Page 1

Методы изобретательского творчества в теплоэнергетике и теплофизике Морозов Александр Прокопьевич к.т.н., доцент кафедры «Теплотехнических и энергетических систем» Магнитогорского государственного технического университета Проводится критический анализ неалгоритмических методов решения задач: проб и ошибок, мозгового штурма, контрольных вопросов, морфологического анализа, синектики. Максимальное внимание уделено рассмотрению элементов «Теории решения изобретательских задач» (ТРИЗ): принципов вепольного анализа; формированию изобретательской ситуации, модели задачи, технических и физических противоречий; основных механизмов устранения технических противоречий; приемов преобразования технических систем; применению физико-химико-геометрических эффектов; использованию стандартов на решение задач и законов развития технических систем. Приведены две версии алгоритма решения изобретательских задач (АРИЗ-82 и АРИЗ-85). Осуществлен разбор конкретной задачи на основе АРИЗ-85-Б. Представлены, в качестве примеров, около 500 изобретений, в том числе, более 30 изобретений и полезных моделей составителя данного материала (в тексте помечены значком *). Для самостоятельного освоения приведенных методик, предлагаются 24 контрольные изобретательские задачи. Материал предназначен для студентов вузов, изобретателей, а также будет полезен всем, кто разрабатывает или совершенствует новую технику, встречается в своей деятельности с творческими задачами, стремится к увеличению доли творчества в работе. Основное содержание материала представлено на основе учебного пособия составителя [108]. Введение Основная функция инженера, бакалавра и магистра - решение технических задач, например, проектирование систем теплоснабжения, расчет парогенератора, надежная эксплуатация турбин и т.п. Предполагается, что квалифицированный специалист знает, где взять сведения, необходимые для решения той или иной задачи и как эти сведения использовать. Однако, решение технических задач способствует лишь количественному изменению техники. Для качественного ее преобразования необходимо решение изобретательских задач, то есть таких задач, средства решения которых еще не зафиксированы в технической литературе, не воплощены в известных правилах, приемах, рекомендациях, нормативных методах и т.п. Как извлечь из "банка знаний", полученных будущим инженером при обучении в вузе, именно то, что необходимо для решения конкретной задачи? Обычно программа обучения в вузе формируется сложением дисциплин, стержень которых, - так называемый стандарт или паспорт специальности или направления. Однако, творческой составляющей он не содержит. Выпускник вуза чаще всего не в состоянии толком объяснить, какая деятельность его ожидает, к чему он готов. Выпускник технического вуза, молодой инженер, бакалавр или магистр сегодня сплошь и рядом оказывается беззащитным на рынке труда: не научили создавать и распоряжаться интеллектуальной собственностью, которую он получил; не объяснили, как продать продукт своего труда. Изобретатель не знает, какие подлинные, а не декларированные правила игры, в которой он обречен участвовать. Умение генерировать идеи, решать разнообразные задачи, объективная оценка своих способностей и психологического статуса позволяет выпускнику определиться: либо рисковать на предпринимательской стезе, либо работать по найму на частных фирмах или служащим и чиновником в госсекторе, либо пойти в науку. В каждом из этих направлений имеется возможность для творческой изобретательской деятельности, а для овладения ее необходимо знание эффективных методов решения задач. 1. НЕАЛГОРИТМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ 1.1. Метод проб и ошибок (МПиО) Суть метода заключается в последовательном выдвижении и рассмотрении всевозможных вариантов (проб) решения задач. Если выдвинутая идея оказалась неудачной, ее отбрасывают, а затем выдвигают новую. Правила выдвижения идей при этом отсутствуют, причем может быть выдвинута и нелепая идея. Перебор проб может быть мысленным или экспериментальным. Первые изобретательские задачи решались человеком методом проб и ошибок, перебирая всевозможные варианты. Вначале наугад, затем появились определенные приемы - копирование природных прототипов, увеличение или уменьшение размеров, изменение числа одновременно действующих объектов, объединение объектов в одну систему. Однако, решение современных технических задач требует перебора тысяч вариантов. В связи с этим, существуют следующие, не совсем верные, представления об изобретательском творчестве: 1) все зависит от случайности; 2) все зависит от упорства и настойчивости по перебору вариантов; 3) все зависит от прирожденных способностей. На самом деле не эффективен сам МПиО, поэтому много и зависит от удачи и личных качеств изобретателя - не всякий способен отважиться на "дикие" пробы и эксперименты, браться за трудные задачи и долго и терпеливо их решать. Например, в поисках наилучшего материала для получения долговечных угольных нитей электрических ламп Т. Эдисон проделал несколько тысяч опытов. Он перебрал в качестве исходного материала шелковые нити, фибру, целлулоид и др. Оказалось, что наиболее


подходящим материалом являются листья бамбука. Тогда в поисках лучших сортов бамбука Эдисон организует экспедиции в труднодоступные джунгли. В данном случае, и во многих других, проявились существенные недостатки МПиО. Для получения сильных решений необходимо применение методов активации поиска, чтобы: 1) процесс генерации идей шел более интенсивно; 2) повышалась концентрация оригинальных идей; 2) преодолевался психологический барьер, часто выражающийся в недоверии и недооценки изобретений (например, лорд Кельвин, крупнейший английский физик, считал ошибкой применение переменного тока; ядерный физик Резерфорд не верил в ядерную энергетику; первооткрыватель радиоволн Герц скептически относился к радиосвязи). Бессистемный перебор вариантов по МПиО наблюдается при решении изобретательских задач инженерами и учеными, не знающими методов активации поиска. Теория и практика изобретательства утверждает, что изобретение изобретению рознь. Есть примитивные, когда для того, чтобы найти решения, достаточно перебрать один-два десятков вариантов. А есть изобретения высоких уровней, когда для нахождения решения требуется перебирать сотни тысяч вариантов. При решении изобретательской задачи первые пробы всегда делаются в привычном направлении, подсказанном психологической инерцией. И если задача простая, удовлетворительное решение находится быстро. Но, справиться со сложной задачей можно, только победив инерцию. В современных условиях МПиО просто беспомощен и наносит прямой вред, отнимая у инженера время и средства. Иммунитетом против слепого перебора вариантов может быть овладение осмысленной технологией поиска нового. В ряде случаев творчески мыслить человеку мешают те знания, которые он приобрел, так как они формируют установки, часто действующие вне нашего сознания. Другими словами, установка - это несознательное побуждение к действию. При решении совершенно новой проблемы она может проявляться труднопреодолимыми психологическими барьерами: например, барьером трафаретного пути мышления, барьером узкой специализации, барьером авторитетных заявлений и предвзятого отрицания возможности решения задачи. Классической задачей о психологической инерции является следующая: даны четыре точки в вершинах квадрата, требуется провести через них три прямые линии, не отрывая карандаш от бумаги так, чтобы карандаш возвратился в исходную точку (подумайте, как это сделать?). Когда же серьезные психологические барьеры отсутствуют, творческая личность достаточно быстро находит ориентиры для решения задачи. Например, открытие эффективного и дешевого способа получения кислорода П.Л.Капицей, который прежде не занимался этим вопросом. Вместо малоэффективных поршневых детандеров другими учеными предполагались газотурбинные детандеры, без учета того, что воздух, благодаря большой сжимаемости при низких температурах, становится настолько плотным, что по своим физическим свойствам приближается к жидкости. Поэтому детандер для сжижения воздуха следовало бы строить по образцу не паровых, а водяных турбин. Капица, никогда не занимавшийся прежде тепловыми турбинами, тотчас же это понял. В то же время большая группа ученых и инженеров, "загипнотизированная" аналогией тепловых процессов в холодильных и паровых машинах, не смогла преодолеть элементарного психологического барьера. Существует тенденция развития МПиО - замена вещественных экспериментов – мысленными или компьютерными. Теоретическая оценка вариантов при этом идет намного быстрее, но мысленные эксперименты субъективны и не защищены от психологических помех, а компьютерные модели имеют определенные упрощения и допущения. Например, специалисты иногда отвергают необычные для своей области варианты, содержащие сильные решения. Страх выйти за пределы специальности заставляет изобретателя упорно решать задачу "своими" приемами. Кроме того, МПиО не дает возможности своевременно увидеть новые задачи и найти критерии оценки новых технических идей. Само понятие "творчество", в конце концов, слилось с технологией решения задач путем перебора вариантов, наощупь. Неизменными атрибутами творчества привыкли считать озарение, интуицию, прирожденные способности, счастливый случай [1]. 1.2. Метод мозгового штурма (брейнсторминг) Мозговую атаку или штурм предложил в 1937 году в США Алекс Осборн, причем рассекречен метод был только в 1957 году. Автор исходил из положения, что лишь очень небольшой процент людей способен высказывать новые идеи в условиях критики, поэтому было предложено при коллективном поиске идей и решений отсрочить критику и проводить поиск последовательно, в два этапа, с двумя группами. Первая группа - "генераторы" в составе не более 15 человек, предлагает идеи, причем быстро, одну за другой, в течение 0,25-1 часа, строго придерживаясь правила запрета критики и вынесения суждений (благоприятных или неблагоприятных), а также запрета обоснований выдвигаемых идей и поощрения предлагаемых идей. При этом генерируется возможно большое число идей, независимо от их качества, так как иногда одна "глупая" идея может дать толчок для рождения весьма плодотворной идеи. Вторая группа - эксперты, они обсуждают и анализируют выдвинутые генераторами идеи. Причем идеи участников мозговой атаки протоколируются и их список передается группе экспертов. В задачу экспертов входит оценка идей и анализ скрытых возможностей в каждом высказанном предложении, отбор и развитие наилучших [2,3]. Философская основа мозгового штурма - теория З.Фрейда, по которой сознание человека представляет собой тонкое и непрочное наслоение над бездной подсознания. В обычных условиях мышление и поведение человека определяется в основном сознанием, в котором властвуют контроль и порядок: сознание "запрограммировано" привычными представлениями и запретами. Hо, сквозь тонкую корку сознания то и дело прорыва-


ются темные и грозные стихийные силы и инстинкты, бушующие в подсознании и они толкают человека на нарушение запретов, нелогичные поступки [4]. Поскольку для изобретения приходится преодолевать психологические запреты, обусловленные привычными представлениями о возможном и невозможном, нужно создать условия для прорыва смутных иррациональных идей из подсознания. Эффективность мозговой атаки повышается приглашением независимых исследователей и исключением руководителей, а во время обсуждения создается обстановка непринужденного обмена мнениями, поэтому гораздо легче варьируются и комбинируются идеи, высказываемые участниками различных специальностей. Поэтому за время мозговой атаки выдвигается в среднем 50 150 идей, в то время как при индивидуальной работе за это же время - 10 20. Также появились модификации штурма: обратная мозговая атака, двухстадийный штурм, конференция идей, кибернетическая сессия. Все эти методы слабее чистого мозгового штурма, поскольку попытки ввести управление в стихийный процесс генерирования идей пагубно сказывается на самом ценном механизме штурма - создании условий для проявления иррациональных идей, спонтанно прорывающихся из подсознания [5,6]. Однако оказалось, что мозговой штурм эффективен только при решении несложных задач, а также организационных проблем (например, нахождение нового применения для выпускаемой продукции, усовершенствование рекламы, выявление недостатков существующего изделия). К недостаткам метода также можно отнести проблему авторства идей, поэтому необходима предварительная договоренность по этому поводу [7,8]. 1.3. Метод контрольных вопросов Данный метод основан на утверждении о том что: чтобы задавать правильный вопрос, нужно наполовину знать ответ. При этом применяется список контрольных вопросов, содержащих набор вопросов и кратких рекомендаций, собранных в группы. Например: 1) какое новое применение техническому объекту вы можете предложить? или, что можно модифицировать?; 2) проведите фантастические, биологические, экономические, химические, молекулярные и другие аналогии; 3) попробовать национальные решения - "хитрое шотландское", всеобъемлющее немецкое, расточительное американское, сложное китайское; 4) бродить среди стимулирующей обстановки (технический музей, свалки лома и др.). А, затем определить идеальное решение и разрабатывать его. При этом специалист данной профессии может сам составить себе список вопросов с учетом специфики раздела техники и науки. Список должен содержать наводящие вопросы - экономические, смысловые, практические, технические, а также рекомендации по решению проблемы. 1.4. Морфологический анализ Метод основан на известном факте, что классификация позволяет быстрее и точнее ориентироваться в многообразии понятий или конструкций. Автор данного метода поиска решений швейцарский астроном Фридрих Цвикки впервые предложил его в 1942 году для решения технических задач при разработке ракетных двигателей по американской программе. Ход работы по морфологическому анализу рассмотрим на условном примере разработки конструктивных схем теплообменников. Во-первых, необходимо определить параметры, от которых зависит решение проблемы. В данном примере - основные функциональные узлы теплообменника и принципы действия: А - вид теплообмена; Б - вид теплоносителя; В - конструкция теплообменника; Г - параметры теплообмена. Во-вторых, указать возможные варианты их выполнения, например, вид теплообмена: А1 - теплопроводностью; А2 - конвекцией; A3 - радиационный; вид теплоносителя: Б1 - газ (пар); Б2 - жидкость; БЗ - твердое тело; Б4 – вещество в ионизированном состоянии; конструкция теплообменника: В1 - поверхностный рекуперативный; В2 - регенератор; ВЗ - смесительный; параметры теплообмена: Г1 - температура; Г2 - давление. На основе полученных списков строится так называемый морфологический ящик, представленный либо в виде таблицы или морфологической матрицы, например, для теплообменника: А1 А2 A3 Б1 Б2 БЗ Б4 В1 В2 ВЗ Г1 Г2 Матрица дает представление о всех возможных конструктивных схемах причем каждый конкретный вариант - набор элементов из разных строк. Общее число вариантов, содержащихся в матрице, равно произведению чисел элементов в каждой строке (в примере теплообменника - 3x4x3x2= 72). Построив матрицу, производят оценку вариантов и выбирают - наилучший. Существенный недостаток метода связан с трудоемкостью выбора и оценки эффективности варианта. Поэтому метод эффективен только при оценке области возможных решений [9,10]. 1.5. Синектика Автор синектики бакалавр философии Уильям Гордон в 1960 году основал специальную фирму по обучению творческому мышлению под названием "Синектик инкорпорейтид". Термин "синектик" в переводе с греческого означает - "совмещение разнородных элементов". По данному методу предполагается создание группы людей, подобранных по психологическому и эмоциональному типу, различных специальностей, которые встречаются в целях попытки творческих решений проблем путем неограниченной тренировки воображения и объединения несовместимых элементов. Главные отличия от мозговой атаки - высокий уровень специализации синекторов, появление профессиональных генераторов новых идей и более организованное генерирование идей. При этом используются специальные группы по 5 7 синекторов (причем 2 3 специалиста стороны и 3 4 работника основной организации) с широкими кругозором, знаниями и опытом, и имеющим по две и более


специальности. Предпочтительный возраст синекторов 25 40 лет и лучше, если они хотя бы раз меняли свои профессии и специальности. Вся "соль" мозгового штурма, вся его сила - в запрете на критику. Но, здесь же и его слабость: для развития и видоизменения идеи нужно выяснить ее недостатки, то есть, нужна критика. Гордон преодолел это противоречие путем формирования более или менее постоянных групп. Члены этих групп постепенно привыкают к совместной работе, перестают бояться критики, не обижаются, когда кто-то отвергает их предложения. Постепенно накапливается опыт решения задач, растет взаимопонимание, идеи схватываются с полуслова. При этом происходит некоторое упорядочение процесса решения задачи, с сохранением стихийности, присущей мозговому штурму. По Гордону существуют два вида механизма творчества: неоперационные (неуправляемые) процессы - интуиция, вдохновение и т.д. и операционные процессы - использование разного вида аналогий. Необходимо учить применению операционных механизмов, что обеспечит повышение эффективности творчества и, кроме того, создаст благоприятные условия для проявления неоперационных механизмов. Синекторы обучаются применению при поиске новых идей четырем видам аналогий. Первый вид - прямые аналогии, которые обеспечивают процесс сравнения параллельно существующих в различных областях знаний, фактов и технологий. Например, широко практикуется эффективный перенос идей из биологии и ботаники в инженерную практику: летучие мыши - УЗ локация; репейник - застежки "липучки" и др. Рассмотрим применение прямых аналогий при решении проблемы износа заслонки в пульпо-проводе при транспортировке руды (шлама, золы или шлака). При этом синекторы рассматривают похожие элементы в других объектах: в дробеструйных аппаратах, как защищаются растения, как защищаются пищеводы животных и рыб питающихся колючей пищей и другие, то есть проводятся очень глубокие и самые отдаленные аналогии. Второй вид - аналогия личностная или эмпатия, при этом синектор отождествляет себя с техническим объектом и представляет себе, что бы он делал сам, если бы оказался на месте этого объекта. Этим приемом хорошо владеют дети, но затем рациональные методы обучения вытесняют эмпатию и к 25 годам она пропадает. Приемам эмпатии обучают артистов (система Станиславского), а инженеров - нет. По сути, представить себя объектом - это не просто назвать себя какой-то частью исследуемой технической системы. Это значит найти в себе какой-то отзвук на то, что делает система, понять трудности, возникающие нежелательные эффекты через свои трудности. Обучение вхождению в образ - сложный и довольно длительный процесс. Использование эмпатии при решении изобретательской задачи рассмотрим на уже приведенном примере поиска способов защиты заслонки от истирания частицами руды в потоке пульпы. В этом случае эмпатию можно представить следующим образом: человек стоит в коридоре, по которому летят поленья и ему необходимо регулировать их поток, не травмируя себя. Решение в эмпатии - нужно поймать первое же летящее в человека полено и с его помощью управлять полетом следующих. Решение реальное - заслонка намагничивается и она покрывется слоем частиц железной руды, который будет постоянно разрушаться потоком пульпы и постоянно восстанавливаться частицами, улавливаемыми магнитным полем заслонки. Личностная аналогия является наиболее действенной, обеспечивающей глубокую мотивацию решений. Третьим видом аналогий является - выработка фантастического аналога, направленного на достижение образа идеала. Выражение "сознательный самообман" используется в синектике для выражения того факта, что человек, решающий проблему, должен быть раскрепощен по отношению к законам природы, которые находятся в конфликте с его идеальным решением. То есть, человек, решающий проблему, должен видеть, какие законы окружающего мира находятся в конфликте с его идеальным решением. При проведении фантастических аналогий осуществляется использование эффекта "золотой рыбки", "волшебной палочки", обученных животных и т.д., то есть синекторы представляют себе вещи такими, какими они не являются, но какими они хотели бы их видеть. Четвертый вид аналогий реализуется в символических аналогиях, в которых подбираются поэтические метафоры и сравнения или ее можно назвать приемом нахождения метафоры "название книги". При этом происходит нахождение образной характеристики техническим объектам при поиске новых идей. Например, поиск "название книги" для ключевого слова "защита" при решении задачи предотвращения истирания заслонки пульпой, выявил такие символические аналогии: живая броня, невидимая кольчуга, отрастающий панцырь. Последняя аналогия выявила следующее техническое решение: подавать к заслонке охлаждающий агент - она будет покрываться льдом, предохраняющим ее от истирания. Для выявления символических аналогий выделяют главную функцию объекта, из совокупности функций определяют у объекта противоположные качества, которые и являются основой символической аналогии. Например, шлифовальный круг - точная шероховатость; пламя - видимая теплота, прозрачная стенка. Символическая аналогия может эффективно использоваться в заголовках статей, книг (например, "Архиппелаг ГУЛАГ"), а также в названиях фирм, товаров и рекламе. Синекторы работают по программе включающей: 1) этап формирования и уточнения "проблемы так как она дана" (ПКД), при этом никто из участников не посвящается в конкретные условия задачи, так как преждевременное конкретизирование затрудняет абстрагирование; 2) на втором этапе формулируют "проблему, как ее понимают" (ПКП), при этом сложная проблема дробится на подпроблемы; 3) ведется генерирование идей, с использованием всех видов аналогий;


4) производится перенос выявленных в процессе генерации идей к ПКД с критической оценкой идей экспертами. Также синекторы используют приемы углубленного представления исходной ситуации, средства ее начальной обработки, применяют операторы психофизиологической активации. Наибольший объем работы синекторов заключается не в решении проблемы, а в ее постановке, в возможности увидеть неожиданный ракурс, поворот, акцент. Поэтому синектика - сильное средство для постановки задач и собственно нахождение решения есть следствие широко известного положения о том, что правильная постановка задачи есть половина решения. Не зря один из девизов синекторов: "Сформулированные задачи решаются". Достижение решения задачи часто сопровождается приятным возбуждением, душевным подъемом. Само по себе чувство, что ты находишься на правильном пути - цельное психологическое состояние, определяемое бессознательно как индикатор для выбора направления работы. С помощью подобной психофизиологической активации можно вводить себя в состояние, близкое к тому, которое испытывает человек во время "инсайта", и это значительно повышает вероятность выхода на сильные решения. Синектика не облегчает процесс творческой активности и требует огромных затрат энергии, но она активизирует мышление, делая его тем самым более напряженным. Процесс формирования синектической группы состоит из трех основных фаз: отбор членов группы, обучение и тренировка, вживление в реальную среду. Отбор членов группы производится на основе бесед с людьми в три этапа. Главные критерии первичного отбора: а) образование должно соответствовать общей ориентации группы (исследование, инженерное дело, маркетинг), например, включающий трех инженеров и двух гуманитариев; б) уровень энергии - предпочтение отдается энергичным и активным (не следует путать с людьми с ярко выраженным маниакальным поведением); в) возрастные требования - члены группы подбираются примерно одного возраста в диапазоне 25 40 лет; г) административный потенциал - синекторы должны иметь организационный опыт и способность к обобщению; д) предпринимательство - член группы должен принимать на себя определенную долю ответственности за успех или провал проекта для данной фирмы; е) профессия - предпочтение отдается людям имеющим несколько профессий с большим жизненным опытом; ж) образование - желательно более высокий его уровень и способность к быстрому самообучению; з) индивидуальность - отсутствие крайнего индивидуализма или повышенной критичности. При окончательном отборе синекторов учитываются: 1) метафорические способности - то есть умение использования метафор и аналогий, богатство словарного запаса, чистота языка; 2) отношение поддержки - в группу отбираются люди, реализующие наиболее самостоятельную, активную позицию поддержки в коллективе; 3) координация - неуклюжие, неповоротливые исключаются; 4) риск - отбираются люди с чувством осмысленного риска; умеющие рисковать и во время остановиться; 5) эмоциональная зрелость - предпочтительнее люди, имеющие способность интегрировать "детскую" эмоциональность в конструктивные действия; 6) способность к обобщению - необходимо уметь быстро выбирать главное из нескольких фактов, обобщить материал, находить путь к результату; 7) обязательность - умение доводить дело до конца, вера в успех предприятия, готовность к неудачам; 8) антикомфортная ориентация - синектор должен быть вне традиционных символов общественного статуса и материального положения (шикарное жилье, ковры на полу, постоянно новые машины и т.д.). Услугами фирмы "Синектик инкорпарейтид" пользовались многие известные американские фирмы - "Дженерал Электрик", ИБМ, 'Зингер". При этом обучение специалистов синекторов обходится, в зависимости от объема курса, в 20 200 тыс. долларов. В целом, методы активации поиска по различным модификациям проб и ошибок могут применяться при решении любых задач - технических, организационных. Однако в своей сути они сохраняют старую тактику перебора вариантов и не опираются на знание законов развития технических систем (ТС). Кроме того, отдельные и наиболее важные детали, нюансы методов обучения активации поисков не публикуются и являются "ноухау" (т.е., "знаю как). Наиболее полно опубликованной и опробированной методикой технического творчества является "Алгоритм решения изобретательских задач" (АРИЗ), разработанный Г.С. Альтшуллером с учениками. Всего предложено несколько модификаций этой методики, а в предлагаемом читателю материале представлены варианты АРИЗ-82 и АРИЗ-86 [11]. 2. ТЕОРИЯ РЕШЕНИЯ ИЗОБРЕТАТЕЛЬСКИХ ЗАДАЧ ТРИЗ разработана Г.С. Альтшуллером и активно совершенствуется его учениками [1,5,11,12]. Органической частью ТРИЗ является алгоритм решения изобретательских задач (АРИЗ) - программа последовательной обработки задач, удовлетворяющая следующим требованиям: 1. Основывается на сознательном использовании законов развития ТС. 2. Позволяет без перебора вариантов сводить задачи высших уровней к задачам первого уровня. 3. Для нахождения физических противоречий программа содержит операторы, позволяющие их определять. 4. Для преодоления физических противоречий программа имеет информационный фонд, включающий набор приемов и таблиц использования приемов в зависимости от типа задачи или содержащегося в ней противоречия. 5. Информационный фонд включает также списки и таблицы применения физэффектов. 6. Программа имеет средства управления психологическими факторами, средства активации воображения и средства преодоления психологической инерции.


В целом АРИЗ организует мышление изобретателя так, как будто в распоряжении одного человека имеется опыт многих изобретателей. 2.1. Уровни изобретательских задач Задачам первого уровня характерно применение средств (устройств, способов и веществ), которые прямо предназначены именно для данной цели, причем решение не связано с устранением технических противоречий. На этом уровне получают мельчайшие изобретения, незначительно меняющие объект, причем средства решения лежат в пределах одной профессии и поэтому решение задачи по силу каждому специалисту. Например, в печи находится расплавленный металл, а в центральную часть ванны подводится трубопровод для жидкого кислорода, при этом необходимо, чтобы кислород в трубе не газифицировался вплоть до выхода в металл. Решение: "устройство для подачи жидкого кислорода в металл, выполненное в виде четырех концентрически расположенных охлаждаемых труб и наконечника, отличающееся тем, что с целью предотвращения газификации кислорода в потоке, внутренняя труба изолирована от окружающих тепловой изоляцией с толщиной 15 20 мм (а. с. 317707). Для теплотехника это решение очевидно: необходимо применить теплоизоляцию и оптимизировать ее по толщине [11]. В задачах первого уровня объект (устройство или способ) не изменяется (например, усиливается уже имеющаяся теплоизоляция). При этом решение задачи требует перебора нескольких очевидных вариантов. В задачах второго уровня объект изменяется, но не сильно, при этом получают мелкие изобретения способами, известными в данной отрасли. Такие задачи имеют технические противоречия, легко преодолеваемые с помощью способов, известных применительно к родственным системам. Например, электрическая дуга мешает сварщику наблюдать за металлургическими процессами в зоне сварки. Свет дуги забивает менее яркие капли металла, шов. Необходимо улучшить условия наблюдения без усложнения аппаратуры (использования дополнительных светильников для освещения зоны сварки) и снижения производительности (периодического отключения дуги). Решение: "устройство для защиты глаз и лица сварщика, содержащее корпус и рамку с встроенным в нее светофильтром, отличающееся тем, что с целью улучшения наблюдения за процессом сварки оно снабжено рефлектором, выполненным в виде прямоугольного сектора сферы по габаритам корпуса и фокусирующим свет от дуги на свариваемые материалы в зоне расплавления (а. с. № 252549). Для решения подобных задач необходим перебор 50 70 вариантов с частичным изменением только одного элемента системы. В задачах третьего уровня в объекте изменяется полностью один из элементов и получают среднего уровня изобретения, причем способами, известными в пределах одной науки, т.е. механическая задача решается механически и т.д. Например, "винтовая пара, состоящая из винта и гайки, отличающаяся тем, что с целью предупреждения износа их поверхности путем устранения трения между ними во время работы, винт и гайка расположены с зазором, сохраняемым во время работы, а в их резьбе уложены обмотки для создания электромагнитного поля, обеспечивающие поступательное движение гайки относительно винта (а. с. № 154459). При решении задач данного уровня перебирают уже сотни вариантов, с получением средних изобретений. В изобретениях четвертого уровня объект меняется полностью, причем синтезируются новые технические системы, с получением крупных изобретений. Решаются такие задачи, как правило, средствами выходящими за пределы науки к которой относится задача (механическая задача решается химически). Например, при контроле износа двигателя, время от времени, отбираются пробы масла и определяется содержание в нем металлических частиц. Решение: для непрерывного контроля в масло добавляют люминофоры и по изменению свечения за счет гашения частицами металла, непрерывно контролируют их концентрацию (а. с. № 260249). В задачах пятого уровня меняется вся техническая система, в которую входит объект и получают крупнейшие изобретения. При этом, создаются новые отрасли производства, например, изобретения (разные по уровню технической сложности): самолета, телефона, киносъемки, лазера, шариковой ручки. Например, применение монокристаллов сплавов медь-алюминий-никель или медь-алюминий-марганец в качестве твердого рабочего тела для преобразования тепловой энергии в механическую путем изменения его упругих свойств при колебании температуры (а. с. № 412397). Существуют твердые вещества меняющие свои свойства при изменении температуры, но, веществ сильно изменяющихся при небольших перепадах температур известно не было и их получение граничит с открытием. Подобные преобразователи можно использовать в тепловых двигателях, теплоизмерительных приборах. При решении таких задач число проб и ошибок возрастает до сотен тысяч и миллионов. Например, Т. Эдисону пришлось поставить 50000 опытов, чтобы изобрести щелочной аккумулятор. Возникает вопрос: если кто-то делает изобретения высших уровней, значит им удается перебрать миллион вариантов? На самом деле действует эстафетный механизм - при решении задачи на 100000 проб первый исследователь перебрал в течение всей жизни 10000 вариантов и ничего не нашел, затем - второй и т.д. Задача приобретает репутацию неразрешимой, на самом деле она упрощается, и, в конце концов, решается. Неудачники, решавшие задачу в начале эстафеты, могли быть даже более способными, но им досталось большое поисковое поле или возникли искусственные административные барьеры. Например, в 1951 году группа инженеров подала заявку на способ генерирования концентрированных пучков электромагнитной энергии, однако, переписка по заявке продолжалась почти 10 лет. За это время, два ныне известных академика, удачно опубликовали за рубежом почти те же результаты и получили Нобелевскую премию. Иногда сложность задачи определяется тем, что она относится к одной области, а для ее решения необходимы знания из другой области. Например, немецкий химик Крукс в 1898 году поставил задачу связывания атмосферного азота и предпринял по-


пытки ее решения. Норвежский специалист по полярным сияниям Биркеланд случайно увидел его публикации и разработал процессы связывания азота на основе явлений происходящих в верхней атмосфере. Необходимо учитывать качественную разницу между задачами разного уровня: 1) средства решения на первом уровне находятся в пределах одной узкой специальности; 2) для задач второго уровня – они относятся к одной отрасли техники; 3) для задач третьего уровня - в других отраслях (например, при испытаниях теплозащитных материалов, используемых в головках баллистических ракет и защитных плитках космического челнока "Буран", проводимых составителем данного материала, необходимо было получить высокотемпературный поток с равномерным распределением температур и скоростей по сечению. Существующие генераторы давали высокий градиент температур по сечению струи, поэтому было предложено использовать сопло, имеющее вращательное и возвратно-поступательное перемещение. Был проведен патентный поиск, составлена и отправлена заявка на изобретение. Однако экспертиза противопоставила точно такое же сопло, используемое в кондитерском производстве для равномерного выдавливания крема. Заявку, после долгой переписки, пришлось закрыть); 4) решение задач четвертого уровня необходимо искать среди мало применяемых физических и химических эффектов и явлений; 5) на пятом уровне средства решения задач находятся за пределами современной науки, поэтому необходимо вначале сделать открытие, а затем решать задачу. Таким образом, при решении проблем необходимо уметь сужать поисковые поля и переводить изобретательские задачи с высших уровней на низшие, где уже срабатывают методы перебора вариантов. 2.2. Принцип вепольного анализа 2.2.1. Понятие веполя и его значение Веполь - схема минимальной ТС, являющейся простейшей работоспособной моделью и включающей изделие, инструмент и энергию (поле), необходимую для воздействия инструмента на изделие. Любую сложную систему можно свести к сумме веполей. Записывая условие задачи в вепольной форме, мы отбрасываем все несущественное, выделяя причины возникновения задачи. Поэтому вепольный подход не только удобная символика для записи изобретательских задач, но и инструмент отыскания наиболее эффективных путей преобразования ТС. Если система содержит все три элемента, то тогда она хорошо работает, если какого-то элемента не хватает, возникает задача. Выявление вепольной формулы задачи рассмотрим на примере трех задач [11]: Задача 1. Возникла проблема определения степени затвердевания полимерного состава при изготовлении изделий из полимеров. Непосредственно ее измерить невозможно: надо ввести датчик в середину затвердевающей массы - и нельзя этого делать, т.к. датчик не должен там оставаться (противоречие). Решение: способ определения степени затвердевания (размягчения) полимерных составов для неразрушающего контроля предполагает (а. с. 239633) в состав вводить магнитный порошок и измерение изменения магнитной проницаемости состава проводить в процессе его затвердевания. Задача 2. Необходимо контролировать интенсивность движения частиц сыпучего материала при псевдоожижении, однако возникает противоречие - при помещении датчика в сыпучий материал, он может двигаться с разной интенсивностью при одном и том же давлении. Решение: акустический способ индикации псевдоожижения сыпучих материалов, для непосредственного контроля начала и интенсивности движения частиц, предполагает (а. с. 318404) введение в среду сыпучего материала металлического стержня звукопровода, являющегося датчиком звуковых колебаний, которые преобразуются в электромагнитные. Задача 3. Необходимо предложить легко извлекаемый клин, так как возникает техническое противоречие выигрыш в силе, необходимый для извлечения клина, оплачивается усложнением устройства механизированного клина. Решение: в устройстве для заклинивания (а. с. 428119), содержащем клин и клиновую прокладку, для облегчения извлечения клина, клиновая прокладка выполнена из двух частей, одна из которых легкоплавкая. В данных задачах, когда дано одно вещество (полимер, датчик, клин), добавляется второе вещество (ферромагнитный порошок, стержень, прокладка) и поле (магнитное, акустическое, тепловое). Это необходимо для того, чтобы поле через второе вещество воздействовало на первое вещество или, наоборот, чтобы первое вещество через второе давало на выходе поле, несущее информацию. Если обозначить поле буквой П, первое вещество В1, второе вещество В2, связи стрелками, направление от дано к получено - двойной стрелкой, то получим схемы решения к задачам 1 и 2: В1 В1 В2 П, а к задаче 3: В1 В1 В2 П. Два вещества и поле могут быть различными, но они необходимы и достаточны для образования минимальной ТС - назывемой веполь (от слов "вещество" и "поле"). В понятии веполь используется три термина: вещество, поле, взаимодействие. Под термином вещество" принимают любые объекты независимо от степени сложности. Термин "поле" применим к физическим полям: электромагнитному, гравитационному, полям сильных и слабых взаимодействий, а также "техническим"полям - тепловому, механическому, акустическому, центробежному и т.д. В вепольных формулах записывают только поля на входе и выходе, т.е. поля, которыми по условиям задачи можно непосредственно управлять - вводить, обнаруживать, изменять, измерять. Взаимодействие между веществами указывается без детализации вида взаимодействия (тепловое, механическое и т.д.). Обозначения, принятые в вепольном анализе: - веполь в общем виде; — - действие или взаимодействие в общем виде без конкретизации; - действие; - взаимодействие; - - - - действие или взаимодействие, которое необходимо ввести по условиям задачи; - неудовлетворительное действие или взаимодействие, которое по


