Основные направления совершенствования современной техники путем непосредственного применения законов развития технических систем

Шевченко Б.А. к.т.н., проф. СТИ МИСиС

Окончание.

Первая часть http://www.metodolog.ru/01557/01557.html

К третьей группе (законы динамики) относятся законы, определяющие главные тенденции развития ТС: переход на микроуровень, увеличение степени вепольности, увеличение степени динамичности.

ТС, переходя с макроуровня на микроуровень, проходит через ряд уровней строения, каждый из которых характеризуется размерами основных элементов, видом связей между ними, применяемыми эффектами и явлениями. Обычно такой переход идет по схеме:

- макроуровень, т.е. ТС включает узлы и детали специальной формы (шестерни, рычаги, шарниры и пр.);

- полисистема из элементов простой геометрической формы (конструкция из стержней, листов, шариков, тросов и пр.);

- полисистема из высокодисперсных элементов (порошки, эмульсии, аэрозоли, суспензии, пена и пр.);

- системы, использующие эффекты, связанные со структурой веществ – аморфных и кристаллических, твердых и жидких, с кристаллическими перестройками и фазовыми переходами (надмолекулярный уровень);

- системы, использующие молекулярные явления – различные химические превращения (разложение и синтез, полимеризация, катализ, ингибирование и пр.);

- системы, использующие атомные явления – физические эффекты, связанные с изменением состояния атомов веществ (ионизация и рекомбинация, действие элементарных частиц, в том числе электронов, и пр.);

- системы, использующие вместо веществ действие различных полей – тепло, свет, запах, электростатический заряд, электромагнитные взаимодействия и пр.

Примером может служить формирователь ударного импульса (см. рапсодию № 9), а также некоторые схемы динамичного фонтана (см. рапсодию № 17).

Под веполем будем понимать минимальную модель ТС, состоящую из двух веществ (инструмент и изделие) и поля взаимодействия между ними. Повышение степени вепольности обычно идет по следующим закономерностям:

- невепольные или неполные вепольные ТС превращаются в полные простые веполи;

- простые вепольные системы переходят в сложные веполи (комплексные, двойные, цепные);

- сложные веполи форсируются путем: свертывания, динамизации, согласования ритмики, введением магнитного поля, увеличения дисперсности инструмента, структурирования;

- использование в веполе ферромагнитных частиц и магнитного поля.

На каждом из этих этапов возможны также переходы:

- объединение однородных или разнородных веполей в новую систему;

- перевод инструмента на микроуровень;

- разрушение вредных связей в веполе.

Рапсодия № 19. Мои коллеги по ФПИ взяли пневмоцентробежный распылитель жидкости (би-систему конкурирующих распылителей) и достаточно радикально «свернули» его конструкцию ещё в 1973 году – ничего не ведая при этом ни о ТРИЗ, ни о механизме свёртывания (АС № 728930, В 05В 3/10). Вместо того чтобы к каждому каналу быстровращающегося диска подводить свою трубку со сжатым воздухом, как это было в прототипе, они между верхней крышкой диска распылителя и элементами корпуса оставили очень маленький зазор, в который подали сжатый воздух. Резко упростилась конструкция пневмоцентробежного распылителя, тонкий и монодисперсный факел распыла удалось получить уже при частоте вращения диска 6 – 9 тысяч оборотов в минуту (вместо 30-50 тысяч оборотов в минуту как в дисковых центробежных распылителях).

Один из авторов этого изобретения Кочнева С.В., декан Факультета общественных профессий, на котором была моя Школа организаторов технического творчества, попросила помочь усовершенствовать эту схему распылителя. А буквально накануне мне подарили книгу Г.С. Альтшуллера «Творчество как точная наука» (Москва, 1979). Я успел к нашему разговору книгу только бегло просмотреть.

- Садитесь, Светлана Владимировна, будем с вами вместе осваивать новый метод в ТРИЗ, - называется «вепольный анализ». Изделие – это то, что нужно обработать, измерить, распылить и так далее, Что будет у нас «изделие»?

- Любая жидкость, например – молоко.

- Нет, вы не правы. Я наверное не очень чётко разъяснил этот термин. У нас есть проблемы с сушкой молока? Или скажем так - капля жидкости, опускаясь на дно сушилки, успевает высохнуть?

- Успевает.

- Значит, проблем с сушкой у нас нет. У нас есть проблемы с формированием факела распыла, вернее даже - с изменением его внешнего диаметра. В данном случае, диаметр факела распыла и будет у нас изделие – обозначим его В₂. Что такое В₁? Это «инструмент» - это то, что изделие обрабатывает, измеряет и т.д. Что у нас может изменять диаметр факела распыла?

- Частота вращения распылителя и расход воздуха. У нас что – два инструмента?

- Отлично! Их два, но первый – частоту вращения – будем только иметь в виду, то есть помнить о нём, но пока менять не будем, так как на это есть пока технологический запрет. Вторым инструментом мы можем пользоваться более свободно, но он, скажем так, не очень эффективен.

- А я бы даже уточнила – очень неэффективен.

- Пусть будет так. Вот здесь в книге, на странице 36, сказано, что изделие может быть выполнено как некоторый комплекс из двух веществ. Мы можем, для решения нашей задачи, что-нибудь добавить в наше изделие?

- В молоко?

- Нет, в факел.

- Что-то вы так мудрёно говорите. Факел – есть факел. И ничего добавить в него нельзя.

- Верно. Я тоже так думаю. А давайте попробуем сделать комплексным инструмент.

- А это на какой странице?

