Марк Меерович - Технология творческого мышления
Итак, каким требованиям должна удовлетворять нить накаливания с точки зрения источника энергии? Чтобы выполнялась основная функция (излучать световую энергию), используется принцип действия — преобразование электрической энергии в оптическую нагревом рабочего тела до высокой температуры, при которой оно начинает светиться. Основной показатель здесь, как для всякого преобразователя энергии, — это коэффициент полезного действия (КПД). Не менее важен и относительный параметр — количество световой энергии с единицы поверхности рабочего тела.
Нить и внешняя среда — это возможность максимального применения объекта с точки зрения его совместимости с другими системами, его безопасность при эксплуатации и ремонте, экологичность и другие параметры.
Нить и зрение человека — это спектр излучения рабочего тела, соотношение спектральных составляющих, их соответствие солнечному свету.
Анализ можно продолжить. Что он дает? Чем шире представление об объекте, тем больше ограничений мы на него накладываем, тем меньше поле поиска и проще выбор. А сколько времени и средств экономится! Ведь мы реальные эксперименты заменяем мысленными!
Что же в конце концов нам нужно от нити накаливания? С небольшой поверхности — высокую яркость свечения видимого спектра излучения, при этом рабочее тело не должно терять механическую прочность. Чтобы электрическая энергия расходовалась на рабочем теле, а не в проводах, его сопротивление должно быть в сотни и тысячи раз больше сопротивления проводов. Круг сузился до предела. Внутри его — материалы с высоким удельным сопротивлением, высокой температурой плавления и высокой механической прочностью. Справочники предлагают или керамику, или группу металлов: никель, хром, кобальт, молибден, вольфрам. Керамика оказалась неподходящей по спектру излучения и КПД, кроме того, ненадежной с точки зрения механической прочности (при перегреве иногда взрывалась). Из металлов самым подходящим оказался вольфрам. И практически до настоящего времени он остался основным материалом для нитей накаливания.
Слишком подробно и немножко нудно? Ничего не поделаешь, это и есть серые трудовые будни науки. Без них любая самая красивая идея остается только красивым мыльным пузырем. Конечно, 140 лет назад свойства материалов проводить электрический ток были практически неизвестны и только изучались. Поэтому выйти сразу на нужный материал Эдисон не мог. Но проделать такой элементарный анализ, как только что мы с вами, мог и должен был.
И тут возникает естественный вопрос: можно ли успешно решать любые технические задачи, не обладая знаниями в соответствующих областях? И вообще нужно ли «предварительно» знать, что соответствующий физэффект существует?
Частично ответ на эти вопросы дает структура АРПС, шаги которого отличаются от шагов АРИЗ-85В именно требованием сначала четко сформулировать свойства вещества, которое должно разрешить физическое противоречие, и только потом искать подходящий физэффект, в котором эти свойства могут быть реализованы.
Конечно, знать все невозможно, поэтому при решении сложных узкоспециализированных задач нужно обязательно обращаться к специалистам. Как правило, получив точный и подробный перечень требований, специалисты достаточно легко и быстро предлагают ряд физических эффектов, которые могут реализовать эти требования. И кстати: еще в 1973 г. Юрий Васильевич Горин, один из первых и лучших учеников Г.С. Альтшуллера, проанализировав несколько тысяч описаний изобретений, составил Указатель физических эффектов и явлений — одну из ценнейших составных частей информационного фонда ТРИЗ. В этом указателе систематизированы различные физэффекты, порой достаточно «тонкие», даны рекомендации, какие эффекты — или их сочетания — можно применять для решения различных технических проблем, и приведены примеры таких решений.
Аналогичный фонд применения химических эффектов, содержащий более 1000 примеров, собрал еще один из первых ТРИЗовцев — Валерий Алексеевич Михайлов, кандидат химических наук, доцент Чебоксарского университета.
Так что, конечно, чем больше вы знаете, тем легче вам понять физическую сущность процессов и явлений, создающих проблемную ситуацию. А без такого анализа выйти на ИКР не удастся...
А вообще-то основной недостаток нашей системы образования как раз и заключается в том, что знания нам дают, но не учат, как их можно применять...