условиям задачи должно быть изменено; П - поле на входе или поле действует; П - поле на выходе (поле хорошо поддается действию-изменению, обнаружению, измерению); П - состояние поля на входе; П состояние того же поля на выходе (меняются параметры, но не природа поля); В - состояние вещества на входе; В - состояние вещества на выходе; В - В - переменное вещество, находящееся то в состоянии В' , то в состоянии В", например, под действием переменного поля; П - переменное поле. В вепольных формулах вещества записывают в строчку, а поля сверху и снизу, что позволяет наглядно отразить действие нескольких полей на одно и тоже вещество. Вепольная формула позволяет отыскивать эффективный путь преобразования ТС. Например, дана смесь одинаковых по размерам и имеющих одну и ту же плотность кусочков коры и древесины. Как их разделить? Даны два вещества, причем ни одно из них не является инструментом и в системе нет поля. При обозначении вредного (ненужного) взаимодействия волнистой линией, решение задачи можно записать: В1 В2 П В1 В2. Если оба вещества имеют одинаковую плотность и электризуются одинаково, тогда в одно из веществ (до рубки дерева) вводят третье вещество В3 (например, ферромагнитный порошок) и получают комплексный веполь: В1 В2 П (В3 В1) В2. Необходимо помнить, что введение новых веществ и полей - отступление от идеала. Поэтому, составляя вепольные формулы, важно как можно меньше отойти от идеала - простого веполя "треугольника". Такой отход необходим и допустим лишь в той мере, в какой усложнение вепольной структуры компенсируется увеличением числа функций, появлением новых полезных качеств. 2.2.2. Правила построения и преобразования веполей Представление ТС в виде веполей наталкивается на определенные психологические трудности. Необходимо помнить, что веполь - система из трех элементов Bl, В2 и П - играет в технике ту же роль, что треугольник в геометрии. Зная правила построения и преобразования веполей, можно легко решать некоторые задачи. Вепольный анализ проводится в оперативной зоне возникновения задачи, т.е. там, где выявлено физическое противоречие. В этом месте обязательно должны быть два вещества В1 и В2, полезно или вредно взаимодействующие между собой, и поле П, которое связывает эти два вещества. Всегда, изучая задачу, в первую очередь необходимо проверить, есть ли в оперативной зоне полный веполь и, если не хватает какого-либо элемента ввести его в систему. Причем в оперативной зоне задачи всегда есть какие-то вещества или вид энергии и необходимо заставить поработать их на поставленную цель. Веполь условен - это своеобразная графическая модель системы, позволяющая понять ее состояние. Если веполь неполный, т.е. в нем не хватает В или П, его надо достроить. Если он полный, но неэффективный, его надо развить, задействуя новые вещества или поля. Если веполь "вредный", т.е. сам порождает нежелательные явления, его надо разрушить и заменить новым. Развитие всех видов веполей выглядит следующим образом: неполный веполь полный веполь цепной (сложный) веполь форсированный веполь (дробление, динамизация, переход к пористым веществам, структурирование вещества, согласование ритмики) феполь форсированный феполь свертывание, переход в надсистему и к подсистемам. Эти эволюционные шаги отображают общую линию развития любой ТС и наиболее полно представлены в стандартах. При достройке веполя всегда предпочтительно не вводить новые вещества и поля, а использовать имеющиеся в системе, при необходимости видоизменив их. Важным моментом в вепольных построениях является то, что веполь в качестве энергии и веществ охотно включает в себя магнитное поле и ферровещества с образованием феполя, дающего сильные решения, так как и магнитное поле, и ферромагнетики эффективно управляются. Линии общего развития веполей: простейший веполь, обеспечивающий минимальную работоспособность системы и состоящий из трех элементов; сложный веполь, включающий дополнительные вещества и поля; цепной веполь - к одному из имеющихся веществ подключается новое поле и новое вещество, а образовавшийся новый веполь в свою очередь может взаимодействовать с другой группой вещества и полей и т.д., образуя единую цепь для достижения поставленной цели; форсированные веполи (дробление, динамизация и т.д.); феполи; сворачивание всех веществ в одно; передача функции вепольной системы в надсистему. Можно выделить следующие правила преобразования веполей: 1. Правило достройки веполя - минимально полная ТС заведомо эффективнее неполной системы, поэтому данные в задачах невепольные и неполные вепольные системы необходимо достраивать до полных веполей. Невепольные системы (один элемент - вещество или поле) и неполные вепольные системы (два элемента - поле и вещество или два вещества) необходимо для повышения эффективности и управляемости, достраивать до полного веполя (три элемента - два вещества и поле). Например, золошлаковые отходы размалывают в мелкий порошок с получением смеси золы и недогоревших частиц угля. Для утилизации необходимо разделить смесь мало различающуюся по плотности. Даны два вещества, для достройки веполя необходимо ввести поле. Гравитационное поле из-за отсутствия разницы в удельном весе не подходит. При использовании электрического поля частицы угля заряжаются отрицательно, а частицы золы - положительно, что позволяет надежно сепарировать смесь (веполь: Bl B2 (В2В3) Пэ). 2. Правило развития веполей: с увеличением степени дисперсности В2 (инструмента) эффективность веполя повышается; действие поля на В2 эффективнее действия на В1 (изделие); электрические (электромагнитные, магнитные) поля в веполях эффективнее неэлектрических (механических, тепловых и т.д.). Причем чем меньше


частицы В2, тем более гибким может быть управление инструментом. Например, для очистки горячих газов от немагнитной пыли применяют фильтры, представляющие собой пакет слоенной металлической ткани. Фильтры эффективно задерживают пыль, но с трудом подвергаются очистке. Приходится часто отключать фильтр и регенерировать продувкой в обратном направлении. Как быть? Решение: в качестве фильтра используют ферромагнитный порошок, помещенный между полюсами магнита и образующий пористую структуру. Отключая и включая магнитное поле, можно эффективно управлять фильтром. Поры фильтра могут быть маленькими (когда ловят пыль) и большими (когда идет очистка фильтра). Вепольная система: В1 - пыль; В2 - пакет ткани; П механическое поле сил, создаваемых потоком. Решение: В2 дробиться в ферромагнитный порошок ВФ; действие поля П направляется не на В1 (изделие), а на В Ф (инструмент); само поле становится не механическим (Пмех), а магнитным (Пм): Пмех В1 В2 В1 Вф Пм. 3. Правила разрушения вредных веполей: если одно вещество вредно действует на другое, то между ними вводят третье вещество, при этом желательно, чтобы оно было видоизмененным состоянием одного из двух имеющихся; если поле действует на вещество, то между ними вводят второе поле, нейтрализующее действие первого, или его вредное действие оттягивают на третье вещество. Данные правила используют в задачах, в которых требуется устранить вредное взаимодействие двух объектов. Разрушить связи в треугольнике веполя можно: удалив один из элементов, оборвав связи, заменив поле третьим веществом. Наиболее сильным решением является введение третьего вещества, являющегося видоизменением одного из двух имеющихся. При этом необходимо, чтобы третье вещество было и чтобы его не было, поэтому оно не удорожает систему, не нарушает ее работу. Например, для экономного расходования воды (при охлаждении поверхностей) ее нужно очень мелко распылить. Но вылетающие из распылителя мелкие капельки слипаются друг с другом, образуя большие капли, что нежелательно. Решение: разрушение вредного веполя осуществляется введением между капельками поля противодействующего вредному полю. Вводят электрическое поле, при этом капельки заряжаются одноименным зарядом и отталкиваются. 4. Правило названия: название требуемого эффекта образуется соединением названий двух полей. Применяется, если вещество должно превращать одно поле в другое (или менять параметры поля), причем можно сразу определить необходимый физический эффект, например, веполь: П опт В Пак - даст оптикоакустический эффект. 5. Правило построения цепных веполей: применяется для задач, в которых противоречие возникает из-за того, что необходимо сохранить имеющийся веполь и, в то же время, ввести новое взаимодействие по схеме: . Например, металлический цилиндр обрабатывается изнутри абразивным кругом, в процессе работы круг стирается. Как измерить диаметр круга, не прерывая шлифовки и не выведя круг из цилиндра? В условиях задачи дан веполь полезно используемый: механическое поле П – Пмех через круг В2 действует на цилиндр В1. Решение: инструмент В2 разворачивается в веполь, присоединенный к имеющемуся веполю. В круг вводится тонкая ферромагнитная прокладка В3 не нарушающая процесс шлифовки, а круг помещается в магнитное поле. При изнашивании прокладка укорачивается, изменяя напряженность магнитного поля. Иногда В3, в свою очередь разворачивается в веполь, продолжающий цепь, причем поле на выходе легко измеряется и обнаруживается. Также используется преобразование одного поля в другое или излучение генерируемое самим веществом, входящим в веполь. Двойные и комплексные веполи называют сложными, а комплексный веполь с ферромагнитным порошком комплексно-форсированным (или феполем). Пример использования двойного веполя: при гидравлической разработке месторождений используют гидромониторы, когда мощной высокого давления струей воды разрушают породы. Как улучшить работу гидромонитора? Применяют дополнительное тепловое поле - воду перегревают и она вскипает в трещинах пород, причем производительность повышается в десятки раз. При переходе к комплексному веполю - добавляют третье вещество - в воду добавляют песок и производительность также возрастает. Переход к комплексным веполям - всегда эффективный шаг. Например, разлившуюся на поверхности воды нефть (масло) собирают с помощью плавающих пористых гранул не смачиваемых водой, но хорошо впитывающих нефть. А как потом быстро собрать эти гранулы? Решение: ввести в гранулы ферромагнитный порошок и собирать большим магнитом. На этом веполе построены сотни изобретений из разных областей, например, другие варианты использования феполей: для овализации зерен абразива применяют смесь зерна с ферромагнитными частицами и вращают смесь магнитным полем (а. с.319460); для очистки проволоки от окалины пропускают проволоку через абразивный ферромагнитный порошок, поджимаемый магнитным полем (а. с.333993); для изгибания немагнитных труб предложено наполнять их ферромагнитным порошком и действовать магнитным полем (а. с.523742). Веполи, в которых происходит замена поля на более сильное поле, называют форсированными. Форсирование веполя происходит по цепочке: сложный веполь - форсированный - свернутый. 2.3. Изобретательская ситуация, задача и модель задачи Правильно поставленных изобретательских задач не бывает и процесс решения обязательно предполагает для изобретателя конкретизацию начальных условий. Процесс творчества начинается с выявления и анализа изобретательской ситуации, под которой понимают любую технологическую ситуацию, в которой отчетливо выделена какая-то неудовлетворяющая особенность. Например, следующая ситуация. Для изготовления предварительно напряженного железобетона необходимо растягивать арматуру в виде стальных стержней. В растянутом состоянии арматуру закрепляют в форме и по-


дают в нее бетон. После затвердевания бетона концы арматуры освобождают, она укорачивается и сжимает бетон, повышая его прочность. Применение для растяжения гидравлических домкратов является сложным и ненадежным. Предложен [11] электротермический способ растяжения: арматуру нагревают пропуская ток, она удлиняется и в таком состоянии ее закрепляют. При использовании стальной проволоки из нелегированных сталей для ее удлинения на расчетную величину необходима температура 700 °С. Но проволока теряет свои высокие механические качества даже при кратковременном нагреве выше 400 С. Применять дорогостоящую жаропрочную проволоку недопустимо. В ситуации нет указаний, что допустимо менять в исходной ТС, поэтому одна и та же ситуация порождает разные изобретательские задачи. В большинстве случаев ситуация включает и неверные предписания о направлении решения, уводят от цели. При этом важно умение переводить ситуацию в задачи минимальные (мини) и максимальные (макси). Мини-задача получается из ситуации по схеме: то, что есть, минус недостаток, или то, что есть, плюс требуемое достоинство (новое качество), то есть требуется сохранить существующую ТС, но обеспечить недостающее полезное действие (или убрать имеющееся вредное свойство). Макси-задача получается предельным снятием ограничений и исходную ТС разрешается заменить принципиально иной ТС, то есть требуется новая система для такой-то цели. Проблема выбора задачи - это проблема стратегии изобретательства, но при всех обстоятельствах целесообразно начинать с минимальной задачи, т.к. ее решение, обеспечивая положительный результат, не требует сильного изменения самой системы и гарантирует легкость внедрения и экономический эффект. В обеих формулировках суть дела должна быть изложена просто и ясно так, чтобы все было понятно и не специалисту. Мини-задача предполагает, что результата надо получить при минимальных изменения уже имеющейся ТС. Из одной и той же ситуации можно получить много разных мини-задач. Будущий инженер привыкает к тому, что условиям задачи следует безоговорочно доверять. Поэтому первые встречи с изобретательскими задачами порождают недоумение и неуверенность в том, правильно ли они сформулированы, корректно ли поставлены. На самом деле правильно сформулированных изобретательских задач не бывает. Если абсолютно правильно сформулировать изобретательскую задачу, она перестает быть задачей: ее решение сделается очевидным или же будет ясно, что задача не поддается решению при имеющемся уровне науки и техники. Например, задача на основе рассмотренной ситуации с железобетоном. При изготовлении предварительно напряженного железобетона проволочную арматуру растягивают электротермическим способом. Но при натягивании на расчетную величину (при 700 °С) арматура теряет свои механические свойства. Как устранить этот недостаток? Решение необходимо начинать с построения модели задачи, предельно упрощенной, но в то же время точно отражающей суть задачи: техническое противоречие и элементы и части исходной ТС, конфликт между которыми создает техническое противоречие. Модель задачи - это мысленная, условная схема задачи, отражающая структуру конфликтного участка системы. Например, модель задачи: даны тепловое поле и металлическая проволока, если нагревать проволоку до 700 °С, она получит необходимое удлинение, но утратит прочность. Для перехода от задачи к модели устраняются: специальная терминология (электротермический способ, арматура); лишние элементы ТС (производство железобетона, нагрев электрическим током), так как они могут быть заменены другими (производство армированных стеклянных блоков, инфракрасный нагрев и др.) без изменения сути задачи. В модели остаются только те элементы, которые необходимы и достаточны, чтобы сформулировать техническое противоречие. При построении модели задачи следует брать ту формулировку, в которой речь идет об улучшении (сохранении, усилении и т.д.) основного производственного действия (свойства). Например, из двух формулировок: если нагревать проволоку до 700 °С, она получит необходимое удлинение, но потеряет прочность; и если не нагревать проволоку до 700 °С, она сохранит прочность, но не получит необходимого удлинения, следует выбрать первую, так как она обеспечивает основное действие - удлинение проволоки. При переходе от ситуации к задаче и далее к модели резко уменьшается свобода выбора (т.е. свобода перебора пустых проб) и нарастает "дикость" в постановке задачи, происходит выход в парадоксальную область сильных решений. При построении модели задачи используют термины вепольного анализа: вещество, поле, действие, что позволяет еще до решения представить ответ в вепольной форме. В рассматриваемой задаче даны тепловое поле и вещество, т.е. в модели задачи неполный веполь. Поэтому в ответе будет: "Необходимо ввести второе вещество". Для точного построения модели используют правила: в пару конфликтующих элементов обязательно должно входить изделие; вторым элементом чаще всего бывает инструмент, но в некоторых задачах оба элемента - изделия. Модели задач можно классифицировать на основе вепольной структуры исходной ТС на три типа: дан один элемент; даны два элемента; даны три (и более) элемента. Каждый тип делится на классы - в зависимости от того, какие именно элементы даны (вещества, поля), как они между собой связаны и можно ли их менять. В рассматриваемой задаче в условии даны два элемента (тепловое поле и вещество), поэтому задача относится ко второму типу, причем поле и вещество связаны двумя сопряженными действиями: если проволоку нагревать, она удлиняется, но теряет свойства (одно действие полезно, другое вредно). Задачи первого типа почти всегда решаются достройкой веполя и главное их свойство - стремление к достройке полного веполя. Задачи третьего типа без затруднений переводятся в задачи первого и второго типа. Если, например, по условиям задачи дан веполь (т.е. три элемента), то этот веполь можно рассматривать как один элемент (вещество) и соединять его


по обычным правилам с другими веществами и полями. Классические изобретательские задачи - это задачи второго типа, в которых наблюдается конфликт и столкновение двух противоборствующих тенденций, свойств, требований. Переход от задачи к модели задачи облегчает выявление физического противоречия. При этом следует использовать правило: менять предпочтительно не изделие, а входящую в модель часть рабочего органа системы (изменение изделия может вызвать острое противоречие в нескольких этажах иерархии систем). 2.4. Противоречия: административные, технические и физические Изобретательские задачи отличаются от технических, инженерных, конструкторских задач. Например, построить типовую котельную, имея готовые чертежи и расчеты - задача техническая; рассчитать парогенератор, пользуясь нормативными методами - задача проектанта. Главное, что при решении подобных задач не приходится преодолевать противоречий. Задача становится изобретательской только в случае, если для ее решения необходимо преодолевать противоречие (кроме задач первого уровня, например, в задаче по определению оптимальной толщины термоизоляции). При формулировке изобретательской задачи возникает противоречие: нужно что-то сделать, а как это сделать, неизвестно, которое называют административным противоречием (АП). Иногда неясность выполнения маскируется перечислением возможных вариантов. Техническое противоречие (ТП) возникает, если известными способами улучшить одну часть (или параметр) технической системы, но недопустимо ухудшается другая часть. При этом ТП обусловлено конкретными физическими причинами. Например, при полировании оптических стекол необходимо через вращающийся полировальник подавать охлаждающую жидкость. Сквозь отверстия или поры подавали жидкость, однако "дырчатая" поверхность полирует хуже сплошной. ТП для данной задачи: охлаждающая способность "дырчатого" полировальника вступает в конфликт с его способность полировать стекло ("дырка" хорошо пропускает жидкость, но не может аккуратно сдирать частицы стекла, а твердые участки полировальника, наоборот, способны сдирать частицы стекла, но не пропускают воду). При этом поверхность полировальника должна быть твердой, чтобы полировать и "пустой", чтобы пропускать охлаждающую жидкость. Такое сочетание, когда к одной и той же части системы предъявляются взаимопротивоположные требования, называют физическими противоречиями (ФП). При разрешении противоречия необходимо разъединить противоречивые свойства простыми физическими преобразованиями. Например, использовать переходные свойства вещества - полировальник выполнить из льда с вмороженными в него частицами абразива, лед при полировании плавится, обеспечивая твердую поверхность абразива и холодную воду [11]. Технические противоречия (ТП) отражают конфликт между частями или свойствами ТС (или "межранговый" конфликт системы с надсистемой, системы с подсистемой). Изобретательной ситуации присуща группа ТП, поэтому выбор ТП из группы, равносилен переходу от ситуации к задаче. Существуют типовые Т'П (например, "вес-прочность", "точность-производительность"), которые преодолеваются типовыми же приемами. Для сложных задач необходим анализ причин ТП и переход от ТП к физическому противоречию (ФП). Для перехода необходимо выделить одну часть, а в этой части - одну зону, к физическому состоянию которой предъявляются взаимопротиворечивые требования. Формируется ФП так: "Данная зона должна обладать свойством А (например, быть подвижной), чтобы выполнять такую-то функцию, и свойством анти-А (например, быть неподвижной), чтобы удовлетворять требованиям задачи". "Физичность" ФП, четкая локализация и предельная обостренность конфликта, придают ФП высокую "подсказывательную" ценность. Если ФП сформулировано правильно, задачу, даже сложную - можно считать в значительной мере решенной. Дальнейшее продвижение, с использованием указателя физических эффектов и явлений, не вызывает принципиальных трудностей. Противоречия в технике появляются лишь тогда, когда повышаются требования к той или иной ТС или к ее какому-либо узлу. Причем требования к объекту могут быть самыми различными - отсюда и множественность противоречий. Административные противоречия порождает сам человек, точнее, те организационные обстоятельства, которые он создал. Основные признаки административного противоречия - неясность ситуации, конфликт между человеком и техникой, появление новой потребности при отсутствии средств ее реализации, или неспособность техники удовлетворять старые потребности, но в большем объеме. Преодолевая административное противоречие, выходят на техническое противоречие, возникающее между параметрами системы, ее узлами или группами деталей. Затем возникает физическое противоречие – уже не между параметрами ТС, а внутри какого-либо одного элемента или даже в части его. Выходя в оперативную зону задачи, находят элемент, не выполняющий нужную функцию или порождающий нежелательное явление, и предъявляют к нему требования с позиции идеала. Если в оперативной зоне такого элемента ТС нет, то предъявляют требования идеальности к ближайшему элементу окружающей среды. На этом этапе возникает внешне непреодолимое физическое противоречие, окончательно формируется собственно задача, которую нужно решать, применяя знания по физике, химии и другим наукам. Можно выделить следующие признаки, причины возникновения, возможные последствия и условия разрешения различных противоречий: 1. Административное противоречие - несоответствие в производственной ситуации желаемого и действительного, возникновение противоречий между ТС и человеком или природой; отсутствие новой или исчерпание возможностей старой ТС для удовлетворения повышенной или вновь возникшей потребности; повышение вредного явления на надсистему, природу, человека; анализ ситуации и локализация нежелательного явления, перевод в подсистему и выявление технического противоречия.


2. Техническое противоречие - ухудшение каких-либо частей системы при улучшении других и возникновение нескольких новых технических задач и на уровне системы; исчерпание возможностей ТС, неверный выбор места изменения системы, борьба со следствием, а не с причиной; усложнение системы и подсистемы, резкое повышение материальных и экономических затрат; проведение причинно-следственного анализа, выявление первопричины возникновения нежелательного явления и микрозадачи в подсистеме, определение физического противоречия. 3. Физическое противоречие - возникновение противоречивых требований к физическому состоянию одного элемента подсистемы, выявление одной новой физической задачи на уровне подсистемы, необходимость внесения изменений в один элемент или в часть его; несоответствие состояния вещества элемента или вида энергии требуемому; усложнение системы, введение новых элементов и новых видов энергий; уточнение физических требований по времени и пространству, задействование ранее неиспользуемых веществ и энергий, имеющихся в системе, подсистеме и надсистеме, использование знаний законов природы. Переформулирование задачи, освобождение ее от лишних подробностей и есть первый творческий этап изобретателя. Правильно сформулированная задача уже сама дает ответ. Превращение изобретательской ситуации в мини-задачу с четким противоречием - это и есть начальный этап в технологии изобретательства. 2.5. Основные механизмы устранения противоречий В АРИЗ используется четыре механизма устранения технических противоречий: переход от данной в модели задачи ТС к идеальной системе путем формулирования идеального конечного результата (ИКР); переход от технического противоречия к физическому противоречию; использование вепольных преобразований для устранения физических противоречий; применение системы операторов, в сконцентрированном виде отражающей информацию о наиболее эффективных способах преодоления технических и физических противоречий (списки типовых приемов, таблицы использования типовых приемов, таблицы и указатель применения физических эффектов) [11]. Формулировка идеального конечного результата (ИКР) необходима для перехода к сильным решениям высокого уровня и осуществляется по схеме: один из элементов конфликтующей пары сам устраняет вредное (ненужное, лишнее) действие, сохраняя способность выполнять основное действие. Идеальность решения обеспечивается тем, что нужный эффект достигается "даром" без использования дополнительных средств. Например, для задачи о предварительно напряженном железобетоне ИКР запишется так: "Тепловое поле само предотвращает порчу проволоки, обеспечивая, тем не менее, требуемое тепловое удлинение". Пародоксальность резко усилилась, так как тепловое поле должно не только осуществлять несовместимые действия, но и делать это само - без дополнительных машин. ИКР может включать понятия: об идеальной машине - машины нет, но требуемое действие выполняется; идеальном способе - расхода энергии и времени нет, но требуемое действие выполняется, причем саморегулированно; идеальном веществе - вещества нет, но его функция выполняется. Мышление при работе по АРИЗ должно быть четко ориентировано на идеальное решение. Например, если есть вредный фактор, с которым надо бороться, то идеально чтобы этот фактор исчез сам по себе, сам себя устранил, можно устранить его, сложив с другим вредным фактором или, еще более идеальное, - вредный фактор начинает приносить пользу. Идеальность машин может обеспечиваться тем, что ее функцию по совместительству начинает выполнять другая машина. Идеальность способа может достигаться выполнением требуемого действия заранее, благодаря чему в нужный момент на это действие не приходится тратить ни времени, ни энергии. Нацеленность на идеал необходима на всех этапах решения задачи, если, например, вепольный анализ указывает - надо ввести вещество, следует знать, что наилучшее вещество, - когда вещества нет, а его функция выполняется. Например, один способов эффективно вводить вещество, не вводя его: одно вещество поочередно выступает в двух видах или вещество вводится на время. При этом переход к ИКР отсекает без перебора все решения низших уровней. Стремление сделать машину идеальнее - проявление объективного закона ее развития. Функции идеальной ТС выполняет надсистема, в которую она входит или окружающая среда. Например, самозатачивающийся инструмент (ножи, плуг и т.д.), выполняется трехслойным: средняя часть из твердого материала, а по краям мягкого; при этом края инструмента сдираются быстрее, чем средняя часть, и в результате инструмент всегда оказывается заточенным, причем с помощью внешней среды. Возможны три пути повышения степени идеальности: повышение многофункциональности ТС; сворачивание частей и системы в рабочий орган; переход в надсистему. Процесс идеализации идет своеобразными волнами: вначале ТС расширяет свои функции, усложняется, обрастает вспомогательными устройствами. Затем она вновь упрощается, хотя количество функций не уменьшается. Далее следует новый цикл - новое "разбухание" и последующее "сворачивание". Наконец происходит полное сворачивание ранее разветвленной ТС в одно "идеальное" вещество, которое, являясь основным рабочим органом, с успехом выполняет все многочисленные функции. При приближении к идеалу ТС вначале борется с силами природы, с окружающей средой, затем приспосабливается к ним и, наконец, использует их для своих целей. Закон повышения степени идеальности наиболее эффективно применяется к тому элементу, который непосредственно расположен в зоне возникновения конфликта или сам порождает нежелательные явления. При этом повышение степени идеальности, как правило, осуществляется применением незадействованных ранее веществ и энергий, имеющихся в зоне возникновения задачи.


Дальнейший отсев происходит при формировании физического противоречия. Например: "тепловое поле должно нагревать проволоку, чтобы она удлинялась, и не должно нагревать проволоку, чтобы она не портилась". В физическом противоречии "дикость" требований достигает предела, причем отпадают все варианты, кроме одного или нескольких максимально близких ИКР. Число оставшихся вариантов не превышает числа комбинационных приемов и физических приемов для устранения данного физического противоречия. Для разрешения физических противоречий применяются принципы разрешения противоречий (во времени и в пространстве), и при этом используются системные свойства фазовых переходов вещества из одного агрегатного состояния в другое. Можно сформулировать несложные правила выбора принципа в зависимости от конкретной ситуации: 1. Если от объекта (вещества, поля) требуется проявление противоположных свойств в одно и то же время, то такое противоречие разрешается разнесением этих свойств в пространстве объекта. 2. Если от объекта (вещества, поля) требуется проявление противоположных свойств в одном и том же месте пространства, то такое противоречие разрешается разнесением этих свойств во времени. 3. Если от объекта (вещества, поля) требуется проявление противоречивых свойств в одном месте пространства и в одно время, то разнесение свойств в пространстве осуществляется в подсистеме, а разнесение свойств во времени - в надсистеме или наоборот. Для реализации указанных правил используются следующие возможности. На макроуровне вещества: системные переходы - объединение однородных и неоднородных объектов и систем, объединение системы с антисистемой, разделение системы или объекта на части и придание каждой требуемых свойств. На микроуровне вещества: фазовые переходы - изменение агрегатного состояния вещества, замена однофазного вещества двухфазным, а также физико-химические эффекты и явления. Переход от физического противоречия к решению облегчается вепольным анализом, причем уже при построении модели задачи вепольный анализ позволяет в общем виде представить пути решения. Например, в модели задачи о напряженном железобетоне речь идет о поле и веществе, поэтому необходимо вводить второе вещество. Сопоставив этот вывод с формулировкой ИКР, можно выявить вепольное противоречие: второе вещество должно быть, чтобы веполь был достроен и второго вещества не должно быть, чтобы не отступать от ИКР. Такое противоречие преодолевается использованием "раздвоения" вещества: в качестве второго вещества берут часть первого или вводят второе вещество, являющееся видоизменением первого. Например, решение задачи о напряженном железобетоне: берутся две проволоки, тепловое поле нагревает одну и не нагревает другую, причем удлинение первой проволоки передается второй проволоке (без передачи тепла). При этом жаропрочный не расходуемый стержень нагревают до высокой температуры, происходит его удлинение и в таком состоянии он прикрепляется к проволоке. При охлаждении стержень укорачивается и растягивает проволоку, остающуюся холодной. Таким образом, в решении использована идея электротермического домкрата [11]. Причем физическое противоречие устранено точно: тепловое поле нагревает и не нагревает проволоку с условием, что раньше имелась в виду одна и та же проволока, а в решении речь едет о разных проволоках. Преодолевать технические противоречия надо опираясь на знание законов и развития ТС. Можно пользоваться следующими правилами: 1) сначала надо попытаться устранить источник зла, а потом, если это не удается, начать борьбу с самим злом; 2) противоречие надо усиливать, обострять, доводить до предела; 3) тактика решения задач, основанная на применении законов развития, парадоксальна и ведет к диким, немыслимым на первый взгляд ответам, причем не надо бояться таких ответов. Необходимо ясно видеть диалектический процесс упрощения-усложнения ТС. В каждом конкретном случае надо уметь выявлять оперативную зону, в пределах которой следует увеличивать идеальность, "оттесняя" сложные объекты из этой зоны надсистему. За пределами оперативной зоны идеальность может оставаться без изменений или даже несколько уменьшаться за счет процесса "оттеснения". Поэтому сильное решение задачи имеет две особенности: 1) громоздкое и тяжелое оборудование "оттеснено" за пределы оперативной зоны и 2) происходит не просто механическое "оттеснение", а одновременно - упрощение. Таким образом, при переходе от изобретательской ситуации к задаче и затем к модели задачи возникает цепочка решений: идеальное решение (сформулирован ИКР); вепольное решение (найден ответ в вепольной форме); физическое решение (сформулировано физическое противоречие и найден физический принцип его устранения); техническое решение (разработка идеи на уровне требований, предъявляемых к заявке на изобретение); расчетное решение (обоснование основных характеристик новой ТС). 2.6. Приемы решения изобретательских задач 2.6.1. Типовые приемы устранения технических противоречий [11]. 1. Принцип дробления: а) Разделить объект на независимые части. Например, при очистке газов от пыли или золы необходимо добиваться увеличения размеров частиц, их объединения в более крупные образования, так как крупную пыль легче фильтровать и улавливать. Для укрупнения частиц газовый поток с пылью разделяют на два и заряжают в каждом потоке частицы пыли разноименными электрическими зарядами, а затем соединяют потоки. Происходит электростатическое агрегатирование, с образованием крупных частиц пыли более эффективно отделяемых в фильтрах. б) Выполнить объект разборным. Например, зеркальные стекла, в отличие от оконных, должны иметь более ровную поверхность. Появление волнообразных искривлений стекла связано с тем, что в процессе изготовления


горячее не отвердевшее стекло на рольганге провисает (при горизонтальной вытяжке). Рольганг усовершенствовали путем дробления опорных элементов: диаметр валков уменьшили, а количество увеличили. Однако длинные и тонкие валики также имеют свой прогиб, который приводит к искривлению поверхности стекла. Дальнейшее увеличение числа валиков приводит к сложной в изготовлении и эксплуатации конструкции. Следующий переход на микроуровневое дробление - к рольгангу, вращающиеся опорные элементы которого уменьшаются до уровня молекул. Вращающиеся подвижные молекулы - это и жидкость, поэтому рольганг с молекулярными роликами - это воздушная подушка или ванна с жидкостью (сплав свинца и олова), обеспечивающие застывание стекла с гладкой и ровной поверхностью. 2. Принцип вынесения или выделения нужных свойств: отделить от объекта "мешающуюся" часть (свойство) или наоборот, выделить единственно нужную часть (или свойство); объект делится на разные части (в отличие от 1, а). Актуальной является проблема слива из цистерн загустевших на холоде жидкостей, например, мазутов. Жидкость надо разогреть, но греть всю цистерну целиком с поверхности дело долгое и малоэффективное. У стенок цистерны жидкость опасно перегревается, в глубине остается холодной, густой, так как ее теплопроводность низкая и конвекции нет. Разогрев острым паром, подаваемым в цистерну, приводит к обводнению топлива и снижению его качества. Поэтому предлагается (а. с.1276603) разогревать не целиком цистерну, а небольшую буферную емкость с той же жидкостью (мазутом). При этом из буферной емкости разогретую жидкость подают насосом в цистерну, размывают в ней жидкость горячей струей, перемешивают, частично отсасывают обратно в буферную емкость, которая тем временем продолжает разогреваться, и потом опять в цистерну под напором – до полного разогрева. Пример на вариант деления объекта на разные части: в устройстве для переработки твердых радиоактивных отходов (пат. 2051431*) над индукционным тиглем выполняют две шахты (вместо одной), причем в первую загружают перерабатываемые отходы, которые сгорают до золы, расплавляемой в индукторе, а во вторую шахту подаются абсорбенты и стеклообразователи, обогреваемые дожигаемыми газами пиролиза из первой шахты, таким образом в каждой шахте реализуется отдельный процесс на оптимальном уровне. 3. Принцип местного качества а) Перейти от однородной структуры объекта или внешней среды (внешнего воздействия) - к неоднородной. Например, структура турбулентного движения газа в гладком канале такова, что пульсации, обеспечивающие эффективный теплообмен, возрастают при удалении от стенки. Величина теплообмена зависит от разности температур между стенкой и проходящим газом. Наибольшее сопротивление передаче тепла возникает у самой стенки, занимающей не более 5 % радиуса трубы. Поэтому необходимо дополнительно турбулизировать поток так, чтобы пульсации возросли только в этом узком пристеночном слое, сохранившись прежними в середине потока. Тогда затраты энергии на дополнительную турбулизацию будут минимальными, а эффект максимальный. По способу интенсификации теплообмена (открытие СССР № 242) создаются небольшие поперечные выступы на внутренней поверхности теплообменных труб (высотой не более 5 10 % от их радиуса), обеспечивающие опережающий рост теплоотдачи, по сравнению с гидравлическим сопротивлением. Такие плавные выступы, получаемые, например, накаткой шариками или роликами на токарном станке, и приводят к образованию продольных завихрений активизирующих теплообмен. Это уменьшает в 1,5-5-2 раза габариты теплообменников, позволяет интенсифицировать тепловые процессы при кипении и конденсации. Интенсификация теплообмена определяется турбулизацией, с образованием микровихрей в ламинарном гидродинамическом подслое. Кроме того, турбулизация ламинарного подслоя препятствует солеосаждению на поверхности. Например, при омывании такой трубы водой с солесодержанием 15 20 мг-экв/л в течение 300 часов коэффициент теплопередачи понижается на 10 15 %, а эффективность гладких поверхностей в этих условиях падает более чем в 10 раз. Оптимальные соотношения размеров микровыступов: d /D = 0,94 0,95; /D = 0,3 0,5; где D - внутренний диаметр трубы; d диаметр по выступам внутри трубы; - шаг впадин на внешней поверхности трубы. Для труб диаметром 24 мм при толщине стенки 1 мм ширина канавок не менее 2 мм, при этом труба по прочности не уступает гладкой. б) Разные части объекта должны выполнять (иметь) различные функции. При сжигании в топках котельных агрегатов одновременно мазута, угольной пыли и всевозможных горючих газов приходится устанавливать горелки разных типов. В связи с переходом на рыночные отношения в промышленной теплоэнергетике будут использоваться различные топлива: пыль низкосортных углей, малокалорийные газы, например, отходы химических производств, биогазы, полученные из продуктов очистки сточных вод, газы от пиролиза твердых горючих отходов, а также различные технологические газы. Эти виды топлива низкокалорийны, забаллостированы, но при комбинированном употреблении с углем, мазутом и природным газом, могут обеспечить экономический эффект. Но у этих топлив разные условия сгорания и требования к горелочным устройствам крайне противоречивые. Предлагается (а. с. 1081383, 1116273) применять раздельную подачу топлив к факелу. Для сжигания мазута используется форсунка, установленная по центру. Вокруг мазутного факела подается пылевоздушная смесь, а для газов разной калорийности по периферии предусмотрена система подающих каналов. Горелка смонтирована так, что начальные зоны горения разных видов топлива оказываются аэродинамически разделенными. Поэтому резко вспыхивающий мощный факел природного газа не забьет (не сорвет) пламя более вяло горящей угольной пыли. С применение подобных многотопливных горелок упрощается процесс автоматизации, управления и контроля, оптимизируется сжигание различных топлив.