- Причём здесь страницы? В книге говорится о принципах, об идеях, подходах. А мы будем их творчески использовать. Вообще-то говоря, у нас инструмент уже комплексный – вы об этом уже сами говорили. Он состоит из вращателя диска распылителя В₁, который создаёт поле центробежных сил П_цб, и распыливающего воздуха В₃, который создаёт поле давлений П_∂. К этому комплексному инструменту (В₁В₃) добавим какое-то новое вещество В₄.

Дисковый распылитель, благодаря поля центробежных сил П_цб , хорошо формирует факел, но возможности этого инструмента ограничены. Воздух, подаваемый в распылитель В₃ помогает формировать факел В₂, но создаваемое им поле давления воздуха П_∂ плохо (неэффективно) влияет на изменение диаметра факела распыла. В инструмент (В₁В₃) необходимо добавить, видимо также какой-то инструмент, В₄, который обеспечит требуемое изменение диаметра факела. Рисую получившееся вепольное преобразование.

- И что вы думаете – вот эти буквы и стрелки нам чем-то помогут в создании новой конструкции?

- Конечно! Они уже сильно помогли. Мы имели очень расплывчатую изобретательскую ситуацию, которую вы пытались осилить - сколько лет?

- Да … лет десять. Или даже больше.

- А теперь мы, поработав менее часа, имеем очень чёткую изобретательскую задачу – необходимо в ваш пневмоцентробежный распылитель что-то ввести (и это что-то должно быть, скорее всего, инструментом и связано с подаваемым на распыление воздухом), чтобы повысить эффективность его работы в плане изменения диаметра факела. Эта задача значительно проще. Четно говоря, я уже понял, что необходимо сделать, но мне хочется, чтобы к подобному решению пришли и вы. Давайте посмотрим на распылитель. Воздух выходит в щель между корпусом и диском и … что?

- И расширяется. Увеличивается его объём. Это немного отклоняет капли жидкости вниз и уменьшает диаметр факела. При этом он выполняет ещё и свою основную функцию - дополнительно распыливает жидкость.

- Отлично. Та часть воздуха, которая расширяется вниз, если я вас правильно понял, уменьшает диаметр факела, а та часть воздуха, которая расширяется вверх – что она делает?

- Ничего… Я поняла! Нужно ограничительный диск приварить к корпусу! … Чтобы весь воздух мог расширяться только вниз.

Ещё минут двадцать споров, обсуждений, убеждений, что необходимо конструкцию динамизировать и новая конструкция пневмоцентробежного распылителя готова. Причём «всё остаётся, как было», а значит, и все полезные свойства распылителя сохранились. Только введено небольшое дополнение, на цилиндрический корпус распылителя одето несколько втулок и введено устройство их осевого смещения и фиксации. Смещение втулок вниз эффективно уменьшает диаметр факела распыла (АС № 1139517, В 05В 3/10, бюл.6/85).

Этот распылитель был изготовлен и испытан. Конструкция получила золотую медаль ВДНХ Киргизии.

А для динамизации нашего нового веполя, мы несколько позже вместо фиксации втулок ввели механизм их возвратно-поступательного перемещения, что позволило получить переменный диаметр факела распыла, а значит и более эффективное заполнение факелом корпуса сушилки (АС № 1419733, В 05В 3/10, бюл.32/88).

Рапсодия № 20. Предыдущее решение с динамизацией веполя в распылителе мне не очень нравилось. Какое-то не очень ТРИЗ-ное решение. Ввели дополнительный механизм, а нельзя ли было использовать ресурсы системы? Просмотрел все имеющиеся ресурсы – всё не то.

Эксперименты с распылителем успешно продолжались, но была одна неприятность. Как бы аккуратно не подавали жидкость по оси диска, всё равно появлялся небольшой дисбаланс, и корпус распылителя немного вибрировал, передавая вибрации на корпус сушилки. Это нам всем, конечно, не очень нравилось, и мы пытались различными методами уменьшить вибрации корпуса сушилки. Но потом заметили «сверхэффект» - вибрации корпуса сушилки способствовали тому, что готовый продукт со стенок сушилки осыпается на дно, что упрощает извлечение продукта из сушилки. Все довольны – убирать небольшую вибрацию корпуса больше не нужно. А у меня появился новый ресурс. Как заставить вибрацию корпуса распылителя «саму» менять диаметр факела распыла?

Ну, это уже для специалиста ТРИЗ «арифметика», то есть задача решается просто. Необходимо увеличить степень динамичности веполя, то есть создать автоколебания какой-то части диска распылителя, лучше резонансные. Разделить корпус распылитель на части, одна из которых пусть будет колебаться вдоль своей оси, и формировать факел переменного диаметра.

Верхняя часть корпуса диска распылителя связана с приводом, является элементом системы пневмораспыление и её изменять не будем, а нижняя часть пусть имеет возможность небольшого осевого смещения относительно верхней части и свяжем её с верхней частью через шлицевое соединение и упругий элемент (АС № 1666202, В 05В 3/11, бюл.28/91).

Увеличение степени динамичности технической системы обычно идет в следующем направлении: неизменный (конструкция, элемент, размер, параметр, материал, цвет, запах и пр.) начинает изменяться дискретно, затем в некотором диапазоне непрерывно, затем вводится управляемое изменение и, наконец, самоуправляемое изменение. Отметим, что повышение степени динамичности почти всегда приводит к увеличению числа степеней свободы и улучшению управляемости системы, а также улучшает ее адаптационные свойства, т.е. приспособление системы к резко меняющимся условиям эксплуатации. Замечу, что впервые о законе повышения степени динамичности Г.С. пишет в «Найти идею», но помещает его в раздел «кинематика».

