ИДЕАЛЬНАЯ МАШИНА

Существует наивное, но распространенное мнение, будто новые машины, механизмы, приборы возникают «из ничего»: сначала ничего нет, но приходит великий изобретатель и создает нечто вполне готовое. По такой примерно схеме, если верить мифам, в свое время появилась богиня Афина Паллада: взмахнул Гефест топором, мощным ударом расколол череп Зевсу, не повредив ему, и вышла на свет из головы громовержца могучая воительница богиня Афина Паллада. В полном вооружении, в блестящем шлеме, с копьем и щитом предстала она перед изумленными очами богов-олимпийцев… *

Машины, однако, не выходят из головы изобретателя «в полном вооружении». Они рождаются слабыми и крепнут постепенно, вбирая в себя многие изобретения. На рис. 4 показана, например, двухсотлетняя история гребного винта. Изобретательская мысль шла тремя разными путями - в качестве прототипов были взяты крылья ветряной мельницы, водоподъемный винт Архимеда и водяное мельничное колесо. Каждый прототип развивался усилиями многих изобретателей в разных странах К Три цепи изобретений постепенно сближались и привели наконец к появлению современных гребных винтов.

За любой современной машиной (это относится также к механизмам, к производственным процессам, словом, к любым техническим объектам) стоят десятки, сотни и тысячи последовательных изобретений. Даже по такой несложной «машине», как карандаш, выдано более двадцати тысяч патентов и авторских свидетельств!

Каждое изобретение подталкивает развитие машины. В паузах между двумя «толчками» машина остается неизменной. Раньше эти промежутки были длительными, машины совершенствовались медленно. Путь от первого экспериментального образца до первой практически пригодной вещи занимал десятки лет. Например, идея электрической лампы накаливания возникла еще в начале XIX века. Первый опыт освещения раскаленным проводником был поставлен в 1840 году. А первая лампа, пригодная для массового использования, появилась лишь тридцать девять лет спустя.


ris6.jpg



ris7.jpg

Рис. 4. Двухсотлетняя история гребного винта. 

В наше время машины, механизмы, приборы взрослеют намного быстрее. Например, идея оптического квантового генератора (лазера) высказана в 1952 году, через два года уже проводились испытания первого такого прибора, а еще через шесть лет налажен промышленный выпуск разнообразных лазеров.

Машины развиваются постоянно, и поэтому в изобретательских задачах никогда нет недостатка. Между тем изобретатели занимаются решением новых технических задач, как правило, от случая к случаю.

Как показали анкетные опросы, существуют, так сказать, два типа отношений между изобретателем и задачей. Из десяти изобретателей восемь как бы выжидают, пока решение задачи станет остро необходимым, и лишь после этого приступают к работе. Тут, в сущности, задача сама находит изобретателя.

Другие изобретатели ведут активный поиск нерешенных проблем: зная, что требования к данной машине завтра возрастут, изобретатели уже сегодня выявляют перспективные задачи и решают их, используя наиболее современные технические средства.

Различие тут весьма существенное. Представьте себе, что человек толкает вагонетку. Можно, толкнув вагонетку, ждать, пока она будет двигаться по инерции, а потом снова толкнуть. Можно поступить иначе, непрерывно подталкивать вагонетку. Понятно, что во втором случае скорость движения будет значительно больше. Так обстоит дело и в изобретательстве. Налаженное производство движется, не встречая препятствий, и изобретателю кажется, что нет поводов к творчеству. Потом вдруг появляется какое-то «узкое место», например возникают перебои в снабжении материалами. Только тогда изобретатель принимается за решение проблемы, возникновение которой легко было предвидеть раньше.

Долгое время считалось, что массовое изобретательство вообще требуется лишь для устранения «узких мест» производства. Изобретатели рассматривались как некий резерв, который надо вводить в действие лишь в «аварийных» случаях. В первые послевоенные годы таких случаев было достаточно, чтобы «нагрузить» новаторов. Но производство налаживалось, перебои, трудности и прочие «узкие места» становились все более редкими. А число людей, стремящихся не только производить, но и совершенствовать процесс производства, быстро увеличивалось. Теперь, в период развернутого строительства материальной базы коммунизма, изобретатели не должны, не могут ограничиться борьбой с «узкими местами» Технику надо совершенствовать постоянно и планомерно.