в) Каждая часть объекта должна находиться в условиях, наиболее благоприятных для ее работы. Например, для борьбы с пылью на рабочие органы машин (песко- и дробеструйная обработка) подают воду в виде конуса мелких капель. Чем мельче капли, тем лучше пылеподавление, но мелкие капли образуют туман, затрудняющий работу. Решение: вокруг конуса мелких капель создается слой из крупных капель. г) Каждая часть объекта должна находиться в условиях, обеспечивающих максимальную производительность объекта. Например, при нагреве металла с поверхности дугой и одновременном вводе легирующих элементов наблюдается низкий КПД нагрева и угар лигатур. В устройстве для легирования расплава (а. с. 1300038*), содержащем два коаксиальных электрода и диэлектрический элемент между ними, через который подаются газ и легирующие порошки, для повышения эффективности легирования путем интенсификации теплообменных процессов в расплаве, внешний электрод имеет радиальные отверстия и охвачен огнеупорным стаканом. Это позволяет заглублять плазменную дугу под уровень расплава, что обеспечивает высокий тепловой КПД и максимальное использование лигатур. 4. Принцип ассиметрии а) Перейти от симметричной формы объекта к ассиметричной. Например, воронка для сыпучих материалов, включающая конусную часть и примыкающий к ней цилиндрический канал, для увеличения пропускной способности воронки, выполнена так, что ось цилиндрического канала смещена относительно оси конусной части на расстояние 0,35 0,5 диаметра канала. Другой пример: противоударная автомобильная шина имеет одну боковину повышенной прочности - для лучшего сопротивления ударам о бордюр тротуара. б) Если объект уже асимметричен, увеличить степень асимметричности. Например, крупные цилиндрические трубы, применяемые для перекачки жидкостей и газов, по энергозатратам далеко не совершенны. В трубах с переменным поперечным сечением, например, асимметричных и волновых, потери энергии значительно ниже. Для ламинарного режима течения получено 80 % снижения полного сопротивления. В турбулентном режиме, в диапазоне чисел Рейнольдса Re = (0,15 1,08) 105, снижение сопротивления составляет -(24 48) % (ИФЖ, 1992, № 4). 5. Принцип объединения а) Соединить однородные или предназначенные для смежных операций объекты. Например, при прокладке теплофикационных труб глубина траншеи определяется, в основном, для защиты от замерзания в зимних условиях воды в обратных трубах. Для снятия этого ограничения можно использовать двойные трубы с общей стекловатной термоизоляцией и едином гидроизоляционном (ПВХ) кожухе (в форме эллипсоида). Такие трубы можно закапывать всего на 0,4 м при температуре -40 °С, с минимумом потерь тепла и исключением замерзания воды в обратном трубопроводе. б) Объединить во времени однородные или смежные операции. Например, сдвоениый микроскоп-тандем: работу с манипулятором резкости ведет один человек, а наблюдением и записью занят второй. В устройстве для переработки твердых радиоактивных отходов (пат России № 2012080*) одновременно во времени осуществляются процессы: пиролиза, газификации, сжигания, абсорбции, стеклования и контейниризации отходов, что повышает радиационную безопасность и сокращает количество вторичных отходов. в) Объединить в пространстве места выделения энергии и ее потребления. Например, в плазмохимическом реакторе (а. с.986287*), состоящем из плазмотрона, форсунки для ввода материала, цилиндрической реакционной камеры, расположенной между плазмотроном и форсункой, а также закалочного устройства, установленного коаксиально с реакционной камерой, для повышения эффективности работы, форсунка выполнена в виде расходуемого полого графитового катода с возможностью поступательного перемещения и снабжена механизмом подачи в реакционную камеру. Совмещение зоны выделения энергии в плазменной дуге и зоны нагрева материалов, позволяет увеличить КПД процесса. 6. Принцип универсальности: объект выполняет несколько разных функций, благодаря чему отпадает необходимость в других объектах. Например, ручка для портфеля одновременно служит экспандером для руки (а. с. 187964). Другой пример: строительство высоких и сверхвысоких труб не снижает проблемы загрязнения, так как диоксиды серы и азота, переносятся верхними слоями атмосферы в другие районы с выпадением кислых дождей. Современная техника позволяет сделать к каждой теплоэнергетической установке эффективное очистное устройство, но экономика диктует свое: очистные дороги и при строительстве и при эксплуатации. Предлагается в основании ствола трубы (металлической, кирпичной или железобетонной с кислотостойкой футеровкой) над устьем дымохода устанавливать стальной усеченный конус-теплообменник с ребристой поверхностью, причем к его верхней части наклонно приварен плоский диск-шайба, так что между поверхностью конуса и внутренними стенками трубы получается герметичный резервуар, в котором циркулирует проточная oxлаждающая вода. Газы, выйдя из конуса, смешиваются с потоком воздуха, который засасывается в трубу через окно в стенке над диском. Окно имеет заслонку для регулирования расхода холодного воздуха. Ребра выполняются на внутренней поверхности конуса для увеличения поверхности теплообмена. Влага из газа и содержащиеся в нем загрязнения конденсируются и стекают по стенкам трубы на диск и далее по лотку для выгрузки конденсата в отстойник. Входной и выходной патрубки системы водяного охлаждения могут быть подключены к системе горячего водоснабжения. Таким образом, дымовая труба выполняет одновременно несколько функций: рассеяние дыма, очистку и роль теплообменника. В устройстве для металлотермического восстановления металлов (а. с. 1818848*) также реализуется принцип универсальности - в одном aппарате последовательно осуществляются следующие процессы: подача таб-


летированной шихты, восстановление, плавление, отделение шлака, рафинирование, кристаллизация, вытягивание слитка, причем не требуется разгерметизации системы и исключается ручной труд. 7. Принцип "матрешки" а) Один объект размещен внутри другого, который, в свою очередь, находится внутри третьего и т.д. Например, КПД обычного эжектора (жидкостного), определяемого как соотношение полученной потенциальной энергии струи к энергии затраченной, не превышает 0,15. Поэтому струйные эжекторы используют лишь там, где не пригодны насосы механические. Например, при отсосе воздуха из конденсаторов паровых турбин, здесь нужен вакуум более 97 %, многие механические водокольцевые насосы достигают разрежения не более 90 %, а лучшие механические водокольцевые насосы достигают разрежения не более 92 %. Классические эжекторы имеют следующие недостатки: работают в узком диапазоне разрежения, причем устойчивость работы полностью зависит от заданных геометрических размеров сопла и эффективно работают только в одном расчетном режиме; активная струя захватывает пассивную струю только своей поверхностью, внутренняя часть струи с пассивной средой не контактирует; увеличить КПД струйного эжектора можно лишь за счет увеличения скорости истечения. Для устранения этих недостатков предлагается (а. с.1201556) усовершенствование эжектора с заменой сплошной рабочей струи жидкости набором концентрических кольцевых струй. Каждая из концентрических трубчатых струй сужается по мере удаления от сопла. Пассивная струя проникает в зазоры между концентрическими струями эжектируясь во внутренние слои. Подобный щелевой эжектор имеет следующие преимущества: эффективно работает в широком диапазоне разряжения, имеет вдвое выше коэффициент инжекции. б) Один объект проходит сквозь полость в другом объекте. Например, КТАНы (контактные теплообменники с активной насадкой) - включающие трубчатый теплообменник, расположенный внутри оросительного и имеющие высокую теплопередающую эффективность [13]. Для утилизации теплоты продуктов сгорания с температурой 100 200 °С устанавливается перед дымососом контактный экономайзер. При этом дымовые газы проходят в корпусе экономайзера через слой керамических колец сверху орошаемых водой. Однако, у этой схемы наблюдаются недостатки: высокое сопротивление по газам; низкий коэффициент теплопередачи, снижающий эффективность теплообмена; большие габариты и металлоемкость; надежно работает только с чистыми продуктами сгорания, так как слой колец быстро загрязняется. Предложены контактные теплообменники с активной насадкой, содержащие трубчатый теплообменник, помещенный внутрь корпуса вместо слоя керамических колец. По трубчатому змеевику циркулирует вода и нагревается орошаемыми струйками и дымовыми газами. Преимущества данных теплообменников: снижается гидравлическое сопротивление в 2 2,5 раза; уменьшаются габариты установки; эффективно используется теплота фазового перехода, выделяющаяся при конденсации водяных паров из продуктов сгорания. Снабжение котлов такими контактными экономайзерами позволяет повысить КПД котлов до 105-108 % (при расчете по Qнр). 8. Принцип антивеса а) Компенсировать вес объекта соединением с другим объектом, обладающим подъемной силой. Если нужно менять массу движущегося тела, а массу менять нельзя по определенным соображениям, то телу надо придать форму крыла и, меняя наклон крыла к направлению движения, получать дополнительную силу, направленную в нужную сторону. б) Компенсировать вес объекта взаимодействием со средой (преимущественно за счет аэро- и гидродинамических сил). Например, опоры тяжело нагруженных конвейерных лент часто выходят из строя, этого можно избежать, если ленты установлены на поплавки, помещенные в резервуары с жидкостью. 9. Принцип предварительного антидействия (напряжения): если по условиям задачи необходимо совершать какое-то действие, надо заранее совершать антидействие; заранее придать объекту изменения (напряжения), противоположные недопустимым или нежелательным изменениям (напряжениям). Например, предварительно напряженного железобетона - арматура растягивается перед заливкой бетона. Или - стальная пружина будет прочнее, если заготовку предварительно растянуть, скрутить, снова растянуть и лишь после этого навить пружину. 10. Принцип предварительного исполнения или действия: а) Заранее выполнить требуемое действие или изменение объекта полностью или хотя бы частично. Например, имеется тенденция по снижению качества угля, за счет повышения зольности и влажности. Для сжигания забалластированного топлива используется подсветка или совместное сжигание угля, мазута, природного газа, причем иногда 25 30 % получаемого тепла дают добавки природного газа или мазута на подсветку. Кроме того, совместное сжигание угля и мазута приводит к выделению вредных оксидов азота. Предлагается использовать принцип предварительного нагрева угля: перед топкой устанавливается цилиндрическая форкамера с тангенцально расположенными мазутными (газовыми) горелками (а. с.1170226). По оси форкамеры подается угольная пыль и нагревается до 800 900 °С. Для исключения использования дополнительного топлива в форкамере организуется функционирование кипящего слоя (а. с.1224508). В слое используется дробленый уголь ожижаемый воздухом. При этом уголь газифицируется, получаемый газ смешивается с основным потоком угольной пыли, разогревает его до 900 °С и обогащенная искусственным газом смесь сгорает более эффективно.


б) Заранее расставить объекты так, чтобы они могли вступить в действие без затрат времени на доставку и с наиболее удобного места. Например, дело из зарубежной уголовной практики. Фирма выпускала химические продукты, в том числе этиловый спирт, который поставлялся на лакокрасочный завод. Раз в неделю приезжал грузовик с цистерной, ее заполняли и опломбировали. На месте слива тщательно замерялось количество спирта. С некоторого времени спирт стал исчезать - недоставало 15 30 л каждый раз. Проверили дозиметры, герметичность цистерны, пломбы - все в порядке. Хозяин фирмы распорядился возить спирт в сопровождении охраны и частных детективов - не помогло. Решение по пункту 10: если действие, которое трудно совершить в данный момент, может быть осуществлено до этого момента. Трудно похитить спирт из запечатанной и охраняемой цистерны, но легко, когда цистерна пуста и не охраняется. Шофер накануне подвешивал ведро внутри пустой цистерны вне предела видимости из верхнего люка. Когда цистерна заполнялась, то ведро тоже заполнялось. Спирт сливался, а в ведре оставался. Когда пустая цистерна возвращалась в гараж и охрана снималась, он спокойно извлекал свою добычу. В конце концов, хитроумный шофер был разоблачен и наказан. В отечественной практике описан аналогичный случай, но шофер действовал более изобретательно: он под видом обнаруженной утечки из цистерны написал заявление о необходимости проведения лудильных работ для устранения трещин, после окончания ремонтных работ он помещал в цистерну ватную фувайку и ехал на заправку спиртом, а после его слива, уже в гараже, спокойно отжимал спирт. Когда фувайка все же была обнаружена, шофер оправдался тем, что одежду забыли ремонтники, т.е. его формально не за что было наказывать. Любое воровство является ненадежным делом и в данном случае шофер дополнительно использовал следующий принцип 11. 11. Принцип "заранее подложенной подушки": компенсировать относительно невысокую надежность объекта заранее подготовленными аварийными средствами. Пример из садоводства: при формировании кроны на ветвь дерева до опиливания ставят кольцо, сжимающее древесину. Дерево «чувствует» воздействие и направляет к этому месту питательные вещества, накапливающиеся до спиливания и способствующее быстрому заживлению (а. с. 456594). Пассивная протекторная защита от коррозии теплоэнергетического оборудования является типичным проявлением данного принципа, например, в водонагревателях солнечных коллекторов, нагревающих воду до 95 °С, используются стальные трубы закрытые стеклом. Циркуляция воды в них естественная, поэтому теплоноситель содержит атмосферные газы, являющиеся источником коррозии внутренних стенок труб. Для защиты от коррозии в трубы заранее при монтаже коллектора закладывают сплетенные шнуры из стальной стружки (отходы токарных работ). Поверхность стружки захватывает пузырьки воздуха и химически связывает кислород, защищая внутреннюю поверхность от ржавчины, а шнуры по мере износа заменяются (а. с. 909459). Другой способ обескислороживания воды в котлах и трубопроводах предполагает закрепление на крышках люков барабана котла болтами чушкового или пластинчатого цинка, который вступает в реакцию с кислородом, поглощая его из воды. 12. Принцип эквипотенциальности: изменить условия работы так, чтобы не приходилось опускать или поднимать объект, например, применение подающих и отводящих рольгангов в термических печах на одном уровне. 13. Принцип "наоборот" а) Вместо действия, диктуемого условиями задачи, осуществить кратное действие (например, не охлаждать, а нагревать и наоборот). В частности, постулат немецкого физика Рудольфа Клаузиуса гласит: "Теплота не может сама собой перейти от менее нагретого тела - к более нагретому", и запрещает возможность создания вечного двигателя второго рода, работающего на рассеянной в окружающей среде энергии. Однако, аккумулирование энергии возможно при ускоренном намораживании льда с дождеванием воды при отрицательных температурах окружающей среды: в зависимости от температуры окружающего воздуха зимой подбираются производительность насосной станции, условия и высота распыления воды через насадки. Можно получить лед рыхлый, пористый, зернистый или монолитный и твердый, который затем использовать для накопления холодной воды на лето или создания искусственных снежных покровов в бесснежные зимы и др. Возможно аккумулирование льда в специальных хранилищах типа термосов, с последующим использованием его в качестве холодильного агента при переработке и хранении сельхозпродуктов или для поддержания микроклимата при выращивании скота (например, при намерзании 1 кг льда высвобождается 334 кДж) [14]. б) Сделать движущуюся часть объекта (или внешней среды) неподвижной, а неподвижную - движущейся. в) Перевернуть объект "вверх ногами", вывернуть его. Например, в устройстве для струйной обработки металла (а. с. 1783844*) используется ковш, состоящий из двух камер с электродами, соединенных между собой шиберным затвором, причем ковш имеет возможность поворачиваться "вверх ногами" на 180 . При этом реализуется возможность многократного перелива (по аналогии с песочными часами) с наложением на струю металла напряжения и нагрев плазменной дугой возникающей в объеме струи. 14. Принцип сфероидальности а) Перейти от прямолинейных частей к криволинейным; от плоских поверхностей к сферическим; от частей, выполненных в виде куба или параллелепипеда, к шаровым конструкциям. б) Использовать ролики, шарики, спирали. Например, устройство, предотвращающее образование накипи, содержит кольцевую обойму с помещенным в нее шариком и движущимся с большой скоростью, например, под действием сжатого воздуха. Обойма охватывает теплообменную трубу или коллектор экранного пучка. При


движении шарика возникают колебания широкого спектра частот и амплитуд. Вибрации передаются на поверхность теплообменной аппаратуры, при этом на внутренних стенках сокращается отложение накипи. в) Перейти от прямолинейного движения к вращательному, использовать центробежную силу. Например, устройство для вварки труб в трубные решетки теплообменников имеет электроды в виде катящихся шариков. Существует проблема зажигания горелок находящихся в глубине топочного пространства напорных котлов и в камерах сгорания ГТУ. У существующих электрозапальных устройств (например, электро-искровых типа ЗЗУ) наблюдаются следующие недостатки: чтобы зажечь струю распыленного топлива (уголь или мазут) иногда искры недостаточно, необходимо на некоторое время сформировать устойчивый огненный факел. В высокоскоростном потоке дутьевого воздуха пламя факела срывается, гаснет и основное топливо горелки не воспламеняется. Сбой в растопке котла может привести к чрезмерной загазованности топки, хлопку и даже взрыву смеси. Поэтому, после неудачной попытки поджига горелки необходимо тщательно провентилировать объем топки и газоходы. Еще сложнее дело обстоит с ГТУ - здесь необходимо зажигать одновременно несколько горелок в камере сгорания. Если хотя бы одна горелка не воспламенилась, приходится гасить все остальные и проводить вентилирование. Ложный пуск связан с потерей времени, топлива и моторесурса ГТУ. Устойчивый протяженный факел горения можно получить в вихревом устройстве, содержащем: запальную свечу, вихревую камеру с тангенциальным воздушным соплом и каналом подачи горючего газа, и цилиндрическую трубу огнепровода. При этом газ и воздух смешиваются в определенной пропорции, закручиваются в спиральный вихрь, смесь поджигается свечой в первичном очаге горения и в огнепроводе образуется пламенный жгут, представляющий собой трубчатый фронт пламени значительной протяженности. На торце трубы формируется устойчивый факел, не сдуваемый сильным поперечным потоком воздуха и обеспечивающий воспламенение основной горелки. Другой пример: водогрейный котел без нагревательных труб - вода нагревается путем непосредственного контакта с пламенем газовой горелки. При этом используется гидроциклонная установка, по внутренним стенкам которой протекают закрученные водяные струи. В центре вихревого потока воды находится мощная газовая горелка. При мощности горелки 11,2 кВт нагревается 1,2 т воды в час от 10 до 90 °С. При этом КПД на 10 % выше, чем у традиционных бойлеров, кроме того, отсутствует накипеобразование и, соответственно, упрощается химическая обработка воды [13]. г) Использование вихревого эффекта. Например, у современных парогенераторов (барабанных или прямоточных) по сути те же недостатки, что и парового котла изобретенного Дени Папеном. Если отвлечься от конструктивного оформления, то в барабанном котле все происходит как в обычном чайнике. Вода нагревается до кипения и пузырьки пара устремляются к поверхности раздела, где схлопываются. Чем больше зеркало кипения, тем больше паропроизводительность. В барабанных котах скорость подъема пузырьков не превышает 40 см/с и не поддается регулированию. В прямоточных котлах расход пара подвержен колебаниям, неустойчивы и параметры котла. В зоне интенсивного парообразования быстро меняются тепловые потоки, вызывая срыв режима, неустойчивости в работе котла и аварии. Пузырьки пара, схлопываясь на поверхности зеркала кипения, обязательно образуют брызгоунос влаги. Пар подхватывает такие капли и на выходе из котла он становится влажным. Поэтому устанавливают брызговики и сепараторы, увеличивают свободный объем над зеркалом испарения, но это повышает металлоемкость, габариты и вес барабана-сепаратора, усложняется регулирование. В традиционных паровых котлах условия теплообмена от факелов к пароводяной смеси в экранных трубках неустойчивы, так как паровые пузыри или пленки хуже проводят теплоту. В прямоточных котлах "гуляющая" граница раздела воды и пара часто является источником аварийных ситуаций. Существуют жесткие требования к качеству питательной воды (по соле- и газосодержанию). Для устранения этих известных для теплоэнергетиков недостатков был предложен (а. с. 419687) вихревой парогенератор, содержащий цилиндрические входные и выходную камеры, разделенные радиальной кольцевой перегородкой и снабженные тангенциальными входным и выходным каналами, а также канал для выхода пара по оси цилиндрических камер. Жидкость под давлением подается тангенциально к поверхности цилиндра, закручивается с большего на меньший радиус, с ростом линейной скорости и падением давления в движущейся жидкости (по закону Бернулли). При подаче недогретой до кипения жидкости в зону пониженного давления, она закипает. Под действием центробежной силы капельки жидкости, образующиеся при схлопывании пузырьков, сепарируются в жидкость. Теплота, идущая на образование пара, отбирается от жидкости, которая вновь направляется в теплообменник для подогрева. При этом скорости всплывания пузырьков составляют 10 20 м/с, а удельная паропроизводительность - 2 кг/(м2 с), т. е в 25 раз больше, чем в барабанном котле. В кипящем слое образуются только мелкие пузырьки, так как велики силы выталкивания. В теплообменниках или экранных трубках жидкость не доводится до кипения, поэтому нет явлений кризиса кипения, ухудшающих теплообмен, а пар образуется только в самом вихревом парогенраторе, который легко поддается автоматическому регулированию. Вихревые котлы можно использовать также для разгонки нефтепродуктов, вместо ректификационных колон, для выпарки сильно пенящихся жидкостей и в опреснительных установках. В устройстве для очистки катанки дуговым разрядом (а. с. 997889*) для создания динамического вакуума в разрядной камере используются два вихревых эжектора по оси которых проходит катанка, при этом отпадает необходимость в сложных шлюзовых камерах, а также появляется возможность контролируемого охлаждения катанки. 15. Принцип динамичности


а) Характеристики объекта (или внешней среды) должны меняться так, чтобы быть оптимальными на каждом этапе работы. Например, бульдозерный отвал в виде упругой ленты, которая изменяет свою форму, приспосабливаясь к различным условиям эксплуатации. б) Разделить объект на части, способные перемещаться относительно друг друга. в) Если объект в целом неподвижен, сделать его подвижным, перемещающимся. Например, известно, что эксплуатация котлов на высокозольных топливах приводит к зашлаковыванию поверхностей нагрева. При зарастании труб топочного экрана шлаком мощность энергоблоков падает. Очищают экраны паровой обдувкой, однако сопловой аппарат, устанавливаемый стационарно, достает лишь в радиусе 2,0 2,5 м и для мощных котлов их число доходит до полусотни. Струя пара, сбивая с экранов золу, превращает ее в абразивный материал, истирающий экранные трубы. Было предложено, используя тот же сопловой аппарат, очищать экраны холодной водой, при этом, под действием термошока шлаковый слой эффективно разрушается. Но, под действием термошока уменьшается прочность самих труб, а также в трубах нарушается циркуляция из-за локального переохлаждения и возможен разрыв труб. В способе очистки топочных экранов котлов (а. с.468079) предложено струю воды динамизировать и равномерно сканировать поперек труб, смещая по всей высоте экрана, поэтому застоя циркуляции не происходит. При этом компактная струя воды при Р = 0,5 0,8 МПа имеет дальнобойность 25 30 м. Водяной сопловой аппарат автоматически вводится в амбразуру в стенке топки и, перемещаясь колебательными движениями по горизонтали, омывает весь экран. Такие аппараты очищают даже межтурбные промежутки, не разрушая сами трубы. Причем, котел очищается за 4 6 минут, не прекращая эксплуатации котла. 16. Принцип частичного или избыточного решения (действия): если трудно получить 100 % требуемого эффекта, надо получить "чуть меньше" или "чуть больше" и задача при этом может существенно упростится. Например, при плазменно-дуговой резке металлов, для резки с "гарантией" в один проход, дугу включают на полную (избыточную) мощность. 17. Принцип перехода в другое измерение. а) Трудности, связанные с движением (или размещением) объекта по линии, устраняются, если объект приобретает возможность перемещаться в двух измерениях (по плоскости), или переход с плоскости - к пространству трех измерений. б) Использовать многоэтажную компоновку объектов вместо одноэтажной, например, «двухэтажная» пила имеет нижние зубья, разведенные больше верхних, такая пила очень чисто режет волокнистые материалы. Двух и многоэтажные сверла позволяют сверлить отверстия большого диаметра на маломощных станках без предварительного засверлывания, причем при глубоких отверстиях их меньше "уводит". в) Наклонить объект или положить его "набок". г) Использовать обратную сторону данной площади. д) Использовать оптические потоки, падающие на соседнюю площадь или на обратную сторону имеющейся площади. 18. Использование механических колебаний а) Привести объект в колебательное движение. Например, кипение недогретой жидкости на вибрирующей поверхности нагрева осуществляется при вибровоздействии на источник тепла, с увеличением теплообмена и улучшением внутренних характеристик процесса кипения. Причем, при низкочастотном воздействии проявляются гистерезисные эффекты, наблюдается активация центров парообразования, меняется эволюция паровых пузырей на поверхности. Возможно управление процессом кипения и интенсификации теплообмена с помощью изменения режима механических вибраций нагревателя (частоты и амплитуды). Кроме того возможна обратная связь параметров теплообмена при кипении с характеристиками сопровождающего шума, с регистрацией и прогнозированием кризиса теплообмена при кипении пассивным акустическим методом по анализу частотно-амплитудного спектра шума кипения. б) Если такое движение уже совершается, увеличить его частоту (вплоть, до ультразвуковой). Например, известно, что из-за трения жидкости о внутреннюю поверхность трубопроводов сокращается количество прокачиваемой жидкости, приходиться повышать давление, затрачивать дополнительную мощность на привод насосов. Устройство для виброобработки жидкостей (а. с. 500383) позволяет использовать эффект уменьшения вязкости жидкости пропорционально частоте колебаний. Вибратор возбуждает в жидкости колебания ультразвуковой частоты, которые снижают межмолекулярное сцепление в потоке и трение жидкости о соприкасающуюся поверхность. Данное устройство, при том же давлении, увеличивает скорость течения жидкости в трубопроводе и дальнобойность струи. Кроме того, вода текущая по вибрирующим в осевом направлении трубам, уносит в пятеро больше тепла (а. с. 184990). в) Использовать резонансную частоту. Резонансный эффект заключается в совпадении частот вынужденных колебаний одного объекта с собственной частотой колебаний другого объекта. Резонанс может интенсифицировать процессы: тепло и массообмена (а. с. 641229); разделение и смешение материалов (а. с. 729657). Например, сыпучий материал, хранящийся в емкости дозатора, проходит сквозь зазор между стенками этой емкости и корпусом вибратора. При выключенном вибраторе материал неподвижен - его держат силы трения, а при включении вибратора - материал движется в зазоре, причем скорость движения максимальна, если частота вибраций согласуется с частотой собственных колебаний потока (а. с. 793876). В другом случае, при сушке порошка в кипящем слое, используют продувку горячим воздухом и воздействие на порошок акустических колебаний для интенсификации перемещения частиц порошка и увеличения теплообмена.