Рапсодия № 21. За время семинара в Пензе Г.С. обращался к закону повышения степени динамичности ТС много раз. У меня даже создалось такое впечатление, что он не нас убеждает, а в первую очередь самого себя. Говорил он примерно так:

- Я долго считал «повышение степени динамичности технических систем» типовым приёмом, но новая информация по этому приёму накапливается так стремительно, что я всё больше и больше склоняюсь к тому, что это закон. И его, скорее всего, всё-таки необходимо отнести к группе законов «динамики».

Механизмы проявления этого закона: неподвижный объект сделать подвижным; жесткую конструкцию разделить на части и дать относительное движение; характеристики объекта сделать переменными и оптимальными на каждом этапе работы - эти механизмы известны ещё из «типовых приёмов». В «Найти идею» к этим механизмам Альтшуллер добавляет (с. 59): введение упругих элементов; применение пневмо- и гидроконструкций; использование вибрации, фазовых переходов.

В «Поиск новых идей» (1989г.) этот закон был назван «закон повышения степени динамичности и управляемости» и получил хорошее развитие (с. 56-59).

Интересно, что на семинаре 1985 года Г.С. пошел дальше и дал нам, как мне кажется, более общее толкование наиболее важного механизма проявления этого закона. Эту формулировку я и привёл выше, выделив жирным курсивом.

Рапсодия № 22. Вернёмся к маятниковым копрам. Как же человечество усовершенствовало их за прошедшие примерно 2,5 тысячи лет? А практически никак. Остался тот же боёк, который подвешивался на жёсткой или гибкой штанге (уже хорошо - жёсткую штангу (большой кусок железа) существенно динамизировали, заменив её гибким тросом), которая шарнирно закреплялась на основании. Вот только теперь били бойком не сразу по изделию - между бойком и изделием ввели волновод (система усложнилась – зачем?). Ударный импульс должен быть плоским (правда, это совсем против законов - плоское должно становиться объёмным, а не наоборот). Вот в этом самом волноводе на расстоянии 4 - 8 диаметров от точки соударения с бойком ударный импульс и становится практически плоским. Кроме того, наличие волновода позволило учёным установить на нём датчик и зарегистрировать параметры ударного импульса (продолжительность, амплитуду и форму). Вот теперь становится понятным, почему ударный импульс должен быть плоским - объёмный импульс датчик просто не умеет регистрировать, и зачем нужен волновод – чтобы сделать ударный импульс плоским (ясно, почему было сделано «два шага назад от ИКР», - датчик виноват).

Обратите внимание - добавился в систему небольшой пустячок - волновод, а сколько дополнительных полезных и не очень функций он внёс в систему, ну прямо повышение степени идеальности по второму направлению.

Ещё один «пустячок» появился в копрах - формирователь ударного импульса. Это такая пластинка из свинца, отожженной меди или других подобных материалов, которая помещалась перед волноводом в точке предполагаемого удара по нему бойка. Меняя свойства пластинки и её толщину, можно было дискретно «растягивать» ударный импульс, то есть увеличивать его продолжительность. При этом, конечно, уменьшалась его амплитуда и незначительно изменялась форма. Сделана ещё одна небольшая добавочка в систему, практически «всё осталось, как было», но появились новые очень полезные функции, копёр стал более универсальным, то есть повысилась степень идеальности системы и опять по второму направлению.

Появилось ещё одно усовершенствование - устройство для предотвращения повторных ударов бойком по волноводу. Дело в том, что при испытаниях, например, изделий электронной техники ГОСТ требует обеспечить единичный удар. Но боёк этого не знает. Он отскакивает от волновода после первого удара и … наносит второй удар, а потом,… правильно - третий удар… Изобретатели были нормальные (то есть - не обученные ТРИЗ) и решали они задачу по известному принципу - «Скажите мне, что у вас плохо, и я сделаю это хорошо». После первого удара бойка по волноводу, выскакивает упор, который не даёт бойку или штанге приблизиться к волноводу для второго удара. Целых три изобретения. Добавилась довольно сложная система ради одной новой функции, но при этом резко возросли нагрузки (ударные) на основание копра - что-то здесь повышением степени идеальности если и пахнет, то не очень.

Рапсодия № 23. Вернувшись домой, после семинара в Пензе я, не долго думая, решил поработать с маятниковыми копрами. Во-первых, я о них почти всё знал, (а это очень важно для прогноза - знать линию жизни ТС. Во-вторых, - это очень удобная и простая по схеме техническая система: - простейший современный маятниковый копер состоит из бойка, который на штанге (подвесе) шарнирно прикреплен к основанию и волновода. Специальное устройство обеспечивает подъем бойка на заданную высоту и сброс. Разогнавшись под действием силы веса, боек наносит удар по волноводу. Подвижный упор предотвращает возможность повторного удара бойка по волноводу.

Патентный поиск показал, что эта ТС живет уже много тысяч лет и находится на этапе глубокой старости, когда уже практически не идет процесс ее совершенствования. Интересно, подумал я, поможет ли ТРИЗ «вдохнуть жизнь» в такую, ну очень старую техническую систему?

Отметим ещё раз, что изобретатель, знакомый с ЗРТС, может работать совершенно по другой технологии - шагнём вместе с системой вперёд по законам и закономерностям, а потом посмотрим, что это дало системе, какой положительный эффект (или эффекты) получен. Почему-то этот факт, совершенно законный, известный ТРИЗовец назвал «сверхэффект». Почему «сверх»? Сверх чего? Если идём по законам, то положительный эффект обязательно получим, нужно только найти его. А анализу ТС в вузах учат.