Ждать, пока возникнет «узкое место», тормозящее развитие производства, все равно что ждать обострения болезни и лишь тогда задумываться о ее лечении. Если производство выдвинуло задачу - это значит, что решение нужно уже в данный момент. А на поиски решения, на конструкторскую отработку и доводку изобретений, наконец, на вещественное воплощение идеи - даже в лучшем случае - нужно немало времени. Почему же все это время неотложная задача должна ждать?!

«Чаще всего изобретательская задача возникает у постели больного,- пишет, отвечая на анкету, изобретатель И. П. Хмельчонок (Иркутск).- Бывает так, что существующими инструментами мы не можем спасти жизнь человеку, например, извлечь инородное тело из бронха. Вот тогда начинаешь думать о создании нового инструмента».

К сожалению, так работают изобретатели во многих отраслях техники. Вот что пишет изобретатель Л. из города Лысьва:

«Как-то на заводе возникла острая необходимость снизить расход дефицитного материала, идущего на покрытие изделий. Мне удалось разработать способ односторонней металлизации, и я получил авторское свидетельство на изобретение».

Л.- технолог по специальности, имеет производственный стаж 33 года. И вот за треть века он сделал всего одно изобретение - и то лишь по случаю «возникновения острой необходимости»! Но разве и без «острой необходимости» нельзя было искать новые способы экономии металла? 'Можно не сомневаться, что этот безусловно одаренный человек за треть века смог бы сделать десятки ценнейших изобретений.

И еще одно примечательное высказывание:

«Начинаем работу с того, что упираемся в стенку»,- говорит в своей анкете изобретатель, главный инженер завода Л. С. Иванов (Ставрополь).

Несколько десятилетий назад почти во всех отраслях техники изобретательством можно было заниматься эпизодически. Человек считался изобретателем, если за десять- пятнадцать лет он получал одно-два авторских свидетельства. В наше время темпы развития техники резко ускорились, непрерывно растет и потребность в изобретениях. Машины все быстрее и быстрее вытесняются новыми, более совершенными. В этих условиях уже трудно считать изобретателем человека, который занимается созданием нового от случая к случаю и решает изобретательские задачи, скажем, раз в пять - десять лет. Ведь не считаем мы певцом человека, который поет раз в году…

Если решать изобретательские задачи с большими промежутками, то опыт и навыки, приобретенные в процессе творческой работы, будут утрачиваться. Каждый раз придется заново приобретать изобретательскую квалификацию. Постоянная творческая работа, наоборот, обогащает арсенал приемов, дает уверенность в своих силах.

Характерно, что почти все изобретатели, ведущие (по данным анкетных опросов) активный поиск задач, имеют 'при сравнительно небольшом стаже работы (пять - семь лет) по пятнадцать - двадцать авторских свидетельств.

Изобретательство становится второй постоянной профессией творчески мыслящего рабочего, техника, инженера.

* * *

В изобретательских задачах никогда и нигде нет недостатка, нужно только уметь правильно выбирать, отличать задачи действительно необходимые от таких, которые можно решать, а можно и не решать.

Обычно изобретательскую задачу формулируют так: «Создать такой-то технический объект для таких-то целей». Иногда речь идет не о создании, а об усовершенствовании уже имеющегося объекта: «Улучшить такой-то объект, чтобы получились такие-то результаты». Бывает и так, что задача дается в половинчатой формулировке: «Улучшить то-то». В этом случае цель улучшения считается очевидной. Например, если речь идет об уменьшении веса транспортных машин, то цели здесь достаточно ясны. Реже задача состоит из другой «половины»: «Достичь такого-то результата». При этом обычно неизвестно, что является техническим объектом и какую именно машину (часть машины, процесс) надо улучшить или создать.

В большинстве случаев изобретатель получает уже сформулированную задачу. Для всего творческого процесса чрезвычайно важно избежать ошибки в постановке задачи. Поэтому никогда нельзя принимать на веру задачи, сформулированные другими. Если бы эти задачи были правильно сформулированы, их, вероятнее всего, решили бы те, кто впервые их встретил.