Размеры частиц малы (100 мкм) и их резонансные частоты лежат в ультразвуковом диапазоне. Применение ультразвука не выгодно из-за низкого КПД для кипящего слоя. Возникает физическое противоречие: колеблющиеся частицы должны быть большими, чтобы хорошо взаимодействовать со звуком и должны быть маленькими, чтобы хорошо сушиться. Для разрешения противоречия в кипящий слой вводят частицы, размеры которых выбраны соответственно частоте звуковых колебаний (а. с. 322581). Для предотвращения образования накипи в котлах малой производительности с использованием жесткой питательной воды и с минимальной водоподготовкой применяется способ, согласно которому поверхность нагрева, воду и кристаллы накипи подвергают воздействию внешних колебаний, с частотой совпадающей с частотой собственных колебаний этой системы. При этом, силы резонанса, используя разницу модулей упругости металла и накипи, отрывают кристаллы солей от стенок, с последующим удалением их продувкой. Установка содержит импульсный высокочастотный генератор, включающий повышающий трансформатор, однополупериодный выпрямитель и зарядное устройство, а также магнитострикционные излучатели, которые прикрепляются к стенке котла (барабану-сепаратору) или к трубопроводу, подводящему питательную воду. г) Применить вместо механических вибраторов - пьезовибраторы. д) Использовать ультразвуковые колебания в сочетании с электромагнитными полями. Например, способ безопилочного резания древесины, для снижения усилия внедрения инструмента в материал, предполагает резание осуществлять инструментом, частота пульсации которого близка к собственной частоте колебаний перерезаемой древесины (а. с. 307986). Другой пример: в вибрацином насосе для перекачки жидкостей возбуждают в жидкости колебания УЗ частоты, снижая межмолекулярное сцепление в потоке и трение жидкости соприкасающуюся поверхность, при этом скорость перекачки возрастает. 19. Принцип периодического действия. а) Перейти от непрерывного действия к периодическому (импульсному). Например, трехсотметровая труба ТЭС почти равна по стоимости мощному паровому котлу [15]. Начиная с высоты в 50 метров, каждый последующий десяток метров стоит в 4 5 раз дороже предыдущего. Однако максимальный эффект рассеивания вредностей достигается при высотах труб в 1 2 км. Возникает противоречие: труба должна быть высокой, чтобы рассеивать вредности и одновременно как можно более низкой, чтобы меньше стоила. Для разрешения этого противоречия в дымовой трубе (а. с. 757675) дым из газохода попадает и ствол трубы, на конце которой установлены кольцевые камеры со щелевыми соплами. В камеры поступает горючий газ, например, пропан в смеси с воздухом, смесь периодически зажигается и детонирует. Возникающие микро взрывы непрерывно чередуются и вокруг конца трубы возникает устремленный вверх кольцевой поток газов. Получается как бы продолжение дымовой трубы, охватывающее дымовые газы. В кольцевом газовом потоке создается область высокого давления, результирующая сила которого направлена в атмосферу и поднимающая дым вверх. Это позволит из стометровой трубы выбрасывать дым как из 2 3 км трубы. Недостаток: необходимо устанавливать кольцевые камеры на вершине трубы, дополнительный расход газа, шумовой эффект. В другой конструкции у основания трубы устанавливается генератор вихревых колец (наподобие тех, которые выпускают некоторые курильщики), содержащий цилиндрическую камеры с отверстием в верхней стенке и упругим элементом или поршнем в другой стенке, а также с клапаном для периодической подачи дымовых газов. Получающиеся торроидальные вихревые кольца имеют малое аэродинамическое сопротивление при прохождении в воздухе, поэтому рассеиваются меньше и поднимаются на более значительную высоту. б) Если действие уже осуществляется периодически, изменить периодичность. Например, в способе термообработки железорудных окатышей в слое (а. с. 1412323*), включающем сушку, обжиг при прососе газа теплоносителя и охлаждение, для повышения производительности процесса, обжиг ведут при подаче плазменного теплоносителя тепловой мощностью потока плазмы 1,5 5 МДж/т и частотой пульсации 0,004 0,02 Гц. Пульсирующий подвод энергии обеспечивает сверхинтенсивный подвод тепла без нарушения прочности и качества окатышей. в) Использовать паузы между импульсами для другого действия. Например, для автоматизации процесса очистки электрических фильтров, на электроды фильтра подают не постоянное, а периодически меняющееся высокое напряжение, при этом слой пыли не задерживается, а падает под собственным весом. Другой пример: способ управления термическим циклом контактной точечной сварки деталей малой толщины, основанный на измерении термоэлектродвижущей силы, для повышения точности предполагает измерять ТЭДС в паузах между импульсами сварочного тока (а. с. 336120). Еще один пример: способ обработки металла в ковше, включающий периодическое заполнение металлом погружной трубы путем изменения в ней давления газа и ввод порошкообразных реагентов, предусматривает, для повышения степени усвоения реагента и сокращения длительности процесса обработки, дополнительную обработку металла в погружной трубе плазменной дугой, горящей между размещенным на своде трубы катодом-фурмой и металлом, при этом порошкообразные реагенты вводят через катод-фурму, а давление газа в погружной трубе поддерживают в интервале 0,03 0,9 от ферростатического давления столба металла в трубе (а. с. 1723819*). При этом паузы между пульсационным перемешиванием и вводом реагента используются для плазменного нагрева металла. 20. Принцип непрерывности полезного действия. а) Вести работу непрерывно, то есть все части объекта должны все работать с полной нагрузкой. Например, устройство для нагрева расплава (а. с. 1540282*) позволяет производить нагрев и обработку струи


металла плазменной дугой, не прекращая процесс разливки в промежуточный ковш, кристаллизатор или литейную форму. б) Устранить холостые и промежуточные ходы. Например, сверло (пила и другие) режущие кромки которого позволяют производить резание как в прямом, так и обратном ходе инструмента (а. с. 262582). в) Перейти от возвратно-поступательного движения к вращательному. 21. Принцип проскока: вести процесс или отдельные его этапы, например вредные или опасные, на большой скорости, то есть преодолевать вредные и опасные стадии процесса на большой скорости. Например, при повышении скорости охлаждения металла в процессе литья или термообработки повышается его твердость, но одновременно возрастает хрупкость. При очень быстром охлаждении в металле не успевает появиться кристаллическая структура и возникает так называемое металлическое стекло, отличающееся высоким качеством и не хрупкое. 22. Принцип "обратить вред в пользу". а) Использовать вредные факторы (например, вредное воздействие среды) для получения положительного эффекта. б) Устранить один вредный фактор за счет сложения с другими ними факторами. Например, способ очистки отходящих газов от кислых компонентов (SO2, SO3, NOx) осуществляется путем абсорбции щелочными сточными водами системы гидрозолошлакоудаления ТЭС (а. с. 738645). Развитием этого метода является способ очистки дымовых газов от золы в электрофильтрах, включающий предварительное впрыскивание в очищаемые газы водных растворов неорганических солей, причем для повышения степени очистки и для исключения применения реагентов, в качестве водных растворов используют отработанный регенерационный раствор химводоочистки котлов, в смеси с дренажной водой непрерывной или периодической продувок котлов (а. с. 1440531). Кроме высокоэффективной очистки газов (до 99 %) возможна утилизация вод продувок, ХВО и ГЗШУ, с получением ценных удобрений и реагентов. в) Усилить вредный фактор до такой степени, чтобы он перестал быть вредным. Например, способ восстановления сыпучести смерзшихся насыпных материалов (а. с. 409938), для ускорения процесса восстановления сыпучести и снижения трудоемкости, предполагает смерзшийся материал подвергать воздействию сверхнизких температур. Другой пример: обычно коррозионноактивный кислород тщательно удаляется из питательной воды паровых котлов при деаэрации, однако обнаружено, что при достижении концентрации кислорода в воде до 400 600 мкг/кг происходит резкое снижение скорости коррозии тепловоспринимающих труб, при этом на стенках труб образуется стойкая оксидная пленка (магнетитовая). При использовании данного способа снижение коррозии труб парогенераторов при насыщении воды кислородом, скорость коррозии уменьшается для нержавейки в 1000 раз, а для углеродистой стали - в 10000 раз. На такой нейтрально-кислородный водный режим наиболее выгодно переводить энергоблоки сверхкритического давления. Таким образом, усиленный вредный фактор становится положительным. 23. Принцип обратной связи: ввести обратную связь; если обратная связь есть, изменить ее. Например, способ автоматического регулирования температурного режима обжига сульфидных материалов в кипящем слое путем изменения потока загружаемого материала в функции температуры, для повышения динамической точности и поддержания заданного значения температуры, предполагает подачу материала менять в зависимости от изменения содержания сернистого газа в отходящих газах (а. с. 302382). Другой пример: водогрейные котлы широко используются в системах теплоснабжения и являются значительными потребителями топлива, например, котел ПТВМ-50, оснащенный 12 горелками потребляет до 8000 м 3/час природного газа. По многим причинам коэффициент избытка воздуха при горении далек от оптимального, при этом КПД агрегата ниже расчетного, наблюдается повышенный расход топлива, сверхнормативный выброс в атмосферу токсичных газов (оксидов азота - при избытке воздуха и оксида углерода - при недожоге газа). Существующие методы поддержания оптимального режима горения в котлах (и в печах) имеют следующие недостатки: измеряются лишь входные величины - расход газа и воздуха, не принимая во внимание состав продуктов сгорания; применение для контроля состава дымовых газов автоматических газовых анализаторов усложняет и удорожает оборудование. В то же время, для контроля режимов горения могут использоваться оксидные датчики парциального давления кислорода. Такие датчики выполняются открытого типа (то есть резистор из диоксида титана с выводными проводами без чехла) и демпфированные (резистор помещен в кварцевую трубку и стальной кожух). Датчики представляют собой проволочку из ZrO2 диаметром 2 мм и длиной между закрепленными выводными проводниками - 3±0,15 мм. Датчик изготавливается из титановой проволоки марки ВТ1-00 (технически чистый) путем прямого ее окисления при температуре 1000 °С. При этом диоксид титана способен изменять свое электрическое сопротивление в зависимости от величины парциального давления кислорода в окружающей среде. Возможна установка таких датчиков в двух вариантах: с непосредственным погружением в рабочее пространство и в выносном варианте, при котором датчик помещают в электропечь с постоянной температурой, через которую просасываютсяпродукты горения. Оксидный датчик вводится в поток газов, сигнал от него поступает на измерительный прибор, затем регулятор и исполнительный механизм, управляющий заслонкой на пути подачи воздуха. Такая схема с обратной связью, обеспечивает автоматическую систему регулирования соотношения количества газа и воздуха, подаваемым к горелкам, постоянно обеспечивая оптимальный режим горения. 24. Принцип посредника а) Использовать промежуточный объект-переносчик, переносящий или передающий действие. Например, соединение разнородных металлов (меди и алюминия) осуществляют используя промежуточные


прокладки, хорошо свариваемые между собой и с данными металлами. Другой пример: применение взрывобезопасного охлаждения элементов металлургических печей, так называемого "бинарного охлаждения", включающего контур циркуляции проточной охлаждающей воды полностью изолированный от внешних тепловоспринимающих поверхностей слоем промежуточного теплоносителя. При этом тепловой поток воспринимается промежуточным теплоносителем, который путем естественной конвекции передает его контуру охлаждающей воды. б) На время присоединить к объекту другой (легкоудаляемый) объект. Например, способ нанесения летучего ингибитора атмосферной коррозии на поверхность деталей осуществляется путем их обдувки нагретым воздухом, насыщенным парами ингибитора. Другие примеры: уголь перед сжиганием смачивают известковым молоком и при этом уменьшается содержание вредных веществ в дыме (а. с. 1097860). Присадка к топливу (угольной пыли, мазуту) рассола бишофита увеличивает в 3 4 раза межочистной период энергокотлов, уменьшая зашлаковываемость экранных поверхностей. Дополнительно бишофит играет роль катализатора при горении и снижает расход топлива. В обоих случаях вещество-посредник улучшает процесс горения и обеспечивает дополнительные эффекты. Избыточное тепло от энергетических ДВС и компрессоров отбирается системами охлаждения - воздушными или водяными, причем низкопотенциальное тепло практически не используется. В способе охлаждения энергоустановок (а. с. 669070) предложено смешивать килограмм воздуха с 10 60 кг мелкодисперсной графитовой пыли с получением газопорошкового теплоносителя. Причем для него коэффициент теплоотдачи в 50 раз выше, чем у воздуха и в 2 раза ниже, чем у воды. Такой воздушно-графитовый теплоноситель хорошо транспортируется по трубам и рубашкам охлаждения и имеет высокую текучесть. При этом в системе охлаждения предусматривается постоянное разделение графита и воздуха в разделителе фаз. Нагретый воздух, очищается от твердых частиц, теплота его утилизируется, а графит вновь направляется в систему. 25. Принцип самообслуживания а) Объект должен сам себя обслуживать, выполняя вспомогательные и ремонтные операции. Например, существует актуальная проблема шума в теплоэнергетических устройствах использующих высокоскоростные струи газов и жидкостей, а также факельное сжигание топлив. Применение глушителей и дополнительной звукоизоляции снижает КПД установок и увеличивает габариты. В ЦАГИ провели следующие эксперименты: на определенном расстоянии от сопла установили заданную скорость воздушного потока и на струю наложили от акустического генератора (динамика) звуковое поле. Озвученный газовый поток в низкочастотном диапазоне несколько уменьшает скорость и начинает сильнее шуметь. Затем в среднечастотном диапазоне наступает насыщение, а в зоне высоких частот звук гасит шум струи и она увеличивает скорость. На этом эффекте основан способ акустического подавления (или ослабления) турбулентностей в дозвуковых потоках жидкостей и газов (открытие СССР № 212). Физика процесса заключается в том, что в турбулентной струе на выходе из сопла периодически зарождаются так называемые кольцевые вихри, которые взаимодействуют друг с другом и образуют вихревые структуры. Звук высокой частоты воздействует на вихревые образования, измельчает их. При этом струя становится более тонкой, растет ее дальнобойность, гаснет шум. Мощность излучения динамика в тысячи раз меньше мощности излучения струи и зависит от рода газа или жидкости. Динамик может устанавливаться вначале или в конце струи и гасит пульсации мощного потока и вибрации оборудования. Возможен переход на "самообслуживание", то есть отказ от применения постороннего источника звука и генерирование звукового потока нужной частоты элементами конструкции от энергии самой струи. При этом зона с низкочастотным облучением может использоваться для роста вихрей, турбулизации потока и интенсификации процесса перемешивания. Другой пример из водоподготовки: растворенные в воде кислород, углекислый газ и сероводород разъедают при коррозии оборудование, трубопроводы и т.д. При часто используемой вакуумной дегазации воды вакуум получают с помощью сложных насосов - механических, пароструйных-эжекторных. Можно ли саму воду использовать для образования вакуума? Такая установка представляет собой ряд последовательно установленных эжекторных головок и вакуумных камер (а. с. 116148, 1084041). При этом вода под давлением в 0,4-4 МПа подается в сопло эжектора и движется со скоростью 180 км/ч, создавая в вакуумной камере разряжение, а растворенные в воде газы выделяются. Поток засасывает через отверстия окружающий воздух, отчего капли воды дробятся и газы выделяются еще интенсивнее. Сочетание вакуумирования и дробления капель ускоряет процесс дегазации в 1500 3000 раз. Способ можно использовать при: обработке питательной и подпиточной воды; при сжигании жидких топлив; в водоснабжении при обработке подземных вод с большим содержанием железа. б) Использовать отходы (энергии, вещества). Например, в электросварочном пистолете проволоку подает специальное устройство, а стабильность горения дуги поддерживается индуктивным балластом, на котором наблюдаются значительные потери. Можно использовать для подачи проволоки, причем синхронно с процессов сварки, соленоид, работающий на сварочном токе и выполняющий одновременно роль балласта. Другой пример: зола ТЭЦ, содержащая определенный процент недогоревших частиц угля, может использоваться для изготовления кирпичей из смеси местных глин (15 %) и золы (85 %). Технология - глина и зола перемешиваются отдельно, смешиваются в заданной пропорции, смачиваются водой до нормы. Затем смесь формуется на вакуумном прессе, влажные кирпичи подсушиваются и спекаются в туннельной печи. При этом расход топлива на обжиг снижается в три раза, по сравнению с обычными кирпичами, так как в золе


присутствуют мелкие частицы подгоревшего угля, которые на определенной стадии обжига окисляются и разогревают материал изнутри. в) Максимально использовать резервы имеющихся веществ и энергии. Например, известно, что при разрывах барабанов паровых котлов и трубопроводов на ТЭЦ, пароводяная смесь при высоких давлениях и температуре 500 °С является причиной тяжелых аварий. Причиной взрывов является снижение стойкости металла под действием высоких динамических нагрузок, меняющихся при остановках и пусках котлов: от термоударов металл охрупчивается и дает трещины. Для восстановления свойств металла на паропроводы устанавливают нагреватели (электросопротивления или индукционные) и проводят термообработку (отпуск и нормализацию). При этом снимают термоизоляцию и, так как трубопроводы довольно протяженные, термообработку проводят поэтапно по длине. Причем восстановить барабан и гибы трубопроводов данным способом (особенно внутри котла) практически невозможно. Кроме того, на внутренних поверхностях котлов во время эксплуатации образуется плотная магнетитовая пленка, которая защищает металл от охрупчивания и разрушения, но при пусках и остановках котла металл барабана, нагреваясь и остывая, подвергается термодеформации и пленка трескается. Индукционный отпуск, восстанавливая свойства металла котла, защитную оксидную пленку восстановить не может. В способе восстановления металла агрегатов котла ТЭЦ (а. с. 1270174) предложено использовать работающий котел в качестве инструмента для ремонта котла, пришедшего в негодность, при этом электрический нагрев заменяется - паровым. Для этого перегретый пар при температуре 500 °С направляется в барабан восстанавливаемого котла, с проведением внутреннего нагрева и отпуска. Магнетитовая пленка появляется во время ремонта меньше чем за сутки, происходит, так называемое, парокислородное оксидирование. Способ экономит электроэнергию, не требует сложного оборудования, котел быстрее возвращается в строй и имеет больший срок службы. Другой пример из энергосбережения: для зимних теплиц площадью 10 га требуется столько же теплоты, сколько городу со 100000 населением [16]. При использовании нагревателей обогревающих грунт необходима вода с температурой 80 100 °С, поэтому такой тепличный комбинат сжигает более 1 млн. м3 природного газа в сезон. Предлагается использовать сбросную воду ТЭС с температурой 25 30 °С для обогрева остекления: при этом на плоскую крышу из стекла подается теплая вода с получением водяной пленки в несколько миллиметров. Однако слой воды хорошо удерживается только на крыше и вода поглощает больше половины солнечного света, необходимого растениям. Кроме того, низко стоящее солнце не эффективно освещает теплицу, так как лучи отражаются. Можно воду пропускать между двумя стеклами, тогда перекрытие превращается в своеобразную линзу, которая пропускает до 90 % света. Причем верхняя прозрачная панель выполняется с гофрами, улавливающими солнечные лучи, падающие на крышу под любым углом. Наиболее эффективно утилизируется тепло в теплице (а. с. 818510) с прозрачным перекрытием, в которую поступает сбросная вода ТЭС через коллектор, установленный внутри у основания теплицы и имеющий ряд щелевых сопл. Подающиеся под давлением струи воды омывают прозрачный экран изнутри образуя пленку, которая стекает в резервуар и пройдя через теплообменник для обогрева грунта, возвращается в систему водоснабжения станции. Арочная крыша из прозрачного материала улавливает лучи восходящего и заходящего солнца. Струи воды прижимаются к своду под действием центробежной силы. Повышается коэффициент тепло и массообмена между водой и воздухом в теплице. Изменяя толщину омывающего слоя и скорость циркуляции можно регулировать интенсивность теплообмена и влажность воздуха в теплице. Данная конструкция теплицы может выполнять роль градирни для ТЭЦ. 26. Принцип копирования а) Вместо недоступного, сложного, дорогостоящего, неудобного или хрупкого объекта использовать его упрощенные и дешевые копии. б) Заменить объект или систему объектов их оптическими копиями или изображениями. Использовать при этом изменение масштаба (увеличить или уменьшить копии). в) Если нельзя использовать видимые оптические копии, перейти к копиям инфракрасным или ультрафиолетовым. 27. Дешевая недолговечность взамен дорогой долговечности: заменить дорогой объект - набором дешевых объектов, поступившись при этом некоторыми качествами, например, долговечностью. Например, мышеловка одноразового действия – прозрачная пластмассовая трубка с приманкой, при этом мышь входит в ловушку через конусообразное отверстие, а стенки отверстия разгибаются и не дают ей выйти обратно. 28. Замена механической системы а) Заменить механическую систему электрической, тепловой, оптической, акустической или "запаховой" и др. Например, рутинным и тяжелым делом в теплоэнергетике является механическая очистка труб от накипи с помощью шарошек. Австрийская фирма «Маиртрон» разработала систему электростатической очистки от отложений и защиты от ржавчины водопроводных сетей под названием "Акватрон". Система предусматривает размещение в линии водопровода электростатического генератора с постоянным током и напряжением 3600 В. В потоке воды создается электрическое поле, при этом отложения кристаллического кальцита на стенках труб в виде плотных слоев преобразуются в мелкокристаллическую взвесь и вымываются из трубопровода. Одновременно происходит нейтрализация оксидов железа, предотвращающая образование ржавчины. Способ может применяться как для предотвращения появления отложений, так и для их устранения в уже загрязненном трубопроводе. В зависимости от толщины отложений процесс очистки труб продолжается от нескольких дней до нескольких месяцев. Другой пример: в колпаковой печи для отжига рулонов металла (а. с. 1703707*) вместо циркуляционного вентилятора предлагается


использовать плазменный эжектор, т.е. вместо механической системы - теплогазодинамическая. При этом обеспечивается циркуляция и активирование защитного газа, а также дополнительный нагрев садки. б) Использовать электрические, магнитные и электромагнитные поля для взаимодействия с объектом. Например, в теплоснабжении, с переходом на рыночные отношения остро стоит проблема определения оптимального количества и экономии тепловой энергии для отопления и горячего водоснабжения в промышленности и коммунальном хозяйстве. Установка теплосчетчиков в домах и теплоцентралях может сэкономить горючее, регулируя подачу в соответствии с нормами или комфортными условиями. Традиционная методика замера теплоты: измерение расхода теплоносителя с помощью механического (с крыльчаткой вращающейся в потоке воды) счетчика; измерение температуры воды на входе и выходе; определение количества теплоты по произведению разности температур на расход сетевой воды. Недостатком этого способа является то, что в горячей воде на крыльчатке происходит отложение накипи, продуктов коррозии труб, что искажает показания. Поэтому предлагается счетчик с измерением расхода воды с помощью электромагнитной индукции (а. с. 498518). Жидкость, протекающая в трубе, играет роль проводника, движущего между полюсами постоянного магнита. Чем быстрее течет вода, тем по закону Фарадея, больше возникающая ЭДС, замеряемая катушкой. При этом, загрязнение воды не нарушает работу прибора: чем выше загрязненность воды, тем выше электропроводность и выше выходной сигнал. За перерасход теплоты в итоге расплачиваются потребители, так как считается только теплота выходящая со станции, а потери при транспортировании до квартир включаются в тарифы за теплоснабжение. Поэтому увеличение точности данного теплосчетчика повышает экономичность. б) Перейти от неподвижных полей к - движущимся, от фиксированных - к меняющимся во времени, от неструктурных - к имеющим определенную структуру. Например, в устройстве для очистки катанки дуговым разрядом (а. с. 1113196*) используется магнитный соленоид, создающий комбинированное магнитное поле, перемещающее дугу по окружности и по оси соленоида, что обеспечивает повышение производительности и качество очистки поверхности. В устройствах для плазменного нагрева проволоки (а. с. 1380220*, 1397504*, 1443414*, 1490981*) используется магнитная катушка, создающая комбинированное магнитное поле, имеющее осевую и поперечную центробежную составляющие, что обеспечивает максимальный эффект вращения и стабилизации дуги, без ее шунтирования на поверхность проволоки, с одновременным повышением КПД нагрева. Движущееся магнитное поле используется в плазменной шахтной печи (пат. 2070307*), для переработки металлосодержащих отходов и выделения ценных компонентов, в которой подина выполнена в виде электромагнитного желоба с бегущим магнитным полем, что позволяет рафинировать металл от радиоактивных примесей. г) Использовать поля, в сочетании с ферромагнитными частицами. Например, если на поверхности шлифовального круга и на детали создать одинаковые по значению и по величине электрические потенциалы, то шлифовальный круг не будет засаливаться. д) Использовать изменение магнитных свойств объекта. Например, известна проблема аварийного разрушения экранных труб вследствие коррозии, накипеобразования и воздействия высоких температур и давлений. Данная проблема решается сейчас выборочной заменой труб по результатам ультразвукового контроля или периодической заменой всех труб экранов, через каждые 60 тысяч часов работы. Экранные трубы неравномерно подвергаются накипеобразованию и наводороживанию, вследствие селективного намагничивания некоторых из них (до 9 10 тысяч гауссов). Аналогичную намагничиваемость кораблей от вибрации их металлических корпусов впервые наблюдал английский ученый Кеттель во время второй мировой войны. Такая же высокочастотная вибрация возбуждается при кипении пароводяной смеси, когда схлопываются и отрываются от стенок пузырьки пара. Причиной намагничивания также является термоволновое воздействие факела и термомеханические колебания в металле. Возникающее электромагнитное поле усиливает коррозию металла, способствует накипеобразованию и наводороживанию стали. Возникла проблема: как из экранного пучка выделить те трубы, которые больше всего подверглись действию электромагнитного поля и заменить лишь их? Так как коррозия труб провоцируется намагничиванием, то необходимо обнаружить трубы, которые намагничиваются быстрее и сильнее и заменять в первую очередь их. Такой способ контроля надежности котельных труб (а. с. 571658) предполагает измерение величины, характеризующей способность металла намагничиваться, так называемой коэрцетивной силы, по которой определяют его коррозионную стойкость. Используется стандартный прибор - коэрцитиметр, щуп которого прикладывается к зачищенному участку трубы. Далее пересчетом определяется допустимое время работы трубы и оценивается необходимость ее замены. 29. Использование пневмо и гидроконструкций: вместо твердых частей объекта использовать газообразные и жидкие надувные и гидронаполняемые, а также воздушную "подушку", гидростатические и гидрореактивные конструкции. Например, перемещение металла в печах осуществляется с помощью газовых струй истекающих из сопел и создающих воздушную подушку. Другой пример: использование надувных опалубок в строительстве. 30. Использование гибких оболочек и тонких пленок. а) Вместо обычных конструкций использовать гибкие оболочки и тонкие пленки. б) Изолировать объект от внешней среды с помощью гибких оболочек и тонких пленок. Например, электронагреватель выполнен в виде теплопроводящей пленки, нанесенной на поверхность изоляционной трубки, помещенной в зеркальный рефлектор в вакууме.


31. Применение пористых материалов. а) Выполнить объект пористым или использовать в нем дополнительные пористые элементы (вставки, покрытия). б) Если объект уже выполнен пористым, предварительно заполнить поры каким-либо веществом. Например, система испарительного охлаждения машин (ДВС, компрессоров и других) для исключения необходимости подвода охлаждающего агента к машине, предусматривает активные нагреваемые части и отдельные конструктивные элементы выполнять из пористых материалов (пористых порошковых сталей), пропитанных жидким охлаждающим агентом, который при работе машины испаряется и обеспечивает кратковременное, интенсивное и равномерное ее охлаждение (а. с. 187135). Любое твердое тело на пути к капилярно-пористому материалу (КПМ) может совершать следующие превращения: сквозная полость; замкнутая полость; перфорированный материал (вещество со многими полостями и отверстиями); измельчение отверстий до размеров, при которых действуют капиллярные силы. При переходе к КПМ появляются новые свойства: избирательная проницаемость, термо и электрокапиллярный эффекты, ультразвуковой капиллярный эффект и др. КПМ весьма эффективны для формулировки идеальных решений. Например, при открытой перевозке руды, даже гидрофобная руда зимой смерзается в монолит. Возможно перейти к закрытой перевозке или обогревать на месте разгрузки, но это увеличивает стоимость сырья. Идеальное решение: куски руды сами не пропускают воду в "межкусковое" пространство, например, предлагается грузить куски руды вперемежку с небольшим количеством (5 %) той же руды, но измельченной в порошок (а. с. 742316), при этом гидрофобный порошок сам не пропускает воду. Главное свойство КПМ - способность присоединять второе вещество, заполняя им поры. Это свойство используется для соединения объектов, например, для прикрепления пластинок с маркировкой к слитку, пластинку с пористой поверхностью укладывают на дно формы (а. с. 452412), после затвердевания металла пластинка прочно скрепляется с металлом. КПМ могут служить дозаторами, например, в расплав металла вводят пористый кирпич, пропитанный различными добавками, выделение которых происходит дозировано и плавно (а. с. 283264). Другое главное применение КПМ - создание направленных и легоуправляемых потоков жидкости, например, подачу охлаждающей жидкости осуществляют через пористые элементы (а. с. 707627, 710 684). Чем меньше поры, тем сильнее проявляется капиллярный эффект. Если КПМ имеет два слоя - с мелкими порами и с более крупными, - капиллярные силы гонят внутренние потоки жидкости к слою с мелкими порами. Это свойство можно использовать для воздействия на потоки жидкости, например, применение КПМ в качестве обратного клапана (а. с. 666354). Капиллярные потоки зависят от приложенных к КПМ полям, например, поток регулируют электрическим полем (а. с. 498770), пронизывающим пористую пластину; интенсифицировать поток жидкости можно с помощью ультразвука (а. с. 648825). Внутренние потоки вещества в КПМ позволяют воздействовать на движение вещества, извне соприкасающегося с КПМ, например, в реакторе для получения полимеров через внутреннюю пористую облицовку пропускают газовую смесь, не позволяющую полимеру оседать на стенках (а. с. 262092). Возможно проявление избирательной проницаемости КПМ, например, мерная емкость для сыпучих веществ, имеющая пористое дно, через которое ведут отсос воздуха, причем капилляры пропускают воздух и не пропускают частицы вещества (а. с. 694440). Более тонкое применение избирательной проницаемости: в газовой горелке КПМ пропускает горячий газ и теплоту, но задерживает открытое пламя (а. с. 737706). КПМ при небольшом объеме имеют развитую поверхность, на этом свойстве основан ряд применений: пористые электроды, передающие ток электролиту (а. с. 486083) или другим твердым электродам (а. с. 595882); пористые носители катализатора (а. с. 244538, 697389). Свойства КПМ могут быть чрезвычайно разными: с эластичными стенками, сжимающиеся и разжимающиеся, с изменением объема пор, например, устройство из металлорезины генерирует низкочастотные колебания в гидропульсаторе (а. с. 498530). Эффективно звукопоглощение с помощью КПМ, например, поры звукопоглощающей панели имеют размеры, соответствующие длине волн заглушаемых частот (а. с. 610956). Таким образом, КПМ могут эффективно применяться для преодоления противоречий, например, они могут быть одновременно твердые и жидкие, пустые и непустые, проницаемые и не проницаемые. 32. Принцип изменения окраски. а) Изменить окраску объекта или внешней среды. б) Изменить степень прозрачности объекта или внешней среды. Например: прозрачная медицинская повязка, позволяющая наблюдать рану, не снимая повязки и не проводя частые и мучительные перебинтовки (пат. США 3425412). в) Для наблюдения или контроля за плохо видимыми объектами или процессами использовать красящие добавки. Например, безвредные красящие добавки вводят в сетевую воду систем теплоснабжения при опрессовке трубопроводов. г) Если такие добавки уже применяются, использовать люминофоры, меченные атомы и др. 33. Принцип однородности: объекты, взаимодействующие с данными объектами, должны быть из того же материала (или близкого ему по свойствам). Например, для смазывания охлаждаемого подшипника скольжения в качестве смазывающего вещества берут тот же материал, что и материал вкладыша подшипника, например, в виде солей металла, реализуя безизносное трение. 34. Принцип отброса и регенерации частей. а) Выполнившая свое назначение или ставшая ненужной часть объекта должна быть отброшена (растворена, испарена и т.д.) или видоизменена непосредственно в ходе работы. Например, в плазменной


шахтной печи для сжигания горючих радиоактивных отходов (а. с 1487726) шахта печи выполнена в виде расходуемого полого электрода, содержащего стеклообразователи, что исключает появление остаточной радиоактивности на стенках камеры сгорания и позволяет совмещать процесс сжигания и остекловывания отходов. б) Расходуемые части объекта должны быть восстановлены непосредственно в входе работы. Например, в способе исследования высокотемпературных зон (например, сварочной ванны, зоны плавления или горения), при котором в исследуемую зону вводят зонд-световод, для улучшения возможности исследования, используют плавящийся зонд-световод, который непрерывно подают в зону со скоростью не менее скорости его плавления (а. с. 433397). 35. Изменение физико-химических параметров (концентрации, степени гибкости, температуры, объема и др.) и агрегатного состояния. Например, используют простые переходы: от твердого состояния к жидкому, а также переход к псевдоожижению и промежуточным состояниям (эластичных твердых тел). Другой пример: способ охлаждения сварочной горелки со стабилизацией дуги защитным углекислым газом, осуществляется путем подачи жидкой углекислоты. 36. Применение фазовых переходов: используют явления, возникающие при фазовых переходах (изменении объема, выделении или поглощении теплоты и др.). Например, заглушка для герметизации трубопроводов и горловин с различной формой сечения, для унификации и упрощения конструкции, выполнена в виде стакана, в который заливается легкоплавкий металлический сплав, расширяющийся при затвердевании и обеспечивающий герметичность соединения (а. с. 319806). 37. Применение теплового расширения. а) Использование теплового расширения или сжатия материалов. б) Если термическое расширение уже используется, то применить несколько материалов с разными коэффициентами теплового расширения. Например, крышка парников выполняется из шарнирнозакрепленных пустотелых труб, внутри которых находится легкорасширяющаяся жидкость, причем при изменении температуры меняется центр тяжести труб и они сами поднимаются и опускаются (а. с. 463423). в) Использовать эффект памяти формы. Эффект памяти формы основан на применении сплавов обладающих свойством термоупругого мартенситного превращения, при переходе кристаллической решетки металла из одной фазы в другую (например, нитинола - сплава никеля и титана). Например, в способе изготовления охлаждаемой лопатки турбины, выполняют оболочку лопатки с открытой полостью под дефлектор, формируют и термически обрабатывают дефлектор, а затем вводят его в полость оболочки и собирают. При этом, для улучшения качества изделия, дефлектор изготавливают из сплава, обладающего свойством запоминания формы, и до введения его в оболочку переформовывают до придания профилям поперечных сечений размеров, меньших размера входного отверстия оболочки, а термообработку ведут путем постепенного нагрева дефлектора с момента ввода его в отверстие полости оболочки и до окончания сборки (а. с. 754094). Детали придают при повышенной температуре определенную форму, затем охлаждают, потом изменяют форму (растягивают, сжимают, изгибают). Если деталь нагреть, она полностью восстановит свою первоначальную форму. Память может быть двойной: сплав помнит обе формы - "горячую" и "холодную". Переход из одной формы в другую можно повторять практически бесконечно, не опасаясь усталости металла, появления трещин. На свойстве восстановления первоначальной формы вещества под действием теплового поля, основан способ ремонта согнутых нитиноловых бамперов автомобилей, которые выпрямляют нагреванием (а. с. 863932). При термоупругом мартенситном превращении меняются структура вещества с изменением электрических и магнитных свойств, например температурные датчики (термометры), имеющие значительно большую чувствительность чем обычные, основанные на тепловом расширении (а. с. 471515). Возможно прямое преобразование тепловой энергии в механическую, за счет изменения натяжения упругих элементов, например, в двигателях использующих тепловую энергию низкопотенциальной воды (а. с. 340453). Для ликвидации свищей в действующем трубопроводе заглушку выполняют в виде заклепки, стержень которой имеет ступенчатое сечение и выполнен из материала с термической памятью формы. Головка заклепки снабжена камерой, заполненной твердым горючим веществом (а. с. 1239441). На основе нитинола получают самонастраивающиеся регуляторы расхода и задвижки в трубопроводах газов и жидкостей. При этом задвижка выполняется в виде пластины, например, в форме буквы "Г". При повышении температуры воды выше критической пластина разгибается, регулируя расход [17,18]. 38. Применение сильных окислителей. а) Заменить обычный воздух – обогащенным кислородом. Воздух, обогащенный кислородом может использоваться для интенсификации горения при обжиге и спекании дисперсного материала (а. с. 254536). Существует проблема эффективности сжигания жидких топлив (мазута, солярки) в стационарных и, возможно, мобильных энергетических и транспортных установках. Для подготовки дизельного топлива к сжиганию предлагается (а. с. 1343074) атмосферный воздух всасывать через мембранный фильтр-денитрофикатор (из полимерной полупроницаемой мембраны, пропускающей кислород и задерживающей азот), откуда, через впускную систему компрессора, воздух, обогащенный кислородом до 30 40 % нагнетается в герметичный резервуар с топливом. Резервуар оснащен предохранительным, регулирующим давление, клапаном. Из топливно-раздаточной колонки, подключенной к резервуару, топливо подается в бак автомобиля с предохранительным клапаном, а затем к двигателю. Для поддержания давления в топливном баке по мере


