Глава 8 К полюсу идеальности

Как выглядит современная сложная изобретательная задача? Познакомимся с такой задачей на конкретном примере.

Задача 8.1. Ледокол продвигается во льдах по принципу клина. Если лед имеет толщину 2–3 м, скорость ледокола не превышает скорости пешехода (4 км/ч). Сто лет — со времени появления первого ледокола — скорость наращивали в основном за счет увеличения мощности двигательной установки. У современного ледокола мощность двигателей на тонну водоизмещения в 5–6 раз больше, чем у океанских лайнеров. Двигатели и обслуживающие их системы занимают до 70 % длины корпуса. Груз транспортируют на судах, идущих за ледоколом.

Нужна идея: как повысить скорость движения ледокола, скажем, вдвое? По условиям задачи нельзя использовать вместо ледокола подводные лодки, самолеты, санные поезда.

Такая задача была поставлена одним из слушателей первого семинара по подготовке преподавателей ТРИЗ (Дзинтари, декабрь 1968 г.). «Задачедатель», моряк, хотел «проверить» возможности АРИЗ (алгоритма решения изобретательских задач): «Докажите, что алгоритм работает…»

На задаче 8.1 хорошо видны особенности, присущие большинству трудных задач. Прежде всего, дана не задача, а ситуация, которую еще предстоит перевести в конкретную задачу. Четко виден тупик: нужно сохранить ледокольный принцип (во всяком случае, сохранить «корабль, разрушающий льды») и нельзя сохранять этот принцип, поскольку из него выжато все возможное. Задача имеет «устрашающую окраску»: традиционный способ усовершенствования — наращивание мощности двигательной установки — использован до предела, придется коренным образом менять очень сложный агрегат, не случайно задачу не удалось осилить за сто лет… Наконец, задача «вообще не по моей специальности»!

Последнее обстоятельство порой вызывает панический страх. История учит: все крупные изобретения сделаны неспециалистами, потому что нужной специальности просто еще нет: изобретатель и становится первым специалистом. Откуда могли взяться первые специалисты по пароходам, когда существовал только парусный флот?! Изобрел пароход часовщик и художник Фультон. Паровоз — горный инженер Стефенсон. Самолет — моряк Можайский и велосипедные мастера братья Райт. Все это знают, но страх выйти за пределы специальности не исчезает…

«Тризная» технология обработки сложных нестандартных задач построена на применении АРИЗ.

АРИЗ — комплексная программа алгоритмического типа, основанная на законах развития технических систем и предназначенная для анализа и решения изобретательских задач.

АРИЗ возник и развивался вместе с теорией решения изобретательских задач. Первоначально АРИЗ назывался «методикой изобретательского творчества» (Альтшуллер Г. С., Шапиро Р. Б. Психология изобретательского творчества // Вопросы психологии, 1956, № 6. — С. 37–49; Альтшуллер Г. С. Как научиться изобретать. — Тамбовское книжное изд., 1961). Впервые словосочетание «алгоритм решения изобретательских задач» использовано в приложении «Технико-экономические знания» к еженедельнику «Экономическая газета» за 1 сентября 1965 г. Аббревиатура АРИЗ введена в первом издании книги (Альтшуллер Г. С. Основы изобретательства. — Воронеж: Центрально-черноземное книжное изд., 1964). В дальнейшем модификации АРИЗ включали указание на год публикации, например АРИЗ-68, АРИЗ-71, АРИЗ-77.

При конструировании последних модификаций алгоритма (АРИЗ-82 и АРИЗ-85) учтены замечания и рекомендации многих специалистов по ТРИЗ.

Разработка новых модификаций АРИЗ опирается на исследование больших массивов патентной информации по изобретениям высших уровней. Найденные закономерности, правила, приемы включаются в экспериментальные тексты АРИЗ. Разветвленная система школ ТРИЗ позволяет в короткие сроки всесторонне опробовать нововведения. Этим и объясняются высокие темпы развития алгоритма.

Каждая модификация АРИЗ включает программу обработки задачи, средства управления психологическими факторами и информационный фонд.

1. Основой АРИЗ является программа последовательных операций по анализу неопределенной (а зачастую и вообще неверно поставленной) изобретательской задачи и преобразование ее в четкую схему (модель) конфликта, не разрешимого обычными (ранее известными) способами. Анализ модели задачи приводит к выявлению физического противоречия. Параллельно идет исследование имеющихся вещественно-полевых ресурсов. Используя эти (или дополнительно введенные) ресурсы, разрешают физическое противоречие и устраняют конфликт, из-за которого возникла задача. Далее программа предусматривает развитие найденной идеи, извлечение из этой идеи максимальной пользы.

В программе — в самой ее структуре и правилах выполнения отдельных операций — отражены объективные закономерности развития технических систем.

2. Поскольку программу реализует человек, АРИЗ предусматривает операции по управлению психологическими факторами. Эти операции позволяют гасить психологическую инерцию и стимулировать работу воображения. Значительное психологическое воздействие оказывает само существование и применение АРИЗ: программа придает уверенность, позволяет смелее выходить за пределы узкой специальности и, главное, все время ориентирует работу мысли в наиболее перспективном направлении. АРИЗ имеет и конкретные психологические операторы, форсирующие воображение. В сущности, психологические операторы тоже основаны на объективных закономерностях развития технических систем, только закономерности эти еще не вполне ясны. По мере совершенствования АРИЗ психологические операторы превращаются в точные операторы преобразования задачи.

