ЛОМАЯ СТАРУЮ ФОРМУ

История любой технической системы начинается с того, что… системы еще нет. Это первый - досистемный - уровень. Изобретатели понемногу совершенствуют отдельные элементы А, Б, В, хотя путем объединения элементов в систему можно получить новый эффект. Вот типичный пример. Чтобы сохранить корм, заготовленный на зиму для скота, нужно поддерживать определенную температуру. В корме выделяется тепло, приходится вентилировать и охлаждать кормохранилища; в этом направлении много лет работали изобретатели в разных странах. Есть патенты на сложные (и не очень надежные) системы поддержания заданного режима. А тем временем другие изобретатели создавали системы утепления и обогрева коровников, свинарников и т. д. Наконец, в авторском свидетельстве № 251801 появилась идея создания системы: «Сельскохозяйственная ферма, включающая помещение для содержания животных и башенные хранилища кормов, отличающаяся тем, что, с целью использования биотермического тепла кормохра-нилищ для улучшения микроклимата помещения при содержании животных, хранилища выполнены в виде линейного блока башен, встроенного в стену помещения для содержания животных». Система «кормохранилище и помещение для животных» обладает новым качеством: нет необходимости охлаждать корм и нагревать помещение.

Когда система создана, она кажется естественной, очевидной. Но разглядеть будущую систему в разрозненных еще элементах - дело не такое простое. Здесь особенно нужно умение видеть проблему под углом зрения основных идей АРИЗ - я называю это аризным мышлением. Об одном таком случае рассказал изобретатель М. Шарапов в газете «Магнитогорский металл» за 26 апреля 1969 г.

Для удаления золы и шлака, рассказывает М. Шарапов, на комбинате применялся гидротранспорт. При проектировании предполагалось, что трубы будут изнашиваться из-за трения. Для увеличения срока службы линии было решено через определенное время поворачивать трубы, а транспортируемый шлак предварительно измельчать на дробилках. Трубы, однако, не изнашивались, а, наоборот, зарастали. Возникла задача* как удалять твердую корку, образующуюся на стенках внутри труб? Ее отбивали -это была весьма трудоемкая работа. Корку пытались сдирать, пропуская по трубам воду с коксом. Ручного труда при этом не было, но на время прочистки трубы процесс приходилось останавливать.

Зная методику решения изобретательских задач, Михаил Иванович Шарапов подошел к задаче иначе. ИКР очевиден труб.а должна очищаться сама Очевидно и другое: если борьба с вредным фактором оказывается безуспешной, целесообразно выбить клин клином, т е. устранить вредный фактор за счет сложения с другим вредным фактором. В самой трубе нет «другого вредного фактора». Следовательно, надо объединить трубу с чем-то, создать такую систему, в которой «минус на минус даст плюс». Самое простое - найти трубы, которые не зарастают, а изнашиваются Износ плюс зарастание дадут то, что требуется,- самоочистку. Найти изнашиваемые трубы оказалось легко: это были трубы для гидроудаления угольных отходов. Они изнашивались настолько сильно, что решено было вовсе отказаться от гидротранспорта и возить угольные отходы на автомашинах…

Две линии труб шли рядом. Но одни специалисты боролись с зарастанием труб, используемых для удаления золы и шлака, и интересовались только этим. А другие специалисты боролись с износом труб, предназначенных для удаления угольных отходов, и тоже видели только свои трубы.

Шарапов предложил (авторские свидетельства № 212672 и № 239752) пропускать гидросмеси поочередно. Сначала щелочная вода, несущая золу и шлак, создает на стенках трубы корку - защитный слой гарниссажа. Потом этот слой (а не металл трубы!) сдирается кислой водой, несущей угольные отходы. И в трубе снова создают слой гарниссажа… Можно транспортировать один вид материала, достаточно периодически менять щелочную воду на подкисленную, чередовать'нарастание корки и ее сдирание. Это изобретение сейчас успешно применяется на ряде предприятий.

Итак, запомним: если число попыток усовершенствовать объект быстро растет, но вместо улучшения одно противоречие заменяется другим, надо объединить объект с другими объектами в новую техническую систему.

Такой переход не всегда удается сразу, нередко из отдельных элементов сначала получается неустойчивая переходная система. На схеме (приложение 2) формулы таких систем условно взяты в круглые скобки, а формулы устойчивых систем - в квадратные скобки.

Примером систем, переходных от первого уровня ко второму, могут служить неоднократно строившиеся в XIX веке подводные лодки с паровыми двигателями. Изобретателям казалось само собой разумеющимся, что надо применять самый совершенный двигатель. А таким двигателем тогда была паровая машина… Подбор элемента для включения в систему надо основывать не на совершенстве вообще (т. е. не на совокупности показателей), а на совершенстве главного для данной системы показателя. В подводной лодке таким показателем был запас энергии для подводного хода. В паровом котле не удавалось запасти сколько-нибудь* значительное количество пара и, следовательно, энергии. Несовершенный еще электродвигатель с тяжелыми батареями оказывался - по этому единственному показателю - более сильным. Система «подводная лодка и паровой двигатель» была неустойчивой; долгая жизнь ждала другую систему-«подводная лодка и электромотор с батареями».

