Генрих Альтшуллер - Алгоритм изобретения
Задача 2
«Существующие дождевальные машины имеют низкую производительность. Если же попытаться достичь нужной интенсивности дождевания, увеличивая ширину захвата крыльев машин, резко возрастет их металлоемкость.
Выход? Облегчить конструкцию, применяя пластмассы. И подумать над тем, чем заменить... лейку. Ведь в дождевальных машинах используется принцип именно этого простейшего садового инструмента. Веера трубок, многоэтажный душ, пульверизаторы и разбрызгивающие турбины — все что угодно, лишь бы при экономии каждого квадратного сантиметра площади крыльев машины дождь моросил над наибольшей поверхностью участка»[21].
Дождевальная машина — это трактор, оборудованный насосом и фермами-крыльями (консолями). На крыльях укреплены разбрызгиватели (лейки). Двухконсольный агрегат ДД-100М подает ежесекундно 90—100 л воды. Рабочий напор — 30 м, рабочая ширина захвата — 120 м. Машина передвигается вдоль оросительных каналов, нарезанных через каждые 120 м.
Дождеватели — металлоемкие, громоздкие сооружения. Вес фермы пропорционален кубу ее длины. Если, например, увеличить длину фермы только наполовину, то вес ее возрастет в 3 с половиной раза. Поэтому и приходится ограничиваться крыльями размахом около 100 м.
Делалось немало попыток решения этой задачи. «Поливная труба», например, подвешивалась на аэростатах. Или поднималась с помощью вертолетов, винты которых вращаются под напором накачиваемой снизу воды. Или устанавливалась на башне и приводилась во вращение с помощью турбореактивных двигателей. Нетрудно заметить нечто общее в этих проектах: они нисколько не приближают исходный объект к идеальной машине.
Для полива нужна только вода. Оборудование лишь помогает доставлять воду. Понятно, что чем проще и компактнее будет это оборудование, тем ближе мы подойдем к идеальному дождевателю. Аэростаты, вертолеты, турбореактивные двигатели — все это существенно усложняет исходную конструкцию дождевателя. Тут пробы явно направлены в сторону от идеальной машины.
Намного лучше самоходная дождевальная установка с надувными консолями[22]. В ее конструкции уже чувствуется некоторое приближение к идеальному дождевателю: вес консолей уменьшается, в нерабочем положении консоли могут быть компактно сложены. К сожалению, с увеличением размаха надувных крыльев быстро увеличивается их площадь, растет парусность, помехой становится даже небольшой ветер.
Идеальный дождеватель представлял бы собой поливную трубу, которая сама (без трактора и поддерживающей фермы) передвигалась бы над полем. Труба эта, очевидно, должна быть в несколько раз длиннее, чем ферма современного дождевателя. В нерабочем положении труба должна занимать возможно меньший объем.
Мы довольно точно определили, какой должна быть в данном случае идеальная машина. Попробуйте поискать решение. Задача опять-таки учебная, поэтому не надо предлагать другие способы орошения (подземные или перетаскиваемые трубопроводы, брандспойты и т. п.). Речь идет о передвижном дождевателе. Надо заставить легкую поливную трубу длиной метров в 300 передвигаться над полем. По возможности без сложных приспособлений.
Технические противоречия
Попытаемся решить задачу о дождевателе обычными приемами. Нужно втрое увеличить размах крыльев; что ж, сделать трехсотметровую ферму технически вполне осуществимо. Что мы при этом проиграем? Возрастет вес. Если размах крыльев увеличить втрое, ферма станет тяжелее в 27 раз.
У машин и механизмов (вообще у технических объектов) есть несколько важнейших показателей, характеризующих степень их совершенства: вес, габариты, мощность, надежность и др. Между этими показателями существуют определенные взаимозависимости. Скажем, на одну единицу мощности требуется определенный вес конструкции. Чтобы увеличить один из показателей уже известными в данной отрасли техники путями, приходится «платить» ухудшением другого.
Вот типичный пример из авиаконструкторской практики: «Увеличение в 2 раза площади вертикального оперения одного из типов самолетов уменьшило амплитуду колебаний самолета всего лишь на 50%. Но это, в свою очередь, повысило восприимчивость самолета к порывам ветра, увеличило лобовое сопротивление, утяжелило конструкцию самолета, — что выдвинуло дополнительные сложные задачи[23].