3. АРИЗ снабжен обширным и в то же время компактным информационным фондом. Центральное место в этом фонде (у современных модификаций АРИЗ) занимают стандарты и «Указатель применения физических эффектов и явлений». Первый вариант «Указателя» был составлен Ю. В. Гориным в начале 70-х годов. Физические эффекты излагались по традиционным для физики разделам (механика, теплота и т. д.). Между тем при решении задачи по АРИЗ важен прежде всего тип выделенного противоречия. Поэтому коллектив авторов, специалистов по ТРИЗ, разработал новый «Указатель»; ряд разделов «Указателя» опубликован в 1981–1982 гг. в журнале «Техника и наука». В основе современного «Указателя» — вепольные структуры (веполи, теполи и т. д.), вокруг которых группируются реализуемые на них эффекты и явления. По каждой структуре составлена таблица, облегчающая поиск нужного эффекта. Ведется аналогичная работа по химическим и геометрическим эффектам.

* * *

Вернемся к задаче 8.1 и посмотрим, как в принципе работает АРИЗ.

Получив задачу, я попытался объяснить «задачедателю»: АРИЗ требует серьезного изучения, а семинар только начался. Пробовал объяснить и другое: АРИЗ рассчитан на спокойную, неспешную работу; нельзя гарантировать, что столь трудная задача будет решена за час-полтора в шумной аудитории… Бесполезно! «Задачедатель» стоял на своем: «Докажите, что АРИЗ может работать, иначе зачем нам его изучать…» Я уступил. «Задачедатель» сам выбрал: пусть задачу разберет у доски слушательница, патентовед.

— Сначала надо убрать терминологию, — сказала женщина, взглянув в текст АРИЗ. — Слово «ледокол» подталкивает к старой терминологии («надо колоть лед»), а мы ищем новую технологию…

Накануне, при разборе учебной задачи, меня спросили, как быть, если нет подходящей замены старому термину. В то время в АРИЗ еще не было корректного словосочетания «икс-элемент», и я ответил: используйте любые слова, например «штуковина». Когда на доске слово «ледокол» было заменено «штуковиной», я получил некоторое моральное удовлетворение: моряк лишился дара речи…

— Сформулируем ИКР, идеальный конечный результат, — продолжала слушательница. — Идеально, если «штуковина» со страшной силой мчится сквозь лед. Как будто льда вовсе нет.

Все шло как в учебной задаче, рассмотренной накануне: там «штуковина» со страшной силой мешала перемешиваться нефтепродуктам при последовательной транспортировке по одному нефтепроводу.

— Нарисуем конфликтующую пару «штуковина — лед», — продолжала слушательница, поглядывая в текст АРИЗ.

На доске появился такой рисунок (рис. 16):

— Следующий шаг: надо выбрать элемент, который придется изменить. Лед — природный элемент, менять его свойства трудно. «Штуковина» — элемент технический. По правилам АРИЗ выбираем технический элемент.

Я стоял в стороне, мне легче было думать. Я увидел решение уже на этом шаге. Ломать надо не лед, а ледокол… Красивая «дикая» идея! Если лед не хочет уступать дорогу ледоколу, пусть ледокол уступит дорогу льду.

— Следующий шаг: определить, какая часть выбранного элемента должна быть изменена. Надводная часть АБ может двигаться быстро, ей ничто не мешает. Подводная часть ВГ тоже может двигаться. Мешает часть БВ, упирающаяся в лед.

На рисунке появились буквы.

— Придется здесь сделать вырез. Тогда корабль пройдет вперед, не ломая льды.

В носовой части корабля возник вырез (рис. 17).

Аудитория зашумела: «Корабль пройдет двадцать — тридцать метров и снова упрется в лед!.»

— А я снова сделаю вырез! — упрямо сказала женщина.

Рисунок был уточнен.

Аудитория не сдавалась: «Корабль снова упрется!.» Впрочем, кое-кто задумался, это было видно.

— Я снова сделаю вырез… Опять упрется?. Ну, тогда сделаем сквозной вырез: пусть лед спереди входит, а сзади выходит. Теперь рисунок выглядел так (рис. 18).

Посыпались возражения: «Корабля нет… Нижняя часть утонет… А потом утонет и верхняя часть…»

— Но ведь это только ИКР, идеальный конечный результат, — сказала слушательница, еще раз заглянув в текст АРИЗ. — ИКР позволяет сформулировать противоречие. Этаж БВ должен быть пустым, чтобы свободно проходил лед, и должен быть «непустым», чтобы соединять обе части корабля. Противоречивые требования можно разделить в пространстве. Этаж «пустой», но не совсем. Соединим верхнюю и нижнюю части веревками… Нет, стойками! Узкими ножами, чтобы резать лед. Пусть будут две узкие прорези во льду, сделать их, наверное, легче, чем ломать весь лед…

На доске возник поперечный разрез корабля (рис. 19).

Тут очнулся «задачедатель». Ледокол, сказал он, машина для создания канала во льдах, а эта… эта вещь канала не создает.

