это
сделать? Алмаз хрупок, и если по нему ударить, он расколется, но при этом
могут возникнуть и новые трещины. То же самое может получиться, если
использовать термоудар — быстрое нагревание и охлаждение. Как быть?
— Очень просто! Как с перцем, не задумываясь отвечают ребята.
— Смотрите, что, казалось бы, общего между перцем и алмазом? А
проблема была решена точно так же, только давление пришлось поднимать до
нескольких тысяч атмосфер! А если нужно чистить картошку в столовой? Или
семечки на кондитерской фабрике? Очищать от панцирей мельчайших морских
рачков — криль? Снимать с деревьев кору? Ведь это же все — одна задача! А
решения ее получены в разное время, разными изобретателями, в разных концах
света!
Для будущих изобретателей очень важно знать, что многие идеи, решения
могут быть использованы многократно. Именно на этом основаны стандарты на
решение изобретательских задач, задачи-аналоги.
С приемами разрешения физических противоречий мы в основном знакомы.
Ребята уже умело пользуются разделением противоречивых требований в
пространстве, во времени, получили понятие о системном переходе. Есть еще
фазовый переход, то есть использование фазовых превращений. Впрочем, их мы
тоже применяли. Где?
— Мы решали задачу, как увеличить диаметр трубы. Там вода превращалась
в лед.
— Верно. А еще?
— А еще задачу про вулканизатор — поддержание температуры во время
плавления.
— Хорошо. Следующий шаг — применение
«Указателя физических
эффектов»
. Мы уже говорили, что физических эффектов, используемых для
решения изобретательских задач, — тысячи. Как среди них найти нужный?
— Сначала «сконструировать» с помощью маленьких человечков, а потом
найти.
— В принципе верно. Но даже зная, что нужно, не всегда легко найти это
нужное среди множества эффектов. Поэтому в начале 70-х годов был создан
первый Указатель. Он представлял собой справочник, в котором кратко
рассказывалось о каждом физэффекте, о том, как он может быть использован,
приводились ссылки на литературу, где об этом эффекте рассказано подробнее.
Поиск нужного эффекта облегчала таблица, состоящая из двух граф: в первой
указывалось нужное действие, а во второй приведены эффекты, способные
осуществить это действие. Например, микроперемещение можно осуществить с
помощью теплового расширения, магнитострикционного или пьезоэлектрического
эффекта.
©Б.Л. Злотин, ©А.В. Зусман (2006) . Месяц под звездами фантазии. http://www.jlproj.org
В АРИЗ есть еще шестая, седьмая, восьмая и девятая части, о которых мы
расскажем лишь в общих чертах. Шестая часть предназначена для изменения или
замены мини-задачи на другую, если решение первоначальной задачи не удалось
найти. В седьмой части идет проверка, разрешено ли физическое противоречие,
достигнут ли ИКР, содержит ли новая система хорошо управляемые элементы —
словом оценивается качество найденной идеи. И если оно не удовлетворяет
приведенным в тексте алгоритма требованиям, рекомендуется повторить решение.
Здесь же выявляются дополнительные задачи и подзадачи, которые необходимо
решить для того, чтобы внедрить найденную идею. Ведь для внедрения одного
изобретения высокого уровня иногда приходится решить немало задач более
низкого уровня.
Задача 50. Знаменитый ученый-изобретатель первой половины нашего
века Огюст Пиккар прославился изобретением стратостата и батискафа. При
их создании ему пришлось решить немало задач, в частности об управлении
клапаном гондолы стратостата. Управление производилось с помощью
веревки, пропущенной через металлическую оболочку герметичной гондолы
внутрь нее. (Электронике Пиккар не доверял, считая ее ненадежной.) При
этом возникла проблема: через узкое отверстие не выходил воздух из
гондолы, но тяжело проходила веревка. А через широкое веревка проходила
легко, но так же легко уходил и воздух. Как быть?
Решим задачу по АРИЗ, но запишем только узловые шаги.
1.1. Мини-задача. Техническая система для полета и управления
стратостатом включает гондолу, веревку, отверстие и воздух. ТП-1: если
отверстие большое, то веревка свободно ходит через него, но выходит воздух. ТП-
2: если отверстие маленькое, воздух не выходит, но веревка ходит с трудом.
Необходимо при минимальных изменениях в системе обеспечить свободное
продвижение веревки без потери воздуха.
1.2. Изделие — веревка (В1), воздух (B2). Инструмент — отверстие (О)
(большое, маленькое).
1.3. ТП-1: ТП-2:
В
1
114
1.4. Главный производственный процесс — управление гондолой.
Выбираем ТП-1.
О
В
1
В
2
О
В
2
1.5. Отверстие очень большое, огромное.
3.1. ИКР-1. Икс-элемент, абсолютно не усложняя систему и не вызывая
вредных явлений, устраняет выход воздуха, не мешая проходить веревке.