Конструктор, учитывая конкретные условия, выбирает наиболее благоприятное сочетание характеристик: что-то выигрывает, а что-то проигрывает. «Когда вы обдумываете решение и технические условия, — говорит известный авиаконструктор О. Антонов, — которые, может быть, и не будут никогда записаны на бумаге, выделите самое главное. Только в крайнем случае, если что-нибудь не удается выполнить, идите к допустимому. Допустимое — это некоторое невыполнение заданных технических условий, так сказать, компромиссное решение. Предположим, конструируя самолет, вы выполните требования по грузоподъемности и скорости, но у вас немножко не выйдет с длиной разбега. Тогда вы начнете взвешивать эти три важных требования и, возможно, несколько поступитесь разбегом — пусть разбег будет не 500, а 550 метров, зато все остальные качества будут достигнуты. Это как раз то, что допустимо»[24].
Академик А. Н. Крылов в своих воспоминаниях рассказывает о таком эпизоде. В 1924 году ученый работал в составе советско-французской комиссии, осматривавшей в гавани Бизерты русские военные корабли, уведенные туда Врангелем. Здесь бок о бок с русским эсминцем стоял эсминец французский — примерно того же возраста и размеров. Разница в боевой мощи кораблей была настолько велика, что адмирал Буи — председатель комиссии — не выдержал и воскликнул: «У вас пушки, а у нас пукалки! Каким образом вы достигли такой разницы в вооружении эсминцев?» Крылов ответил так: «Взгляните, адмирал, на палубу: кроме стрингера, в котором вся крепость, все остальное, представляющее как бы крышу, проржавело почти насквозь, трубы, их кожухи, рубки и т. п. — все изношено. Посмотрите на ваш эсминец, на нем все как новенькое, правда, наш миноносец шесть лет без ухода и без окраски, но не в этом главная суть. Ваш миноносец построен из обыкновенной стали и на нем взято расчетное напряжение в 7 кг на 1 мм2, как будто бы это был коммерческий корабль, который должен служить не менее 24 лет. Наш построен целиком из стали высокого сопротивления, напряжение допущено в 12 кг и больше — местами по 23 кг/мм2. Миноносец строится на 10—12 лет, ибо за это время он успевает настолько устареть, что не представляет более истинной боевой силы. Весь выигрыш в весе корпуса и употреблен на усиление боевого вооружения, и вы видите, что в артиллерийском бою наш миноносец разнесет вдребезги, по меньшей мере, четыре, т. е. дивизию ваших, раньше, чем они приблизятся на дальность выстрела своих пукалок». «Как это просто!» — сказал адмирал»[25].
Искусство конструктора во многом зависит от умения определить, что надо выиграть и чем можно за это поступиться. Изобретательское творчество состоит в том, чтобы найти такой путь, при котором уступки вообще не требуется (или она непропорционально мала по сравнению с получаемым результатом).
Предположим, для ускорения погрузки-разгрузки на необорудованных аэродромах необходимо создать портативное подъемное устройство, монтируемое на тяжелых транспортных самолетах. Такую задачу вполне можно решить уже имеющимися в современной технике средствами. Основываясь на общих принципах конструирования подъемных устройств и используя, скажем, опыт создания легких автокранов, квалифицированный конструктор в состоянии спроектировать требуемое устройство. Понятно, что это увеличит в той или иной мере «мертвый» вес самолета. Выигрывая в одном, конструктор одновременно проигрывает в чем-то другом. Зачастую с этим можно смириться, и задача конструктора сводится к тому, чтобы побольше выиграть и поменьше проиграть.
Необходимость в изобретении возникает в тех случаях, когда задача содержит дополнительное требование: выиграть и... ничего не проиграть. Например, подъемное устройство должно быть достаточно мощным и в то же время не должно утяжелять самолет. Решить эту задачу известными приемами невозможно: даже лучшие передвижные краны имеют немалый вес. Здесь нужен новый подход, нужно изобретение.
Таким образом, обычная задача переходит в разряд изобретательских в тех случаях, когда необходимым условием ее решения является устранение технического противоречия.
Нетрудно создать новую машину, игнорируя технические противоречия. Но тогда машина окажется неработоспособной и нежизненной.
* * *Всегда ли изобретение состоит в устранении технического противоречия?