Простейший маятниковый копер состоит всего из четырех основных элементов: боек, подвес, шарнирная связь подвеса с основанием и волновод. Динамизируем, для начала, их последовательно.

Посидев один вечер со схемой маятникового копра, динамизируя и повышая степень идеальности его, я нарисовал на листочке бумаги около 30 новых схем маятниковых копров - это был мой прогноз развития этой конструкции на ближайшие ещё пару тысяч лет. Как же убедиться - прав я был, или нет в этом прогнозе? И я придумал такой эксперимент. Отметил "птичками" 15 схем, которые мне наиболее понравились, в свободное время поработал с ними и, примерно за 2-3 года, послал на них заявки на патенты на изобретения. Если получу АС на изобретения, то можно будет считать, что мой прогноз был верным. А за остальными решениями - решил я, - нужно будет понаблюдать ещё пару тысяч лет: - появятся ли они когда-нибудь, придуманные другими «озаряющимися» изобретателями, или нет? На сегодняшний день - одно (не очень хорошее) уже появилось.

Динамизируем боек. Первый этап «дискретной» динамизации - использование сменных бойков: шаровых, цилиндрических, ступенчатых форм, из различных материалов и разных размеров - на практике без всяких патентов уже давно реализован на производстве. Что же дальше?

Динамизируем связь шарового бойка с тросовым подвесом. Для этого в центре масс шарового бойка поместим шаровой шарнир и свяжем его с тросовым подвесом через конусное отверстие в теле бойка. Использование этого решения позволяет в несколько раз увеличить долговечность шарового бойка, так как он теперь может наносить удары не только по окружности, но и по довольно широкому шаровому поясу. Это также повышает стабильность формируемых ударных импульсов. Эксперименты показали, что конусное отверстие в теле шарового бойка несколько искажает форму ударного импульса, но в пределах допуска, задаваемого ГОСТом (АС № 948657, В 25D 17/02, бюл. 29/82).

Динамизируем шарнирную связь подвеса с основанием. Пусть шарнир получит возможность перемещаться относительно основания, например, в горизонтальном направлении (АС № 1308852, G 01M 7/00, бюл.17/87). До момента удара шарнир связан с основанием специальным фиксатором. После нанесения удара, боек отскакивает на определенное расстояние. В этот момент фиксатор отпускает шарнир и он, под действием сил инерции и веса элементов маятника, отбрасывается назад. Это позволяет полностью исключить возможность нанесения повторных ударов бойка по волноводу (до этого я уже додумался потом - «сверхэффект»?), а значит можно отказаться от специального механизма предотвращения повторных ударов, за счёт использования ресурсов системы. При этом существенно снижаются динамические нагрузки на основание экспериментального стенда, повышается производительность и качество проведения испытаний.

Пусть шарнир получит возможность перемещения в вертикальном направлении (АС № 1397765, G 01M 7/00, бюл.19/88). В этом случае появляется возможность обеспечить работу одного маятника с несколькими волноводами на разной высоте, что в несколько раз повышает производительность копра и снижает трудоемкость обслуживания. Например, сам процесс проведения испытаний на удар занимает 2-3 минуты, а вот подготовительные работы могут проводиться от 1 до 3 рабочих смен и более. Кроме того, также попутно решается вопрос предотвращения повторных ударов, так, как после нанесения удара, подвижный шарнир расфиксируется и боек вместе с подвесом падает в емкость с демпфирующим материалом, например, с резиновой крошкой.

Рапсодия № 24. К сожалению, рамки работы не позволяют хотя бы вкратце рассмотреть все имеющиеся примеры динамизации элементов маятникового копра. Аналогичная работа с волноводной частью маятникового копра позволила решить ряд важных в то время народно-хозяйственных проблем (у всех изобретений класс G 01M 7/00, схемы их просты и понятны с первого взгляда):

- испытание изделий на удар одновременно в нескольких взаимно-перпендикулярных направлениях (2-3 плоских ударных импульса создают объёмный ударный импульс) от одного копра (синхронизировать работу двух или трёх копров очень сложно) - АС № 1033890, бюл. 29/83; № 1037108, бюл. 31/83; № 1067389, бюл. 2/84; № 1100510, бюл. 24/84;

- одновременные испытания изделий ударными импульсами различной интенсивности от одного копра - АС № 1076798, бюл. 8/84; № 1174805, бюл.31/85;

- испытание изделий на двухкомпонентный ударный импульс (линейное + угловое ускорение) от одного копра - АС № 1165908, бюл.25/85;

- поочередная генерация ударных импульсов в нескольких волноводах от одного копра - АС № 1067389, бюл. 2/84; № 1076798, бюл.8/84; №1087795, бюл. 15/84; № 1174805, бюл. 31/85;

- быстрый вывод волновода из зоны колебаний вибрационной системы с большой массой и амплитудой колебаний, для предотвращения повторных ударов системы о массивный волновод - АС № 1352278, бюл. 42/87;

- точный замер параметров ударного импульса в волноводе при комплексных испытаниях изделий на удар + плюс факторы агрессивной окружающей среды (датчики ударных импульсов не рассчитаны на работу в условиях агрессивной среды) - АС № 1043505, бюл. 35/83.

Все эти изобретения не имеют грифа секретности и их можно просто найти в любом территориальном патентном фонде. Один взгляд на схемы - и сразу будет ясно, каким образом повышалась динамичность и идеальность этих технических систем. Комментировать их - значит повторяться, хотя на отдельных технических решениях возможно и стоит, при случае, остановиться несколько подробнее.