Представьте себе, что некто зашел в тупик. И вот вам предлагается пройти дальше по этому тупику. Что и говорить - занятие малоцелесообразное! Надо поступить иначе: сначала отойти к исходной точке, а затем пойти в правильном направлении. К сожалению, задачи чаще всего формулируются так, что они настоятельно (хотя и незаметно) толкают в тупик.

Чтобы понять, почему это происходит, посмотрим, как появляется формулировка изобретательской задачи.

Производство ежечасно, ежеминутно ставит самые различные задачи. Каждый день на любом заводе главный инженер, конструкторы, технологи, мастера, рабочие решают множество технических задач. Чаще всего их можно решить в рабочем порядке, используя общеизвестные приемы и способы. Нередко приходится сталкиваться с задачами, для решения которых нужны элементы технического творчества. Это - рационализация: творчество проявляется в том, чтобы найти нечто уже известное в данной отрасли техники и приспособить применительно к конкретным условиям. Иными словами, надо найти один из наиболее подходящих ключей и подогнать его по замку. Решение же изобретательской задачи - это тот случай, когда вообще нет готового ключа.

Намного проще сделать ключ заново, чем возиться с переделкой плохой, подчас вообще неисправимой заготовки. Между тем чаще всего изобретателю приходится начинать именно с такой плохой заготовки.

Как это получается?

В процессе производства возникла задача. Сначала решение ее искали в рабочем порядке, применяя широко известные средства, но они оказались непригодными. Попытались решить задачу на рационализаторском уровне, однако и это не привело к успеху. Тогда начались попытки найти решение по-изобретательски, то есть придумать нечто новое. Если это удалось, задача не попадает в темники.

Допустим теперь, что придумать новое не удалось; те, кто первыми столкнулись с задачей и попытались решить ее на изобретательском уровне, зашли в тупик. Они обратились к помощи других изобретателей и сформулировали условия задачи. При этом были две возможности: либо изложить задачу так, как она рисовалась при первой встрече, либо сформулировать то, на чем пришлось остановиться. В подавляющем большинстве случаев, предпочитают последнее. Намерения при этом самые благие: «Ведь уже пройдено полдороги, зачем же начинать сначала?» Действительно, расстояние пройдено - и подчас немалое. Но пройдено-то оно не в ту сторону!

В условиях задачи, как мы видели, есть два указания: какова цель (что надо достичь) и каковы средства (что надо сделать, улучшить, изменить). Цель почти всегда выбирается правильно. А средства почти всегда указываются неверно. Та же цель может быть достигнута и другими средствами.

Пожалуй, это самая распространенная ошибка при постановке задачи. Для достижения какого-то результата изобретателя ориентируют на создание новой машины (процесса, механизма, прибора и т. д.). Внешне это выглядит логично. Есть машина, скажем, Мь дающая результат PvТеперь нужно получить результат Рг, и, следовательно, нужна машина М2. Обычно Р2 больше Рь поэтому кажется очевидным, что М2больше Mi.

С точки зрения формальной логики здесь все верно. Но логика развития техники - это логика диалектическая. Чтобы получить, например, двойной результат, вовсе не обязательно использовать удвоенные средства.

Некоторое время назад был объявлен конкурс на лучшее предложение по механизации погрузки тарных грузов (мешков) в железнодорожные вагоны. При ручной погрузке рабочий берет из штабеля (в складе) мешок и несет его в вагон, где снова укладывает в штабель. Передвижение груза от склада до вагона легко механизируется, например, применением транспортеров. Однако нет портативных машин, которые могли бы штабелировать грузы в вагоне. Автопогрузчики, перевозящие на поддонах по 6-10 мешков, с трудом разворачиваются внутри вагона и не обеспечивают нужной скорости погрузки. В условиях конкурса задача формулировалась так: усовершенствовать транспортеры или автопогрузчики, чтобы полиостью устранить ручной труд.

Правильно ли поставлена задача?

Конечно, нет. Ее пытались решить, используя известные средства (транспортеры, автопогрузчики). Зашли в тупик. И предложили задачу именно в этой «тупиковой» формулировке: надо усовершенствовать транспортеры или автопогрузчики…

Условия задачи сужены. Проблема состоит в том, чтобы обеспечить высокопроизводительную погрузку тарных грузов в вагон. И недопустимо заранее подменять эту общую задачу другой, более узкой: усовершенствовать транспортеры или автопогрузчики. Ведь не исключено, что задача будет решена вообще без применения этих машин.