расходования топлива, он подсоединен трубопроводом к пневмосистеме автомобиля. Обогащение горючего может производиться через кислородный баллон с редуктором, подсоединенным к нагнетательному трубопроводу, идущему от компрессора к топливной системе. В данной схеме улучшается воспламенение, интенсифицируется горение, меньше недожог, уменьшается расход топлива (на 15 %). б) Заменить обогащенный воздух кислородом. Например, переход к чистому кислороду осуществляется при плазменно-дуговой резке нержавеющих сталей, проводимой для повышения производительности и качества реза, в чистом кислороде (а. с.185418). в) Воздействовать на воздух или кислород ионизирующими излучениями. Например, способ сжигания топлива (а. с. 1433024*) предусматривает для экономии топлива и повышения эффективности нагрева газа, топливо и (или) окислитель подавать двумя потоками, причем один из потоков - в виде плазменной (частично ионизированной) струи. В плазменных шахтных печах для переработки отходов (а. с. 1552893*, 1788831*, 1789080*, 1810391*, 1810911*, 1810912*) используется топливно-плазменный интенсификатор, в виде плазмохимического реактора, в который подается либо топливо, либо жидкие отходы, при этом интенсифицируется теплообмен в шахте и можно гибко регулировать перегрев расплава на подине печи. г) Использовать озонированный кислород. Например, если кислородом, обогащенным озоном, обработать питательную воду энергетических установок, то повышается коррозионная стойкость экранных труб (а. с.771026). Озон (или воздух и кислород, насыщенные озоном) получают в озонаторах, представляющих собой камеру с электродами между которыми поддерживается "тихий" или барьерный разряд и пропускается кислородосодержащий газ. Полученный в озонаторах озон может использоваться: для озонирования питьевой воды, обеззараживания, обесцвечивания, удаления запахов и привкусов; для очистки сточных вод от нефтепродуктов (а. с. 513013), от поверхностно-активных веществ (а. с. 607785), от цианидов (а. с. 592761), от органических примесей (а. с. 718376). В процессе окисления (замедленного горения) некоторых веществ в озоне наблюдается явление хемилюминсценции (появление свечения без пламени). Одно из таких веществ - газ этилен. Рассмотрим пример на использование этого эффекта: завод выпускает сложной конфигурации газожидкост ные теплообменники с использованием сварки и пайки, при этом каждый теплообменник необходимо проверить на наличие и обнаружение мест течей. Необходимо предложить способ контроля. Решение: ИКР - внешняя среда (воздух) сама должна обнаружить отверстие в корпусе. Однако воздух не реагирует на отверстия в корпусе, поэтому воздух превращают в озоно-воздушную смесь. Для контроля герметичности сосудов сложной формы сосуд заполняют воздушно-озоновой смесью и помещают в камеру с этиленом, в темноте щели начнут светиться {а. с. 807098). Другая проблема: в мокрых золоуловителях котлов, работающих на бурых углях с высоким содержанием серы, образуется раствор плохо растворимой соли сульфита кальция, которая формирует плотные отложения, забивающие золоуловитель. Решение: осуществляется барботирование раствора соли воздушно-озоновой смесью, которая обеспечивает реакцию превращения плохо растворимого сульфита в хорошо растворимый сульфат кальция. д) Заменить озонированный (или ионизированный) кислород озоном. Например, для обеззараживания зерна в качестве окислителя можно использовать озонированный воздух; для образования защитной пленки на поверхности куриных яиц, их погружают в расплавленный парафин, а затем обрабатывают озоном, чтобы они более долго сохранялись. 39. Применение инертной среды а) Заменить обычную среду инертной (нейтральной). б) Вести процесс в вакууме. Например, при аварийной разгерметизации системы охлаждения и попадании воды в печь, особенно под зеркало расплавленного металла, от печи и от цеха могут остаться руины. Прокачка воды по трубам и рубашкам охлаждения проводится под избыточным давлением. Устройства, предупреждающие протечки, например, следящие за уровнем воды в питательном баке или за расходом воды на входе и выходе, малые течи не обнаруживают и сигнализируют слишком поздно. Интенсивность охлаждения зависит не от наличия избыточного давления, а от скорости охлаждающего потока. При этом скорость можно организовать как давлением на входе, так и вакуумом на выходе в систему. Если давление воды в системе охлаждения меньше, чем давление газов в атмосфере печи, вода туда не пойдет. В способе охлаждения элементов плавильных печей (а. с. 394647) в охлаждаемый кожух печи из магистрали (Р = 0,2 0,25 МПа), через вентили и понижающий регулятор давления, поступает вода самотеком при давлении близком к атмосферному. Вакуумный насос, с помощью моностата, создает в охлаждающей полости разряжение, контролируемое вакууметром. Стоит в системе охлаждения появиться течи, вакуум засосет в систему порцию печной атмосферы, давление в моностате повысится и установленный в нем контактный вакууметр даст сигнал на включение вакуум-насоса и отключение подачи воды в систему охлаждения. в) Ввести в объект нейтральные части и добавки. 40. Применение композиционных материалов: переход от однородных материалов к композиционным. Например, среда для охлаждения металла при термической обработке, для обеспечения заданной скорости охлаждения, состоит из взвеси газа в жидкости (а. с. 187060). В качестве композиционных материалов можно использовать: пены, пористые тела, эмульсии, суспензии. Например, жидкое топливо (мазут), верхний слой которого содержит более 2 3 % воды, не горит. Приходится этот слой сливать, но обводненные осадки нельзя выбрасывать, не загрязняя окружающую среду. Если генератором (кавитационным, центробежным, барботерным) остатки насыщать воздухом, то полученную эмульсию можно сжигать в топке без дыма и копоти, даже с


50 % содержанием воды. Другой пример: термоизоляция на паропроводах, изготовленная из шлако- и стекловаты или пеностекла, являющихся высоко эффективными теплоизоляторами, к сожалению впитывает влагу даже при применении гидроизоляции. Можно использовать следующую технологию: из расплава стекла (например, боя посуды) или шлака получают пеностекло, которое гранулируют в виде шариков диаметром 5 10 мм; затем оплавляют поверхность шариков в факеле, причем полученные шарики внутри пористые (до 86 %), а снаружи покрыты прочной стеклянной оболочкой; далее шарики смешиваются с гипсом или синтетической смолой и наносят на трубу. 2.6.2. Фонд приемов по поиску новых технических решений [l9,20] 1. Количественные изменения 1.1. Изменить у объекта в разумных пределах (не более чем на 100 %) следующие параметры: размеры, длину, площадь, объем, вес, скорость, температуру, направление, время воздействия, время службы, время процесса, длину волны, частоту колебаний, надежность, прочность, точность, концентрацию, консистенцию, степень гибкости, степень прозрачности, степень освещенности, степень звучания, стоимость, показатель качества и другие параметры объекта. 1.2. Резко изменить (в несколько раз, в десятки и сотни раз) параметры или показатели объекта (его элементов) указанные в 1.1. 1.3. Приемы 1.1 и 1.2 применить к объектам среды. 1.4. Изменить величину соотношения параметров. 1.5. Использовать изменение масштаба. 1.6. Изменить габаритные размеры, объем или длину объекта при переводе его в рабочее или не рабочее положение. 1.7. Увеличить эффективность действия путем последовательного применения группы однородных объектов. Увеличить степень дробления объекта (или сделать наоборот). 1.8. Изменить (усилить) действие окислителей. 1.9. Допустить незначительное снижение требуемого эффекта. Получить (ограничиться) 99 % требуемого эффекта. 1.10. Отказаться от высокой точности стабильности параметров. 1.11. Изменить величину соотношения числа элементов в объекте. 1.12. Изменить число одновременно действующих или обрабатываемых объектов или элементов (в первую очередь рабочих машин или органов смежных, регулировочных рабочих, двигателей и других элементов). 1.13. Изменить (увеличить или уменьшить) число одновременно обрабатываемых одинаковых или подобных друг другу объектов и их элементов. 1.14. Использовать идею избыточного решения (если трудно получить 100 % требуемого эффекта, надо получить "чуть больше"). 1.15. Резко улучшить показатель качества отдельного, функционально важного элемента. 1.16. Увеличить в объекте число элементов, подобных друг другу. Инверсия. 1.17. Увеличить степень дробления (измельчения) объекта. Инверсия. 1.18. Унифицировать линейные размеры объекта или другие его характеристики. 1.19. Изменить (усилить) вредные факторы настолько, чтобы они перестали быть вредными. 1.20. Осуществить подбор оптимальных параметров объекта или элементов при проектировании, по различным критериям развития. 1.21. Осуществить автоматический подбор оптимальных значений параметров в процессе работы объекта. 1.22. Уменьшить число функций объекта и сделать его более специализированным, соответствующим только оставшимся функциям и требованиям. 1.23. Гиперболизировать, значительно увеличить размеры объекта и найти ему применение. Инверсия приема. 1.24. Повысить интенсивность технологических процессов с рабочей зоной в виде площадки или замкнутого объекта. 1.25. Создать местное локальное качество; осуществить локальную концентрацию сил, напряжения и т.п. 2. Преобразование формы 2.1. Использовать новую форму расположения элементов: круговую, кривую, спиральную, "елочкой", мутовчатую, древовидную, сферическую или другую компактную форму. 2.2. Использовать периодическое изменение формы объекта в пространстве или во времени. 2.3. Предусмотреть изменение формы объекта как реакцию на изменение внешних условий (среды) или условий работы (авторегуляция). 2.4. Изменить форму объекта путем скручивания или изгиба. 2.5. Вывернуть форму "наизнанку" или изменить наоборот традиционную форму. 2.6. Придать объекту рациональную форму с целью наилучшего использования и экономии материала. 2.7. Придать поверхности структуру (нанести на поверхность рисунок). 2.8. Сделать в объекте (элементе) отверстие или полости. Инверсия приема. 2.9. Перейти от симметричной формы или структуры объекта к ассиметричной. Инверсия приема. Проверить соответствие формы объекта законом симметрии. 2.10. Перейти от замкнутых объемных форм к открытым формам. Инверсия.


2.11. Перейти от прямолинейных частей, плоских поверхностей, кубических и многогранных форм (особенно в местах сопряжений) к криволинейным, сферическим и обтекаемым формам. Инверсия приема. 2.12. Перейти от прямо-, остро- и тупоугольных сопряжений к криволинейным. Инверсия приема. 2.13. Криволинейные элементы, взаимодействующие с жидкими и газообразными средами, очерчивать по кривым эллиптического типа. 2.14. Компенсировать нежелательную форму сложением с противоположной, обратной по очертанию формой. 2.15. Объекту, работающему под нагрузкой, придать выпуклую форму. 2.16. Придать объекту рациональную по усталостной прочности форму. 2.17. Преобразовать форму объекта с учетом уменьшения "неработающей" поверхности или пространства. 2.18. Использовать принцип равнопрочности. 2.19. Выполнить объект в форме другого технического объекта, имеющего аналогичное или иное назначение. 2.20. Выполнить объект в форме другого технического объекта, имеющего совершенно иное назначение с целью создания ложного представления. 2.21. Использовать в аналогичных условиях работы формы или пропорции объектов природы или природный принцип формообразования в живой или неживой природе. 2.22. Выполнить форму объекта аналогично форме животных или растений или их органа. 2.23. Сделать объект в форме человека или его органов. 2.24. Сделать объект (элемент) приспособленным к форме человека или его органов. 2.25. Найти оптимальную форму по заданному критерию качества. 2.26. Сделать рациональный (оптимальный) раскрой листового или объемного материала; внести изменения в форму деталей для более полного использования материала. 2.27. Выбрать конструкцию деталей, в наибольшей мере приближающуюся по форме и размерам выпускаемого проката и других профильных заготовок. 2.28. Найти глобально-оптимальную форму объекта. 2.29. Найти наибольшую цельную форму объекта (зрительное выделение главного функционального элемента, устранение или прикрытие многих ненужных деталей и т.д.). 2.30. Использовать различные виды симметрии и асимметрии, динамические и статические свойства формы, ритма (чередование одинаковых или схожих элементов), нюансов и контраста. 2.31. Осуществить гармоническую увязку форм различных элементов (выбор масштабов и соотношений между объектами и окружающей предметной средой; использование эстетически предпочтительных пропорций). 2.32. Выбрать (придумать) наиболее красивую форму объекта и его элементов. 3. Преобразования в пространстве 3.1. Перейти от контакта в точке к контакту по линии; от контакта по линии к контакту по поверхности. Инверсия приема. 3.2. Перейти от плоского контакта - к объемному (пространственному). Инверсия. 3.3. Размещение по одной линии заменить размещением по нескольким линиям. Инверсия приема. 3.4. Размещение на одной плоскости заменить размещением на нескольких плоскостях. Инверсия приема. 3.5. Заменить размещение по линии размещением в двух измерениях (по плоскости). Инверсия. 3.6. Заменить размещение по плоскости размещением в трехмерном пространстве. Инверсия. 3.7. Перейти от одноэтажной (однослойной) компоновки - к многоэтажной (многослойной). Инверсия. 3.8. Обеспечить рациональное расположение опор и узлов жесткости. 3.9. Положить объект набок. 3.10. Повернуть объект наоборот (например, низом вверх и т.д.). 3.11. Повернуть объект или преобразовать его путем вращения. 3.12. Изменить горизонтальное положение объекта - на вертикальное или наклонное. Инверсия. 3.13. Изменить традиционное расположение или ориентацию объекта в пространстве - на противоположные. 3.14. Возвратить объект к исходной точке, начальному положению. 3.15. Поставить удлиненные детали взаимно перпендикулярно или параллельно. 3.16. Изменить наоборот ориентацию удлиненных элементов объекта относительно друг друга. 3.17. Поменять местами противоположно размещенные элементы. 3.18. Придать объекту свойства, обеспечивающие изменение компоновки элементов при воздействии внешней среды или изменения условий работы. 3.19. Изменить направление действия рабочей среды или силы. 3.20. Поменять местами элементы в объекте. 3.21. Изменить планировку или разбивку элементов объекта. 3.22. Изменить разметку на объекте. 3.23. Изменить раскройку материала. 3.24. Разделить объект на две части - "объемную" и "необъемную"; вынести "объемную" часть за пределы, ограничивающие объем. 3.25. Обособить (локализовать) размещение элементов в пространстве. Инверсия.


3.26. Растянуть или расширить объект, удалив друг от друга его элементы. 3.27. Выйти за "традиционные" пределы пространства (габариты). 3.28. Приблизить рабочие органы объекта к месту выполнения ими своих функций без передвижения самого объекта. Разделить объект на части так, чтобы приблизить каждую из них к тому месту, где она работает. Инверсия. 3.29. Осуществить сопряжение по нескольким плоскостям. 3.30. Сблизить удаленные элементы объекта. Инверсия приема. 3.31. С целью уменьшения габарита использовать "пустое пространство" между элементами объекта. 3.32. Один элемент проходит сквозь полость в другом элементе. 3.33. Объединить известные порознь объекты (элементы) с размещением одного внутри другого. 3.34. Один элемент по принципу "матрешки" размещается внутри другого, который в свою очередь находится внутри третьего и т.д. 3.35. Перенести объект в другую среду, исключающую действие вредных факторов. 3.36. Вынести элементы объекта, подверженные действию вредных факторов, за пределы их действия. 3.37. Заранее расставить объекты так, чтобы они могли вступить в действие с наиболее удобного места и без затрат времени на их доставку. 3.38. Поменять местами зажимы. 3.39. Переставить в другом порядке элементы объекта. 3.40. Изменить компоновку и расположение элементов объекта. 3.41. Перейти от последовательного соединения элементов к параллельному или смешанному. Инверсия приема. 4. Преобразование во времени 4.1. Растянуть или сжать во времени происходящее действие. 4.2. Изменить время существования или функционирования объекта. 4.3. Ускорить процесс осуществления операции. Инверсия приема. 4.4. Перенести выполнение действия на другое время. 4.5. Если действие осуществляется периодически - изменить периодичность. 4.6. Перейти от непрерывной подачи энергии (мощности) к периодической, включая импульсную. Инверсия приема. 4.7. Перейти от непрерывного действия или процесса - к периодическому (импульсному). Инверсия приема. 4.8. Перейти от постоянного - к изменяющемуся во времени режиму. Инверсия. 4.9. Перейти от фиксированного физического поля - к изменяющемуся во времени. Инверсия. 4.10. Превратить асинхронный процесс (действие) в синхронный. Инверсия. 4.11. Перейти от последовательного осуществления операций процесса к параллельному (одновременному). Инверсия приема. 4.12. Объединить во времени однородные и смежные операции. 4.13. Обеспечить непрерывность технологического процесса путем параллельного выполнения приемов и операций. 4.14. Выполнить требуемое действие до начала работы объекта. Инверсия приема (после окончания работы). 4.15. Исключить бесполезные ("вредные") интервалы времени. Использовать паузу между импульсами (периодическими действиями) для осуществления другого действия. Одно действие "вставить" в паузы другого действия. 4.16. Изменить последовательность выполняемых операций. Совместить технологические процессы и операции. Объединить однородные или смежные операции. Инверсия приема. 4.17. Характеристика объекта (вес, габариты, форма, скорость, прочность, окраска, температура и т.д.) должны быть меняющимися и оптимальными на каждом этапе процесса или на новом режиме. 4.18. По принципу непрерывного полезного действия осуществлять работу объекта непрерывно, без холостых ходов. Все элементы объекта должны все время работать с полной нагрузкой. 5. Преобразование движения и силы 5.1. Изменить направление вращения. 5.2. Изменить направление движения объекта. 5.3. Изменить направление движения объекта - на противоположное. 5.4. Преобразовать неподвижный объект - в подвижный. Инверсия. 5.5. Сделать движущиеся элементы - неподвижными, а неподвижные - движущимися. 5.6. Изменить число степеней свободы движения объекта или его элемента. 5.7. Изменить характеристики движения объекта. 5.8. Сделать объект качающимся. Инверсия призма. 5.9. Привести объект в колебательное движение. Инверсия. 5.10. Обеспечить перемещение объекта или элемента в объекте. 5.11. Заменить традиционную сложную траекторию движения - на движение по прямой или окружности. Инверсия приема. 5.12. Заменить поступательное (прямолинейное) движение - вращательным. Инверсия приема. 5.13. Заменить возвратно-поступательное движение вращательным.


5.14. Движение по линии заменить движением в двух измерениях (по плоскости). Инверсия приема. 5.15. Движение по плоскости заменить движением в трехмерном пространстве. Инверсия приема. 5.16. Перейти от неподвижного физического поля - к движущемуся. Инверсия приема. 5.17. Движение по одной линии заменить движением по нескольким линиям. Инверсия приема. 5.18. Движение по одной плоскости заменить движением по нескольким. Инверсия приема. 5.19. Изменить характер функционального соединения между элементами объекта, повысив степень свободы перемещения одних элементов по отношению к другим. Инверсия. 5.20. Разделить объект на части, способные перемещаться относительно друг друга. 5.21. Разделить объект на две части - "тяжелую" и "легкую" и передвигать только легкую часть. 5.22. Изменить условия работы так, чтобы опасные или вредные стадии процесса осуществлялись на большой скорости. 5.23. Придать элементу движение, аналогичное движению органов человека или животного. 5.24. Устранить и сократить холостые, обратные и промежуточные ходы и движения. 5.25. Изменить условия работы так, чтобы не приходилось поднимать или опускать обрабатываемый объект. 5.26. Заменить трение скольжения трением качения. Инверсия приема. 5.27. Использовать магнитные силы. 5.28. Компенсировать действие массы объекта соединением его с объектом, обладающим подъемной силой. 6. Преобразование материала и вещества 6.1. Изменить физические свойства материала элемента, например, изменить агрегатное состояние. 6.2. Выполнить жесткую часть объекта или его элемента из материала, допускающего изменение формы при работе. 6.3. Использовать детали из жидкого материала с последующим отвердением. 6.4. Использовать материал с изменяемой жесткостью, прозрачностью или другими переменными характеристиками. 6.5. Выполнить объект (элемент) или его поверхность пористыми. Заполнить поры каким-либо веществом. 6.6. Рассматриваемый объект и взаимодействующие с ним элементы должны быть сделаны из одного и того же материала или близкого ему по свойствам. Инверсия приема. 6.7. Вместо твердых частей объекта использовать жидкие или газообразные (надувные, гидронаполняемые, воздушные подушки, гидростатические, гидрореактивные). Инверсия приема. 6.8. Заменить дорогостоящий элемент или материал объекта - на более дешевый, недолговечный. 6.9. Использовать другой материал. 6.10. Использовать новый материал. 6.11. Применить композиционные материалы. Перейти от однородных материалов - к композиционным. 6.12. Заменить используемый материал его эквивалентом. 6.13. Выполнить элементы объекта из материалов с разным термическим расширением. 6.14. Разделить объект (элемент) на части так, чтобы каждая из них могла быть изготовлена из наиболее подходящего материала. 6.15. Убрать лишний материал, не несущий функциональной нагрузки. 6.16. Изменить поверхностные свойства объекта (элемента); упрочнить поверхность объекта; нейтрализовать свойства материала на поверхности объекта. 6.17. Заменить некоторые объекты среды, на объекты с другими физико-механическими и химическими свойствами. 6.18. Заменить жесткую часть объекта элементами из материала, допускающего изменение формы при эксплуатации; вместо жестких объемных конструкций использовать гибкие оболочки и пленки. Инверсия приема. 6.19. Отделить вредные или нежелательные примеси от вещества. 6.20. Заменить традиционную окружающую среду. Рассмотреть возможность использования вакуумной, инертной, водной или другой среды. 6.21. Заменить объекты их оптическими копиями (изображениями); использовать изменение масштаба изображения. Перейти от видимых оптических копий к инфракрасным, ультрафиолетовым и другим изображениям. 6.22. Заменить разнородные по материалу и форме элементы одним унифицированным или стандартным элементом. 6.23. Выполнить элементы из материалов с различающимися характеристиками, дающими нужный эффект (например, с разным термическим расширением). 6.24. Выбрать материалы, обеспечивающие снижение отходов при изготовлении деталей. Например, перейти от применения деталей, изготовляемых обработкой резанием, к деталям из пластмассы (изготавливаемых формовкой) или металлокерамики. 6.25. Перейти к безотходным технологиям, например, получить отходы материалов в более ценном виде, позволяющим использовать их для изготовления других деталей. 6.26. Осуществить упрочнение материалов механической, термической, термохимической, электрофизической, электрохимической, лазерной и другими видами обработки. 6.27. Использовать армированные, композиционные, пористые и другие новые перспективные материалы.


6.28. Использовать материал с изменяемыми во времени характеристиками (жесткостью, прозрачностью и т.д.). 7. Преобразования путем исключения 7.1. Сократить число элементов объекта, в связи с утратой или изменением соответствующих функций объекта. 7.2. Убрать лишний материал, не несущий функциональной нагрузки. 7.3. Исключить бесполезные или вредные промежутки в пространстве или во времени. 7.4. Устранить обратные и холостые ходы. 7.5. Исключить подбор и подгонку элементов объекта при его сборке. 7.6. Исключить регулировку и выверку деталей и узлов по месту. 7.7. Выполнивший свое назначение или ставший ненужным элемент или в целом объект должен быть отброшен (отщеплен, сожжен, растворен, испарен и т.д.). 7.8. Исключить наиболее напряженный (нагруженный) элемент. 7.9. Исключить трущиеся поверхности (непосредственно на корпусных деталях). 7.10. Исключить элемент и его функцию из объекта. 7.11. Удовлетворить только часть требований или функций. 7.12. Отказаться от использования (исключить из объекта) стандартных и унифицированных элементов. 7.13. Исключить некоторые объекты или факторы среды. 7.14. Устранить вредный фактор за счет сложения его с другим вредным фактором. 7.15. Исключить элементы (особенно традиционные, архаичные), не имеющие существенного функционального назначения. 7.16. Убрать "лишние детали", изменив при необходимости характер соединения между оставшимися и потеряв "один процент" эффекта. 7.17. Исключить элемент из объекта при сохранении объектом всех прежних функций. 7.18. Один объект выполняет несколько функций, благодаря чему отпадает необходимость в других объектах. 7.19. Ликвидировать вредные факторы за счет элементов, имеющих другое основное назначение. 7.20. Уменьшить число функций объекта и сделать его более специализированным, соответствующим только оставшимся функциям. 8. Преобразование путем добавления 8.1. Сделать объект надувным с изменяющимися или не изменяющимися размерами. 8.2. Сделать объект с изменяющимися: весом, размером, прочностью, цветом, агрегатным состоянием и др.. 8.3. Придать объекту свойства, обеспечивающие изменения его цвета при воздействии внешней среды. 8.4. Ввести обратную связь в управление процессом. 8.5. Ввести автоматические регуляторы или автоматизировать управление объектом. 8.6. Выполнить объект пористым или использовать дополнительные пористые элементы (вставки, покрытия и т.п.). 8.7. Если объект выполнен пористым, заполнить поры каким-то веществом. 8.8. Сделать объект или его элемент прозрачным в одном или нескольких измерениях. Инверсия приема. 8.9. Присоединить новый ингредиент. 8.10. Для наблюдения за плохо видимыми объектами или процессами использовать красящие добавки или меченные атомы. 8.11. Присоединить к объекту новый элемент, в виде жестко или шарнирно соединенной пластины, стержня, оболочки или трубы, находящихся в рабочей среде или в контакте с ней. 8.12. Использовать "посредника" в виде промежуточного объекта-переносчика. 8.13. Выполнение операции осуществлять с применением специального оборудования или инструмента. 8.14. На время изготовления объекта использовать вспомогательный элемент. 8.15. Осуществить комплексную нормализацию элементов объекта. 8.16. Присоединить к объекту (постоянно или временно) другой объект, который может и не иметь самостоятельного значения. 8.17. Включить в объект элемент без взаимосвязи с другими. 8.18. Поместить объект в оболочку, гильзу, капсулу и т.п. 8.19. Изолировать объект от внешней среды с помощью гибких оболочек и тонких пленок. 8.20. Обеспечить объекту свойства самовосстановления. 8.21. Сделать объект самоустанавливающимся. 8.22. Противопоставить вредному эффекту тот же эффект, взятый наоборот. 8.23. Обеспечить плавучесть объекта. 8.24. Приспособить объект к взаимодействию с человеком. 8.25. Присоединить к базовому объекту широкого применения специализированные элементы. 8.26. Ввести элементы, допускающие сборку объекта только в нужном положении. 8.27. Ввести элементы для стопорения деталей относительно друг друга. 8.28. Блокировать деформации поперечными и диагональными связями. 8.29. Обеспечить автоматическую подачу смазки к трущимся частям.


8.30. Ввести предохранительные устройства или блокировку. 8.31. Сделать элементы взаимозаменяемыми. 8.32. Обеспечить герметизацию объекта. 8.33. Сделать объект легко прилаживаемым, приспособленным, легко обслуживаемым. 9. Преобразование путем замены 9.1. Изменить взаимодействие сил в объекте. 9.2. Перейти от последовательного соединения элементов объекта - к параллельному или смешанному. Инверсия приема. 9.3. Заменить традиционную воздушную среду (рассмотреть воду, космос и др.). 9.4. Возвратить объект к начальному состоянию, к прежним условиям. 9.5. Заменить изгиб растяжением или сжатием. 9.6. Заменить трение скольжения трением качения. Инверсия. 9.7. Вместо твердых частей объекта использовать газообразные или жидкие (надувные и гидронаполняемые, воздушную подушку, гидростатические и гидрореактивные). 9.8. Заменить ингредиенты или компоненты объекта. 9.9. Заменить материал. 9.10. Заменить некоторые объекты среды на объекты с другими физико-механическими и химическими свойствами. 9.11. Заменить обычную среду инертной или ввести процесс в вакууме. 9.12. Заменить физико-механическую, химическую и другую среду, окружающую рассматриваемый объект. 9.13. Заменить объект или систему объектов их оптическими копиями (изображениями). Использовать при этом изменение масштаба, увеличить или уменьшить копии. 9.14. Если используются видимые оптические копии, перейти к копиям инфракрасным или ультрафиолетовым. 9.15. Вместо недоступного, сложного, дорогостоящего, неудобного или хрупкого объекта использовать его упрощенные и дешевые копии, модели, макеты. 9.16. Использовать другие элементы объекта вместо рассматриваемых элементов. 9.17. Заменить в объекте: принцип работы; конструкцию; кинематическую схему; гидравлическую схему; электронную схему; средства связи между элементами. 9.18. Заменить объект существенно более простым или сложным. 9.19. Расходуемые элементы объекта должны восстанавливаться непосредственно в процессе работы. 9.20. Заменить в объекте: источник энергии; тип привода; способ и источник освещения; запах; цвет и др. 9.21. Заменить механическую систему: электрической; тепловой; акустической; "запаховой"; оптической и др. 9.22. Использовать в объекте или его элементе другое техническое решение (см. накопитель TP). 9.23. Заменить механическую обработку объекта способами без снятия стружки. 9.24. Заменить связи (способ или средства соединения) между элементами объекта или между объектами. 9.25. Заменить параметр обратной связи. 9.26. Заменить модель объекта. 9.27. Заменить принцип или схему автоматизации объекта (накопитель по устройствам автоматизации). 9.28. Изменить или поменять функциональное назначение элементов объекта. 9.29. Осуществить превращение одних физических величин в другие. 9.30. Заменить жесткую связь гибкой. Инверсия. 9.31. Заменить разнородные по материалу и форме элементы одним унифицированным элементом. 9.32. Заменить несколько однородных элементов одним стандартным. 9.33. Несколько специализированных объектов заменить одним универсальным. Инверсия приема. 9.34. Произвести замену конструкции на ее эквивалент. 9.35. Заменить объект аналогичным по своему функциональному назначению. Инверсия приема (противоположным). 9.36. Вместо жестких объемных конструкций использовать гибкие оболочки и пленки. 9.37. Изменить крепление объекта - на противоположное. 9.38. Дорогостоящий долговечный элемент заменить дешевым, недолговечным. 9.39. Вместо действия, диктуемого условиями задачи, осуществить обратное действие (например, не охлаждать объекта, а - нагревать). 9.40. Использовать в объекте явления, процессы, приемы и свойства элементов, диаметрально противоположные традиционным. 9.41. Применить решение задачи, обратной данной. 10. Преобразование путем дифференцирования 10.1. Разделить движущийся поток (вещества, энергии, информации и др.) на два или несколько. 10.2. Выделить в объекте единственный (самый) нужный элемент (нужное свойство) и усилить его или улучшить условие его работы. 10.3. Уменьшить взаимозависимость элементов объекта. 10.4. Уменьшить силу связей между элементами объекта.


10.5. Разъединить однородные объекты или элементы. 10.6. Разъединить объекты. Отделить один объект от других. 10.7. Скомпоновать элементы объекта обособленно друг от друга. 10.8. Разделить объект на части, после чего изготавливать, обрабатывать, грузить и т.д. каждую часть отдельно, а затем производить сборку. 10.9. Разъединить смежные или однородные операции. 10.10. Применить раздвижную конструкцию из элементов, перемещающихся в пространстве относительно друг друга. 10.11. Упрочить поверхность объекта. 10.12. Нейтрализовать свойства материала на поверхности объекта. 10.13. Изменить поверхностные свойства объекта. 10.14. Устранить местные ослабления. 10.15. Выделить из свойства объекта вредное свойство или "мешающий" элемент и изолировать его. 10.16. Отделить от объекта "мешающую" часть ("мешающее" свойство) и оказать на нее локальное "устраняющее" воздействие. 10.17. Сделать объект съемным. 10.18. Рассредоточить деформируемые участки объекта. 10.19. Создать местное (локальное) качество. 10.20. Разделить сложную силу так, чтобы для каждой составляющей имелся воспринимающий элемент или свой привод. 10.21. Поверхности трения выполнить из отдельных, легко заменяемых деталей. 10.22. Разделить объект на части и соединить их гибкой связью. 10.23. Разделить объект на части так, чтобы их можно было заменить при изменении режима работы. 10.24. Перейти от однородной структуры объекта или внешней среды - к неоднородной. 10.25. Перейти от неструктурного поля к полю, имеющему определенную структуру. 10.26. Разделить сыпучий, жидкий или газообразный объект на части. 10.27. Применить дробление (разделение) поверхности. 10.27. Выполнить объект ступенчатым или каскадным. 10.28. Придать блочную структуру объекту. Каждый блок выполняет самостоятельную функцию. 10.29. Произвести дробление традиционного целого объекта на мелкие однородные элементы. Инверсия приема. 10.30. Разделить объект на независимые части. Выполнить элементы объекта (узлы машины) независимыми. 10.31. Разделить объект на секции и сделать его секционным. 10.32. Представить объект в виде составной конструкции. 10.33. Изготовить объект из отдельных элементов. 10.34. Сделать автономными управление и привод к каждому элементу объекта. 10.36. Разделить функции объекта. 10.37. Сделать так, чтобы разные элементы объекта выполняли различные функции. 10.37. Разделить объект (технологический процесс) - на несколько специализированных этапов или ступеней, стадий или приемов. 10.38. Разделить объект на одинаковые секции и произвести унификацию секций. 10.39. Раздробить "семейство" (множество) родственных объектов так, чтобы их можно было изготовлять из стандартных унифицированных элементов. 10.40. Отделить вредные или нежелательные примеси от вещества. 10.42. Разделить хрупкий или часто повреждающийся объект на части. 10.43. Выполнить объект разборным так, чтобы можно было заменить отдельные поврежденные элементы. 10.44. Разделить объект на части, чтобы при выходе из строя одной части объект в целом сохранял работоспособность. 10.45. Разделить объект на части, например "горячую" и "холодную" и изолировать одну от другой. 10.46. Локализовать вредные явления и производственные явления. 10.47. Каждая часть объекта должна находиться в условиях, наиболее соответствующих ее работе. 10.48. Разделить объект на части так, чтобы приблизить каждую из них к тому месту, где она работает и непосредственно нужна, или поставить каждую часть в наиболее благоприятные для ее работы условия. 10.49. Раздробить один элемент - на несколько, с аналогичной функцией. 10.50. Сделать элемент съемным, легко отделяемым. 10.51. Дифференцировать привод и другие источники энергии; приблизить их к исполнительным органам и рабочим зонам. 11. Преобразования путем интеграции 11.1. Осуществить накопление: полуфабрикатов, деталей, вещества, энергии. 11.2. Произвести накопление малых доз до получения ощутимой величины. 11.3. Осуществить параллельное соединение машин и агрегатов с целью увеличения общей мощности или производительности.