Замечу, что большинство из этих технических решений может быть использовано в различных схемах экспериментальных ударных стендов, в том числе и в тех, в которых предударная скорость бойка может изменяться в широких пределах (до 100 м/с и более).

Рапсодия № 25. Необычная ситуация. Ко мне обращается заведующий травматологическим отделением городской больницы, хирург высшей квалификации:

- Я уже разговаривал со многими, но мне сказали, что только вы сможете мне помочь.

Ситуация достаточно печальная. Если у человека, например, отказал коленный сустав, а денег на протез сустава нет, то вырубается часть сустава (20 – 30 мм) и сращиваются кости. Теперь у человека нога в этом колене не гнётся. С моей точки зрения, операция просто дикая. Но в наше время она стала довольно популярной – 2-3 резекции сустава в неделю. Проблема: отрубили, примерили, кости стыкуются криво. Подчистили, примерили и так несколько раз. Нужно было вырубить 20 мм, а на самом деле вырубили 50 мм. И множество проблем потом. Нужен такой инструмент, чтобы можно было сделать отруб (так говорит хирург) двух параллельных плоскостей.

О хирургическом инструменте я не имею никакого представления. Предлагаю прорисовать несколько вариантов, а затем провести патентный поиск – а там видно будет.

Рисую возможные варианты конструкции, но мой хирург, что-то уж очень грустный сидит.

- Чем не устраивает?

- Как мы это стерилизовать будем? Нужен просто кусок железа, как вот это долото.

И достаёт из кармана хирургическое долото. Ну, что же, думаю, тогда би-система двух кусков железа: однородная и разнородная. Рисую две схемы. Оживляется мой хирург.

- Вот это то, что нужно.

Провёл патентный поиск, без всяких надежд на результат. Такое впечатление, что в хирургическом инструменте только что закончился каменный век. Похоже, что этим направлением никогда не занимался специалист-профессионал. Подали две заявки и получили два патента РФ на изобретение № 2271759 (А 61В 17/16, бюл. 8/06) и на полезную модель № 43147 (А 61В 17/16, бюл. 1/06). Изготовлено несколько образцов новых долот и они уже используются при проведении операций, по специальному разрешению главврача поликлиники, как экспериментальные образцы.

Рапсодия № 26. Как то мне не повезло – на одном из научных семинаров пришлось присутствовать при «озарении» одного плодовитого изобретателя. Видимо, желая на долгие годы «застолбить» среди соратников свой продукт озарения, он начал всем рассказывать свою технологию получения авторских свидетельств. Технология простая. Добавив к прототипу новый отличительный признак А, он получит первое авторское свидетельство, затем добавляются к тому же прототипу признаки Б и С – ещё одно. Затем – признак Д – ещё одно. Затем во все три изобретения добавляется вариант исполнения Е – ещё три зависимых авторских свидетельств. Итого – 6 авторских свидетельств, примерно за 2-3 года, как он сказал - «в кармане». Каждое АС – 50 р. поощрительного вознаграждения от института, т.о. «в кармане» премия в размере месячного оклада доцента. Лучше бы он промолчал о своей методике изобретательства.

Начиная оформлять заявку на изобретение, специалист ТРИЗ, экономя своё время и заботясь о своей репутации специалиста ТРИЗ, просматривает по ЗРТС перспективы развития идеи и пытается в одной заявке дать все возможные или наиболее интересные варианты развития идеи. Это приводит к тому, что формула изобретения включает в себя до десятка и более зависимых пунктов, дополняющих и развивающих идею. Несколько примеров.

В рапсодии 17, как пример объединения разнородных элементов в би-систему, я говорил о конструкции распылителя для динамичного фонтана по патенту РФ № 2284227, В 05В 17/08. Но в формуле изобретения 23 пункта, в которых рассмотрены: различные варианты выполнения элементов конструкции; различные варианты исполнения связей элементов; различные варианты динамизации всех элементов и их связей; варианты введения дополнительных элементов; один из элементов конструкции – рассекатель - начинает переходить на микроуровень (кусок железа заменяется резиновой оболочкой, заполненной металлическими шариками) и, наконец, один из дополнительных элементов распылителя сам переходит в би-систему однородных элементов со сдвинутыми характеристиками. Один патент защищает конструкцию и все наиболее интересные варианты её развития.

В третьей части рапсодии 28, как пример использования механизма свертывания ТС, рассказано о новом классе гидростатических муфт. Первое изобретение этой муфты по патенту № 2186270, F16D25/06, бюл. 21/02 было сделано в 2000 году и первоначально нами было записано в формуле изобретения более 40 пунктов. Патентный закон РФ устанавливает ряд неприятностей в том случае, если формула изобретения включает более 25 пунктов. Пришлось три идеи с их вариантами исключить из формулы. Осталось – 23 пункта, в которых заявлены: пять вариантов исполнения передаточного устройства; несколько вариантов исполнения и развития системы управления; варианты исполнения элементов системы управления; переход элемента демпфер на микроуровень. После получения патента в январе 2002 года были направлены ещё две заявки с исключёнными ранее отличительными признаками. Объединить их в одну уже было нельзя. Одна из них развивала управляющую часть муфты (4 пункта формулы) – патент № 2231698, бюл. 18/04. Вторая заявка развивала кулачковый механизм преобразователя (7 пунктов формулы) – патент № 2239736, бюл. 31/04.

Эти идеи позволили нам победить в конкурсе СТАРТ Фонда И.М.Бортника. За бюджетные деньги был изготовлен макет муфты и экспериментальный стенд для его исследования. Проведённые эксперименты показали, что определённые преимущества имеет передаточное устройство типа винт-гайка, которое мы также исключили в своё время из формулы в 2000 году. В конце 2005 года послали новую заявку с этим устройством (9 пунктов формулы) и получили патент № 2310778, бюл. 32/07.