Чтобы правильно сформулировать задачу, необходимо учесть тенденции развития данного технического объекта. В частности, главная тенденция в развитии погру-зочно-разгрузочных работ состоит в том, чтобы оперировать большими «блоками» грузов. Грузить не по одному мешку (как на транспортере) и не по б-10 мешков (как на автопогрузчике), а «блоками» в 50 или 70 мешков - вот в чем правильная задача.

Существует простой способ проверить, верно ли поставлена задача: надо посмотреть, как формулируются аналогичные задачи в других отраслях техники. В особенности там, где задачи ставятся более жестко или имеют больший масштаб. Так, например, для уточнения задачи о транспортировке тарных грузов надо равняться на строительную технику: в строительстве часто приходится вести массовую транспортировку штучных грузов.

Раньше стройматериалы (кирпичи, камни и т. п.) вручную укладывали на машины, а на стройке вручную

разгружали. Затем перешли к использованию крупных блоков и панелей, что создало условия для эффективной механизации погрузки и разгрузки.

Штабель мешков нечто вроде крупного блока. Целесообразно ли его ломать, затем с помощью механизмов доставлять «обломки» в вагон и там снова восстанавливать блок? Очевидно, такое решение не диктуется тенденциями развития техники.

Так мы еще раз приходим к выводу, что первоначальная формулировка задачи бесперспективна. Вместе с тем уже отчетливо вырисовывается правильная задача: крупный «блок» штабеля (размеры «блока» лимитируются только размерами дверного проема вагона) должен целиком вдвигаться в вагон и занимать там свое место.

Как и следовало ожидать, лучшим на конкурсе оказалось предложение, решающее именно эту задачу. Оно обеспечивало наибольшую скорость погрузки при наименьших затратах на механизацию: поддоны, несущие по 50 мешков, сами скатывались на шаровых опорах (или воздушной подушке) в открытые двери вагона.

* * *

Машины развиваются не «как попало», а в определенной логической последовательности.

На рис. 5 показано, например, как развивался паровой котел. К конструкции котла предъявляются противоречивые требования: для обеспечения прочности - при повышении давления - котел, должен иметь шаровую или цилиндрическую форму, а эта форма дает минимальную поверхность нагрева и, следовательно, низкую паро-производительность. Чтобы удовлетворить этим противоречивым требованиям, пришлось сохранить цилиндрическую форму и одновременно увеличить длину цилиндра. Котел-сосуд постепенно превратился в систему труб с большой суммарной поверхностью нагрева.

Одно из главных направлений в развитии машин - изменение их размеров. Машины рождаются, если так можно выразиться, средней величины. А затем начинается их развитие в двух противоположных направлениях: идет увеличение размеров и одновременно создаются образцы все более миниатюрные. Две эти тенденции отчетливо видны, например, в развитии экскаватора. Для транспортных и обрабатывающих машин типичнее увеличение размеров единичного агрегата. А вот контрольно-измерительные приборы, например, имеют тенденцию к уменьшению размеров.

Каждая машина стремится к определенному идеалу и развивается, так сказать, по своей линии. Но в конечном счете эти линии сходятся в одну точку - подобно тому, как сходятся у полюса меридианы. «Полюсом» для всех линий развития является «идеальная машина».

«Идеальная машина» - это условный эталон, обладающий следующими особенностями: вес, объем и площадь объекта, с которым машина работает (то есть транспортирует, обрабатывает, и т. п.), совпадают или почти совпадают с весом, объемом и площадью самой машины.

Машина не самоцель, она только средство для выполнения определенной работы. Например, вертолет предназначен для перевозки пассажиров и грузов. При этом мы вынуждены - именно вынуждены! - «возить» и сам вертолет. Понятно, что вертолет будет тем «идеальнее», чем меньше окажется его собственный вес (при условии, что другие качества не ухудшатся). Идеальный вертолет состоял бы из одной только пассажирской кабины, способной перемещаться с такой скоростью, с какой ее «возит» вертолет.