Вот простая задача — «О заготовке для труб». Существует способ изготовления труб, особенно большого диаметра, из прокатного листа. Для этого заготовку раскатывают в лист, а потом сворачивают в трубу (или в две половинки) и сваривают. Здесь и возникает проблема: чтобы получить лист нужной площади и толщины, заготовка должна иметь строго определенный объем. А отрезают ее от болванки, которая имеет неправильную форму. Приходится отрезать больше, взвешивать, а потом убирать лишнее. Отнимает эта процедура много времени, да и отходов получается много. Как быть?
Принцип решения таких задач, на которые до сих пор выдаются вполне серьезные авторские свидетельства, был предложен еще две тысячи лет назад жителем г. Сиракузы гражданином Архимедом. Он заметил, что уровень воды в ванне поднимается на столько, сколько занимает объем его тела. Остается вовремя остановиться и отметить уровень воды, соответствующий необходимому объему заготовки, на самой болванке. ИКР — жидкость может сделать это сама. Для чего ее достаточно слегка подкрасить, а потом отрезать заготовку по линии, которую оставила подкрашенная жидкость на поверхности болванки.
Вернемся к задачам дугового прожектора — прообраза свечи Яблочкова. При горении дуги (задача 1) концы электродов обгорали, расстояние между ними увеличивалось, и дуга рвалась — гасла. Требовалось предложить идею датчика для автоматического регулирования длины дуги.
В чем был основной недостаток механических регуляторов? В том, что дуга горела сама по себе, а регуляторы крутились, сдвигая электроды, сами по себе. Не был согласован ритм работы частей системы. Отсутствие этого согласования сразу вылезает наружу, как только мы сформулируем ИКР: дуга должна сама регулировать свою длину. Иными словами, между одним из параметров дуги и регулятором (его еще называют «исполнительный механизм») должна существовать четкая обратная связь. Если, например, мы хотим регулировать длину дуги по расстоянию между контактами, нужно установить «датчик расстояния», который будет включать подкручивающий двигатель. Но как определять это расстояние — оно ведь все время меняется? И какой датчик выдержит такую температуру?
Можно регулировать длину дуги по изменению яркости — для этого нужен чувствительный датчик светового потока. Сейчас их много, особенно полупроводниковых, но в то время фотоэффект Столетова еще не был открыт.
Проще всего — с точки зрения элементарной физики — рассматривать дугу как участок электрической цепи, через который идет ток и который имеет свое сопротивление с соответствующим падением напряжения. Эти три величины связаны одним из самых известных законов электротехники — законом Ома.
Дуга — это нагрузка цепи, на ней падает основная часть напряжения. При увеличении расстояния между электродами сопротивление участка увеличивается, что приводит к уменьшению силы тока. Соответственно — при уменьшении расстояния величина тока растет. Эти отклонения еще 140 лет назад можно было ловить приборами и использовать для включения-выключения двигателя. И — никаких проблем сейчас, в век электроники.
Теперь попробуем удлинить электроды, чтобы увеличить время их горения, не увеличивая размер всего устройства (задача 2). И техническое, и физическое противоречия здесь сформулированы предельно ясно, поэтому применять для поиска решения такое мощное оружие, как АРПС, нет смысла. Используем другой метод: так называемое ТРИЗное «каратэ».
В задаче о техническом водопроводе мы заметили, что производительность «обдиралки» и ее размеры взаимосвязаны. Такая взаимосвязь составляет суть ТП, и она существует в любой задаче. В свое время Г.С. Альтшуллером и его учениками был составлен перечень взаимосвязанных показателей: вес, мощность, размеры, производительность, удобство эксплуатации и т.д. — всего 39 параметров. С их помощью удалось (на это «удалось» ушло 15 лет!) составить таблицу типовых приемов разрешения технических противоречий.
Анализируя патентный фонд, Г.С. Альтшуллер сделал ошеломивший его самого вывод: в разных областях техники задачи решаются одинаково! Нет задач «авиационных» и «кондитерских», т.е. функциональных. Нет задач «механических» и «электрических», т.е. структурных. Эти признаки для классификации изобретательских задач не годятся. Есть один общий критерий: прием, с помощью которого можно разрешить техническое противоречие!
