Основы
теории решения изобретательских задач

4.1.2. Путь к идеалу

Решение математических задач и задач "на сообразительность" часто выполняют методом "от противного". Суть метода заключается в том, что решать задачу начинают с конца. Определяют конечный результат - ответ. Уяснив его, "прокладывают" дорогу к началу, то есть решают задачу.

Заманчиво было бы и решение технических задач осуществлять аналогичным образом. Но как же узнать ответ?

Действительно, при решении технических задач ответ не известен, но можно пойти дальше... Можно представить идеал разрабатываемого устройства - идеальное устройство - идеальный конечный результат (ИКР).

Идеальная техническая система - это система, которой нет, а ее функции выполняются, т.е. цели достигаются без средств. ИКР - маяк, к которому следует стремиться при решении задачи. Близость полученного решения к идеальному определяет уровень и качество решения.

ИКР - решение, которое мы хотели бы видеть в своих мечтах, выполняемое фантастическими существами или средствами (волшебная палочка). Например, дорога существует только там, где с ней соприкасаются колеса транспорта.

Об идеальных аппаратах мечтают и исследователи океанских глубин: "Безусловно, уже давно люди понимали, что идеальным (выделили авторы) был бы такой аппарат, который создавал бы на глубине "земные" условия⁸.

Пример 4.7. Идеал спасательных средств на воде - непотопляемая лодка при любых погодных условиях. "...судостроительные фирмы ряда стран разработали конструкцию "непотопляемой" спасательной лодки, полностью герметичной и вмещающей в кубрик 35 человек, которые прикрепляют себя к сидениям спасательными ремнями. Лодка выполнена из прочного легкого материала и может без какого-либо вреда для пассажиров катапультировать с высоты 25 м. Даже уйдя под воду, она снова выплывает на поверхность, принимая нормальное положение⁹.

Одна из основных особенностей "идеального устройства" ("идеальной машины") та, что оно должно появляться только в тот момент, когда необходимо выполнять полезную работу, причем в это время несет 100% расчетную нагрузку. Это свойство давно нам знакомо из сказок - "Скатерть-самобранка" и т.д. Много примеров можно привести и из жизни; все убирающиеся и складные предметы. Например, складная и приставная мебель (стол, диваны, кровати и т.д.), надувные предметы (лодки, спасательные жилеты, матрасы, понтоны и т.д.)

Пример 4.8. Так, для спасения людей в случае аварийной посадки самолета на воду английские инженеры разработали спасательное устройство, представляющее собой понтоны, которые автоматически надуваются сжатым воздухом¹⁰.

Вторая особенность "идеальной машины" или идеального устройства, что его вообще нет, а работа, которую они должны выполнять, производится как бы сама собой (с помощью волшебной палочки).

Идеальный грузовик - это кузов, перемещающий груз. Все остальные части грузовика лишние, они необходимы только для достижения этой цели.

ИКР транспортного средства - когда его нет, а груз транспортируется (груз "сам" передвигается в нужном направлении с необходимой скоростью).

Приведем примеры на свойство идеальности.

Пример 4.9. "Автомобильные ремни безопасности необходимо периодически менять. Вызвано это опасениями, не ослаблен ли материал. Изобрели ленту, которая сама своим видом покажет, когда ее менять"¹¹.

Пример 4.10. "На рисунок протектора наносят слой цветной краски и фиксируют километраж, пройденный автомобилем до истирания нанесенного слоя. Такой метод оценки изнашиваемости шин прост, пригоден при исследованиях долговечности новых типов и конструкций"¹².
Этот метод можно применять при контроле шин для их замены.

Пример 4.11. Оконные стекла необходимо мыть. Осуществлять эту операцию в цехах с высокими и большой площади окнами довольно сложно и трудоемко. Если цехи "остеклить" лавсановой пленкой, то при дуновении легкого ветерка пленка сама сбрасывает с себя пыль. Эта пленка прозрачна, легка, не боится паров плавикой кислоты. Для "остекления" окон такой пленкой можно использовать облегченные рамы.

Пример 4.12. Соприкосновение трущихся поверхностей, выполненных из стали, приводит к их износу, поэтому участок взаимодействия смазывают.

Польские специалисты утверждают, что любая сталь станет самосмазывающейся (ИКР), не потеряв своих лучших механических свойств, если к ней добавить 0,3% свинца. Можно повысить скорость резания, продлить срок службы инструмента¹³.

Пример 4.13. В болтовых соединениях, для того чтобы гайка сама не отворачивалась в процессе эксплуатации, на болт наворачивают вторую (контр) гайку.

Идеалом в данном случае было бы "гайка сама себя закрепляет (контрит)". Сейчас уже существует немало разных конструкций самоконтрящихся гаек. Одна из них.

Гайку надежно удерживают на месте расположенные по торцу зубцы с острыми кромками, которые направлены по касательной к резьбовому отверстию и имеют наклон 7-10°. Такое решение позволяет применять самоконтрящиеся гайки многократно. При этом на 30% уменьшается сроки монтажа и демонтажа, повышается надежность соединений и сокращается номенклатура крепежа. Такая гайка особенно необходима для тех соединений, которые испытывают различные по характеру нагрузки¹⁴.

В случае болтовых соединений без гайки контрится должен САМ болт "...на торцевой поверхности головки (в данном случае болта, но может быть и гайка - авторы), обращенной к соединяемой детали, выполнены концентричные заостренные кольцевые выступы (с насечкой - авторы) (см. рис. 4.1)¹⁵.

Стремление к идеалу - общая тенденция развития технических систем.

В транспортных средствах эта тенденция проявляется, в частности, в неуклонном повышении доли использования ими полезного веса. Этим объясняется увеличение водоизмещения судов, особенно танкеров¹⁶.

