Алгоритм изобретения - Генрих Альтшуллер

Действуя подобным образом, можно прийти к идее четвертого-пятого уровней. Но и внедрение изобретения потребует в этом случае значительно большего времени. Приходится «с нуля» разрабатывать конструкцию, многократно испытывать и переделывать ее, преодолевать недоверие и сомнения тех, кто привык оставаться в рамках совершенствования старого прототипа.

Оба пути хороши — в зависимости от конкретных обстоятельств. Но если вслед за Аn должно идти не Аn+1, а Б1, то никакие попытки совершенствовать прототип (то есть изобретать, оставаясь в рамках А и не переходя к ряду Б) не дадут положительного результата.

Историки техники и патентоведы подметили, что, когда прототип молод, он быстро и легко изменяется: за короткое время появляется много изобретений, направленных на его улучшение. Наблюдается своего рода «патентный пик». На этой основе некоторые исследователи предлагали прогнозировать перспективы развития технических объектов: чем круче поднимается кривая выдачи патентов и авторских свидетельств, тем перспективнее рассматриваемый технический объект. К сожалению, когда ряд А1, А2... подходит к Б, тоже возникает «патентный пик». Изобретатели напряженно работают, число изобретений быстро растет, но результаты почти неощутимы.

Сейчас такой «патентный пик» наблюдается, например, в цементной промышленности. Современная цементная печь — гигантская вращающаяся труба (длина до 250 м, диаметр до 7 м). Вдоль трубы медленно передвигается поток сырья, а над ним несутся раскаленные газы. Даже неспециалист может представить, насколько трудно передать тепло от газа к сырью: ведь газ соприкасается только с поверхностью сырьевого потока. Чтобы улучшить условия теплопередачи (от этого зависит производительность печи), давно было предложено навешивать внутри печи цепные завесы. Металлические цепи помогают переносу тепла от газа к сырью. После этого изобретения наступила пауза, тянувшаяся десятки лет. Если хотели улучшить теплопередачу, просто увеличивали количество цепей. В современной печи общий вес цепей свыше 100 тонн. И вот возник «патентный пик»: появился поток изобретений на тему «повесим цепи не так, а так»... «Цепная завеса выполнена с дополнительными цепями, закрепленными на основных цепях и свободно висящими между ними» (авторское свидетельство № 226453). «Концы цепей прикреплены к гибкому элементу, выполненному, например, из цепи» (260484). «Цепи другим концом прикреплены к корпусу печи» (310095). Цепи громоздятся на цепи, как когда-то, до изобретения парохода, паруса громоздились на паруса...

Чем больше цепей будет в печи — тем большую долю тепла газов можно использовать. Но чем больше цепей — тем выше сопротивление движению газов. Чтобы газу было удобнее двигаться, цепей не должно быть вообще. А чтобы теплу удобнее было переходить от газа к сырью, все пространство печи должно быть заполнено цепями. Четко выраженное техническое противоречие! И если поток однотипных изобретений не справляется с противоречием, это верный признак, что возможности развития объекта (цепных завес) исчерпаны.

Для изобретателя (а тем более для коллектива, решающего технические задачи на уровне изобретений) чрезвычайно важно иметь представление о логике развития технических объектов. Это необходимо для прогнозирования новых технических задач, для выбора между прямым и обходным путями решения, для правильного анализа задачи и успешной разработки найденной идеи.

Технических объектов много, и они очень разнородны.

Но есть нечто общее, присущее всем техническим объектам: все они являются системами. При системном подходе технические объекты рассматриваются как целостные организмы, подчиняющиеся общим законам развития. Карманный фонарик, двигатель, тепловоз, химический завод, речной транспорт — все это примеры технических систем. Внешне они нисколько не похожи друг на друга. Их объединяет то, что они системы, т. е. нечто большее, чем арифметическая сумма составных частей. Поясню аналогией. Молекула воды — система, а не арифметическая сумма двух атомов водорода и одного атома кислорода. Человек — система, а не простая сумма скелета, мышц, сердца и т. д. Точно так же любая машина — система, целостный организм, а не сумма частей.

Всякая техническая система — будь то швейная машина, шахта или сеть железных дорог — развивается в определенной последовательности. В приложении 2 дана общая схема развития технических систем. Давайте разберемся в ней.

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 кормохранилищ 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 труба 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.