Заметим, что изобретение по патенту № 2186270 ФИПС включил в свою базу перспективных российских разработок.

Могут ли появиться по этой муфте новые идеи? А почему нет? Сейчас готовим большой цикл теоретических и экспериментальных исследований динамики муфты. На базе новых знаний появятся и новые идеи. Одну из них, на совершенно иную компоновку муфты, уже начинаем обсуждать. Собственно базовая идея уже понятна и на неё можно было бы оформлять заявку на изобретение, но мы не спешим - нужно продумать возможные пути её развития и некоторые идеи хорошо бы проверить экспериментально.

Рапсодия № 27. Использование ресурсов ТС позволило существенно упростить и увеличить число полезных функций в карабине для альпинистов, который обеспечивает дистанционное открытие и освобождение основной веревки. А дело было так.

Володя Некрасов, когда учился в институте, был одним из слушателей моей Школы организаторов технического творчества. Что-то самостоятельно изобретал, но никогда об этом мне ничего не рассказывал. Прошло время, и он решил серьёзно заняться ТРИЗ, начал помогать мне в проведении практических занятий в Школе. Потом он увлёкся обучением элементам ТРИЗ детей. Он и сейчас обучает русских детей основам технического творчества в Нью-Йорке.

На одном из занятий, посвящённых ЗРТС, и, в частности, «линиям жизни» технических систем, Володя вдруг заявил:

- Бывают и исключения из общего правила. Изобретатель может придумать сразу идеальную конструкцию как пионерское изобретение и дальше её совершенствовать уже нет смысла. Вот я, например, придумал и уже получил авторское свидетельство на идеальный карабин для альпинистов (АС № 961714 от 1980. А63В 29/00).

- Володя, с малой долей вероятности это конечно возможно, но как же быть тогда с диалектикой – с законом отрицания отрицания? А как же весь мировой опыт изобретательства, на котором базируется ТРИЗ? Конечно, найдя интересную проблему и создав первый вариант «пионерской» конструкции, специалист в области ТРИЗ может себе позволить и должен поработать некоторое время (недельку, другую) над этой конструкцией и максимально развить её, например, по ЗРТС или по АРИЗ. Он часто просто не видит смысла заявлять не очень совершенные промежуточные варианты конструкции, как это делают обычно не обученные изобретатели, но это не значит, что их не было вовсе. Вместо того, чтобы получить 5 – 7 патентов с формулами изобретений в 1 – 2 пункта, он подаст заявку с максимальным развитием, например по ЗРТС, своей первоначальной идеи и в 20 – 25 пунктах формулы изобретения одним патентом защитит весь класс новых механизмов. Это конечно хорошо, но нужно только помнить историю про Белла и Грея (в патентное ведомство Англии Белл принёс свою заявку на изобретение телеграфа на несколько часов раньше Грея). Ведь каждый час промедления может приближать тебя к той ситуации, когда ещё кто-то «озарится» подобной конструкцией и, «не мудрствуя лукаво», подаст, может быть, очень некачественную, с твоей точки зрения, заявку. Но при этом он «застолбит» за собой пионерскую идею изобретения.

Володя - непреклонен. Он не понимает, что такие вопросы преподаватели должны вначале выяснить с «глазу на глаз», а не импровизировать перед большой группой студентов. Студенты, конечно, заинтригованы нашим спором. Среди них есть несколько человек увлекающихся альпинизмом – им всё ясно и они растолковывают остальным студентам суть нашего спора. Делать нечего. Прошу его подробно рассказать о своем «шедевре».

А идея то его, оказывается, и в самом деле неплохая. Я был заядлый альпинист в юности, хорошо представляю проблему, но ничего подобного никогда не слышал. Карабин В.Некрасова трудно назвать идеальным, с моей точки зрения, но у него есть уникальная функция – его можно разобрать дистанционно, используя жёсткость на кручение основной верёвки альпиниста. Вращая снизу верёвку, выворачиваем из корпуса карабина болт с осью на конце, и ось освобождает тросовую петлю. Карабин разбирается и вместе с верёвкой падает вниз. Отлично! На первый взгляд – похоже на пионерское изобретение.

- Володя, тебе хоть какую-нибудь конструкцию экспертиза противопоставила при переписке по заявке?

- Нет.

- Поздравляю! Похоже, что твоё изобретение и в самом деле пионерское. Но почему оно идеальное? Ведь твой карабин не может выполнять многих функций старых карабинов альпинистов.

Он вынужден со мной согласиться, но продолжает утверждать, что он придумал идеальный «дистанционно разбирающийся карабин». Напоминаю слова Г.С. Альтшуллера, которые несколько раз слышал на семинаре: «Законы работают всегда! Давайте разбираться...» Не помогает.

- Ну что ж. Будем разбираться. В этом направлении можно привести много доводов в мою пользу, но давай поступим так - если мы получим ещё хотя бы одно авторское свидетельство на изобретение по этой схеме карабина и новая конструкция карабина будет лучше твоей исходной, то ты согласишься, что был неправ?

- Согласен (после недолгих размышлений).

- Уже лучше. Только одно условие – все материалы заявки будешь готовить и подписывать во всех инстанциях ты. Мне в ближайшее время просто некогда будет этим заниматься.