И еще одна особенность идеальной машины: все ее части все время выполняют полезную работу в полную меру своих расчетных возможностей.

Машина существует для того, чтобы работать. Между тем многие машины работают лишь периодически. Больше того, мы привыкли считать машину работающей даже в тех случаях, когда фактически работает какая-то одна ее часть, а остальные части простаивают. Так, машина, перевозящая стеновые панели, простаивает при каждом рейсе сорок-пятьдесят мииут. При погрузке (или разгрузке) работает только кузов машины, а двигатель и ходовая часть бездействуют. Та же автомашина в комплексе с несколькими съемными кузовами почти не теряет времени на погрузку и разгрузку: нагружают один кузов, машина везет другой, а третий кузов уже разгружается, поджидая машину на стройке.


ris8.jpg


Рис. 5. Эволюция парового котла: котел-сосуд превратился в систему труб с* большой суммарной поверхностью нагрева.

Прогрессивными и действующими в течение долгого времени оказываются только те тенденции, которые приближают реальную машину к идеальной. Взять хотя бы такую тенденцию, как увеличение размеров единичного агрегата. На первый взгляд неясно, почему увеличение размеров приближает машину к идеальной. Но все очень просто: чем больше машина, тем обычно меньше отношение ее собственного веса (объема, площади) к тому весу (объему, площади), с которым она работает. Грузовик, перевозящий три тонны груза, весит полторы тонны. Треть усилий двигателя тратится на то, чтобы «катать» саму конструкцию. Грузовик же, рассчитанный на пятнадцатитонный груз, весит всего пять тонн Доля «мертвого» груза значительно снижается, а именно это и приближает машину к идеальной. 140-тонный самосвал разгружается за пятнадцать секунд - это намного меньше времени, необходимого для разгрузки двадцати восьми пятитонных машин.

Нередко идеалом считают машину «покрасивее». Это серьезная ошибка. Оиа создает психологический барьер, который изобретателю нелегко преодолеть. Мысль заранее настраивается на поиски решений в тех направлениях, которые ведут к машинам «изящным», «красивым». Принципиально новые пути при этом чаще всего оказываются в стороне.

Не приходится спорить: хорошая машина обязана быть красивой. Но это относится к «взрослым» машинам, а новорожденная имеет право быть уродливой. Важно, чтобы ее принцип был более совершенным, чем принцип уже известных машин. Если это условие соблюдено, можно не сомневаться, что машина скоро «похорошеет» и затмит старых красавиц.

Изобретатель, решая задачу, не должен думать о красоте будущей машины. Надо не бояться, если понадобится, предложить внешне еще неуклюжую, но внутренне безупречную конструкцию.

Если задача решается методом «проб и ошибок», поиски идут либо по «вектору инерции», либо - в лучшем случае- «во все стороны». Между тем, приступая к решению задачи, изобретатель может резко сузить «угол поисков». Решение должно приближать исходный объект к идеальной машине. Определив, какой должна быть в данном случае идеальная машина, изобретатель сразу находит наиболее перспективное направление поисков.

Разумеется, в каждом конкретном случае нужно уметь определить идеальную машину. Чем точнее изобретатель представляет себе идеальную машину, тем меньше доля случайности, тем направленнее ведутся поиски.

Идеальная машина играет роль маяка, указывающего, куда надо идти. Когда изобретатель ищет решение без такого маяка, его мысли разбегаются под влиянием множества причин. «Каждый из нас,- пишет американский психолог Эдвард Торндайк,- при решении интеллектуальной задачи осаждается буквально со всех сторон различными тенденциями. Каждый отдельный элемент как бы стремится захватить сферу влияния на нашу нервную систему, вызвать свои ассоциации, не считаясь с другими элементами и общим их настроением».

Привычные схемы осаждают изобретателя, блокируют пути, ведущие к принципиально новым решениям. В этих условиях, как отмечал И. П. Павлов, особенно сильно дают себя знать обычные слабости мысли: стереотипность и предвзятость.

Планомерный поиск, наоборот, упорядочивает мышление, повышает его продуктивность. Мысли как бы концентрируются на одном (главном для данной задачи) направлении. При этом посторонние идеи оттесняются, уходят, а идеи, непосредственно относящиеся к задаче, сближаются. В результате резко повышается вероятность встречи таких мыслей, от соединения которых и рождается изобретение.