3.2. Икс-элемент должен быть из имеющихся ресурсов.
©Б.Л. Злотин, ©А.В. Зусман (2006) . Месяц под звездами фантазии. http://www.jlproj.org
115
3.3. ФП на макроуровне. Оперативная зона (0З) должна быть проницаемой,
чтобы пропускать веревку, и должна быть непроницаемой, чтобы не пропускать
воздух.
3.4. ФП на микроуровне. Частицы оперативной зоны должны быть связаны,
чтобы 03 была непроницаемой, и не должны быть связаны, чтобы 0З была
проницаемой. Проницаема для веревки (твердого тела) и непроницаема для
воздуха... Да это же жидкость! Действительно, если ввести в отверстие жидкость,
например воду, то веревка свободно будет проходить, а воздух — нет. Но
возникает новая подзадача: как удержать жидкость? Во-первых, она растечется,
во-вторых, перепад давления вытолкнет ее из гондолы.
— Перепад давления можно уравновесить столбом жидкости.
— Ого! Для этого нужен столб в десять метров воды!
— Почему обязательно воды? Если жидкость тяжелая, можно и поменьше.
— Ртуть?
— Нет, ртуть нельзя, все в гондоле отравятся.
— Вы решаете сразу две задачи,— замечает Преподаватель.— Сначала
решите задачу, как сделать, чтобы вода или ртуть удерживалась в отверстии, а
потом — как бороться с отравлением.
— Я знаю, как удержать. Как в школьном манометре — там трубка V-
образной формы, заполненная ртутью, через нее можно пропустить веревку.
— Хорошо. Но как быть с ртутью? Отчего происходит отравление?
— Из-за испарения ртути.
— А можно сделать, чтобы она не испарялась? Вспомните вепольный
анализ!
— B1— ртуть, В2— воздух, вредное поле П — испарение.
— Вредный веполь можно разрушить введением В3— прослойки.
— Можно ввести ту же воду или масло. Вот теперь решение готово для
использования. Пришлось решить не одну задачу, а три. И так всегда, задачи
«обрастают» более мелкими задачами, нужно только решать их не все сразу, а по
очереди.
В восьмой части АРИЗ рассматриваются вопросы применения полученного
решения. В первую очередь необходимо выяснить, как должна быть
преобразована надсистема, в одной из систем которой произошли существенные
(или не очень) изменения. Делать это необходимо, потому что случаются
курьезные случаи. На одном заводе в цехе, где происходило покрытие деталей
электролитическим способом, придумали ценное усовершенствование,
позволившее загружать в электролитическую ванну вдвое больше деталей, чем
раньше. Производительность возросла в два раза, все радовались. А потом
обнаружилась неприятность. Когда детали пошли в дело, оказалось, что половина
из них — брак. И сразу выяснилось, почему. Деталей в ванну стали загружать
больше, а электролит по-прежнему меняли раз в смену.
©Б.Л. Злотин, ©А.В. Зусман (2006) . Месяц под звездами фантазии. http://www.jlproj.org
116
— Не согласовали!
— Вот именно. Не посмотрели, как внесенное изменение отразится на всем
процессе.
Очень важный шаг восьмой части предусматривает ответ на вопрос, нельзя
ли полученный в результате решения принцип применить для других задач.
Задача 51. Во время блокады Ленинграда единственной связующей
нитью осажденного города со страной была Дорога Жизни через замерзшее
Ладожское озеро. От состояния льда на нем зависела жизнь многих людей. За
льдом вели постоянные наблюдения. Для этого во льду бурили проруби, в
которые на тросиках опускали приборы. Но проруби быстро замерзали и
тросики вмерзали в лед. Нужны были незамерзающие проруби. Как быть?
— Эта задача похожа на задачу о гондоле,— замечает Света.
— Здесь тоже нужно ввести что-то в проруби, чтобы она не замерзала!—
поддержал ее Дима.
— Какую-то незамерзающую жидкость, например, масло.
— Но масло унесет течением.
— Нужно масло удержать. Для этого даже сифон не нужен. Можно взять
обыкновенную трубу и налить в нее масла. Она легче воды и будет держаться на
поверхности. Именно так и решили задачу во время войны. А недавно
выяснилось, что проблема не потеряла актуальности. Незамерзающие проруби
требуются пожарникам в сельской местности.
Вечерние размышления. Работа над АРИЗ идет медленно. Ребята
должны понять, что анализ по алгоритму отличается от бездумного деления
уголком. Не дает успеха формальное, без размышлений, выполнение шагов, как и
неорганизованное фантазирование без всяких правил. Главная особенность АРИЗ
— сочетание четкости, строгости в формулировке шагов и управляемой фантазии.