Дальше работаю со студентами. Напоминаю о законе повышения степени динамичности, о механизме его проявления. Довольно быстро выясняем, что корпус карабина динамизировать не стоит. Нет, конечно, ему можно дать ещё несколько дополнительных полезных для альпинистов функций, что увеличит его степень идеальности, но для нас главное сейчас - «дистанционная разборка». Тросовая петля – не мешало бы её сделать сменной и разной длины (дискретное изменение), так как одно дело пропускать петлю через отверстие скального крюка, а совсем другое - набрасывать петлю на подходящий выступ скалы (не остаётся крюк в скале). Тут же кто-то из студентов подсказывает, что длину петли можно менять непрерывно – один конец закрепить в корпусе жёстко, а другой – подвижно. Хвалю студента за хорошую идею и рекомендую подать заявку на изобретение (конечно, по моим данным, - не подал). Остаётся болт с осью.

- Володя, а резьба-то у твоего карабина должна быть «прослаблена»?

- Зачем?

- Чтобы не подниматься, после каждого успешного спуска, вверх с гаечным ключом для разборки карабина. Чтобы болт можно было выкрутить небольшим моментом, приложенным внизу к верёвке. Чтобы трение в резьбе было минимальным.

Соглашается.

Болт свою функцию выполнит, остаётся ось на конце болта, с которой взаимодействует петля. Динамизируем её хотя бы дискретно. Что можно сделать с круглым цилиндром? Сделать его цилиндром, например, некруглым. Ну и что?

Интуитивно чувствую, что это даст нужный «сверхэффект», но необходимо подумать, сделать расчёты, а времени уже нет. Идёт 11 час, а занятия должны были закончиться по расписанию в 9 вечера. «Разгоняю» студентов по домам.

На следующем занятии мы рассказали студентам, что некруглая цилиндрическая ось под нагрузкой, приложенной к верёвке, не позволит отвернуться болту. Если альпинист сорвался со скалы и повис на верёвке, то в нашем случае для поворота болта потребуется в 10-15 раз больший момент, чем при круглой цилиндрической оси. В нашем случае ось должна оттянуть петлю для своего поворота, т.е. преодолеть осевую нагрузку на верёвку, силу трения тросовой петли о корпус карабина и силу трения в резьбе. А в карабине В.Некрасова – необходимо преодолеть только силу трения в резьбе и силу трения тросовой петли о корпус карабина, что более чем на порядок меньше (АС № 1258448, А 63В 29/00, бюл. 35/86).

Вскоре нами была решена ещё одна «карабинная» проблема. Аккуратно передаём вращающий момент по верёвке на болт карабина. Всё хорошо, но когда карабин расцепляется, а момент этот всегда неожиданный, то на альпиниста сверху сваливается 50 метров мокрой тяжёлой верёвки с «железякой»-карабином на конце. Но это ещё не всё – появляется дополнительный нежелательный «сверхэффект» - остаточные напряжения кручения в основной верёвке приводят к образованию на ней большого числа петель, которые существенно осложняют работу с верёвкой при дальнейшей её эксплуатации. Как быть?

Две операции или техническое противоречие очевидно нужно разделить во времени. Пусть болт выворачивается от вращающего момента, передаваемого верёвкой, но карабин при этом не расцепляется. После выворачивания болта, а это хорошо чувствуется по верёвке, верёвку вращают в обратную сторону, для снятия внутренних напряжений. А для расцепления карабина нужно дать другой сигнал – самый простой, например, дёрнуть верёвку (спрятавшись за выступ скалы и предупредив об этой операции всю остальную группу на маршруте). Появилась новая конструкция карабина (№ 1248618, А 63В 29/00, бюл. 29/86).

После отправки двух заявок Володя заявил:

- Ну вот, теперь этот карабин стал точно идеальной системой и больше в нём совершенствовать нечего.

- Володя, ты, оказывается, так ничего и не понял. Читай Г.С. Альтшуллера. Твоя система находится на этапе детства. Ещё ни один твой карабин не был использован не только на серьёзном восхождении, но даже на обычных тренировках альпинистов. Как только твои карабины начнут изготавливать и широко использовать на практике, выявится у них масса различных мелких и более серьёзных недостатков, которые мы с тобой сейчас просто даже не можем предвидеть. Народ начнёт их устранять и, может быть, подавать заявки на изобретения на свои схемы, взяв твой карабин за прототип. Возможно, будет использована какая-то новая и необычная резьба. Выявится рациональный диапазон, например, отношения длины резьбы к её диаметру. Наверняка будет динамизирована длина тросовой петли. Усложнится система кодировки для разборки карабина (например, рывок + поворот на 1 оборот болта и цикл повторяется). Появятся, возможно, суперпростые «одноразовые» разбирающиеся карабины или достаточно сложные «стационарные». А если уйти от системы «винт-гайка» и в основу конструкции положить различные виды зажимов, защёлок и так далее? Твой карабин добросовестно пройдёт весь путь по S-образной кривой и будет, рано или поздно, заменён новой конструкцией – более лёгкой, более надёжной и, возможно, более красивой. Главное здесь другое – тебе удалось несколько иначе взглянуть на известную в кругах альпинистов проблему и, используя ресурсы системы, решить её, создав пионерское изобретение. Поверь мне – это не всем изобретателям в жизни удаётся, и этим фактом ты теперь всю свою жизнь можешь гордиться.

Рапсодия № 28. Финал. Несколько слов о других направлениях работы.

Повышение идеальности за счет увеличения числа функций и повышение степени динамичности позволило разработать семь новых схем эффективных гидравлических преобразователей давления с переменным коэффициентом мультипликации, защищённых тремя авторскими свидетельствами: № 1133117, В 30В 15/16, бюл. 1/85; № 1312265, F 15В 3/00, бюл. 19/87; № 1314157, F 15В 3/00, бюл. 20/87. Эти мультипликаторы могут быть использованы в различных конструкциях гидравлических прессов, а также при испытании замкнутых объемов на сверхвысокие давления.