Задача была решена, оставалось защищать решение. Я безуспешно пытался объяснить «задачедателю», что новому кораблю не нужны будут мощные двигатели, поэтому он сам — без транспортных судов — сможет нести груз. «А как матросы будут ходить вверх-вниз?» — спросил «задачедатель». Я поинтересовался: зачем матросам ходить вверх-вниз, если нижняя часть, например, танкерная? Напомнил, на первых самолетах «матросы» бегали по крыльям, но разве кто-нибудь бегает по крыльям современных самолетов?. Спор длился часа полтора. Доказать реальность новой идеи я не смог. В назидание «задачедатель» поведал о решении, которое он считал правильным; сделано оно специалистами Арктического и Антарктического НИИ. Они предложили разрезать лед с помощью системы гигантских фрез, расположенных перед носовой частью судна. Вырезанные фрезами блоки льда поднимались специальными конвейерами на палубу, переходили на другие конвейеры — боковые — и сбрасывались в сторону[26]. Сооружение представляло собой огромную установку по переработке льда… Забегая вперед, следует сказать, что этот плавучий ледорезный завод так и не был построен.

* * *

В истории ТРИЗ немало подобных «испытаний». Для нас решение задачи 8.1 интересно главным образом тем, что хорошо видны принципы работы АРИЗ. Анализ задачи идет шаг за шагом; область поиска планомерно сужается: ситуация — задача — модель задачи (конфликтующая пара) — элемент, который надо изменить, — часть изменяемого элемента (оперативная зона). Здесь уже возможно решение, ибо анализ зачастую переносит действие на другой объект (ломать надо не лед, а ледокол). Формируется ИКР. Зная ИКР и оперативную зону, нетрудно определить противоречие. В простейшем случае противоречивые требования разделяются в пространстве или во времени…

Да, как ни странно, задачу 8.1 следует отнести к простейшим!

Для ее решения не нужно детально исследовать физическое противоречие, нет необходимости искать хитроумное сочетание физических и химических эффектов.

Уже после семинара я познакомился с патентами и авторскими свидетельствами по ледоколам. Фрезы, резцы, бивни, водометы… Масса хитроумных устройств, чтобы разрушать лед. И ни одного, чтобы быстро идти во льдах с минимальным их разрушением.

В августе 1971 г. был опубликован разбор «ледокольной» задачи[27]. Позже появился патент США с приоритетом от ноября 1971 г. К середине 70-х годов специальные журналы запестрели сообщениями о проектировании и строительстве полупогружных судов: возник новый термин! А задача о ледоколе долгое время использовалась как учебная. На ней слушатели школ ТРИЗ учились решать свои проблемы, иногда совсем из других областей техники.

Задача 8.2. Толстый нож преодолевает большое сопротивление резания (до 120 т), но портит древесину, вызывая сколы и трещины, выдергивая волокна. Чем тоньше нож, тем меньше повреждения, но тонкий нож не выдерживает усилий, необходимых для резания. Заменять «ножевой» способ резания (например, пильным) нельзя. Как быть?

Полная аналогия с «ледокольной» задачей. Нужны два тонких лезвия, соединенные поперечными стойками. Таково решение по а. с. 586874, полученному преподавателями ТРИЗ В. В. Овчинниковым и Т. Л. Курашовой. Новый нож обеспечивает лучшее качество среза и требует меньших усилий. За счет более узкого пропила ствола снижается количество отходов. Изобретение внедрено, экспонировалось на ВДНХ.

* * *

В конце книги, в приложении 1, напечатан АРИЗ-85-В. Прочитайте этот текст. Алгоритм снабжен пояснениями, есть пример решения задачи.

АРИЗ-85-В на первый взгляд сложнее модификаций, которые применялись в 60–70-е годы. Впечатление возросшей сложности создается из-за большего числа шагов и увеличения вспомогательного аппарата — пояснений, примечаний, указаний на наиболее вероятные места ошибок. Но чем больше шагов и чем подробнее вспомогательный аппарат, тем легче пользоваться алгоритмом. Тут уместно сравнить алгоритм с лестницей: шаги выполняют функции ступенек, пояснения и примечания. Работают как надежные перила. Надо отметить также, что вспомогательный аппарат необходим только на период освоения АРИЗ; потом эта часть текста перестает замечаться, а четыре десятка шагов легко держатся в памяти.

АРИЗ-85-В включает девять частей.

1. Анализ задачи.

2. Анализ модели задачи.

3. Определение ИКР и ФП.

4. Мобилизация и применение ВПР.

5. Применение информационного фонда.

6. Изменение и/или замена задачи.

7. Анализ способа устранения ФП.

8. Применение полученного ответа.

9. Анализ хода решения.

Решение задачи начинают с перехода от заданной ситуации к минимальной задаче, получаемой по правилу «техническая система остается без изменений, но исчезают недостатки или появляются требуемые свойства». Мини-задача ориентирует на наиболее простое и поэтому легко внедряемое решение. Условия мини-задачи должны быть освобождены от специальных терминов, создающих психологическую инерцию.

Затем первая часть АРИЗ предписывает переход к модели задачи — предельно упрощенной схеме конфликта, составляющего суть задачи. Дальнейшее сужение области анализа осуществляют — во второй части алгоритма — выделением оперативной зоны, т. е. области, изменение которой необходимо и достаточно для решения задачи. Переход «начальная ситуация — минизадача — модель задачи — оперативная зона» ведут по правилам, гарантирующим надежное определение оперативной зоны. Входит во вторую часть и выявление уже имеющихся вещественно-полевых ресурсов.