Иногда недостающий элемент системы может быть заменен человеком. Первые самоходные экипажи имели паровые двигатели, и это делало их тяжелыми, громоздкими, неработоспособными. Устойчивой системой второго уровня оказался велосипед, в котором вес двигателя был равен нулю…

История техники знает множество неустойчивых систем, возникавших при переходе от второго уровня к третьему: весельный пароход, шагающий паровоз, оптический телеграф с машущими рычагами… Пытаясь заменить человека машиной (то есть перевести систему на третий уровень), изобретатели и по сей день нередко задерживаются на переходе 2-3: машина копирует действия человека, и это обусловлено не возможностями развития системы, а просто-напросто психологической инерцией. Порой такие изобретения по-своему изящны. Их общая беда - отсутствие существенных резервов для развития. Если прототипом оказывается такая система, почти всегда целесообразно не совершенствовать ее, а искать новый принцип действия.

Третий и четвертый уровни - наиболее типичные для современной техники. Молодые системы третьего уровня универсальны, зрелые - специализированы (уровень З1), старые - излишне специализированы. Узкая специализация- верный признак необходимости перехода на новый^ уровень, коренной перестройки всей системы.

Можно привести любопытный пример из стекольного производства. При изготовлении листового стекла раскаленная стеклянная лента поступает на валковый конвейер. Продвигаясь по этому конвейеру, она принимает требуемую форму и постепенно охлаждается. Понятно, что качество поверхности стекла зависит при этом от расстояния между валками. Если это расстояние велико, стеклянная лента будет прогибаться, станет волнистой. Чтобы получить гладкую поверхность, нужны валки возможно меньшего диаметра, тесно придвинутые друг к другу. Но такой конвейер будет сложным по устройству и капризным в эксплуатации. Мы снова встречаемся с четко выраженным техническим противоречием. Долгое время пытались обойти это противоречие, создавая специализированные линии для разных сортов стекла (есть сорта, которые не обязательно должны быть идеально плоскими) и оснащая заводы машинами, полирующими стекло после застывания. А потом было найдено поистине революционное решение.

Начнем мысленно уменьшать диаметр валка: санти-

метр, миллиметр, сотая доля миллиметра… Насколько же сложным должен быть конвейер с валками в сотую долю миллиметра! Вот вам психологический барьер: сотая доля миллиметра - страшно даже подумать, микрон или десятая доля микрона - совсем невообразимо… А если диаметр валка еще меньше? С молекулу или атом? Изготовить конвейер с валками диаметром в микрон практически невозможно. Но если диаметр валков соизмерим с диаметром атомов - все просто, потому что атомы не надо изготовлять. Пусть стекло катится по атомам, как по шарикам. Вместо конвейера - ванна расплавленного олова. Стеклянная лента движется по ровному слою атомов. И не надо строить конвейер, не надо регулировать и ремонтировать валки. Жидкий металл не только идеальный конвейер, но и послушный инструмент: с помощью электромагнитов поверхности металла (следовательно, и поверхности стекла) можно придать любую форму. Прекрасное изобретение! Оно сразу же породило «патентный пик». Уже выданы сотни патентов и авторских свидетельств на всевозможные стеклообра-батывающие ванны.

Поднявшись на четвертый уровень, технические системы бурно растут, и в какой-*го момент их рост впервые приводит к конфликту с внешней средой.

С древнейших времен техника формировалась, основываясь на том, что ей предоставляла природа. На нашей планете много воды и воздуха, поэтому техника наша насквозь «водная» и «воздушная»: вода и воздух были и остаются главнейшими технологическими инструментами. На нашей планете много кислорода -и техника наша «окислительная»: окислительные процессы были и остаются основой энергетики. На нашей планете много простора - и техника использовала и все еще использует открытые схемы: внешняя среда дает технической системе вещество и энергию, а техническая система выбрасывает во внешнюю среду отходы вещества и энергии, которые перерабатываются, уничтожаются внешней средой.

Природа была Универсальным Очистным Блоком, автоматически подсоединяемым к любой новой технической системе. Универсальный Очистный Блок обладал огромной, казалось, безграничной избыточной мощностью… И вот сейчас, когда все большее число технических систем приближается к потолку четвертого уровня, Универсальный Очистный Блок начинает работать на пределе, в износном режиме.

Конфликт между техникой и природой затрагивает глубочайшие, изначальные основы технической цивилизации. Чтобы преодолеть этот конфликт, нужно перейти от «водной» и «воздушной» техники к «безводной» ^н «безвоздушной», «от «кислородной» - к «бескислородной», от открытых технических систем - к закрытым. Этот переход неизбежен еще и потому,, что человек вышел в космос, я если бы даже техника на Земле прекрасно уживалась с природой, космические условия все равно потребовали бы технических систем, рассчитанных на внеземные условия. Основу будущей техники составят закрытые системы. Их «закрытость» будет достигнута не за счет присоединения фильтров к уже имеющимся системам, а коренным изменением основ технологии. Здесь лежат не тронутые еще пласты изобретательских тем. Здесь скрыты проблемы, решение которых потребует великих изобретений.
[1] [2] [3] [4]