Направленные поиски отнюдь не исключают интуицию. Напротив, упорядочение мышления создает «настройку», благоприятную для проявления интуиции.

* * *

Понятие об идеальной машине - одно из фундаментальных для всей методики изобретательства. Многие

трудные задачи только потому и трудны, что в них содержатся требования, противоречащие главной тенденции в развитии машин - стремлению быть «повоздуш-нее». Почти все темники пестрят словами: «Создать устройство, которое.,.» Но зачастую никакого устройства и не надо создавать: вся соль задачи состоит в том, чтобы обеспечить требуемый результат «без ничего» или «почти без ничего». В сущности, идеальное решение - это когда машины совсем нет, а результат получается тот же, что и с машиной.

Возьмем для примера конкретную изобретательскую задачу - одну из тех, что публикуются в журнале «Изобретатель и рационализатор» под рубрикой «Требуются изобретения».

Задача 2

«Существующие дождевальные машины имеют низкую производительность. Если же попытаться достичь нужной интенсивности дождевания, увеличивая ширину захвата крыльев машин, резко возрастет их металлоемкость.

Выход? Облегчить конструкцию, применяя пластмассы. И подумать над тем, чем заменить… лейку. Ведь в дождевальных машинах используется принцип именно этого простейшего садового инструмента. Веера трубок, многоэтажный душ, пульверизаторы и разбрызгивающие турбины - все что угодно, лишь бы при экономии каждого квадратного сантиметра площади крыльев машины дождь моросил над наибольшей поверхностью участка» .

Дождевальная машина - это трактор, оборудованный насосом и фермами-крыльями (консолями). На крыльях укреплены разбрызгиватели (лейки). Двухконсольный агрегат ДД-100М подает ежесекундно 90-100 л воды. Рабочий напор - 30 м, рабочая ширина захвата - 120 м. Машина передвигается вдоль оросительных каналов, нарезанных через каждые 120 м.

Дождеватели - металлоемкие, громоздкие сооружения. Вес фермы пропорционален* кубу ее длины. Если, например, увеличить длину фермы только наполовину, то вес ее возрастет в 3 с половиной раза. Поэтому и приходится ограничиваться крыльями размахом около 100 м.

Делалось немало попыток решения этой задачи. «Поливная труба», например, подвешивалась на аэростатах. Или поднималась с помощью вертолетов, винты которых вращаются под напором накачиваемой снизу воды. Или устанавливалась на башне и приводилась во вращение с помощью турбореактивных двигателей. Нетрудно заметить нечто общее в этих проектах: они нисколько не приближают исходный объект к идеальной машине.

Для полива нужна только вода. Оборудование лишь помогает доставлять воду. Понятно, что чем проще и компактнее будет это оборудование, тем ближе мы подойдем к идеальному дождевателю. Аэростаты, вертолеты, турбореактивные двигатели - все это существенно усложняет исходную конструкцию дождевателя. Тут пробы явно направлены в сторону от идеальной машины.

Намного лучше самоходная дождевальная установка с надувными консолями. В ее конструкции уже чувствуется некоторое приближение к идеальному дождевателю: вес консолей уменьшается, в нерабочем положении консоли могут быть компактно сложены. К сожалению, с увеличением размаха надувных крыльев быстро увеличивается их площадь, растет парусность, помехой становится даже небольшой ветер.

Психология bookap

Идеальный дождеватель представлял бы собой поливную трубу, которая сама (без трактора и поддерживающей фермы) передвигалась бы над полем. Труба эта, очевидно, должна быть в несколько раз длиннее, чем ферма современного дождевателя. В нерабочем положении труба должна занимать возможно меньший объем.

Мы довольно точно определили, какой должна быть в данном случае идеальная машина. Попробуйте поискать решение. Задача опять-таки учебная, поэтому не надо предлагать другие способы орошения (подземные или перетаскиваемые трубопроводы, брандспойты и т. п.). Речь идет о передвижном дождевателе. Надо заставить легкую поливную трубу длиной метров в 300 передвигаться над полем. По возможности без сложных приспособлений.