Третью часть алгоритма составляют наиболее сильные механизмы «перемалывания» задачи — определение ИКР (идеального конечного результата) и ФП (физического противоречия).

Формула ИКР отражает идеальный образ искомого решения задачи: требуемый эффект должен быть достигнут без каких бы то ни было потерь — недопустимого изменения и усложнения системы, ее частей или оперативной зоны, без затрат энергии, без возникновения сопутствующих вредных явлений и т. д. Четкое представление об ИКР позволяет выявить ФП, связанное с оперативной зоной. Физическое противоречие формулируют на двух уровнях — макроуровне (выделенная часть объекта) и микроуровне (частицы этой части). Если задача решается на микроуровне, формулировка микро-ФП может непосредственно привести к решению задачи — ответ становится очевидным. В других случаях микро-ФП облегчает отыскание ответа.

Третья часть АРИЗ-85-В содержит важное нововведение, которого не было в предыдущих модификациях.

В ТРИЗ издавна и всемерно подчеркивалось значение «многоэкранной схемы мышления». При этом имелось в виду прежде всего умение видеть одновременно систему, надсистему и подсистему. Зачем это нужно? Зачастую идея, полученная при рассмотрении системы, годится не для самой системы, а для подсистем или надсистем. Нужно уметь отделять идею решения от ее «носителя» (системы) и переносить на другие «носители». Это тонкая и сложная мыслительная операция: надо не только отделить улыбку Чеширского кота от самого кота, но и перенести эту улыбку на собаку или кролика…

Во всех предшествующих модификациях АРИЗ изменения разных частей системы (инструмента, внешней среды, изделия) рассматривались последовательно. Нередко это требовало повторного или многократного анализа. Предположим, ответ заключается в изменении агрегатного состояния внешней среды. Необходимо сначала проверить изменения инструмента. При этом может появиться, например, идея изменения агрегатного состояния инструмента. Но задачу это не решит, придется вести вторую линию анализа (с внешней средой), чтобы выйти на идею изменения агрегатного состояния внешней среды.

АРИЗ, начиная с первых модификаций, строился на принципе последовательности линий анализа. АРИЗ-85-В впервые реализует принцип параллельности этих линий. Такая перестройка обусловлена тенденциями развития современных модификаций АРИЗ. В этих модификациях появляется необходимость видеть одновременно линии анализа разных частей системы и, более того, одновременно следить за взаимодействием АРИЗ с системой стандартов.

Появление в АРИЗ-85-В элементов «многоэкранного мышления» — чрезвычайно важное и перспективное нововведение.

Четвертая часть АРИЗ-85-В начинается с применения двух интересных методов — «моделирования маленькими человечками» и «шаг назад от ИКР». Отход от ИКР мы рассмотрим на конкретном примере, а про метод ММЧ надо сказать несколько слов.

Во второй главе мельком упоминалось, что в синектике используется личная аналогия (эмпатия): человек вживается в образ предмета, о котором идет речь в задаче, и пытается представить нужные изменения. Практика работы с этим приемом показала, что иногда он действительно облегчает решение задачи, а иногда, напротив, заводит в тупик. Например, при экспериментах с «ледокольной» задачей личная аналогия («Я — ледокол… я — ледокол… Вот я подхожу к ледяному полю… Лед не пропускает меня вперед…») всегда создавала дополнительные трудности, укрепляла мнение о невозможности решения задачи. Оказалось, что личная аналогия вредна во всех случаях, когда решение требует «разрушительного» изменения объекта (разделить, раздробить, расплавить и т. д.). Отождествив себя с объектом, человек невольно избегает «разрушительных» преобразований… Возникла проблема: как сохранить (и развить!) положительные качества личной аналогии и избавиться от ее отрицательных качеств? Так в ТРИЗ появился метод ММЧ. Оперативную зону (не весь объект!) представляют в виде разделенной на две «команды» толпы маленьких человечков. Строят схему конфликта, а потом меняют поведение маленьких человечков, устраняя конфликт. Толпа маленьких человечков легко дробится и перестраивается. Это гибкая и наглядная модель. Когда, например, при решении той же «ледокольной» задачи предлагаешь представить оперативную зону из толпы маленьких человечков, решение приходит мгновенно: теснимая льдом толпа должна разбежаться, образовав пустой этаж…

В тексте АРИЗ есть правила — как использовать «маленьких человечков» (правила 4–7). Эти правила отражают объективные законы развития систем (можно сказать так: отражают законы, позволяющие простую «толпу» превратить в более эффективную, обладающую новыми качествами полисистему). Метод ММЧ подготавливает к операциям по мобилизации ВПР. На наглядных рисунках моделируются действия, которые предстоит реализовать с помощью ВПР.

Имеющиеся ВПР, выявленные на шаге 2.3, недостаточны для решения задачи (в противном случае задача просто бы не возникла). Но они есть, они, в сущности, бесплатны. Между тем для решения задачи обычно требуются другие вещества и поля. За их введение надо платить усложнением системы, удорожанием процессов и т. д. Противоречие: надо вводить новые вещества и поля и не надо их вводить… Разрешается это противоречие в чисто тризном духе: новые вещества можно получить из пустоты или видоизменением имеющихся веществ.