11.4. Используя одновременно два однотипных объекта с разными количественными характеристиками, можно получить качественно новый эффект. 11.5. Составить процесс из нескольких каскадов. 11.6. Совместить элементы в объекте. 11.7. Объединить гибкие однородные или разнородные элементы (получить новую структуру, например сплетение элементов). 11.8. Сделать объект компактным. 11.9. Изменить объект конструктивно, обеспечив его портативность. 11.10. Сосредоточить органы управления и контроля в одном месте. 11.11. Сблизить удаленные элементы объекта в пространстве и во времени. 11.12. Соединить параллельно два или несколько объектов и объединить их конструктивно. 11.13. Соединить однородные или предназначенные для смежных операций объекты. 11.14. Совместить выполнение операций. 11.15. Соединить однородные операции. 11.16. Объединить (совместить) технологические процессы. 11.17. Изготовить объект целым. 11.18. Объединить элементы единым корпусом или станиной. 11.19. Соединить аналогичные объекты путем их последовательного присоединения к связывающему нитевидному элементу. 11.20. Осуществить симбиоз объекта с человеком или живым организмом. 11.21. Объединить объекты посредством применения промежуточных элементов. 11.22. Объединить операции посредством применения промежуточных операций. 11.23. Ввести единый привод, систему управления, энергоснабжения, питания и т.д. 11.24. Осуществить локальную концентрацию сил. 11.25. Осуществить локальную концентрацию процесса. 11.26. Компенсировать вес объекта соединением его с другим, обладающим подъемной силой. 11.27. Объединить стандартные элементы, имеющие самостоятельное назначение. 11.28. Объединить унифицированные элементы, узлы, детали. 11.29. Осуществить объединение микромодулей. 11.30. Использовать принцип агрегатирования. 11.31. Комплексное объединение объектов или элементов, имеющих самостоятельное значение и сохраняющих его после объединения в новом объекте. 11.32. Сложить известные порознь объекты без их внутреннего объединения или с объединением. 11.33. Создать объект путем объединения двух или нескольких элементов самостоятельного назначения, при котором они полностью или частично включаются один в другой. 11.34. Совместить или объединить явно несовместимые объекты, устранив возникающие противоречия. 12. Преобразования путем профилактических мер 12.1. Осуществить резервирование объекта. 12.2. Для повышения надежности заранее подготовить аварийные средства. 12.3. Заранее придать объекту напряжение, противоположные недопустимым или нежелательным рабочим напряжениям. 12.4. Заранее выполнить требуемое изменение объекта (полностью или хотя бы частично). 12.5. Заранее придать элементам объекта изменения, противоположные недопустимым или нежелательным изменениям, возникающим в процессе работы. 12.6. Допустить аварию или поломку, после чего конструктивно "узаконить" их так, чтобы исчезла возможность этого вредного фактора в последующем. 12.7. Компенсировать неточности изготовления объекта. 12.8. Для уменьшения простоев и повышения надежности создать легко используемый запас рабочих органов. 12.9. Предусмотреть в ответственных частях объекта дублирующие элементы. 12.10. Предусмотреть прикрытие и защиту легко повреждающихся элементов объекта. 12.11. Произвести экранирование объекта. 12.12. Защитить элемент от воздушной или другой агрессивной среды. 12.13. Защитить элемент от воздействия электростатического поля. 12.14. Изменить условия работы так, чтобы не приходилось поднимать, или опускать обрабатываемый объект. 12.15. Применить принципы изолирования для предупреждения вредного (нежелательного) влияния или воздействия среды. 12.16. Использовать принцип разгрузки. 12.17. Ввести предохранительные устройства или блокировку. 12.18. Разделить хрупкий и часто повреждающийся объект на части. 12.19. Выполнить объект (элемент) разборным так, чтобы можно было заменить отдельные поврежденные части.


12.20. Обеспечить автоматическую подачу смазочных материалов к трущимся частям. 12.21. Изолировать объект от внешней среды с помощью гибких оболочек и тонких пленок (поместить объект в оболочку, капсулу, гильзу). Инверсия приема. 12.22. Придать объекту новое свойство, например, обеспечить его плавучесть, герметизацию, самовосстановление, сделать его прозрачным, электропроводным и т.д. 12.23. Сделать объект (элемент) взаимозаменяемым. 12.24. Разделить объект на части так, чтобы при выходе из строя одного элемента объект в целом сохранял работоспособность. 12.25. Обеспечить снижение или устранение вибрационных, ударных нагрузок и инерционных перегрузок. 12.26. Использовать объекты живой и неживой природы в формировании зоны эстетического воздействия. 12.27. Исключить из окружающей предметной среды объекты, вызывающие отрицательные эмоции (маскировка, мимикрия под предметы, вызывающие положительные эмоции). 12.28. Исключить шумы и запахи, вызывающие отрицательные эмоции; трансформировать их в более эстетические звуки и ароматы. 12.29. Создать замкнутые безотходные технологии с утилизацией и возвращением в производство загрязняющих веществ в виде сырья и материалов. 12.30. Осуществить разработку новых устройств и технологий, обеспечивающих резкое снижение загрязнения и изменения среды. 13. Преобразование путем использования резервов 13.1. Увеличить количество последовательно выполняемых функций объектом. 13.2. Увеличить количество одновременно выполняемых функций объектом. 13.3. Расширить (после переналадки оборудования) номенклатуру поочередно обрабатываемых деталей. Применить групповую обработку. 13.4. Один объект (элемент) поочередно работает в нескольких местах. 13.5. По принципу непрерывного полезного действия осуществлять работу объекта или его элементов непрерывно, без холостых ходов. 13.6. Использовать адаптацию объекта. 13.7. Использовать вес объекта или его элементов. 13.8. Использовать силу ноги (ног) или другой части тела. 13.9. Использовать оптические потоки, падающие на соседнюю площадь или на обратную сторону имеющейся площади. 13.10. Использовать принцип компенсации. 13.11. Обеспечить выполнение объектом вспомогательных операций. 13.12. Допустить факторы и явления, которые считаются недопустимыми. 13.13. Компенсировать чрезмерный расход энергии получением какого-либо дополнительного эффекта. 13.14. По принципу самообслуживания объект должен выполнять не только основную работу, но и сам себя обслуживать, выполняя вспомогательные и ремонтные работы (операции), используя отходы (энергии, вещества и т.д.). 13.15. Использовать вредные факторы (в частности, вредные воздействия среды) для получения положительного эффекта. 13.16. Выполнивший свое назначение или ставший ненужным элемент должен быть использован для других целей. 13.17. Превратить или устранить вредные явления или факторы в полезные (например, за счет компенсации его другим вредным фактором). 13.18. Все элементы объекта должны все время работать с полной нагрузкой. 13.19. Использовать отходы процесса (энергию, вещество и др.). 13.20. Использовать периодические изменения веса объекта (элемента) или его объема. 13.21. Использовать периодическое изменение усилий (или условий), возникающих в объекте. 13.22. Использовать паузы между импульсами (периодическими действиями) для осуществления другого действия. 13.23. После решения задачи определить (с помощью данного фонда приемов), как должны быть изменены другие элементы, чтобы эффективность объекта в целом еще повысилась. 13.24. Превратить причину в эффект. 13.25. Исключить подбор и подгонку (регулировку и выверку) деталей и узлов при сборе объекта. 13.26. Использовать или аккумулировать тормозную и другую попутно получаемую энергию. 13.27. Вместо действия, диктуемого условиями задачи, осуществить обратное действие (например, не охлаждать объект, а нагревать). 13.28. Выбрать и обеспечить оптимальные параметры (температуру, влажность, освещение и др.). 13.29. Перейти на другие физические принципы действия с более дешевыми или доступными источниками энергии или более высоким КПД. 13.30. После конструктивного улучшения какого-либо элемента определить, как должны быть изменены другие элементы, чтобы эффективность объекта в целом еще более повысилась. 14. Преобразования по аналогии


14.1. Рассмотреть возможность копирования. 14.2. Использовать аналоги отношений и пропорций. 14.3. Использовать пропорции живых организмов или других природных объектов. 14.4. Применить вещество, аналогичное ферментам и катализаторам. 14.5. Использовать принцип иммитации, заключающийся в создании таких объектов, которые по форме, цвету, внешнему виду аналогичны другому объекту, но по ряду других свойств не соответствуют ему. 14.6. Выполнить объект в современном стиле. 14.7. Перенести элемент с одного объекта на другой. 14.8. Проверить, как решаются задачи, обратные данной. 14.9. Выполнить объект по аналогии с одной особо значащей деталью другого объекта. 14.10. Использовать аналогии качеств и свойств других объектов. 14.11. Использовать свойства объекта без самого объекта. 14.12. Использовать природный принцип повторяемости однотипных элементов (пчелиные соты, чешуя рыб, клетки, кристаллы и др.). 14.13. Использовать функциональную дифференциацию элементов природных объектов (корни, стебли, листья, цветы; также - у животных). 14.14. Применить решение, аналогичное имеющемуся: в ведущей отрасли техники; в неживой природе; физике; у современных живых организмов; у вымерших организмов; в химии; биохимии; химической промышленности; в экономике; в общественной жизни людей; в научно-фантастической литературе; в прошлых, древних и "вымерших" технических объектах. Ответить на вопрос, как решаются подобные задачи в указанных областях? 14.15. Применить решение по аналогии с механическим принципом действия объектов природы. 14.16. Выполнить компоновку объекта аналогично компоновке другого объекта. 14.17. Выполнить структуру объекта аналогичной структуре другого объекта. 14.18. Выполнить принцип действия объекта аналогичным принципу действия другого объекта. 14.19. Применить объект, используемый для этих же целей в другой отрасли техники. 14.20. Применить решение, аналогичное имеющемуся в патентных данных. 14.21. Приспособить природные конструкции для технических целей. 14.22. Использовать эмпатию: мысленно превратите себя в объект и с помощью своих ощущений найдите наиболее целесообразное решение. 14.23. Использовать аналогии функции и поведения других объектов. 14.24. Применить объект, предназначенный для выполнения аналогичной функции в другой отрасли техники, пользуясь классификаторами патентов. 14.25. Использовать в качестве прототипа детские игрушки. 14.26. Вместо недоступного, сложного, дорогостоящего или хрупкого объекта использовать его упрощенные и дешевые копии, модели, макеты. 15. Комбинирование и синтез. 15.1. Гиперболизовать размеры объекта, создать "гиганты" и найти ему применение. 15.2. Миниатюризировать размеры объекта, создать микрообъект и найти ему применение. 15.3. Придать объекту самостоятельные функции. 15.4. Применить другие физические силы. 15.5. Рассмотреть различные энергетические установки и виды энергии. 15.6. Использовать другой принцип действия. 15.7. Заменить принцип работы объекта - на эквивалентный. 15.8. Рассмотреть различные физические эффекты. 15.9. Применить известный объект для другого назначения. 15.10. Использовать объект в другой области с одновременным изменением его функций. 15.11. Переделать объект с целью приспособления его к другим условиям работы, операциям, видам продукции, без изменения основной конструкции. 15.12. Придумать для известного объекта новую функцию. 15.13. Найти новую область применения объекта. 15.14. Найти новый способ применения объекта. 15.15. Найти новое применение найденной идеи или идеи, обратной найденной. 15.16. Использовать принцип многоступенчатых или каскадных конструкций. 15.17. Базовый объект или основные его элементы использовать для создания объектов различного назначения, близких или различных по рабочему процессу. 15.18. Использовать принцип дробления общественных потребностей на несколько субпотребностей, с последующим созданием технических объектов для удовлетворения каждой отдельной субпотребности. 15.19. Использовать принцип специализации объектов. 15.20. Собрать объект из модульных элементов. 15.21. Комбинировать секции, узлы, блоки, агрегаты. 15.22. Комбинировать универсальные элементы. 15.23. Установить, какие комбинации элементов объекта допустимы.


15.24. Комбинировать переходные состояния. 15.25. Создать ассортимент или гарнитур. 15.26. Комбинирование (объединение) в единое целое таких элементов (объектов), которые отдельно выполняют определенные функции, имеют самостоятельное назначение и продолжают выполнять такие функции в новом комплексе. 15.27. Создать объект (машину) путем сочетания унифицированных элементов (агрегатов), представляющих собой автономные узлы, устанавливаемые в различном числе и комбинациях на общей станине. 15.28. Перейти от однофункционального объекта - к многофункциональному (трансформированному или нетрансформированному). 15.29. Комбинировать функции и цели объекта или его элементов. 15.30. Комбинировать привлекательные признаки и свойства объекта. 15.31. Комбинировать привлекательные технические и другие идеи. 15.32. Использовать метод эвристического подбора: запаха, цвета, освещения и др. 15.33. Использовать принцип действия, обратный (противоположный) имеющемуся. 15.34. Создать технический объект, моделирующий живой организм. 15.35. Использовать в качестве прототипа искомого объекта: объект живой природы; объект неживой природы; близкие области техники; детские игрушки и др. 15.36. Комбинировать универсальные элементы для осуществления различных функций. 15.37. Применить метод морфологического ящика. 15.38. Сформулировать (синтезировать) идеальное конструктивное решение и перейти от него к реальному. 15.39. Придумать новую функцию, техническая реализация которой принесет значительное улучшение для жизни и работы человека. 16. Преобразование структуры 16.1. Исключить наиболее напряженный (нагруженный) элемент. 16.2. Исключить элемент при сохранении объектом всех прежних функций. При этом один элемент выполняет несколько функций, благодаря чему отпадает необходимость в других элементах. Убрать "лишние детали" даже при потере "одного процента эффекта". 16.3. Присоединить к объекту новый элемент в виде жестко или шарнирно соединенной пластины (стержня, оболочки или трубы), находящейся в рабочей среде или в контакте с ней. 16.4. Присоединить к базовому объекту дополнительное специализированное орудие труда, инструмент и т.п. 16.5. Заменить связи (способ или средство соединения) между элементами; жесткую связь сделать гибкой или наоборот. 16.6. Заменить источник энергии, тип привода, цвет и т.д. 16.7. Заменить механическую схему электрической, тепловой, оптической или электронной. 16.8. Существенно изменить компоновку элементов; уменьшить компоновочные затраты. 16.9. Сосредоточить органы управления и контроля в одном месте. 16.10. Объединить элементы единым корпусом, станиной или изготовить объект цельным. 16.11. Ввести единый привод, единую систему управления или электроснабжения. 16.12. Соединить одноразовые или предназначенные для смежных операций объекты. 16.13. Объединить в одно целое объекты, имеющие самостоятельное назначение, которое сохраняется после объединения в новом комплексе. 16.14. Использовать принцип агрегатирования. Создать базовую конструкцию (единую раму, станину), на которую можно "навесить" различные (в различных комбинациях) рабочие органы, агрегаты, инструменты. 16.15. Совместить или объединить явно или традиционно несовместимые объекты, устранив возникающие противоречия. 16.16. Выбрать материал, обеспечивающий минимальную трудоемкость изготовления деталей и обработки заготовок. 16.17. Использовать раздвижные, раскладные, сборные, надувные и другие конструкции, обеспечивающие значительное уменьшение габаритных размеров при переводе объекта из рабочего состояния в нерабочее. 16.18. Выбрать наиболее кривую структуру. 17. Повышение технологичности 17.1. Упростить форму и конструкцию деталей путем сокращения числа обрабатываемых поверхностей, неплоских и некруговых поверхностей, рабочих ходов при обработке. 17.2. Выбрать форму и конструкцию элементов, обеспечивающие применение наиболее производительного технологического оборудования, приспособлений и инструмента. 17.3. Выбрать конструкцию деталей узлов, обеспечивающую максимальное совмещение и одновременное выполнение операций обработки и сборки. 17.4. Снизить или исключить пригоночные работы при сборке. Использовать средства компенсации неточности изготовления. 17.5. Осуществить технологическую унификацию конструкций, формы и размеров деталей. 17.6. Заменить механическую обработку способом обработки без снятия стружки.


17.7. Использовать саморегулирующиеся, восстанавливающиеся, самозатачивающиеся элементы и инструменты, сокращающие трудоемкость профилактического ухода и ремонта. 17.8. Максимально применять стандартные элементы, имеющие весьма широкую область применения. 17.9. Использовать модульный принцип конструирования, когда из небольшого числа стандартных элементов (универсального набора) можно собрать любое изделие в заданном классе. 17.10. Максимально использовать в проектируемом объекте освоенные в производстве узлы и детали. 17.11. Максимально использовать заготовки с размерами, близкими к размерам готовой детали. Использовать точное литье, штамповку, сварку. 17.12. Выбрать наиболее целесообразное расчленение объекта на блоки, узлы и детали. 17.13. Выбрать материал, обеспечивающий минимальную трудоемкость изготовления деталей. 2.6.3. Некоторые рекомендации и правила по использованию приемов преобразования объектов техники При решении задач с помощью банка приемом последовательно выполняются следующие этапы поиска и обработки информации [21]: 1. Уяснение или формулировка технического задания - списка требований к искомому техническому решению. 2. Выбор из фонда аналогов одного или несколько прототипов, в наибольшей степени удовлетворяющих техническому заданию. 3. Анализ прототипов, выявление их недостатков и формулировка постановки задачи в виде ответов на вопросы: какие параметры в прототипе и на сколько желательно улучшить? Какие новые свойства должен утратить рассматриваемый прототип? 4. Задачу начинают решать с выбора наиболее подходящих приемов из банка. Задачу можно решить с помощью одного приема, последовательным применением нескольких приемов или одновременным комплексном использовании двух и более приемов. Приемы указывают лишь общее направление и область, где могут быть сильные решения. Конкретный же вариант решения они не выдают, эта работа остается за человеком. Пользоваться приемами можно двумя способами: просматривать их все, подбирая наиболее удобный для решения данной задачи, причем каждый прием отложится в памяти и их подбор не будет составлять большого труда; второй способ предполагает использование таблицы выбора приема устранения технических противоречий [22]. Под приемами в АРИЗ принимаются операторы преобразования исходной ТС при условии устранения технического противоречия. Некоторые приемы включают подприемы, которые образуют цепь, где каждый следующий подприем развивает следующий. Набор приемов образует систему, ценность которой выше арифметической суммы ценностей составляющих набор приемов. Могут использоваться отдельные приемы, например, развитие скруббера Вентури, содержащего сопло и эжектор. Скорость прохождения газа в месте сужения эжектора увеличивается, газ дробит жидкость на капли и смешивается с ней. Недостаток - с увеличением пропускной способности недопустимо растут размеры аппарата. Аппарат имеет линейную компоновку, поэтому можно применив прием 17, развить его в направлении "линия-плоскость-объем" и получить компактные и мощные теплообменные аппараты с плоскостной и объемной компоновками (а. с. 486768 и 502645). Из всего объема приемов можно выделить "сильные" - направленные на приближение объектов к идеальной машине, способу или веществу. В сильных приемах реализованы принципиально новые подходы (приемы 13 и 22), используются физические эффекты (приемы 28 и 36), осуществляются изменения более тонкие и хитроумные (прием 16). Таким образом, сильные приемы предполагают: коренные изменения объекта; направлены на приближение объекта к идеальной машине; являются синтезом нескольких действий. Всем этим требованиям одновременно удовлетворяет подприем 28, г: использование магнитного поля и ферромагнитного порошка (т.е. замена механической системы - феполем [11]. При решении реальных задач приемы в чистом виде встречаются редко. Приемы могут образовываться из пары прямого и обратного (прием-антиприем), например, отброс-регенерация. Физические противоречия отражают двойственные требования: объект должен обладать и свойством и антисвойством, поэтому двойственные приемы лучше приспособлены к устранению противоречий, чем одиночные. Чем сложнее задача, тем сложнее устроено сочетание приемов использованных в этом решении. Можно выделить наиболее важные сочетания приемов: переход от вещества к полному веполю, который всегда включает совокупное использование группы приемов; сочетания в которые входят принцип предварительного действия (прием 10) и принцип частичного исполнения (прием 16), называемый принципом отзывчивости. Пример на использование принципа отзывчивости: в металлическом корпусе прибора имеется отверстие, в которое запрессован шарик. Во время эксплуатации шарик необходимо извлечь. При плотной запрессовке это сделать трудно без нарушения целостности прибора. Разборные конструкции недопустимы. Решение: шарик плохо извлекается - у него нет отзывчивости на извлечение. Поэтому необходимо до запрессовки ввести в отверстие вещество, которое под действием поля осуществит распрессовку. По способу соединения деталей, одна из которых запрессовывается в глубокое гнездо другой, для обеспечения возможности замены детали, перед запрессовкой шарика в гнездо вводят каплю жидкости (воды), которую перед выпрессовкой нагревают до образования пара, под давлением которого шарик выталкивается (а. с. 475247).


Таким образом, приемы и их сочетание классифицируются: элементарные приемы (дробление, объединение и т.д.), которые порознь слабы и не ориентированы в направлении технического прогресса; парные приемы (пары типа "прием-антиприем"); сочетание элементарных и парных приемов с другими приемами, то есть сложные приемы, в том числе сочетание типа "отзывчивость", веполь, феполь; приемы-стандарты. Чем сложнее комплекс приемов, тем отчетливее он направлен по линии развития ТС. Увеличение степени отзывчивости, переход от невепольных систем к вепольным, превращение вепольных систем в фепольные - это главные тенденции развития ТС. 2.6.4. Уровни приемов: макро и микро Каждый прием можно применить на макро и микро уровне. Сравним два описания изобретений [11]: "Термобур для бурения скважин, для производства бурения наклонных участков скважин без прекращения процесса бурения, выполнен так, что реактивная горелка присоединена к бурильной штанге шарнирно" (а.с. 152842). "Применение в качестве рабочего тела для контуров бинарного цикла энергетической установки химически реагирующих веществ, диссоциирующих при нагревании с поглощением тепла и уменьшением молекулярного веса и рекомбинирующих при охлаждении к исходному состоянию"(а. с. 282342). В обоих примерах использован принцип дробления или парный прием "дробление-объединение", но примеры разного уровня: в первом случае - первого уровня (шарнир), а во втором случае - четвертого уровня (применение сборно-разборных молекул). Один и тот же прием реализован на макроуровне (шарнирно-разборный термобур) и на микроуровне (сборно-разборные молекулы, атомы, ионы). Возможны три вида уровневых перехода от прототипа: от макрообъекта к макрообъекту - дают изобретения до третьего уровня; от макрообъекта к микрообъекту - дают изобретения до четвертого и пятого уровней; от микрообъекта к микрообъекту - дают изобретения не выше третьего уровня, если изменения происходят в пределах одного подуровня (молекулы все время остаются молекулами) и выше третьего уровня, если происходит смена подуровней (молекулы постоянно или на время заменяются меньшими частицами или полем). Исторически ТС развиваются в три этапа: ТС совершенствуется изобретениями типа макро-макро (у парусного корабля улучшаются паруса); переход макро-микро (паруса заменяются паротурбинными установками, молекулы пара разгоняются тепловым полем и давят на лопатки паровой турбины); цепь переходов типа микро-микро (применение двигателей внутреннего сгорания); применение электромагнитного поля, разгоняющего и отбрасывающего ионы, например, применение электромагнитного насоса для перекачки электролитов, в качестве реактивного водного двигателя (а. с. 247054); гипотетический переход - использование только полей. 2.7. Применение физико-химико-геометрических эффектов при решении изобретательских задач 2.7.1. Особенности и правила использования эффектов Вузовскую физику изучают не с точки зрения ее изобретательских возможностей, поэтому молодой специалист обычно не умеет творчески применять даже хорошо знакомые физэффекты, например, тепловое расширение или резонанс. Изобретательский потенциал физики можно повысить, используя методы, позволяющие целенаправленно определять, какой именно физэффект нужен для решения той или иной задачи. Физику инженер, бакалавр или магистр знает достаточно хорошо, но применять ее как инструмент технического творчества умеют немногие. Эффекты используют на шаге 4.3 АРИЗ-82 или на шаге 5.4 АРИЗ-85-Б. На макроуровне преобладают простые комбинационные приемы (разрезать, соединить и т.д.), а на микроуровне в состав сложных приемов входят физические эффекты и явления. Правило по использованию физэффекта в простых задачах может выглядеть так: при работе с железом или материалом, его содержащим или в который можно ввести железо, необходимо использовать ферромагнитные свойства железа. Например, если необходимо повысить жесткость пружины из стали определенной марки (увеличивать ее размеры, заменять сталь, использовать дополнительные элементы нельзя), то витки пружины намагничиваются так, чтобы одноименные полюса находились рядом и при сжатии пружины создавали дополнительную отталкивающую силу [11]. Пример на использование высшей формы регулировки - саморегулировки. Линию электропередач и оборудование ЛЭП, открыто устанавливаемые на подстанциях необходимо защищать от обледенения. На провода одевают ферритовые накладки, которые под действием переменного тока нагреваются и обогревают провода. При повышении температуры выше 0 °С накладки необходимо снимать. ИКР: ферритовые накладки сами становятся магнитными при отрицательных температурах и перестают быть магнитными при подъеме температуры выше 0 °С. Используется эффект перехода через точку Кюри, при котором при переходе через определенный температурный порог (точка Кюри) магнитные свойства исчезают, а при обратном ходе восстанавливаются. Накладка выполняется из феррита с точкой Кюри около 0 °С и нагрев сам собой включается и выключается, то есть используется саморегулировка [11]. При решении задач по АРИЗ используется таблица применения физических эффектов, отражающая наиболее типичные физические "ключи" к типичным задачам. Таблица составляется на основе указателя физических эффектов [19]. Если задача решается совместным применением нескольких эффектов (или сочетанием эффекта и приемом) необходимы правила стыковки физэффектов. Например, одно из таких правил: связующим элементом между двумя стыкующими эффектами в сильных изобретениях всегда выступает поле, а не вещество, то есть поле на выходе одного эффекта является одновременно полем на входе другого. 2.7.2. Применение некоторых физических эффектов и явлений при решении


изобретательских задач [11] 1. Измерение температуры: Тепловое расширение и вызванное им изменение собственной частоты колебаний. Термоэлектрические явления. Спектр излучения. Изменение оптических, электрических, магнитных свойств веществ. Переход через точку Кюри. Эффекты Гопкинса и Баркхаузена. 2. Понижение температуры: Фазовые переходы. Эффекты Джоуля-Томсона. Эффект Ранка. Магнитокалориметрический эффект. Термоэлектрические явления. 3. Повышение температуры: Электромагнитная индукция. Вихревые токи. Поверхностный эффект. Диэлектрический нагрев. Электронный нагрев. Электрические разряды. Поглощение излучения веществом. Термоэлектрические явления. 4. Стабилизация температуры: Фазовые переходы (в том числе переход через точку Кюри). Термостатирование. 5. Индикация положения и перемещения объекта: Введение меток - веществ, преобразующих внешние поля (люминофоры) или создающих свои поля (ферромагнетики) и поэтому легко обнаруживаемых. Отражение и испускание света. Фотоэффект. Деформация. Рентгеновское и радиоактивное излучение. Люминесценция. Изменение электрических и магнитных полей. Электрические разряды. Эффект Доплера. 6. Управление перемещением объектов: Действие магнитным полем на объект или на ферромагнетик, соединенный с объектом. Действие электрическим полем на заряженный объект или магнитным - на проводник с током. Передача давления жидкостями и газами. Механические колебания. Центробежные силы. Тепловое расширение. Световое давление. Эффект Магнуса - при вращении сферы или цилиндра в потоке среды (воздух, вода) возникает усилие, смещающее объект перпендикулярно направлению движения потока среды. 7. Управление движением жидкости и газа: Капиллярность. Осмос. Электроосмос. Эффект Томса. Эффект Бернулли. Волновое движение. Центробежные силы. Эффект Вайссенберга. 8. Управление потоками аэрозолей (пыль, дым, туман): Электризация. Электрические и магнитные поля. Давление света. 9. Перемешивание смесей. Образование растворов: Ультразвук. Кавитация. Диффузия. Электрические поля. Магнитное поле в сочетании с ферромагнитным веществом. Электрофорез. Солюбилизация. 10. Разделение смесей: Электро- и магнитосепарация. Изменение кажущейся плотности жидкости-разделителя, под действием электрических и магнитных полей. Центробежные силы. Сорбция. Диффузия. Осмос. Электроосмос. Электрофорез. 11. Стабилизация положения объектов: Электрические и магнитные поля. Фиксация в жидкостях, твердеющих в магнитном и электрическом полях. Гироскопический эффект. Реактивное движение. 12. Силовое воздействие. Регулирование сил. Создание больших давлений: Действие магнитным полем через ферромагнитные вещества. Фазовые переходы. Тепловое расширение. Центробежные силы. Изменение гидростатических сил путем изменения кажущейся плотности магнитной или электропроводной жидкости в магнитном поле. Применение взрывчатых веществ. Электрогидравлический эффект. Оптикогидравлический эффект. Осмос. 13. Изменение трения: Эффект Джонсона-Рабека. Воздействие излучений. Явление Крагельского. Колебания. Эффект аномально низкого трения. Эффект безизносного трения. 14. Разрушения объекта: Электрический разряд. Электрогидравлический эффект. Резонанс. Ультразвук. Кавитация. Индуцированное излучение (лазер). 15. Аккумулирование механической и тепловой энергии: Упругая деформация. Гироскопический эффект. Фазовые переходы. 16. Передача энергии (1-механической, 2-тепловой, 3-лучистой, 4-электрической): 1). Упругие деформации. Колебания. Эффект Александрова. Волновое движение, в том числе ударные волны; 2). Излучения. Теплопроводность. Конвекция. 3). Явления отражения света (световоды). Индуцированное излучение. 4). Электромагнитная индукция. Сверхпроводимость. 17. Установление взаимодействий между подвижным (меняющимся) и неподвижным (неменяющимся) объектами: Использование электромагнитных полей (переход от "вещественных" связей к "полевым"). 18. Измерение размеров объекта: Измерение собственной частоты колебаний. Нанесение и считывание магнитных и электрических меток. 19. Изменение размеров объектов:


Тепловое расширение. Деформации. Магнитоэлектрострикция. Пьезоэлектрический эффект. 20. Контроль состояния и свойств поверхности: Электрические разряды. Отражение света. Электронная эмиссия. Муаровый эффект. Излучения. 21. Изменение поверхностных свойств: Трение. Адсорбция. Диффузия. Эффект Баушингера. Электрические разряды. Механические и акустические колебания. Ультрафиолетовое излучение. 22. Контроль состояния и свойств в объеме: Введение "меток" - веществ, преобразующих внешние поля (люминофоры) или создающих свои поля (ферромагнетики), зависящие от состояния и свойств исследуемого вещества. Изменение удельного электрического сопротивления, в зависимости от изменения структуры и свойств объекта. Взаимодействие со светом. Электро- и магнитооптические явления. Поляризованный свет. Рентгеновские и радиоактивные излучения. Электронный парамагнитный и ядерный магнитный резонансы. Магнитоупругий эффект. Переход через точку Кюри. Эффект Гопкинса и Баркхаузена. Измерение собственной частоты колебаний объекта. Ультразвук. Эффект Мѐссбауэра. Эффект Холла. 23. Изменение объемных свойств объекта: Изменение свойств жидкости (кажущейся плотности, вязкости) под действием электрических и магнитных полей. Введение ферромагнитного вещества и действие магнитным полем. Тепловое воздействие. Фазовые переходы. Ионизация под действием электрического поля. Ультрафиолетовое, рентгеновское и радиоактивные излучения. Деформация. Диффузия. Электрические и магнитные поля. Эффект Баушингера. Термоэлектрические, термомагнитные и магнитооптические эффекты. Кавитация. Фотохромный эффект. Внутренний фотоэффект. 24. Создание заданной структуры. Стабилизация структуры объекта: Интерференция волн. Стоячие волны. Муаровый эффект. Магнитные поля. Фазовые переходы. Механические и акустические колебания. Кавитация. 25. Индикация электрических и магнитных полей: Осмос. Электризация тел. Электрические разряды. Пьезо и сегнетоэлектрические эффекты. Электреты. Электронная эмиссия. Электрооптические явления. Эффекты Гопкинса и Баркхаузена. Эффект Холла. Ядерный магнитный резонанс. Гидромагнитные и магнитооптические явления. 26. Индикация излучения: Оптико-акустический эффект. Тепловое расширение. Фотоэффект. Люминисценция. Фотопластический эффект. 27. Генерация электромагнитного излучения: Эффект Джозефсона. Явление индуцированного излучения. Туннельный эффект. Люминесценция. Эффект Ганна. Эффект Черенкова. Электрические разряды. 28. Управление электромагнитными полями: Экранирование. Изменения состояния среды, например, увеличение или уменьшение ее электропроводности и магнитной проницаемости. Изменение формы поверхностей тел, взаимодействующих с полями. 29. Управление потоками света. Модуляция света: Преломление и отражение света. Электро- и магнитооптические явления. Фотоупругость. Эффекты Керра и Фарадея. Эффект Ганна. Эффект Франца-Келдыша. 30. Инициирование и интенсификация химических превращений: Ультразвук. Кавитация. Ультрафиолетовые, рентгеновские, радиоактивные излучения. Электрические разряды. Ударные волны. Мицеллярный катализ. 2.7.3. Фрагменты фонда физико-технических эффектов [19] 1. Закон Ома - возникновение в проводнике электрического тока, плотность которого пропорциональна напряженности поля [23,24]. 2. Закон Джоуля-Ленца - выделение в проводнике при протекании через него электрического тока определенного количества теплоты, пропорционального квадрату силы тока, сопротивлению проводника и времени протекания тока [23,24]. 3. Эффект Зеебека - возникновение ЭДС в электрической цепи, состоящей из последовательно соединенных разнородных проводников, контакты между которыми имеют различные температуры [23,24]. 4. Эффект Томсона - выделение или поглощение теплоты (помимо выделения джоулевой теплоты) в проводнике с током, вдоль которого имеется градиент температуры [23,24]. 5. Эффект Пельтье - выделение или поглощение теплоты при протекании электрического тока через контакт разнородных проводников [23,24] . 6. Закон Био-Савара-Лапласа - создание в окружающем пространстве магнитного поля при протекании по проводнику электрического тока [23,24] . 7. Сверхпроводимость - скачкообразное уменьшение практически до нуля электрического сопротивления ряда металлических проводников, медьсодержащих керамик, сильнолегированных полупроводников при охлаждении ниже критической температуры, характерной для данного материала [23,24]. 8. Тензорезистивный эффект - изменение электрического сопротивления в твердых проводниках под действием растягивающих или сжимающих напряжений [24,25].