Использование ресурсов полей в ТС позволило довольно просто обеспечить в самоходных буровых агрегатах автоматический переход от промывки шпура при бурении к продувке при обратном ходе бурового инструмента, а также при заштыбовке шпура: АС № 878923, Е 21С 7/00, бюл. 41/81; № 939757, Е 21С 5/16, бюл. 24/82.

Использование механизма свертывания ТС совместно с процедурой ИМ-ФСА позволило разработать новый класс гидростатических муфт для тяжело нагруженных горных и металлургических машин основного и вспомогательного производства. Эти муфты обеспечивают демпфирование кратковременных перегрузок, отключение привода от технологической машины при возрастании момента на муфте выше заданного предельного значения и самовосстановление муфты после остановки привода по команде оператора или самостоятельно: патенты РФ (все класса F16D25/06) № 2186270, бюл. 21/02; № 2231698, бюл. 18/04; № 2239736, бюл. 31/04; № 2310778, бюл. 32/07.

Бурение глубоких скважин диаметром 50 – 100 мм буровыми автоматами в условиях иных планет весьма проблематично: небольшая мощность приводов; параметры ударного импульса быстро затухают при прохождении по тонкостенному, собранному из многих элементов, буровому ставу. Предварительные расчёты показали, что такие эксперименты будут возможны только при создании долговременных обитаемых станций на планете с мощным энергообеспечением. Мы предложили новые схемы буровых автоматов и погружных ударных механизмов для этих автоматов с функцией автоматического включения в работу по усилию подачи ( АС № 153264, Е 21В 15/00, Е 21С 49/02 (секретная); № 562633, Е 21В 5/00, бюл. 23/77; № 578451, Е 21С 3/24, Е 21С 1/00, бюл. 40/77; № 832017, Е 21В 4/10, бюл. 19/78). Такие схемы смогут работать и без присутствия человека – в автоматическом режиме и при ограниченной мощности.

Для исследования планет необходимы самые различные устройства: буровые автоматы, у которых включение в работу ударного узла происходит по команде автоматики АМС или по команде оператора ( АС № 94824, Е 21С 3/28 (секретно); № 471436, Е 21С 3/28, бюл.19/75); ударные предельно простые механизмы почти «одноразового» действия, чтобы, например, тяжёлый Луноход мог отколоть от монолита кусочек горной породы для исследования в своей лаборатории ( АС № 100561 и № 110775, оба Е 21С 3/08 и секретно; № 815273, Е 21С 3/06, В 25D 11/10, бюл. 11/81);

Для повышения эффективности работы перспективных конструкций кулачкового ударного механизма, при минимальной мощности привода, можно использовать цилиндрический торцовый кулачёк переменного радиуса (непрерывная динамизация основы профиля кулачка – аналогов нет, АС № 750052, Е 21С 3/06, бюл. 27/80), а также цилиндрический кулачёк с дополнительной степенью подвижности – тоже нет аналогов ( АС № 844768, Е 21С 3/06, бюл. 25/81).

Заключение

Все «решательные» инструменты ТРИЗ базируются на ЗРТС и их закономерностях. Для специалист, достаточно хорошо освоившего ТРИЗ, при решении различных задач часто бывает достаточно, как бы, использовать только ЗРТС.

Я написал «как бы» не случайно. На самом деле работает всё, но автоматически и порой даже на уровне подсознания. При такой работе иногда ловишь себя на мыслях: Идея хороша, но уж слишком далека от ИКР – так не пойдет. А какое же здесь противоречие лучше выбрать? А для решения этой задачи достаточно перейти на одноразовый инструмент.

На семинаре Г.С. говорил примерно так:

- Не бойтесь, что так много написано в тексте АРИЗ или в тексте системы стандартов. Это только сейчас много текста, пока вы эти инструменты осваиваете. Потом будете только изредка мельком заглядывать в текст, да и то при необходимости, когда встретится довольно сложная задача. Появится настоящее диалектическое мышление, или его можно назвать творческое мышление.

Мы подсказываем: - Или можно назвать ТРИЗное мышление.

Г.С. улыбается и с нами не спорит.

ЗРТС наиболее эффективно работают при создании ТС и прогнозировании развития их тогда, когда специалист на хорошем уровне освоил весь материал, все инструменты ТРИЗ.

Могут ли ЗРТС работать у начинающего ТРИЗника? А почему нет? Конечно, будут работать. Ну, может быть, на первых порах, не так эффективно.

Литература

1. Альтшуллер Г.С. Найти идею. «Наука». -Новосибирск, 1986. -210 с.

2. Дерзкие формулы творчества. «Карелия», -Петрозаводск, 1987. -272 с.

3. Шевченко Б.А. Техническое творчество. -Фрунзе, изд. ФПИ, 1987. -100 с.

4. Шевченко Б.А. Основные направления совершенствования современной техники, путем непосредственного применения законов развития технических систем. «Полвека Белгородской области: итоги, проблемы, перспективы.» Сборник научных трудов. -Старый Оскол, Изд. СТИ МИСиС. 2003. С. 147-151.

5. Альтшуллер Г.С., Злотин Б.Л., Зусман А.В., Филатов В.И. Поиск новых идей: от озарения к технологии (Теория и практика решения изобретательских задач), -Кишинёв :Картя Молдовеняскэ, 1989. -381 с.