Новые вещества можно извлечь и из структурных недр имеющихся веществ. Правила 8–10 и примечание 24 показывают, как это сделать наиболее эффективным образом. В ТРИЗ давно применялись «переход в надсистему» и «переход на микроуровень». Они отражали наиболее типичный случай: если дана система на макроуровне, можно рассмотреть еще более сложную систему, включающую данную, — это «переход в надсистему»; можно перейти и к рассмотрению работы микрочастиц (молекул, атомов и т. д.) — это «переход на микроуровень». Случай действительно типичный, но не единственный и не самый трудный. Как быть, например, если дана не система, а вещество? Система плюс такая же система равна новой системе (пример — двустволка). А кусок глины плюс другой кусок глины — это просто удвоенный кусок глины, без нового качества. В трудных задачах часто приходится иметь дело с «кусками глины». Правила 8–10 и примечание 24 отражают новые взгляды на механизмы «перехода в надсистему» и «перехода на микроуровень». Согласно этим взглядам существует многоуровневая иерархия: внизу — «вещественные» уровни (элементарные частицы, атомы, молекулы и т. д.), наверху — «технические» уровни (машины, узлы, механизмы, детали и т. д.). С любого уровня можно перейти наверх и вниз. И наоборот: на любой уровень можно проникнуть сверху и снизу. Если для решения задачи требуются частицы определенного уровня, их целесообразно получать обходными путями: разламыванием частиц ближайшего верхнего уровня или достройкой частиц ближайшего нижнего уровня.

Четвертая часть АРИЗ-85-В обладает большими резервами развития. Уже сейчас ее можно было бы пополнить некоторыми операциями, например получением производных ВПР за счет структурирования и динамизации имеющихся ВПР.

Анализ задачи по первым четырем частям АРИЗ резко упрощает задачу и во многих случаях делает ответ очевидным. Если этого не происходит, задачу рассматривают по пятой части алгоритма — с привлечением информационного фонда — стандартов, физэффектов, типовых задач-аналогов. Наконец, если минизадача вообще не может быть решена, переходят — по шестой части алгоритма — к макси-задаче.

АРИЗ предназначен для получения общей идеи решения, в функции алгоритма не входит конструкторская, инженерная проработка полученного решения. Однако общую идею АРИЗ стремятся максимально укрепить и развить. Седьмая часть АРИЗ включает ряд шагов, контролирующих приближение ответа к ИКР, соответствие намечаемых изменений системы закономерностям технического прогресса. Восьмая часть АРИЗ расширяет сферу действия полученной идеи: должны быть использованы все резервы превращения идеи в универсальный принцип решения целого класса задач. Таким образом, АРИЗ предназначен не только для решения конкретных изобретательских задач, но и для выработки новых стандартов.

Еще одна функция алгоритма состоит в развитии мышления человека, решающего задачу. Эту функцию, в частности, выполняет девятая часть АРИЗ: изучение хода решения задачи, выявление отклонения от канонического текста алгоритма, исследование причин отклонений.

Операторы, входящие в АРИЗ, заставляют мысль продвигаться в нетрадиционном, «диком» направлении. Они отсекают пути, кажущиеся очевидными, заставляют «утяжелять» условия задачи, ведут в «тупик» физических противоречий. Нетривиальность, «дикость» мыслительных действий заложена в самой программе АРИЗ, в формулировке шагов, в обязательных правилах. Невозможно уклониться от этой «дикости», явно не нарушив предписаний АРИЗ. Императивность АРИЗ иногда воспринимают как покушение на «свободу творчества». АРИЗ действительно отнимает свободу совершать примитивные ошибки, свободу быть прикованным к психологической инерции, свободу игнорировать законы развития технических систем…

При правильной работе по АРИЗ каждый шаг логично следует из предыдущего. Логичность отнюдь не мешает появлению принципиально новых («неожиданных») идей. Новое возникает как результат применения необычных операторов АРИЗ: происходит переориентация задачи на ИКР, требования обостряются и доводятся до ФП, макро-ФП трансформируется в микро-ФП и т. д. Беспорядочному «броуновскому» движению «свободной мысли» при решении задачи методом проб и ошибок АРИЗ противопоставляет высокую организованность мышления в сочетании с нетривиальностью мыслительных операций и сознательным использованием знаний о закономерностях развития техники. Регулярное применение аналитического аппарата АРИЗ вырабатывает «аризный» (в сущности — диалектический) стиль мышления, характеризующийся обоснованной нетривиальностью и стремлением опираться на всеобщие законы диалектики и конкретные закономерности развития систем — технических, научных, художественных и т. д.

* * *

Для начала рассмотрим работу АРИЗ на хорошо знакомой нам задаче о перевозке шлака.

Решение по АРИЗ

1.1. Мини-задача. ТС для перевозки расплавленного доменного шлака включает железнодорожную платформу, ковш, расплавленный шлак. ТП-1: если ковш имеет крышку, не образуется твердой корки застывшего шлака, но обслуживание системы замедляется. ТП-2: если ковш не имеет крышки, обслуживание не замедляется, но образуется твердая корка. Необходимо при минимальных изменениях в системе предотвратить образование твердой корки шлака.