9. Магниторезистивный эффект - изменение электрического сопротивления твердых проводников под действием магнитного поля [24,25]. 10. Эффект Гопкинсона - резкое возрастание магнитной проницаемости ферромагнетика в слабом магнитном поле вблизи точки Кюри, причем в непосредственной близости к точке Кюри проницаемость падает (ферромагнетик становится парамагнетиком) [26]. 11. Катодолюминесценция - излучение света, возникающее при возбуждении люминофора электронным пучком [24]. 12. Пироэлектрический эффект - возникновение электрических зарядов на поверхности некоторых кристаллических диэлектриков (пироэлектриков) при их нагревании или охлаждении [24,27]. 13. Электрокалориметрический эффект - изменение температуры пироэлектрического кристалла под влиянием электрического поля [24]. 14. Термоэлектронная эмиссия - испускание электронов нагретыми телами в вакуум или другую среду [23,24]. 15. Автоэлектронная эмиссия - испускание электронов проводящими твердыми и жидкими телами под действием внешнего электрического поля высокой напряженности у их поверхности [23,24]. 16. Электролюминесценция - люминесценция, возбуждаемая электрическим полем [24]. 17. Естественная оптическая активность - вращение плоскости поляризации оптического излучения при прохождении через некоторые вещества [24,28]. 18. Закон Брюстера - полная поляризация естественного (неполяризованного) света при падении на границу двух диэлектриков под углом Брюстера [24,28]. 19. Фотоэлектронная эмиссия (внешний фотоэффект) - испускание электронов твердыми телами и жидкостями под действием электромагнитного излучения в вакуум или другую среду [23,24]. 20. Эффект Поккельса - изменение показателя преломления света в кристаллах пьезоэлектриков, помещенных в электрическое поле [24]. 21. Эффект Фарадея - вращение плоскости поляризации линейно поляризованного света, распространяющегося в изотропном веществе вдоль постоянного магнитного поля, в котором находится это вещество [24,28]. 22. Эффект Коттона - Мутона - двойное лучепреломление света в изотропном веществе, помещенном в сильное магнитное поле (перпендикулярное световому лучу) [24,28]. 23. Эффект Доплера в оптике - изменение частоты колебаний, воспринимаемой наблюдателем при движении источника электромагнитного излучения и наблюдателя относительно друг другу [24,25]. 24. Эффект Керра - возникновение двойного лучепреломления в оптически изотропных веществах под действием однородного электрического поля [24,28]. 25. Фотопластический эффект (открытие СССР № 93) - увеличение прочности пластически деформированного образца (кристаллические полупроводники) под действием света [29]. 26. Двойное лучепреломление - раздвоение световых лучей при прохождении через анизотропную среду, причем при падении световой линейно поляризованной волны на оптически анизотропную среду в ней возникает две волны с взаимно перпендикулярными плоскостями поляризации [24,28]. 27. Фотоупругость (пьезооптический эффект) - возникновение оптической анизотропии в первоначально изотропных твердых телах под действием механических напряжений, что приводит к двойному лучепреломлению световой волны [24,28]. 28. Фотопроводимость (фоторезистивный эффект) - увеличение электропроводности полупроводника под действием электромагнитного излучения [24]. 29. Фотолюминесценция - возникновение люминесценции, возбуждаемой при действии на вещество оптического излучения [24]. 30. Закон Ампера - возникновение механической силы, действующей на проводник, по которому протекает электрический ток при помещении его во внешнее магнитное поле [23,24]. 31. Эффект Холла - возникновение разности потенциалов между боковыми гранями пластинки из металлического проводника или полупроводника, вдоль которого протекает электрический ток, при действии перпендикулярного к ней магнитного поля [24,29]. 32. Магнитострикция - изменение формы и размеров тела при его намагничивании (ферромагнетики, антиферромагнетики) [23,24]. 33. Эффект Эйнштейна-де-Хааза - поворот свободно подвешенного ферромагнитного образца во внешнем магнитном поле [23,24]. 34. Эффект Виллари (магнитоупругий эффект) - влияние механических деформаций (растяжения, кручения, изгиба) на намагниченность ферромагнетика [24,26]. 35. Эффект Баркгаузена - скачкообразное изменение намагниченности образца при непрерывном изменении внешнего магнитного поля [24]. 36. Эффект Барнетта - изменение намагниченности ферромагнетика при его вращении в отсутствии внешнего магнитного поля [23,24]. 37. Пьезоэлектрический эффект - изменение поляризации некоторых кристаллических диэлектриков (пьезоэлектриков) при механической деформации [23,24].


38. Терморезистивный эффект - изменение электрического сопротивления проводящих тел при изменении их температуры: у металлических проводников сопротивление возрастает с ростом температуры, у жидких электролитов и полупроводников - падает [23,25]. 39. Поляризация диэлектриков - образование объемного дипольного момента диэлектрика под действием электрического поля, при этом на поверхности диэлектрика появляются связанные (поляризованные) заряды [23,24]. 40. Ионизация газа под действием электрического поля - образование положительных, отрицательных ионов и свободных электронов из электрически нейтральных атомов и молекул газа под действием сильного электрического поля [23,24]. 41. Термоэлектретный эффект - образование устойчивой поляризации в диэлектрике при его охлаждении в присутствии постоянного электрического поля, например, твердые диэлектрики (полиамиды, полиметилметакрилат, эбонит и др.) [24]. 42. Термолюминесценция - возникновение люминесценции при нагревании некоторых твердых люминофоров (кристаллических и аморфных), предварительно возбужденных светом [24]. 43. Эффект Эттингсхаузена - возникновение градиента температур в твердом проводнике с током под действием магнитного поля в направлении, перпендикулярном току и полю [24,29]. 44. Пластическая деформация при воздействии ультразвука - усиление пластических свойств твердого тела, находящегося под механическим напряжением, при воздействии ультразвуковых колебаний [27]. 45. Деформационное упрочнение металлов (наклеп) - упрочнение металлов при пластической деформации: предел прочности возрастает с увеличением степени пластической деформации [30]. 46. Влияние пластической деформации на электрическое сопротивление металлов - возрастание удельного электрического сопротивления металлов при увеличении степени их пластической деформации [30]. 47. Коронный разряд - высоковольтный самостоятельный электрический разряд в газах при давлении, большем 105 Па, возникающий в резко неоднородном электрическом поле вблизи электродов с большой кривизной поверхности [23,24]. 48. Барьерный разряд - высоковольтный разряд переменного тока, осуществляемый через барьер из диэлектрика [24]. 49. Термическая ионизация - распад атомов и молекул нейтрального газа на заряженные частицы в результате столкновений, вследствие теплового движения при достаточно высокой температуре [24]. 50. Эффект Томса - небольшие (доли %) добавки длинноцепочечных полимеров в жидкость уменьшают трение турбулентной движущейся жидкости о твердую поверхность, например, о стенки трубы [24]. 2.7.4. Применение механических эффектов 1. Использование вращательного движения. Например, способ изготовления листочков или чешуек из стекла, включает использование центробежного эффекта и предусматривает нанесение стекла, размягченного при нагревании, на стенку в форме круга, имеющего по окружности закраину. Стенки для образования пленки из стекла приводят во вращение, при этом пленка выбрасывается через закраину под действием центробежных сил, затвердевает и разбивается на листочки на некотором расстоянии от вращающейся стенки (пат. ФРГ 1229253). Применение изменения моментов инерции: чем больше масса вращающегося тела и чем дальше она отнесена от центра вращения, тем большим моментом инерции обладает это тело. Например, в способе регулирования энергии ударов в кузнечно-прессовых машинах ударного действия, заключающемся в изменении момента инерции маховых масс, для повышения качества обрабатываемых изделий и долговечности машин, моменты инерции изменяют путем подачи или отвода жидкости во внутренние полости маховых масс (а.с. 538800). Силы, возникающие в процессе вращательного движения, можно использовать для ускорения некоторых технологических процессов, например, способ деаэрации порошкообразных веществ путем уплотнения, предусматривает для интенсификации процесса, деаэрацию проводить под действием центробежных сил (а. с. 283885), а также для деформации: способ отбортовки труб из термопластичного материала, включающий операции нагревания ее конца до размягчения и последующей его деформации, для упрощения изготовления изделия и повышения его качества, предусматривает деформацию размягченного конца трубы осуществлять ее вращением (а. с. 517501). Подвергая нагретую жидкость действию центробежного поля можно значительно увеличить производительность парогенераторов. Если перегретую жидкость под давлением подавать по касательной к внутренней поверхности цилиндра, при этом жидкость будет закручиваться с большего на меньший радиус, а это, в силу закона сохранения момента количества движения, вызовет рост линейной скорости. Согласно закону Бернулли увеличение скорости приведет к падению давления в движущейся жидкости, и если она недогрета, то закипит, и сухой пар будет собираться в центре цилиндра. На каждый элемент объема вращающейся вязкой жидкости действуют две силы: центробежная, пропорциональная ее плотности, и сила тяжести, также пропорциональная плотности. Поэтому на форму параболического мениска плотность не влияет, т.е. любые жидкости будут иметь одинаковые формы поверхности. Например, способ изготовления изделий с параболической поверхностью, основанный на вращении резервуара с жидкостью, для снижения стоимости и повышения точности параболической поверхности, предусматривает в качестве формовочного элемента использовать жидкость с большим удельным весом, на которую наносят жидкость с меньшим удельным весом, затвердевающую при вращении резервуара (а.с. 282450).


Применение гироскопического эффекта [31,32] - вращающееся тело обладает способностью сохранять в пространстве неизменным направление оси вращения, причем при силовом воздействии, с целью изменить направление оси вращения, возникает прецессия гироскопических систем. Измеряя прецессию гироскопа, можно определить величину внешних сил, воздействующих на гироскоп. Поскольку при вращательном движении само тело остается на одном месте, а только участки тела совершают круговые движения, то во вращающемся теле можно аккумулировать кинетическую энергию, которую затем можно преобразовывать в энергию поступательного движения. На этом принципе работают инерционные аккумуляторы, например, машина для инерционной сварки трением, содержащая привод вращения и шпиндель с массой для накопления энергии, с целью уменьшения энергоемкости процесса, выполнена так, что масса для накопления энергии изготовлена в виде инерционного пульсатора (а. с. 518302). Силы инерции проявляются при изменении скорости движущегося тела или при появлении центростремительной силы; в этих случаях всегда появляется реальная сила, которую можно использовать в различных процессах и при том совершенно "бесплатно". 2. Эффекты, связанные с трением [33-35]. Трение покоя больше трения движения и этот факт снижает чувствительность точных приборов. Заменяя трение покоя трением движения, можно уменьшить силу трения и как-то стабилизировать ее. Задачу можно решить, заставив трущиеся элементы совершать колебания. Например, выполнение втулки подшипника из пьезоэлектрического материала и покрытие ее электропроводящей фольгой позволяет при пропускании переменного тока, приводить пьезоэлектрик в вибрирующее состояние и ликвидировать трение покоя (пат. США 3239283). Эффект безызносности наблюдается в паре сталь-бронза с глицериновой смазкой, при этом глицерин, протравливая поверхность бронзы, способствует покрытию ее рыхлым слоем чистой меди, атомы которой легко переносятся на стальную поверхность, и далее устанавливается динамическое равновесие и износа практически нет, ибо медный порошок прочно удерживает глицерин, который, в свою очередь, защищает медь от кислорода. Сущность эффекта безызносности (открытие СССР № 41), проявляется избирательным переносом при трении (эффект Крагельского), и заключается в следующем: в паре трения сталь-медь или сталь-бронза из твердого раствора благодаря разрушению межатомных связей выделяется медь, которая переносится на поверхность стали в виде тонкого слоя, переходящего с одной поверхности трения на другую и обеспечивая высокую износостойкость. В качестве смазки используют различные составы, содержащие поверхностноактивные вещества с восстановительными свойствами. Возможно использование бронзовых вставок в стальные (чугунные) детали в паре трения или добавки в смазку мелкодисперсного порошка или наполнителя в пластмассу в виде закиси меди, которая вследствие механохимических процессов восстанавливается в чистую медь, покрывающую тонким слоем как пластмассу, так и контртело. Эффект проявляется при трении медных сплавов о сталь в условиях граничной смазки, исключающей окисление меди, происходит явление переноса меди из твердого раствора медного сплава на сталь и обратного переноса со стали на медь, сопровождающееся уменьшением коэффициента трения до жидкостного и приводящее к значительному снижению износа пары трения. Эффект может использоваться в редукторах, в электрических коммутаторах и др. Эффект Джонсона-Рабека: если нагревать пару соприкасающихся трущихся поверхностей - полупроводник и металл, то сила трения между этими поверхностями будет увеличиваться. Этот эффект используется в тормозах и муфтах крутящего момента, например, тормоз представляющий собой вал, покрытый полупроводниковым материалом, охваченный металлической лентой, при этом тормозной момент зависит от температуры полупроводникового слоя и регулируется путем пропускания тока через вал и охватывающую его ленту (пат. США 3343635). 3. Эффект Ребиндера [36]. В инженерной практике встречаются случаи потери пластичности твердыми металлами и сплавами, находящимися в контакте с жидкими металлами. Это ведет к поломке стальных осей при расплавлении баббита в подшипниках, к появлению трещин в стальных деталях при пайке (особенно жесткими припоями - латунью или бронзой). В определенных средах ускоряются процессы измельчения неметаллических твердых тел и материалов (при дроблении руды, помоле цемента и углей). Введением специальных добавок в смазки, применяемые при обработке давлением, облегчается пластическое течение металла и улучшается качество поверхности. Эти явления понижения сопротивления пластическому деформированию и самопроизвольного диспергирования твердых моно- и поликристаллических металлов под влиянием жидких поверхностно-активных веществ имеют общую физико-химическую природу - понижение свободной поверхностной энергии под влиянием обратимой адсорбции и носят название эффекта Ребиндера (открытие СССР № 28). Это взаимодействие учитывается при проектировании теплообменных установок, разработке технологических процессов, включающих контакт твердого металла с жидким; используется для облегчения деформации и диспергирования металлов. 4. Эффект Александрова [36]. При упругом ударе коэффициент передачи энергии зависит от отношения масс соударяющихся тел до критического значения этого отношения, которое определяется конфигурацией соударяющихся тел. При дальнейшем увеличении отношения масс соударяющихся тел коэффициент передачи энергии определяется уже не отношением действительных масс, а лишь критическим значением этого отношения. Причем возможно искусственно управлять такими последствиями удара, такими как коэффициент восстановления скорости, отскока, а


также КПД удара. На этом явлении основан эффект Александрова, реализуемый в облегченных ударных и рубильных инструментах (открытие CCCР № 13). 5. Применение вибраций Речь идет, о использовании механических колебаний, период которых значительно меньше характерного промежутка времени, на котором рассматривается движение системы, а размах значительно меньше характерного размера системы. С вибрацией связан целый ряд явлений и эффектов: вибрационное разрыхление сыпучих тел, вибрационное уплотнение и упрочнение материалов, возникновение подъемной силы при вибрации тела в жидкости или газе, терапевтический эффект, виброреологические эффекты, ориентация тел на вибрирующих поверхностях и др. [37-40]. Вибрационная технология используется: в строительстве [41-43], при механической обработке материалов [44-48], при перемещении и стабилизации изделий [49-56], в горном деле [57], в химии [58-60], в сельском хозяйстве [61], в медицине [62,63]. 6. Эффект трибоэлектричества - основан на контактных явлениях электризации тел при трении. Причем знаки зарядов, возникающих при трении двух тел, определяются их составом, плотностью, диэлектрической проницаемостью, состоянием поверхности. Трибоэлектричество может возникать при просеивании порошков, разбрызгивании жидкостей, трении газов о поверхности твердых тел. Например, электростатический коагулятор, предназначенный для очистки воздуха, содержит трубу, разделенную на два рукава: один из фторопласта, другой - из оргстекла. Пылинки запыленного воздуха, прогоняемого по трубе, трутся о стенки и заряжаются по-разному: на фторопласте - положительно, на оргстекле - отрицательно. После рукавов частицы притягиваются, слипаются и отделяются [24]. 7. Муаровый эффект - наблюдается при наложении двух систем контрастных полос с возникновением узора, образованного их сгущением в местах, где полосы одной системы попадают в промежутки между полосами другой системы. Простейший муаровый эффект возникает при пересечении под небольшим углом двух систем равноудаленных параллельных полос (линий). Небольшое изменение угла поворота одной из систем ведет к значительным изменениям расстояния между элементами муарового узора. Муаровый узор образуется также при наложении двух непересекающихся систем равноудаленных параллельных линий, когда величина шага одной из систем слегка отличается от другой. При этом, чем меньше разница в шаге, тем больше расстояние между муаровыми полосами. Поэтому муаровый эффект дает возможность визуально, без применения оптических систем обнаруживать отклонения размеров в почти одинаковых периодических структурах. С помощью эффекта муара можно визуализировать ничтожные изменения показателя преломления прозрачных сред, помещая их между решетками. Так, например, можно визуализировать динамику растворения двух веществ. Если две решетки из равноудаленных параллельных прямых, несколько отличительных по величине шага, двигать одну относительно другой, в направлении перпендикулярном линиям, то полосы узора будут двигаться со скоростью гораздо большей, чем относительная скорость движения самих решеток. При этом направление их движения совпадает с направлением относительно смещения решетки с меньшим шагом. Поэтому малое перемещение одной из решеток приводит к значительному перемещению полос муара, которое легко обнаружить. Например, способ определения деформаций по картине муаровых полос, для повышения точности измерения предполагает определение отношения скоростей взаимного перемещения деформированной и эталонной сеток и скорости перемещения муаровой полосы и по величине этого отношения судят о величине деформаций. 2.7.5. Некоторые электрохимические эффекты 1. При электролизе расплавленных ионных электролитов, содержащих катионы щелочных и щелочноземельных электролитов, если в качестве катода используется свинец, олово, цинк, кадмий и их сплавы, происходит растворение металла катода и осаждение его на аноде (открытие СССР № 155). Явление такого аномального переноса может использоваться в электрометаллургии, гальванотехнике и т.д., например, катодное рафинирование в 15 раз выгоднее анодного рафинирования [36]. 2. Существует явление электрохимического внедрения щелочных металлов на твердых катодах в водных средах с образованием твердых растворов и/или интерметаллических соединений с металлом катода, обусловленное повышением диффузионной проницаемости электрода (открытие СССР № 310). При обычных условиях щелочные металлы нельзя электролитически осадить на твердых электродах из водных растворов изза высоких отрицательных потенциалов металлов и их химической активности по отношению к воде. Однако при высоких потенциалах электрода концентрация вакансий (дефектов кристаллической решетки) возрастает, структура приповерхностных слоев электрода становится менее компактной и обеспечивается более высокая (на 7 8 порядков) скорость проникновения щелочных металлов в материал электрода. При этом возможно получение при комнатной температуре тугоплавких интерметаллических соединений, в том числе из металлов которые ранее считались не взаимодействующими между собой, например, способ получения интерметаллических соединений (а.с. 482507) или способ алюмидирования ванадия (а.с. 591532). 3. Способ электрохимической активации воды и других жидких сред может осуществляться при электролизе в диафрагменном электролизере. Для изготовления катодов используются никель, нержавеющая сталь, графит, титан; для анодов - платина, спектрально чистый графит; для диафрагм - пористый фторопласт, керамика. Получение кислой (в анодной камере) и щелочной (в катодной камере) воды объясняется электрохимическими процессами, с получением не стойких веществ с соответствующей реакцией (например, перхлоратов около анода). Существуют гипотезы о структурно-энергетических перестройках молекул воды. Аномальное состояние сохраняется сравнительно недолго (8 40 часов) и тем сильнее, чем выше напряженность электрического поля около электрода. Если рН (водородный показатель) водопроводной воды - 6,5 7,5, то щелочная (католит


или «живая») вода имеет - 10 11,5, а кислая (анолит или «мертвая») - 1,1 2,5. Возможные области применения электрохимически активированной воды: добавление "щелочной" активированной воды в топливо, например, ДВС обеспечивает более полное сгорание топливной смеси; возможно удаление накипи из трубопроводов прокачкой (2 3-кратной) "кислой" воды при температуре 80 85 °С, причем без коррозионного разрушения металла; очистка сточных вод, например, биологического ила при расходе электроэнергии 1,3 кВт/м 3; электрохимическое умягчение воды в режиме катода; затворение бетонов, приготовление цементных растворов; обработка растений, приготовление творога из молока и непрокисающего молока, лекарственное воздействие и др. 2.7.6. Эффекты, связанные с тепловым расширением Эффекты теплового расширения веществ - с ростом температуры увеличивается среднее расстояние между атомами и молекулами, в результате чего газы, жидкости и твердые тела расширяются. При температурном расширении или сжатии твердых тел развиваются значительные усилия, которые можно использовать в соответствующих технологических процессах. Например, с помощью теплового расширения жидкости создают необходимые гидростатические давления: устройство для волочении металлов со смазкой под давлением, содержащее установленные в корпусе рабочую и уплотнительную волоки, образующие между собой и корпусом замкнутую камеру, в которой находится смазка и средства для создания высокого давления, для упрощения конструкции и повышения производительности, выполнено так, что средство для создания в камере высокого давления изготовлено в виде нагревательного элемента, расположенного внутри камеры (а. с. 471140). Биметаллические пластинки - соединенные металлические полоски с различным терморасширением - являются преобразователем тепловой энергии - в механическую. 1. Тепловое расширение (TP) TP твердотельного металлического вещества применяют для прецезионных перемещений, например, микроперемещене нагревам пружины (а. с. 46716), управление элементами приборов (а. с. 218308), растягивание стержней(а. с. 347148), управление регулировочными винтами (а. с. 424238), монтаж трубопроводов (а. с. 712594). Возможно обратное применение TP: измерение температуры по величине теплового удлинения, например в термометрах (а. с. 651208). При многократном применении TP, по разному нагревают и охлаждают разные элементы системы для получения суммарного результата, который нельзя получить одинарным применением TP, например, в способе подналадки станка (а. с. 189281). При нагревании пластинки происходит увеличение ее площади, в том числе и площади отверстий, например, по а. с. 476450 дозировку малых количеств газа ведут, нагревая капилляр, через который перетекает газ; по а. с. 309758 используют TP для извлечения оправки после волочения трубы. TP способно создавать весьма значительные усилия, например, при прессовании (а. с. 236279), в тепловых двигателях (а. с. 336421), при стяжке подъемного индуктора (а. с. 711707), При достаточно больших (и быстрых) изменениях температуры TP можно использовать для разрушения веществ. Рабочим телом при использовании TP могут быть любые вещества: металлы, неметаллы, жидкости и газы. 2. Сдвоенный эффект термического расширения (би-ТР) Если вещество состоит из двух веществ с разными коэффициентами теплового расширения, возникают новые явления, например, изменение формы (изгиб) стержней. Би-ТР позволяет получать значительные отклонения при сравнительно небольших перепадах температуры, что особенно важно для различных саморегулирующихся устройств, например, рама для проветривания теплиц, которую биметаллические пластины наклоняют в зависимости от температуры воздуха (а. с. 383430). Аналогичное устройство может использоваться и в саморегулируемых жалюзи радиаторов. Важное применение би-ТР - регулирование зазоров в конструкциях, например, лабиринтный насос, в котором ротор и статор выполнены из материалов с разными коэффициентами TP, что позволяет регулировать зазор между ротором и статором (а. с. 275751). Если зазора нет, и два элемента конструкции соприкасаются, биТР можно использовать для фиксирования, сжатия и деформации элементов, например, зажим деталей (а. с. 645773), развальцовка труб (а. с. 693102), создание давления при диффузионной сварке (а. с. 637214). При достаточно больших усилиях би-ТР можно использовать для разрушения материалов, например, горных пород (а. с. 310811). TP и би-ТР эффекты легко стыкуются с другими эффектами, в которых выход зависит от размеров, напряжения, формы или расположения вещества, например, фазовая пластинка поворачивает плоскость поляризации поляризованного света на угол, зависящий от толщины пластинки, которая определяется ее температурой, т.е. возможен бесконтактный замер температуры (а. с. 243889). 2.7.7. Применение фазовых переходов и изменения агрегатных состояний веществ При фазовых переходах первого рода скачком изменяются плотность вещества и всегда выделяется или поглощается конечное количество тепловой энергии. При фазовых переходах второго рода плотность и энергия меняются непрерывно, а скачок испытывают такие величины, как теплоемкость, теплопроводность, причем такие переходы не сопровождаются поглощением или выделением энергии. 1. Фазовые переходы первого рода (ФП-1) ФП-1 может использоваться для изготовления прессованием, например, ребристых труб при подаче в них воды под давлением с последующим замораживанием (а. с. 190855). А также, для временного крепления деталей, например, металлокерамические режущие пластины примороженные к резцу, не только прочно держатся и легко заменяются, но и не нуждаются в подводе смазочно-охлаждающей жидкости (а.с. 319389).


ФП-1 может быть использован для перемещения тяжелых объектов, например, в способе монтажа тяжелых конструкций путем опускания их на рабочее место, под конструкцией возводят колонны из природных веществ (льда, соли), которые затем у основания растапливают или растворяют, обеспечивая тем самым уменьшение длины колонны с одновременным опусканием конструкции (а. с. 194294). Испарение сухого льда в замкнутом объеме обеспечивает возможность быстрого безмашинного повышения давления, например, в способе создания давления в сосудах при контроле герметичности (а. с. 518657). Испарение решает также проблему самоудаления монтажных деталей, временно введенных внутрь конструкции и веществ, попавших туда, например, при струйной обработке (пат. США 3702519). 2. Фазовый переход второго рода (ФП-2) ФП-2 осуществляется при перестройке кристаллической решетки при изменении температуры, например, в способе преобразования тепловой энергии в механическую; тело, изготовленное из материала со скачкообразным изменением термодинамических свойств (например, хром с критической температурой +37 °С), периодически нагревают до температуры скачка, после чего изменяют температуру в какую-либо сторону (а. с. 280104). Перспективный для решения технических задач фазовый переход - превращение белого олова в серое: при этом при температуре 13,2 °С плотность снижается с 7,3 до 5,76 г/см 3, т.е. на 27 % (у воды при переходе в лед на 9 %). Теоретически это означает возможность получения высоких давлений (до 10 3 МПа). Механизм действия нитинола (сплава никеля с титаном) - материала, обладающего "эффектом памяти формы", - также сводится к ФП-2. Преимущество нитинола - возможность получения значительных изменений формы, конфигурации деталей при небольшом перепаде температур, например, в компрессорах (а. с. 464709), в саморегулирующемся дросселе (а. с. 534617), в приводе управления клапанами (а. с. 583347), в инструменте для развальцовки труб (а. с. 647041). 2.7.8. Некоторые гидро-газодинамические эффекты 1. Эффект Коанда (по имени румынского ученого Г. Коанда, обнаружен в 1932 г.) - возникает при обтекании тела тонкой сравнительно с размерами тела струей, при условии постоянства давления вдоль пограничного слоя и невозможности отрыва слоя с поверхности тела. Внешняя граница такой струи является свободной поверхностью, так как граничит с неподвижной средой, в которой давление повсюду постоянно. Отрыв пограничного слоя от поверхности тела в такой струе не происходит, а тонкие струи прилипают к поверхности тела, вдоль которой они распространяются [66]. Эффект Коанда используется в пневмонике (струйной автоматике) [67]. 2. Эффект Магнуса - возникает при вращательном движении тел в реальной жидкости, обладающей внутренним трением, и проявляется поперечной силой, например, сферическое тело при вращении стремится уклониться от своей нормальной траектории в направлении, в котором вращается его передняя часть. Явление эффекта Магнуса объясняется тем, что местная скорость потока относительно сферического тела, вызванная его вращением, больше с той стороны, где вращение направлено в противоположную движению сторону. Давление с той стороны, где скорость больше, ниже, чем с противоположной стороны, это и создает равнодействующую силу, направленную в указанную сторону. Явление деривации, т.е. смещение от цели вращающегося летящего снаряда, основано на эффекте Магнуса. Возможно применение данного эффекта для создания парусов (двигателей) в виде цилиндров. 3. Парадокс Дюбуа - сопротивление тела, которое удерживается неподвижно в потоке, имеющем определенную скорость, обычно меньше, чем сопротивление того же тела, которое тянут с той же скоростью в стоячей воде, так как потоки жидкости и газа всегда турбулизированы, это приводит к снижению сопротивления. Свободная турбулентность потока вызывает переход к турбулентному движению в пограничном слое, что задерживает отрыв потока, сужает отрывную зону за телом, уменьшая лобовое сопротивление. 4. Эффект Гольдштика. При вращении цилиндра, имеющего возможность свободно вращаться вокруг неподвижной оси, и внесенного в область границы свободной струи, при перемещении цилиндра к оси струи от периферии, он начинает вращаться по часовой стрелке. По мере передвижения цилиндра в глубь струи скорость вращения возрастает до максимального значения, а затем до нуля при совпадении оси цилиндра с границей струи. При дальнейшем перемещении цилиндра в глубь струи направление вращения изменяется на противоположное, вновь скорость вращения достигает максимального значения, а затем цилиндр останавливается. 5. Парадоксы закона Бернулли: а) При параллельном движении в жидкости двух тел (например, кораблей) между ними возникает стремление сблизиться. Поток между кораблями поджимается, сечение его уменьшается, скорость увеличивается, а давление падает, поэтому между внешней и внутренней сторонами кораблей возникает разность давлений, приводящая к сближению. б) Струя из трубки с плоским диском на конце отталкивает удаленные предметы и притягивает близкие. На далекие тела струя действует ударом, т.к. давление в ней уже сравнялось с атмосферным. При небольших расстояниях между диском и телом получается радиальный поток, в котором скорости падают от центра к периферии. На краю диска давление струи равно атмосферному, а скорость малая, в средних частях скорость больше и давление меньше атмосферного. Поэтому внешнее атмосферное давление прижимает тело к диску. 6. Эффект образования стоячих вихрей при отрывном течении - достигается созданием карманов (например, -образных, с острой выходной кромкой) на участке с внезапным сужением, в которых образуются


стационарные стоячие вихри, что приводит к резкому снижению сопротивления. Вихри способствуют при этом плавному, без потерь, расширению потока. 7. Эффект Жуковского - проявляется возникновением гидравлического удара при внезапном закрытии задвижки в трубопроводе, при этом находящаяся за задвижкой жидкость продолжает двигаться, а затем замедляется до полной остановки. Причем жидкость сжимается, а стенки трубы расширяются. В образовавшийся, вследствие расширения трубы и сжатия жидкости, объем и входит жидкость. Остановка движения жидкости сопровождается повышением давления в ней. Гидравлические удары возникают при быстром перекрытии трубопровода с движущейся жидкостью, вызывающем резкое повышение давления, которое распространяется в виде упругой волны сжатия по трубопроводу против течения жидкости. Эта волна несет с собой большую энергию, полученную за счет кинетической энергии жидкости. Подход волны к препятствию (изгиб трубы, задвижка) вызывает явление гидравлического удара и возможно повреждение трубы или арматуры. Гидравлические удары можно использовать для силового воздействия на материалы, при этом для увеличения силы удара применяют жидкости без неоднородностей и мгновенные перекрытия трубопровода. Вслед за гидравлическим ударом следует удар кавитационный, возникающий из-за понижения давления за фронтом волны сжатия [72-74]. 8. Эффект Рийке - наблюдается, если поток горячего газа омывает холодную стенку в вертикальной трубе, с возникновением звука. Нагреваемая сетка располагается в верхней части трубы, на расстоянии 0,25 длины от верхнего конца. Верхнюю часть трубы можно охлаждать [68]. 9. Гидро- и газостатические подшипники и подвеска - наблюдаются, когда тяжелая сфера в сферической подвеске неподвижно висит в потоке несжимаемой вязкой жидкости, создаваемом за счет подвода этой жидкости через отверстие в дне неподвижной сферической чаши, охватывающей подвешенную в потоке сферу, при этом зазор между поверхностями сферы и чаши предполагается очень малым по сравнению с их радиусами [69,70]. 10. Эффект левитации сферических тел - наблюдается в стесненном потоке жидкости или газа в цилиндрической камере с расширением и сужением на входе и выходе, выполненными по определенному профилю. Максимальный эффект левитации наблюдается при выполнении в сферическом теле сквозного радиального отверстия. Левитация (подвешивание шара в жидкости с его вращением без касания стенок камеры) усиливается с увеличением расхода жидкости, и не зависит от ориентации камеры в пространстве, в отличии от гидростатической подвески. В камере возникает торроидальный вихрь вращающий и стабилизирующий шар. Возможные области применения эффекта: 1) расходомеры - в шар запрессовывается ферромагнитная вставка, а вокруг камеры устанавливается катушка, подключенная к прибору (например, частотомеру), при этом частота вращения шара пропорциональна расходу жидкости; 2) полировка сферических тел - в процессе электрохимического воздействия на поверхность вращающейся шаровой заготовки (а. с. 1452214*); 3) горелки со стационарными вихрями для эффективного смешения топлива с воздухом и обеспечения широкого диапазона по коэффициенту избытка воздуха; 4) интенсификация тепло- и массообмена в теплообменниках. Эффект левитации тел вращения в стесненном потоке (Теплоэнергетика, 1977, № 3, С. 51-54) использовался в устройстве для заливки жидкого металла в кристаллизатор для непрерывного литья заготовок, содержащем промежуточный ковш с разливочным стаканом и сферическое тело, причем для повышения качества заготовок, сферическое тело выполнено со сквозным диаметральным каналом, диаметр которого составляет 0,05-0,25 диаметра сферического тела, а нижний конец разливочного стакана выполнен в форме диффузора с углом раскрытия 60-150° и диаметром выходного отверстия, составляющим 1,5-3,0 диаметра сферического тела, при этом диаметр сферического тела равен 1,1-1,5 внутреннего диаметра разливочного стакана (а. с. 1533826*). Применение данного устройства позволяет стабилизировать режим литья и качество слитка, за счет снижения глубины проникновения струи металла в кристаллизатор и увеличения скорости всплывания неметаллических включений. В устройстве для электрохимического полирования сферических тел (а. с. 1452214*), содержащем рабочую камеру в виде диффузора с входным и выходным патрубками для подачи и вывода электролита, электроды, размещенные по обе стороны камеры соосно с ней, и циркуляционный насос, для повышения качества полирования, рабочая камера выполнена в виде последовательно размещенных диффузора, цилиндрического полого корпуса и конфузора. При этом обеспечивается эффективная стабилизация сферического тела и равномерное электрохимическое травление, за счет вращения и левитации сферы. 11. Эффект ультразвуковой капиллярный (открытие СССР № 109) - увеличение скорости и высоты подъема жидкости (в десятки раз) в капиллярах при непосредственном воздействии ультразвука. Этот эффект реализован в способе ультразвуковой пропитки пористых материалов (а. с. 315244), а также для повышения эффективности тепловой трубы, при этом ультразвук, воздействуя на пористый фильтр в зоне конденсации, способствует быстрому возврату конденсата в зону испарения, причем, величина максимального удельного теплового потока возрастает на порядок. 12. Явление осмоса - диффузия вещества через полупроницаемую перегородку, обеспечивающую невозможность противодиффузии, с созданием в зоне концентрированного раствора осмотического давления. Осмос можно усилить (ослабить), применяя электрическим поля, например, для очистки днищ вагонеток от липкой массы остатков угля применяется электроосмос, с образованием между стенками и грузом тонкой водяной пленки, позволяющей отделять налипший груз. 13. Эффект Томса. Известно, что сопротивление, оказываемое трубопроводом потоку жидкости при ламинарном режиме течения меньше, чем при турбулентном. Повышение пропускной способности водопроводов,