Танкер водоизмещением 3000 тонн полезно использует 57% своего водоизмещения, а танкер водоизмещением более 200000 тонн - 86% , таким образом, приближаясь к идеалу (рис.4.2).

Пример 4.14. "Обработка деталей абразивными кругами сопровождается повышением температуры в зоне контакта, которая отрицательно воздействует на поверхностный слой детали, повышает износ самого круга".
ИКР в данном случае - круг сам предохраняет деталь и себя от перегрева.
"В Запорожском машиностроительном институте разработаны шлифовальные круги, состоящие из традиционных компонентов, но в своим составе имеющие эндотермическую добавку. При высоких температурах шлифования она разлагается с поглощением тепла и уносит его из зоны обработки"¹⁹.

Интересно отметить, что стремление к идеалу присуще не только технической системе в целом, но я отдельным ее частям и процессам, происходящим в них.

Так, идеальное вещество - вещества нет, а функции его (прочность, непроницаемость и т.д.) остаются. Именно поэтому в современных судах тенденция использовать все более легкие и более прочные материалы, то есть материалы с все большей удельной прочностью и жесткостью.

Пример 4.6. (продолжение). Определим идеальный конечный результат.
ИКР радиатора (теплоотвода) - отсутствующий радиатор, обеспечивающий полный отвод тепла от транзистора.
Радиатора не должно быть, а тепло должно отводиться самим транзистором, либо радиатор должен появляться только при начинающемся перегреве транзистора, либо радиатор должен быть вынесен за пределы данной радиоэлектроаппаратуры (РЭА), либо роль радиатора должен выполнять какой-то другой элемент. Таким образом, задаются направления решения.
В первом направление, следует идти по пути создания транзистора без потерь энергии, чтобы не вставала задача отвода тепла. Это направление самое трудное и, как правило, для разработки РЭА не пригодное.
Вполне приемлемо второе направление, ибо можно создать теплопроводник с лепестками из никелида титана (нитинола) - материала, обладающего эффектом памяти формы. При нормальной температуре лепестки прижаты к транзистору, а при повышении температуры за пределы допустимой, они отгибаются, увеличивая площадь теплоотвода. Вынесение теплоотвода за пределы РЭА - третье направление - реализуется достаточно просто путем размещения радиатора вместе с транзистором на наружной стенке блока, как это сделано в измерительных приборах: цифровых вольтметрах и частотомерах. Или же можно использовать тепловую трубу, позволяющую отвести локально выделяемое тепло на значительное расстояние от его источника.
Использование имеющихся в блоке элементов для отвода тепла (четвертое направление) - решение аналогично радиоэлектронному модулю, содержащему кроме теплонагруженных полупроводниковых приборов, элементы с теплопроводными корпусами, например, электромагнитное реле, выполняющие свои функции. Для сокращения габаритов модуля реле расположены в два ряда, а между рядами размещены теплонагруженные элементы с возможностью теплового контакта с теплопроводными корпусами реле.

Пример 4.15. Идеальный корпус подводного аппарата должен иметь минимальную относительную массу, что в первую очередь обеспечивается качествами материала: его малой плотностью, большими удельными прочностью и жесткостью, представляющими соответственно отношения предела текучести и модуля упругости к плотности материала".
Поэтому корпуса современных подводных аппаратов изготовляют из титана. Он обладает высокими механическими свойствами, коррозионной стойкостью в морской воде и немагнитностью²³.

В некоторых случаях можно говорить и об идеальной форме. Идеальная форма - обеспечивает максимум полезного эффекта, например, прочность, при минимуме используемого материала.

Пример 4.16. Для подводного аппарата идеальная форма прочного корпуса - сфера. Она "обладает высокой устойчивостью и небольшой плотностью. У сферического корпуса минимальное отношение площади поверхности к объему..."²⁴.

Идеальный процесс - получение результатов без процесса, то есть мгновенно. Сокращение процесса изготовления изделий - цель любой прогрессивной технологии.

Так, секционный способ сборки судов заменен более прогрессивным - блочным. При секционном способе сначала на стапеле из отдельных секций (палубных, бортовых, днищевых и т.д.) собирали корпус судна, а затем вели монтаж оборудования. Блочный способ сборки заключается в том, что на стапель подают блоки, представляющие собой крупные объемные части судна с вмонтированным оборудованием. Блоки собирают в сборочном цехе из отдельных секций. Тут же устанавливают необходимое оборудование. Таким образом, на стапеле остается только состыковать отдельные блоки.

Постоянная борьба за повышение скорости транспортировки груза также характеризует тенденцию стремления к идеальному процессу. Увеличение скорости транспортировки груза добиваются неуклонным ростом скорости транспортных средств и сокращением времени на погрузочно-разгрузочные операции.

Пример 4.17. Средняя скорость судов-контейнеровозов с 1960 г. по 1975 г. возросла с 15 до 25 узлов. Снижение времени погрузочно-разгрузочных операций в морском флоте обеспечивается средствами, приближающимися к идеалу. Это суда с горизонтальным способом разгрузки типа "ро-ро" (трейлеровоз), на них груз "сам" въезжает на судно и выезжает с него на колесиках; на лихтеровозах (судах-баржах) груз "сам" плывет к судну и от него к месту назначения (своего рода "вагончики)²⁷.

Идеальное решение, конечно, получить почти невозможно. ИКР - это эталон, к которому следует стремиться. Как раз близость полученного решения к ИКРу и определяет качество решения.

Сравнивая реальное решение с ИКРом, определяем противоречие. Таким образом, ИКР - инструмент, необходимый для выявления противоречия и для оценки качества решения.

Следовательно, ИКР служит своего рода "путеводной звездой" при решении технических задач.

Оглавление