Пояснение 1. По примечанию 4 следует заменить термин «крышка». На первый взгляд этот термин кажется безобидным, но он связан с представлением о жестком (или почти жестком) покрытии, которое необходимо открывать и закрывать. При решении задач может оказаться, что крышка жидкая или газообразная и что она служит один раз, потом, например, сгорая… Нам нужна не «крышка», а «теплоудержалка»… В этом учебном разборе мы сознательно оставляем слово «крышка», чтобы не упрощать чрезмерно задачу.

1.2. Конфликтующая пара. Изделие — расплавленный шлак. Инструмент — крышка (отсутствующая, присутствующая).

1.3. Схемы ТП.

ТП-1. Крышка есть. Шлак перевозится без потерь, но медленно.

ТП-2. Крышки нет. Шлак перевозится с потерями, но быстро.

1.4. Выбор ТП. Главная цель системы — перевозка шлака. Выбираем ТП-2 (шлак перевозится быстро, но с потерями, так как образуется корка).

1.5. Усиление ТП. Нет необходимости усиливать ТП, поскольку уже принято, что крышка отсутствует.

1.6. Модель задачи. Даны расплавленный шлак и отсутствующая крышка. Отсутствующая крышка не замедляет обслуживание, но и не препятствует образованию корки. Необходимо найти такой икс-элемент, который, сохраняя способность отсутствующей крышки не замедлять обслуживание, предотвращал бы образование корки.

Пояснение 2. Задача четко решается по стандарту 1.2.2 на устранение вредной связи введением видоизмененных В₁ и В₂. Но мы рассматриваем анализ этой задачи именно по АРИЗ, поэтому отсылку к стандартам не принимаем во внимание.

2.1. Оперативная зона (ОЗ). Пространство, ранее занимаемое крышкой, т. е. «пустой» слой над жидким шлаком.

2.2. Оперативное время (ОВ). Т₁ — время от начала заливки до окончания слива шлака. Т₂ — время до заливки ковша.

2.3. Вещественно-полевые ресурсы.

Внутрисистемные ВПР:

1) «отсутствующая крышка», т. е. воздух в пустом слое над шлаком;

2) жидкий шлак, прилегающий к «отсутствующей крышке»;

3) тепловое поле изделия, т. е. жидкого шлака.

Внешнесистемные ВПР:

1) воздух над «отсутствующей крышкой»;

2) фоновые поля.

Надсистемные ВПР:

1) отходов нет;

2) «копеечные» — воздух, вода, земля (почва) и т. п.

3.1. ИКР-1. Икс-элемент, абсолютно не усложняя систему и не вызывая вредных явлений, предотвращает в течение ОВ образование корки, сохраняя способность отсутствующей крышки свободно пропускать шлак при заполнении и опорожнении ковша.

3.2. Усиленный ИКР-1. Для усиления формулировки ИКР-1 надо заменить «икс-элемент» словами «слой воздуха».

3.3. Макро-ФП. Слой воздуха в ОЗ должен быть заполнен нетеплопроводным веществом, чтобы уменьшить охлаждение шлака, и не должен быть заполнен веществом, чтобы не мешать заливу и сливу шлака.

3.4. Микро-ФП. Слой воздуха в ОЗ должен быть заполнен связанными друг с другом частицами, чтобы не проходил холодный воздух, и не должен быть заполнен связанными частицами, чтобы свободно проходил наливаемый и сливаемый шлак.

3.5. ИКР-2. Слой воздуха в ОЗ при заливке шлака должен сам превращаться в нетеплопроводное вещество, которое должно само же исчезать при сливании шлака.

4.1. Метод ММЧ. В этой записи шаг 4.1 опущен, чтобы подробнее рассмотреть 4.2.

4.2. Шаг назад от ИКР. Формально в данном случае шаг 4.2 следует пропустить: мы не знаем, какой должна быть готовая система.

Но любопытно использовать и этот шаг…

ИКР: «готовая система» включает какую-то «крышку», идеально (полностью) отделяющую холодный воздух от горячего шлака (рис. 20).

Шаг назад от ИКР: появилось сквозное отверстие. Устранение дефекта: простейший, очевидный способ — использовать «пробку» (рис. 21).

Переход к общему решению: «крышка» должна состоять из многих «пробок» (рис. 22).

Техническое решение: «пробки», выполненные из ВПР, т. е. из воздуха и шлака, — пористые шлаковые гранулы, пена.

Главный ВПР — воздух, следовательно, больше всего подходит пена (рис. 23).

4.3. Применение смесей. Воздух и шлак дают рад структур, обладающих высокими теплоизолирующими свойствами: пористые гранулы, полые гранулы, пена. Больше всего воздуха в пене, а мы проверяем «линию воздуха» (шаг 3.2). Первый вероятный ответ — использование пены в качестве «крышки». Пену образуют, добавляя небольшое количество воды в ковш во время заливки шлака. Таким образом, идею реализуют, не выходя за рамки имеющихся ВПР. Это обусловливает высокое качество решения.

4.4. Применение «пустоты». Идея применения шлаковой пены закономерно появляется и на этом шаге.

Ответ — а. с. 400621: при заливке шлака создают покрытие из шлаковой пены; при сливании шлак свободно проходит через такую «крышку».

Крышка сделана из шлака. Между тем шлак — изделие, а не инструмент или внешняя среда. Применение шлака для создания крышки оказалось возможным потому, что расход шлака в данном случае ничтожен.