Не случайно Г. С. Альтшуллер всегда предупреждает: «АРИЗ — средство для
мышления, а не вместо него!» Еще об одном противоречии в изучении АРИЗ. Для
успешного освоения АРИЗ нужно решить побольше задач, то есть работать
быстро. Но суета противопоказана творческой работе. При решении незнакомой
задачи нужно работать не торопясь, в спокойном, даже несколько замедленном,
сонном темпе. При решении мы подгоняем слушателей, а потом требуем от них
углубленных размышлений. После первых учебных разборов по АРИЗ взрослые
слушатели нередко начинают бунтовать: «Вы тянете нас к решению за уши!» В
чем-то они правы. Мы действительно оказываем на них «давление», отсекаем
кажущиеся заманчивыми направления поиска, ведущие в тупик психологической
инерции. Не даем им думать приблизительно, как подсказывает «здравый смысл»,
нарушать правила и пренебрегать примечаниями АРИЗ. Помогаем идти к
нарастанию «дикости», к решениям высокого уровня. Немало еще пройдет
времени, пока трудная логика АРИЗ сама станет здравым смыслом, а повышение
«дикости» будет восприниматься как признак близости решения, свидетельство
©Б.Л. Злотин, ©А.В. Зусман (2006) . Месяц под звездами фантазии. http://www.jlproj.org
117
правильности рассуждений. АРИЗ погрузится в подсознание, став основой нового,
многоэкранного талантливого мышления.
©Б.Л. Злотин, ©А.В. Зусман (2006) . Месяц под звездами фантазии. http://www.jlproj.org
118
ДЕНЬ СЕМНАДЦАТЫЙ
ЗАНЯТИЯ ВЕДУТ ДУБЛЕРЫ
Сегодня в лагере день самоуправления. Рапорты на линейке принимает
Председатель Совета летней школы Гена. А преподаватели и начальник скромно
заняли места возле отрядов. Занятия в секциях тоже проводят ребята.
«Эртэвэшники» расскажут о применении физики в изобретательстве: о тепловом,
электрическом и магнитном полях.
Задача 52. Как осуществить очень точное микродозирование жидкости?
Ребята решают предложенную Борей задачу. Строят веполь: В1 —
жидкость, B2 — емкость, в которой жидкость находится. Нет поля. Значит, нужно
ввести. Какое поле? Вспоминают магическое слово ТЭММАГ. Тепловое?
Конечно, если нагреть сосуд с жидкостью до температуры, при которой жидкость
расширится на нужную дозу, то задача решена. А если нужно еще точнее
дозировать?
— А чем определяется точность?
— Наверное, коэффициентом теплового расширения. Чем сильнее
расширяется жидкость, тем лучше.
— А если все равно недостаточно?
— Нагревать сильнее.
— Пока она в газ не превратится, тогда ее объем резко возрастет и можно
еще точнее отделить нужную дозу.
— С тепловым полем связаны такие физические превращения веществ, как
фазовые переходы и в первую очередь изменение агрегатного состояния. Это мы
использовали только что при решении. Но особенно велико количество задач,
решаемых с превращением воды в лед. Помните их?— спрашивает строго Боря.
— Задача с увеличением диаметра трубы.
— Правильно. Вода, превратившись в лед в замкнутом объеме, развивает
огромные усилия. На этом принципе устроен ледяной пресс. А изобретатель П.А.
Радченко придумал очень простое устройство для развальцовки трубок. Когда он
продемонстрировал такую трубку инженерам, те очень заинтересовались. «Нам
удалось найти вещество, которое, когда нужно, расширяется и раздает трубку, а
потом само превращается в жидкость и вытекает»,— объяснил, хитро улыбаясь,
изобретатель. Специалисты завздыхали: «Наверное, это очень дорогое, редкое
вещество, оно очень нужно заводу, да разве достанешь...» Но, конечно, это была
обыкновенная вода! А еще были задачи со льдом?
— Были! Уборка влажного зерна, ягод облепихи!
— Лента для конькобежца!
— Сверление слюды!
©Б.Л. Злотин, ©А.В. Зусман (2006) . Месяц под звездами фантазии. http://www.jlproj.org
119
— Во всех этих задачах использовалось свойство льда придавать прочность
тем веществам, с которыми он соединяется. Мы много решали задач с тепловыми
полями. Такие веполи, в которых поле — тепло, даже получили особое название
— теполи. Но о чудесных свойствах льда еще не все рассказано. Например, лед
можно использовать как клей (приморозить небольшие предметы) или, наоборот,
для уменьшения трения при перевозке тяжелых грузов, чтобы они скользили как
санки. Сначала кажется, что возможности теплового поля не такие уж и большие.
Нагрели — охладили. При нагревании тела расширяются, при охлаждении —
сжимаются, причем ненамного. Но уже лед ведет себя иначе. Есть и другие
вещества, например висмут, которые при нагревании уменьшаются в размерах.