В ТРИЗ давно используется идея введения в изделие добавок — небольших управляемых доз вещества. В задаче о шлаке мы сталкиваемся с применением «антидобавок» — изъята и применена небольшая доза изделия. Видимо, это допустимо во всех случаях, когда изделие «безразмерно» (например, если изделие — поток жидкости и газа).

* * *

Рассмотрим теперь задачу, с которой мы еще не встречались в этой книге.

Задача 8.3. При искусственном опылении растений поток воздуха от воздуходувки переносит пыльцу. Но растения в процессе эволюции выработали способность быстро закрывать цветы (смыкать лепестки) при сильном ветре. А слабый ветер плохо переносит пыльцу. Как быть?

Решение по АРИЗ

1.1. Мини-задача. ТС для переноса пыльцы включает воздуходувку, создаваемый ею ветер, цветы (лепестки и пыльцу). ТП-1: сильный ветер хорошо переносит пыльцу, но соединяет лепестки (и пыльца не выходит). ТП-2: слабый ветер не закрывает лепестки, но и не переносит пыльцу. Необходимо при минимальных изменениях в системе обеспечить перенос пыльцы ветром воздуходувки.

Пояснение 1. По примечанию 4 следует заменить термин «ветер». Но ветер — природный элемент, не меняемый по условиям задачи. Поэтому можно сохранить слово «ветер», хотя, строго говоря, его следовало бы заменить словами «поток воздуха» или «поток частиц воздуха».

1.2. Конфликтующая пара. Изделие — пыльца и лепестки. Инструмент — ветер (сильный, слабый).

1.3. Схемы ТП.

ТП-1: сильный ветер

ТП-2: слабый ветер

1.4. Выбор ТП.

Главная цель системы — перенос пыльцы. Выбираем ТП-1.

1.5. Усиление ТП. Будем считать, что вместо «сильного ветра» в ТП-1 действует «очень сильный ветер».

1.6. Модель задачи. Даны лепестки, пыльца и очень сильный ветер. Очень сильный ветер хорошо переносит пыльцу, но соединяет лепестки. Необходимо найти такой икс-элемент, который, сохраняя способность сильного ветра переносить пыльцу, обеспечил бы разъединенное положение лепестков.

2.1. Оперативная зона. Прилепестковое пространство.

2.2. Оперативное время. Т₁ — все время действия очень сильного ветра, Т₂ — некоторое время до действия ветра.

2.3. Вещественно-полевые ресурсы. Воздух в прилепестковом пространстве. Механическое поле сильного ветра.

3.1. ИКР-1. Икс-элемент в ОЗ, абсолютно не усложняя систему и не вызывая вредных явлений, обеспечивает в течение ОВ несоединение лепестков, сохраняя способность очень сильного ветра переносить пыльцу.

3.2. Усиленный ИКР-1. Для усиления ИКР-1 надо «икс-элемент» заменить словами «воздух в ОЗ».

3.3. Макро-ФП. Воздух в ОЗ в течение всего ОВ должен быть «ветронепроводящим», чтобы лепестки не соединялись, и должен быть «ветропроводящим», чтобы не мешать переносу пыльцы.

3.4. Микро-ФП. Воздух в ОЗ в течение всего ОВ должен содержать силовые частицы, чтобы не пропускать ветер, и не должен содержать силовые частицы, чтобы пропускать ветер.

3.5. ИКР-2. Силовые частицы воздуха в течение всего ОВ должны сами действовать на лепестки и не должны действовать на ветер (т. е. должны отталкивать лепестки друг от друга и не должны отталкивать ветер).

4.1. а) суть конфликта (рис. 24): в ОЗ есть только человечки ветра А, которые переносят пыльцу (это хорошо), но вызывают соединение лепестков (это плохо);

б) по правилу 4 надо ввести частицы Б, которые, не мешая частицам А переносить пыльцу, будут мешать им соединять лепестки (рис. 25). Частицы Б должны находиться у лепестков и не должны занимать остальное пространство, чтобы не мешать переносу пыльцы.

Частицы А создаются воздуходувкой. А откуда возьмутся частицы Б? Взять их можно из ВПР, т. е. из воздуха, но откуда возникнет сила, необходимая для рассоединения лепестков? По правилу 6 следует разделить частицы Б на Б-1 и Б-2 и получить рассоединяющую силу за счет взаимодействия Б-1 и Б-2. Очевидно, что для этого частицы Б-1 и Б-2 должны быть заряжены одноименно (рис. 26).

4.5. Получение частиц. Заряженные частицы Б-1 и Б-2 могут быть получены — по правилу 8 — ионизацией воздуха (или влаги, содержащейся в воздухе).

5.4. Применение «Указателя физэффектов». Журнал «Техника и наука», 1981, № 7, с. 16–17. По таблице: создание сил отталкивания (между лепестками) — применение электростатических сил (раздел 7.2).

Ответ — а. с. 755247; перед обдуванием (т. е. во время Т₂) лепестки раскрывают воздействием электростатического заряда.

* * *

Еще одна очень красивая задача.

Задача 8.4. Для изучения вихреобразования макет парашюта (вышки и т. п.) размещают в стеклянной трубе, по которой прокачивают воду. Наблюдение ведут визуально. Однако бесцветные вихри плохо видны на фоне бесцветного потока. Если окрасить поток, наблюдение вести еще труднее: черные вихри совсем не видны на фоне черной воды. Чтобы выйти из затруднения, на макет наносят тонкий слой растворимой краски: получаются цветные вихри на фоне бесцветной воды. К сожалению, краска быстро расходуется. Если же нанести толстый слой краски, размеры макета искажаются, наблюдение лишается смысла. Как быть?

Решение по АРИЗ

1. Мини-задача. ТС для наблюдения за вихреобразованием включает прозрачную трубу, поток воды, вихри в потоке воды, макет парашюта, слой растворимой краски на макете. ТП-1: если слой краски тонкий, он не искажает макет, но окрашивает вихри кратковременно. ТП-2: если слой краски толстый, он искажает вихри, но окрашивает их длительное время. Необходимо при минимальных изменениях в системе обеспечить длительные испытания без искажений.

Пояснение 1. По примечанию 4 к шагу 1.1 термин «краска» должен быть заменен словами «вещество, отличное от воды по цвету, прозрачности и другим оптическим свойствам», сокращенно — «другое вещество». Казалось бы, это лишняя игра в слова. На самом деле, заменив «краску» «другим веществом», мы облегчаем путь к формулировке ФП: в потоке воды должно быть неисчерпаемое количество другого вещества и вообще не должно быть другого вещества. Ясно, что функции другого вещества должна выполнять «измененная вода».

1.2. Конфликтующая пара. Изделие — вихри и макет. Инструмент — слой (толстый, тонкий) краски на макете.

1.3. Схемы ТП.

ТП-1. тонкий слой краски

ТП-2: толстый слой краски

1.4. Выбор ТП. Главная цель ТС (в условиях данной задачи) — наблюдение. Поэтому выбираем ТП-1: нет искажений наблюдаемого объекта.

1.5. Усиление ТП. Будем считать, что вместо «тонкого слоя» краски в ТП-1 указан «отсутствующий слой краски».

1.6. Модель задачи. Даны вихри в потоке воды, макет и отсутствующий слой краски (на макете). Отсутствующий слой краски не искажает макет, но и не окрашивает вихри. Необходимо найти такой икс-элемент, который, сохраняя способность отсутствующего слоя краски не вносить искажений, обеспечивал бы длительную окраску вихрей.

2.1. Оперативная зона. Примакетное пространство.

2.2. Оперативное время. Т₁ — все время наблюдений (неограниченно долго). Т₂ нет.

2.3. Вещественно-полевые ресурсы. Вода (это изделие, но воды много).

3.1. ИКР-1. Икс — элемент, абсолютно не усложняя систему и не вызывая вредных явлений, обеспечивает длительную окраску вихрей, сохраняя способность отсутствующего слоя краски не искажать макет (и вихри).

3.2. Усиленный ИКР-1. Для усиления ИКР-1 необходимо заменить «икс-элемент» словами «вода в ОЗ».

3.3. Макро-ФП. В ОЗ должна быть только вода, чтобы не расходовать краску, и не должно быть воды (должна быть не-вода), чтобы окрашивать вихри в течение ОВ.

3.4. Микро-ФП. В ОЗ должны быть только молекулы воды, чтобы окраска не расходовалась в течение ОВ, и не должно быть молекул воды (должны быть молекулы не-воды), чтобы окрашивать вихри.

3.5. ИКР-2. Молекулы воды в ОЗ должны сами превращаться в молекулы не-воды (краски) и должны оставаться водой, чтобы не расходоваться в течение неограниченно долгого времени.

Здесь уже видно решение: пусть молекулы воды в ОЗ превращаются в краску; израсходованные молекулы будут замещаться молекулами воды из потока.

4.1. Смесь воды с «пустотой» — пузырьки. Их можно использовать вместо краски.

4.2. «Пустота» (газ) для образования пузырьков может быть получена электролизом воды (правило 8).

Ответ. Электролиз. Вместо краски — мелкие пузырьки газа, выделяющиеся на макете-электроде.

* * *

Наверняка вам приходилось видеть, как меняются надписи на табло в аэропорту. Сначала на табло ничего нет или красуется нечто совершенно непонятное, например:

КДМЫФВУРЖТШДВКЯКККК

Вдруг буквы приходят в движение и начинают быстро-быстро меняться:

КДМСФНУРЖТШОСИЯКУКУ

Смысл надписи по-прежнему неясен, глаз выхватывает странные сочетания вроде «КУКУ», но перестройка продолжается:

КДМСФНУРЖОШОСИЯИККК

Возникают промежутки между словами:

КДМС НУ ЖОШОСИЯИККК

Сменяются еще две-три буквы:

РДМС НУ НОШОСИЯИРКК

Одни пассажиры догадываются, другим нужны еще несколько замен:

РЕМС НУ НОВОСИЯИРСК

И тогда все предугадывают окончательный вид надписи:

РЕЙС НА НОВОСИБИРСК

Нечто подобное происходит при обработке сложной задачи по АРИЗ. Исходная формулировка планомерно перестраивается и выправляется. Постепенно исчезают всякие «РЕМСы» и «КУКУ». И, наконец, после очередной перестройки, ответ становится очевидным.

Это, конечно, всего лишь аналогия, наглядная, но грубая. «Надпись» в задаче намного длиннее, и «буквы» взяты из разных алфавитов. А главное — ответ почти всегда бывает неожиданным и неслыханно дерзким…