Этому странному веществу, конечно, тут же нашли «работу»— в качестве очень
чувствительного предохранителя электрической цепи. В тонкой стеклянной
трубке запаян висмут, трубка включена в электрическую цепь. Когда ток в цепи
превышает определенную величину, висмут плавится и при этом уменьшается в
объеме настолько, что столбик разрывается на отдельные части. Что при этом
происходит?
— Ток прекращается.
— Правильно!— важно замечает Боря.— А когда висмут остынет и снова
займет положенное место, ток потечет снова. Вообще, необычные металлы и
вещества резко расширяют возможности теплового поля. Например,
использование биметаллов. Совершенно удивительны возможности новых
сплавов, обладающих «эффектом памяти формы» (ЭПФ). Сделали из такого
вещества трубку и обработали при определенной температуре. Затем изменили ее,
например, развальцевали (расширили). Теперь если эту трубку снова нагреть до
той температуры, при которой проводилась первоначальная термообработка, она
«вспомнит» старую форму и диаметр трубки уменьшится, как бы сам по себе.
Получилась идеальная муфта — устройство для соединения труб, стержней. И
ничего загадочного в химическом составе вещества с ЭПФ нет, это сплавы на
основе меди, железа, никеля, марганца. В настоящее время наиболее известен
нитинол — никелид титана.
Материалы с ЭПФ могут запоминать не одну форму, а две — «холодную» и
«горячую», и если их то нагревать, то охлаждать, они будут попеременно
«вспоминать» то одну, то другую форму, причем делать это многократно. Трудно
даже перечислить возможности применения этих материалов. Интересно, что
свойство запоминать форму сегодня известно не только у металлов, но и у
некоторых полимеров. В Молдавии выпускают пластмассовые трубки, способные
от тепла резко уменьшать свой диаметр. Они могут применяться для многих
целей, например для соединения разных деталей. О применении электрического
поля рассказывает Андрей:
— Еще в 1733 году Шарль Франсуа Дюфе, директор Парижского
ботанического сада, показал несложные опыты по притягиванию и отталкиванию
©Б.Л. Злотин, ©А.В. Зусман (2006) . Месяц под звездами фантазии. http://www.jlproj.org
120
электрических зарядов. Казалось бы, более чем за 250 лет можно было узнать все
об электричестве, но и сегодня люди продолжают изучать его свойства и находят
все новые применения этой необыкновенной силе. С задачами на использование
электрических полей мы тоже встречались. Например, для улучшения распыления
ядохимикатов ввели электростатические заряды. Способность их притягивать к
себе малые, даже незаряженные частицы и таким образом служить центрами
сбора, конденсации используется в технике очень широко — от туманной камеры
Вильсона для наблюдения за элементарными частицами до коагуляции пыли в
электрических фильтрах. Электростатическое поле — весьма эффективный клей
для малых частиц, тонких пленок. Еще одна особенность электростатического
поля — умение порождать электрические заряды, то есть «своих человечков». Так
сильное неоднородное электрическое поле вызывает «коронный разряд».
Ионизированный газ светится вокруг источника этого поля, и светящееся облако
напоминает корону. Это можно использовать либо для проверки состава или
плотности газа, либо для измерения размеров и степени заострения источника
короны.
Задача 53. Бумагоделательная машина имеет длину несколько сот
метров. На входе ее — сырье, а на выходе — рулон, в который сворачивается
бумажная лента. Как узнать, не произошел ли где-то на линии обрыв?
Строим веполь. Есть В1 — лента бумаги. Нужно ввести В2, которое вместе с
В1 дает легко обнаружимое поле. И хорошо бы В2 и поле П получить из ресурсов.
Какие у нас ресурсы?
— Лента движется, энергия движения ленты.
— Можно ли эту энергию использовать или преобразовать в другой, более
удобный вид?
— Бумага обычно электризуется от трения. Это можно использовать?
— Конечно, можно. Бумага несет на себе заряд, с ним борются, а его можно
пристроить к делу. При обрыве ленты заряд пропадает, это легко зафиксировать и
таким образом получить информацию о неполадке.
Электростатика может быть не только полезной, но и вредной. С
электризацией кузова автомобиля борются, цепляя антистатические «хвостики» из
металлизированной резины, отводящей заряд в землю. Приносит огромные
убытки коронный разряд на линиях электропередач. Статическое электричество
вызывает взрывы на мельницах, сахарных заводах, портит точную аппаратуру.
Интересно, что борются с ним тоже с помощью электричества или ионизируя
воздух с помощью радиоактивного излучения. Но с электростатики только
начинается электричество. Изобретатели заставили работать и электрический ток,
и искру. Мы решали задачу о введении микроэлементов в почву. Электрический
ток переносил ионы меди в воду. Кто-нибудь слышал о такой медицинской
процедуре — электрофорезе?