как правило, связано с увеличением производительности насосов. Начиная с определенной скорости потока в трубопроводе, он распадается на отдельные струи, которые закручиваются и пересекаются друг с другом, тормозя общее движение. В 1948 г Б. Томс (Англия) установил, что при добавлении в воду полимерной добавки (полиметилметакрилата, растворенного в монохлорбензоле), трение между турбулентным потоком и трубопроводом значительно снижается. Эффект обуславливается образованием на границе твердое тело-жидкость молекулярных растворов, которые ограничивают турбулентность потока. Установлено, что добавка длинноцепочных полимеров более эффективно действует при высоких скоростях потока, где развивающаяся турбулентность потока больше. Например, способ снижения потерь напора при перемещении жидкости по трубопроводу, для достижения жидкостью свойства псевдопластичности, предусматривает введение в жидкость длинноцепочечного полимера (полиакриламида) в количестве 0,01 0,2 % по весу (а. с. 244032). Снижение гидродинамического сопротивления может быть достигнуто за счет образования под действием какого-либо поля из молекул самой жидкости, присадок, аналогичных по свойствам полимерным молекулам. Например, способ снижения гидродинамического сопротивления движению тел или жидкости в трубопроводе, путем уменьшения сил трения в пограничном слое, для повышения надежности путем исключения подачи в пограничные слои высокомолекулярных составов, предусматривает создание в пограничном слое электромагнитного поля, генерирующего комплексы молекул (а. с. 364493). В способе уменьшения гидродинамического сопротивления при течении жидкости в трубах и обтекании тел (а. с. 169955) предложено для гашения турбулентности добавлять в воду поверхностно-активные полимеры, предотвращающие вихреобразование даже при больших скоростях, за счет определенной структуры молекул полимеров. Адсорбированные на стенке молекулы полимеров детурбулизируют поток вблизи стенок трубопроводов с уменьшением силы трения. Стабилизатор можно подобрать для любой жидкости, например, для воды (технической) используется карбоксилметилцеллюлоза (дешевый отход целлюлозно-бумажной промышленности). Для питьевой, воды применяют тот же препарат в очищенном виде. Такие присадки-стабилизаторы увеличивают пропускную способность труб на 30 40 % [71]. 14. Электрогидравлический эффект [75] проявляется при создании внутри объема жидкости специально сформированного импульсного высоковольтного электрического разряда в зоне которого развиваются сверхвысокие давления. Данный эффект может использоваться: 1) для очистки поверхности материалов от различных загрязнений (или для недопущения их образования), например, очистки литья от пригара; деталей от ржавчины, окалины, краски; очистки проката, проволоки перед обработкой металла давлением; выравнивание поверхности и удаления заусенцев после механической обработки; 2) для снятия внутренних напряжений в отливках (старение материалов); 3) для штамповки металлов; 4) для создания электрогидравлических молотов; 5) для создания вибраций; 6) для перемещения жидкостей (насосы, форсунки); 7) для раздачи, развальцовки [76], обжатия; 8) для упрочнения и наклепа; 9) для сварки, спекания и создания покрытий; 10) для получения коллоидов металлов и других материалов, а также уплотнения порошков; 11) для дробления различных материалов (руд, шлака); 12) для эмульгирования и деэмульгирования жидкостей; 13) для выделения газов из жидкостей и получения пены; 14) для очистки жидких топлив от примесей; 15) для отделения резины от корда; 16) для очистки и обеззараживания жидкостей и органических субстратов; 17) для повышения эффективности орошения (растения, градирни, охладители); 18) для очистки обеззараживания и утилизации разнообразных стоков; 19) для дробления органических материалов и приготовления растительных и животных кормов; 20) для комплексной обработки сельскохозяйственных продуктов [77]. 15. Явление аномально высокого прироста тяги в газовом эжекционном процессе с пульсирующей активной струей при определенных механико-геометрических соотношениях в потоке обусловлено тем, что в эжекционном канале возникает течение разделенных (слабо смешивающихся) структур газа с преимущественным увеличением дополнительной массы в волнах разряжения, характеризующимся малой диссипацией энергий (открытие СССР № 314). Эффект проявляется при определенных соотношениях скоростей, давлений, частот и форм канала эжектора, когда возникает особая форма пульсирующего движения газа, при котором внутренние потери энергии невелики и рост тяги достигает 120 140 %. 2.7.9. Эффекты, связанные с тепломассообменом 1. Явление конвекции газа под действием температурных напряжений (термострессовая конвекция) заключается в том, что при состоянии газа как сплошной среды существует движение газа, вызванное температурными напряжениями и обусловленное неоднородностью и асимметрией поля температур в этом газе (открытие СССР № 261). Движение газа как сплошной среды может быть вызвано следующими факторами: движением тел, погруженных в газ, либо созданием извне перепада давления в газе (вынужденная конвекция); действием на газ архимедовых сил при наличии в нем переменного температурного поля (свободная конвекция); неоднородностью температуры поверхности тела, находящегося в газе (температурное скольжение). По данному открытию следует, что возможна еше одна причина конвекции газа, не зависимая от перечисленных факторов, - неоднородность и асимметрия поля температур в газе. В результате действия термострессовой конвекции, возникают силы между нагретыми и охлажденными относительно газа телами и значительно изменяют сопротивление частиц, движущихся в газе по мере роста, температуры. Этот эффект необходимо учитывать при анализе процессов горения капель и твердых частиц топлива (скорости их движения в газе и интенсивности тепломассообмена), при сушке материалов и очистке газов [36]. 2. Закономерность изменения теплоотдачи на стенках каналов с дискретной турбулизацией потока при вынужденной конвекции заключается в том, что в определенном диапазоне соотношений размеров и расположе-


ний турбулизаторов рост теплоотдачи больше роста гидравлического сопротивления, по сравнению с аналогичным гладким каналом (открытие СССР № 242). Всегда считалось, что рост интенсивности теплообмена за счет турбулизации потока теплоносителя связан с дополнительными повышенными затратами энергии, подводимой к теплоносителю. Но, если в каналах образуются турбулентные вихри, которые переносятся вдоль стенок канала и слабо диффундируют в ядро потока, это приводит к более быстрому росту теплоотдачи, по сравнению с ростом потери давления теплоносителя. Технология изготовления таких теплообменных поверхностей предусматривает нанесение на них поперечных выступов и кольцевых канавок. При этом рост теплоотдачи в переходной области течения достигает 2,8 раза, а в турбулентной области - 1,5 1,7 раза. На основе открытия создан эффективный метод интенсификации теплообмена в трубчатых и пластинчатых теплообменных аппаратах, позволяющий в 1,5 2 раза уменьшить объем и массу теплообменников при неизменных тепловой мощности и гидравлическом сопротивлении, которые реализованы в оригинальных конструкциях теплообменников (а. с.775608, 276039, 568829, 612142, 731265). 3. Явление скачкообразного увеличения, тепло- и массообмена между газовой и жидкой фазами в пористых средах или при предельных скоростях потоков, соответствующих переходу газовой фазы в дисперсную, а жидкой - в сплошную (в режиме инверсии фаз) с сохранением их противоточного движения может реализовываться в абсорбционных и дистиляционных колоннах (открытие СССР № 141). Обычно считалось, что растворение газа в жидкости происходит в месте их соприкосновения только в результате молекулярной диффузии. Поэтому необходимо увеличивать поверхность раздела фаз, например, с помощью насадок (шаров, колец Рашига и др.). Однако абсорбционные колонны с насадкой работоспособны лишь для спокойного движения жидкости и газа, то есть когда массообмен идет только в поверхностном слое. Если увеличивать скорость, то на гладкой пленке жидкости возникают вихри проникающие вглубь. Энергия газового потока начинает превышать энергию поверхностного натяжения жидкости, четкий раздел поверхности фаз исчезает, возникает режим эмульгирования (инверсии фаз), сопровождающийся резким увеличением массообмена. За счет перемешивания потоков процесс идет настолько интенсивно, что величиной молекулярной диффузии можно пренебречь [36]. 4. Явление высокой химической активности продуктов неполного сгорания, обусловленной образованием сверхравновесной концентрации химически активных частиц (свободных атомов и радикалов) при горении богатой углеводородной смеси (открытие СССР № 142). При горении углеводородовоздушной смеси, в которой для полного сгорания не хватает примерно 50 % кислорода, образуются стабильные продукты неполного сгорания (СО, Н2 и небольшое количество СО2 и H2О). Но, одновременно с этими продуктами образуются нестабильные химически активные свободные радикалы и атомы, концентрация которых в сотни и тысячи раз выше величин характерных для термодинамически равновесных условий, а также для случаев горения бедной и стехиометрической смесей. Продолжительность химически активного состояния частиц с момента их возникновения составляет 10 15 мс, затем происходит рекомбинация, но за это время они успевают инициировать разветвленные химические реакции и резко сокращают период задержки воспламенения рабочей смеси. Возникает лавинная активация горения – ЛАГ-процесс, приводящая к значительному (в 3 4 раза) увеличению скорости сгорания, к повышению на 10 15 % ее полноты и к улучшению стабильности горения. Возможно применение форкамерно-факельного инициирования воспламенения и стабилизации горении при организации ЛАГпроцесса для сжигания природного газа в печах в целях технологического и термического нагрева металла, что позволяет создать химически равновесную нейтральную среду с сокращением окисления и потерь металла на угар [36]. 5. Эффект Джоуля-Томсона (дроссель-эффект) заключается в изменении температуры газа при его адиабатическом дросселировании, т.е. протекании через пористую перегородку, диафрагму или вентиль. Эффект называется положительным, если температура газа при дросселировании понижается, и отрицательным, - если она повышается. Для реальных газов существует точка инверсии - значение температуры, при которой изменяется знак эффекта (для воздуха - выше комнатной температуры он охлаждается). 6. Эффект псевдокипящего слоя - используется псевдожидкость в виде взвеси твердых частиц в потоке газа, поступающего снизу, причем перемещающиеся частицы эффективно переносят тепло (во много раз лучше, чем медь). Например, псевдожидкость, омывающая деталь со скоростью 1 м/с, осуществляет теплообмен столь же эффективно, как чистый газ движущейся со сверхзвуковой скоростью. Псевдоожижение с равным успехом можно использовать как для передачи тепла, так и для "передачи" холода. Применение псевдожидкости в печах для нагрева металла позволяет интенсифицировать теплообмен и снизить расход топлива. 7. Тепловая труба - теплообменная система, состоящая из закрытой металлической трубы, внутренняя стенка которой выложена слоем капиллярно-пористого материала, пропитанного легко испаряющейся жидкостью. На горячем конце жидкость испаряется и отбирает теплоту, пары сами перемещаются к холодному концу, где конденсируются и отдают теплоту, а образовавшаяся жидкость по пористому материалу возвращается обратно к горячему концу трубы. Через тепловую трубу диаметром в сантиметр можно прогнать тепловую мощность порядка 10 кВт при разности температур на концах трубы всего в 5 °С (чтобы пропустить эту же мощность через медный стержень такого же диаметра, на его концах нужен был бы перепад температур 150000 °С [78]. Важность тепловой трубы как высокоэффективного теплопроводящего устройства можно сравнить со значением изобретения полупроводниковых приборов. Тепловые трубы имеют высокую эквивалентную теплопроводность (отношение передаваемого теплового потока к площади поперечного сечения тепловой трубы и пе-


репаду температуры на единице ее длины), вследствие чего тепловые трубы можно условно назвать сверхтеплопроводящими устройствами. Возможна также трансформация плотности теплового потока, то есть концентрация или деконцентрация, на участке теплосброса, по сравнению с участком теплоподвода, это позволяет, например, на наружной поверхности тепловой трубы развить эффективное оребрение, так как температуры оснований всех ребер практически одинаковы, чего невозможно достичь на цельнометаллическом радиаторе. Тепловая труба обеспечивает также сглаживание пиков температуры и выравнивание температуры поверхности элементов, неравномерно выделяющих теплоту [79-83]. Например, в электродуговом нагревателе газов (а. с. 1011031*) для повышения КПД и улучшения условий работы электродов предлагается использовать тепловые трубы для охлаждения теплонапряженных элементов. 2.7.10. Применение некоторых химических эффектов и явлений при решении изобретательских задач [84] 1. Перенос вещества в пространстве: транспортные реакции; термохимический метод; в гидратном состоянии; в сжатых газах; в гидридах; в виде части будущего соединения; в адсорбентах; в виде взрывчатых смесей; молекулярная самосборка; комплексоны; жидкие мембраны. 2. Изменение массы вещества: транспортные реакции; термохимический метод; перевод в химически связанный вид; перевод в гидратное состояние; перевод в гидридное состояние; экзотермические реакции. 3. Изменение концентрации вещества: транспортные реакции; перевод в химически связанный вид и выделение; перевод в гидратное состояние; в сжатых газах; в гидридах; смещение химического равновесия; адсорбция – десорбция; полупроницаемые мембраны; комплексоны; жидкие мембраны. 4. Изменение удельного веса вещества: перевод в химически связанный вид; перевод в гидратное состояние; гидриды. 5. Изменение объема вещества: перевод в химически связанный вид; транспортные реакции; перевод в гидратное состояние; растворение в сжатых газах; перевод в гидриды; экзотермические реакции; термохимические реакции; растворение; взрыв. 6. Изменение формы вещества: транспортные реакции; термохимическая обработка; газовые гидраты; сжатые газы; гидриды; плавление - затвердевание. 7. Изменение электрических свойств вещества: гидрирование; восстановление оксидов; растворение солей; самораспространяющийся высокотемпературный синтез (СВС); нейтрализация электрических разрядов; смещение химического равновесия; электризация окислением; газы при радиоактивном облучении; электрохромы; гидрофильный слой; комплексоны. 8. Изменение оптических свойств вещества: восстановление оксидов; изменение цвета; генерация света; изменение светопропускания; в молекулярных слоях. 9. Изменение магнитных свойств вещества: гидрирование; СВС; изменение окислителей; кластеры. 10. Изменение биологических свойств вещества: перевод в химически связанный вид; озонирование; гидрофильность- гидрофобность; комплексоны. 11. Изменение химических свойств вещества: транспортные реакции; термохимическая обработка; химическое связывание газов; газовые гидраты; сжатые газы; гидрирование; восстановление оксидов; экзотермические реакции; термохимические реакции; плавление-затвердевание; растворение солей; СВС; смещение химического равновесия; озонирование; фотохромы; гидрофильность-гидрофобность; перевод в микросостояние; комплексоны; жидкие мембраны. 12. Изменение фазового состояния вещества: транспортные реакции; термохимическая обработка; химическое связывание газов; газовые гидраты; сжатые газы; гидриды; плавление-затвердевание; растворение солей; выделение из растворов; адсорбция-десорбция; фотохромы. 13. Обезвреживание вещества (деструкция): перевод в химически связанный вид; перевод в гидратное состояние; в сжатых газах; гидрирование; экзотермические реакции; термохимические реакции; растворение; озонирование; комплексоны; жидкие мембраны. 14. Стабилизация вещества (временное уменьшение активности): химическое связывание газов; перевод в гидратное состояние; в сжатых газах; в гидридах; плавление-затвердевание; в адсорбентах; комплексоны. 15. Превращение двух или более веществ в одно: транспортные реакции; термохимический метод; химическое связывание газов; газовые гидраты; сжатые газы; гидриды; окисление-восстановление; экзотермические реакции; термохимические реакции; растворение; соединение взаимно активных веществ; озонирование; фотохромизм; комплексоны. 16. Предохранение одного вещества от проникновения другого. Путем химического связывания одного из них: защита гидратами; растворение в сжатых газах; зашита гидридами; сжигание; окисление; озон; гидрофильность-гидрофобность; полупроницаемые мембраны; жидкие мембраны. 17. Нанесение одного вещества на поверхность другого: транспортные реакции; в гидратном состоянии; с помощью гидридов; окисление-восстановление; соединение взаимоактивных веществ; фотохромы; электрохромы; молекулярная самосборка; гидрофильность-гидрофобность; жидкие мембраны. 18. Соединение разнородных веществ (уплотнение, закупорка): с помощью гидратов; с помощью гидридов; сварка; плавление-затвердевание; молекулярная самосборка. 19. Разделение веществ (выделение одного из другого): транспортные реакции; выделение химически связанных газов; из сжатых газов; из гидридов; восстановление из оксидов; смещение химического равновесия;


из адсорбентов; из озонидов; гидрофильность-гидрофобность; полупроницаемые мембраны; комплексоны; жидкие мембраны. 20. Разрушение вещества: транспортные реакции; термохимический метод; разрушение химически связанных веществ; выделение из сжатых газов; насыщение водородом; разрушение оксидов; сжигание; растворение; смещение химического равновесия в смесях; соединение взаимоактивных веществ; окисление; взрыв; плазма; комплексоны. 21. Размещение одного вещества в другом: транспортные реакции; химическое связывание газов; газовые гидраты; в сжатых газах; в гидридах; в адсорбентах; растворение; комплексоны; молекулярная самосборка; жидкие мембраны; фуллерены. 22. Получение новых веществ (синтез): транспортные реакции; термохимический метод; химическое связывание газов; газовые гидраты; гидриды; восстановление из оксидов; экзотермические реакции; термохимические реакции; соединение взаимоактивных веществ; озонирование; окислители; сверхокислители; озониды; молекулярная самосборка; комплексоны. 23. Организация замкнутого цикла по веществу (поглощение-выделение): транспортные реакции; химическое связывание-выделение газов; рaстворение в сжатых газах; гидриды; адсорбция-десорбция; озониды; электрохромы; комплексоны; жидкие мембраны. 24. Сборка вещества из атомов: транспортные реакции; выделение из химически связанного вида; выделение из сжатых газов; из гидридов; восстановление из оксидов; соединение взаимоактивных веществ; молекулярная самосборка; полупроницаемые мембраны; переход молекула-агрегат; комплексоны; жидкие мембраны; нанотехнологическая сборка. 25. Получение веществ с хорошо организованной структурой (чистых веществ): транспортные реакции; в химически связанном виде; выделение из сжатых газов; из гидридов; молекулярная самосборка; комплексоны; жидкие мембраны. 26. Транспорт одного вещества сквозь другое: транспортные реакции; термохимический метод; в химически связанном виде; в сжатых газах; в гидридах; водород сквозь металлы; термохимические реакции; фазовые переходы; смещение химического равновесия; адсорбция; полупроницаемые мембраны; комплексоны; жидкие мембраны. 27. Получение теплоты (ввод тепловой энергии в систему): сжигание газовых гидратов; сжигание водорода; гидриды; энергоемкие вещества; экзотермические реакции; СВС; сильные окислители; разложение озона. 28. Получение холода (вывод тепловой энергии из системы): разложение газогидратов; гидриды; эндотермические реакции; растворение. 29. Получение механических давлений: разложение газогидратов; разложение гидридов; разупрочнение металлов при наводораживании; разбухание металлов; разложение жидкого озона. 30. Генерация светового излучения: хемилюминесценция. 31. Аккумулирование теплоты: химические реакции; фазовые переходы. 32. Аккумулирование холода: гидриды. 33. Аккумулирование световой энергии: фотохромизм. 34. Транспорт тепловой энергии: транспортные реакции; гидридные аккумуляторы. 35. Транспорт (сток) статического электричества: металлизация тканей; обработка озоном; гидрофильное покрытие. 36. Регулирование световой энергии: фотохромизм. 37. Энергетические воздействия на вещество: коронный разряд; радиоактивное излучение; кавитация; ультрафиолет; электрическое поле; электрический ток; электромагнитное поле; инфракрасное излучение; СВЧразряд; видимый свет; тепловая энергия. 38. Индикация текущей информации о веществе: хемилюминесценция; флуоресценция; гидрофотография; гидродинамика потоков. 39. Индикация информации об энергии: тепловой - фазовые переходы, термохромы; коронный разряд (по образованию озона); радиоактивного излучения - по образованию озона, радиохромы; видимого излучения фотохромы; ультрафиолет - фотохромы. 40. Применение молекулярных цеолитовых сит - являющихся кристаллическими водными алюмосиликатами, относящимися к группе каркасных алюмосиликатов. Каркасы содержат каналы и сообщающиеся между собой полости, в которых находятся катионы и молекулы воды. Катионы довольно подвижны и обычно могут в той или иной степени обмениваться на другие катионы. Тип цеолита (диаметр его пор) определяется соотношением кремния и алюминия и типом катионов (главным образом вода). Вода удаляется при нагревании до 600 800 °С, но сам каркас (похожий на пчелиные соты) при этом не разрушается, он сохраняет первоначальную структуру. Именно поэтому цеолит способен вновь поглощать потерянную воду и другие вещества, просеивать молекулы и сортировать их по размерам. Кроме того, они используются как адсорбенты, более чем в 10 раз эффективнее, чем другие осушители. Чистые цеолиты бесцветны, но в присутствии ионов переходных металлов (например, никеля, кобальта), могут приобрести окраску, изменение которой происходит при наличии паров воды. 2.7.11. Геометрические эффекты Приведены некоторые эффекты, заимствованные из указателя геометрических эффектов [85] и дополненные новыми примерами. При этом указывается основной принцип, идея решения, а не сама требуемая


конструкция со всеми подробностями. В отличие от химических эффектов, позволяющих получать одни вещества из других с поглощением или выделением энергии, или физических эффектов, позволяющих преобразовывать один вид энергии в другой, геометрические эффекты обычно перераспределяют уже имеющиеся потоки вещества и энергии. Наиболее полно математические свойства различных геометрических фигур изложены в работах [86-89]. 1. Сыпучие тела сохраняют форму конуса, если его образующие составляют с горизонтальной плоскостью угол, не превышающий угол естественного откоса е (для сухого речного песка е = 30 35°, для других материалов в [90]). Если скрепить две плоскости под углом (180° - 2 е), установить их на насыпанное в виде горки сыпучее тело и приложить вертикальную нагрузку, то разрушить его не удается, т.е. оно может служить опорой. При помещении сыпучего тела в замкнутый объем и приложении внешнего объема, порошок приобретает свойство несжимаемости, что позволяет использовать его как наполнитель при обработке полых изделий для уменьшения деформаций (а. с. 523742, а. с. 770659). Это свойство можно использовать для получения различных форм, например, эластичной оболочке, заполненной сыпучим материалом, придают желаемую форму (приложением к эталону), после чего воздух из оболочки откачивают. Тогда под действием атмосферного давления частицы теряют возможность смещаться одна относительно другой и "твердеют", что используется в вакуумной формовке для литья (а. с. 659275). При использовании пластичных гранул и всестороннем сжатии, образуется плотная структура, близкая по конфигурации к пчелинным сотам, которую можно применять для заделки пробоин: к поверхности трубы прижимают сетку, в которую под давлением вводят эластичные гранулы (а .с. 703418). Дальнейшее уплотнение структуры связано с использованием физических и химических эффектов, например, в результате употребления гранул, разбухающих в результате взаимодействия с внешней средой или под действием внешнего поля. В качестве разбухающих веществ могут быть использованы: гранулы капрона, имеющего большой коэффициент термического расширения (а. с. 476458); казеин и серфадекс, разбухающие в воде (а. с. 378836, а. с. 1013574); при твердении в воде цементов - разбухаемого (а. с. 808304) и напрягающегося (а. с. 1154235); разбухающие ионообменные смолы. При дальнейшем увеличении давления и достижении предела прочности сыпучего тела происходит его самоизмельчение (а. с. 490498, а. с. 629972). Сыпучие тела плохо поддаются или не поддаются экструзии, т.е. продавить их через неупругие отверстия (трубу, замкнутый контур) не удается даже при давлении порядка десяти тысяч атмосфер. Песок и жидкость вытекают из отверстий в сосудах по разному: скорость истечения порошка одной фракции слабо зависит от высоты слоя над отверстием, тогда как жидкость вытекает все медленнее по мере опорожнения сосуда. Диаметр выпускного отверстия играет решающую роль: при увеличении отверстия вдвое скорость истечения увеличивается примерно в 5 раз. Регулировать скорость течения по каналам можно наложением вибраций на стенки канала (а. с. 1009941), кроме того, сухие порошки лучше текут при понижении температуры. На постоянстве скорости истечения песка основана работа песочных часов. При смещении оси выпускного отверстия от оси конической воронки не происходит сводообразования, и скорость истечения сыпучего тела увеличивается (а. с. 1004212). Сыпучие тела - типичные рассеиватели энергии вследствие значительного внутреннего трения, поэтому энергия удара, вибрации, звуковых волн быстро гаснут в них за счет неупругой передачи через множество точек, например, безизносный наголовник для свай (а. с.199765), безреактивный инструмент: молоток (пат. США 2737216), трамбовка (а. с. 296615), ударник для разрушения негабарита (а. с. 571603). Сыпучий наполнитель, при этом, в полости инструмента при ударе несколько отстает и в момент отдачи гасит ее. Регулируя размер частиц, их массу, соотношение фракций, сечение полостей, можно регулировать форму импульса в пространстве и во времени. Микрокапсулирование сыпучих тел позволяет получать и интенсифицировать химическую реакцию в нужном месте и в нужное время [91], например, в расплав металла вводят легирующие добавки путем разрушения в определенный момент капсул с легирующими элементами ультразвуком (а. с.487133); при тепловом воздействии гранулы порообразователя, заранее введенные в вещество, сгорают, выделяя газ, который и образует поры (а. с. 301321, 1021863); для постоянного самовозобновления шероховатости автопокрышки в ее состав заранее вводят легко растворимые водой вещества (пат. Франции 1489132). При вибрации сыпучие тела вначале приобретают подвижность (псевдоожижение), что может использоваться для интенсификации химических и физических процессов, регулирование сыпучести порошков (а. с.848091), разделение фракций, т.к. более мелкие и тяжелые частицы стремятся опуститься вниз, а более легкие и крупные подняться вверх (а. с.115596, 1139523). При дальнейшем увеличении интенсивности колебаний частицы начинают терять контакт с вибрирующим рабочим органом, нарушаются связи между отдельными частицами и наступает виброкипение, что используется для интенсификации перемешивания, теплообмена, очистки поверхности. Сыпучие тела при ускорениях, превышающих ускорение свободного падения в данной среде активно засасывают из-под себя газ и, подобно насосу, транспортируют его к верхней поверхности слоя (открытие СССР № 138, а. с.175595, 289219). Парадоксально, что при продувке сверху скорость истечения сыпучих тел из нижнего отверстия резко увеличивается, вероятно это связано с разрушением газом свода, который образуется частичками при опоре на стенки отверстия. Если в качестве сыпучего тела использовать частицы ионообменной смолы, то насос будет работать еще и как фильтр (а. с.418629).


Активизация сыпучих тел осуществляется помещением вещества в экстремальные условия: высокая температура, давления, сильное магнитное поле и т.д. Оказывается, что если затем вещество вновь поместить в обычные условия, то скорость физических и химических реакций с его участием резко возрастет [92]. Взаимодействие сыпучих тел с электромагнитными полями может быть чрезвычайно разнообразным, например, электропроводящие резины, эмали, краски, клей, которые мгновенно твердеют при прохождении по ним тока (а. с.320959, 355668, 329041), причем ток проходит по частичкам сажи, графита, меди, карбонильного железа, никеля и т.д. Для обеспечения высоких проводящих свойств необходимо вводить до 50 % наполнителя, а это ухудшает прочностные свойства материала. Для устранения этого противоречия предлагается делать электропробой полимерных прослоек между частицами (а. с.280823), использовать волокнистые материалы (а. с. 554152), ориентирование отдельных волокон в магнитном поле - применимо и для упрочнения материалов в заданном направлении (а. с. 464449, 718268). Если само сыпучее тело токопроводящее, то им легко управлять на перекрестке тока, пропускаемого через порошок по оси воронки и потока магнитного поля, перпендикулярного оси, при этом работает сила Лоренца (а. с. 865720) и можно регулировать расход и управлять сводообразованием. Сыпучее тело - "копеечный" ресурс и его можно применять для различных изобретательских задач, например, как разделитель между двумя вредно взаимодействующими поверхностями, причем полученный измельчением одного из взаимодействующих тел: на теплоизолирующий слой изложницы наносят слой металлической дроби (а. с. 304054); для предотвращения налипания материала на ленту ее непрерывно коптят продуктами неполного сгорания дешевого топлива (а. с. 604764). Эффективность сыпучего тела можно повысить, если используется смесь дисперсных материалов с различными свойствами. 2. Шаровые конструкции могут включать элементы содержащие сам шар, шаровой сектор (часть поверхности шара и конус до центра шара), шаровой сегмент (часть шара, срезанная плоскостью), шаровой слой (часть шара, ограниченная двумя параллельными плоскостями), треугольники Эйлера (восемь сферических треугольников, образующихся при пересечении сферы тремя перпендикулярными плоскостями). При заданном объеме шар имеет наименьшую возможную поверхность. Сфера по отношению к другим фигурам ограничивает наибольший объем при одинаковых их поверхностях [93,94]. Свойство идентичности шаровой поверхности широко используется там, где необходима свобода перемещения в любых направлениях. Например, в кузове-прицепе (а. с. 956340) свобода выгрузки материала в любую сторону обеспечивается его сферической формой. Возможно повышение долговечности работы шаровых камер для измельчения материалов, промывки ископаемых и т.д. Полая зеркальная сфера обладает фокусирующими свойствами, играя роль линзы, фокус которой располагается на половине ее радиуса. Если наружную поверхность сферы покрыть зеркальным слоем, то направленный на него световой поток рассеивается во все направления. Зеркальный шар (а .с. 1161054) может отпугивать птиц в местах их скопления, ослепляя отраженными "зайчиками". Полый шар обладает высокой плавучестью и может использоваться в магнитных выключателях (пат. ФРГ 2751507), в устройствах для измерения высокого напряжения (а. с. 883748). Шары могут использоваться для вибровозбуждения колебаний: с использованием полых шаров (а. с. 1049121); заполнением полости шаров жидкостью с определенным удельным весом (а. с. 854456), смещением центра тяжести шара-вибратора относительно точки вращения (а. с. 471127). Шар может служить заслонкой для трубопровода во время аварийной ситуации (а. с. 589495), при этом трубопровод имеет конфуз ор, а затем диффузор, причем перед конфузором выполнен карман, в котором расположен шар-пробка, лежащий на штоке, соединенным с цилиндром и перемещающимся от жидкости, поступающей по трубке от диффузора. При аварии за счет перепада давления шток выталкивает шар-пробку, и поток жидкости прижимает его к горловине, надежно перекрывая аварийный участок. В нормальных условиях сила, выталкивающая поршень со штоком меньше веса шара, поэтому при устранении неисправности шар самопроизвольно возвращается в прежнее положение, не мешая проходу жидкости. Транспортирование продукции по трубопроводам в большой степени зависит от состояния внутренних поверхностей труб. Для повышения их чистоты можно использовать шаровые очистители (а. с. 278318) в виде полого шара с дисковыми резцами на поверхности или в виде полого шара с металлическими метелками (а. с. 315896), или в виде шарового металлического сетчатого ерша (а. с. 309753). Поверхность листа в пластинчатых теплообменниках, имеющая рифление в виде сферических вогнутых поверхностей обеспечивает повышенную интенсивность теплообмена (а. с. 1134251). Шаровыми амортизаторами можно демпфировать гидравлический удар жидкости (а. с. 303461), механическую вибрацию (а. с. 314829), пространственные звуковые колебания (а. с. 383925), ультразвуковые колебания (а. с. 197248) и даже предотвращать распространение теплового потока (а. с. 588986). Эффективность демпфирования повышается, если демпферы составлены из множества шариков, которые образуют дискретную среду, например, возможно снизить механические колебания (а. с. 214955), акустические колебания (а. с. 326321) и шум (а. с. 1139838), ликвидировать теплоприток (а. с. 1208399) и кинетическую энергию потока (а. с. 1037012). Для повышения демпфирующих свойств в шарах-демпферах выполняют полость, которую заполняют либо газом, либо жидкостью, а оболочку выполняют перфорированной с множеством различных по диаметру отверстий (а. с. 918597), причем процесс демпфирования заключается в засасывании воздуха через отверстия в шарах. Для управления процессом демпфирования используют шары с добавками в виде ферромагнитных порошков или магнитов. Например, в успокоителе колебаний жидкости (а. с. 945519), в полых шарах, плавающих


на поверхности жидкости, установлены постоянные магниты с чередующимися полюсами, которые, притягиваясь к друг другу, образуют успокоитель колебаний в виде псевдопокрышки. Для повышения тепловой устойчивости и жаропрочности можно использовать тонкостенные шарики, покрытые тугоплавким припоем, которые засыпают в полость корпуса (а. с. 184988). При нагреве припой расплавляется и замоноличивает шарики с корпусом, образуя прочную теплоизоляцию. Если полость шара заполнить теплопроводным газом, то из теплоизолятора можно сделать теплопроводник для теплообменного аппарата (а. с. 1041856). Перспективной является микросферная теплоизоляция, например, для криогенной техники. При этом для теплоизоляции используются полые стеклянные шарики диаметром 15 150 мкм с толщиной стенки от 0,5 до 2 мкм, покрытые отражающей алюминиевой пленкой толщиной 0,5 1,5 мкм. Внутреннюю полость шариков заполняют под пониженным давлением газом, например, двуокисью серы. 3. Эллипс обладает интересным свойством [95,96]: если его внутренняя поверхность выполнена зеркальной, то лучи, исходящие из одного фокуса, непременно соберутся в другом. С помощью эллипсоида можно фокусировать не только свет (а. с. 167253), но и звук, ультразвук (а. с.627558, 839071, 980254), ударные волны (а. с. 794578). В случае, если в собирающем фокусе ничего не расположено, луч дважды отразится от поверхности и вернется в исходный фокус, это может использоваться для дополнительного разогрева нити накаливания ламп инфракрасным излучением (а. с. 1083253). Применяя эллипс, можно создавать вибрацию (а. с. 177205), причем имеется преимущество перед традиционными эксцентриками - динамическая сбалансированность эллиптических колес при вращении. Создание направленных колебаний возможно при подаче воздуха тангенциально к поверхности эллиптической камеры, в которой, под действием центробежной силы, перемещается шарик (а. с. 427745, 749449, 935134). Вызовет колебания тела любой овал или эллипс, вращаемый на оси в точке фокуса (а. с. 556934), а если на одной оси расположены два эллипса, большие оси которых развернуты относительно друг друга на 90°, то вращение оси вызовет сложную вибрацию тела (а. с. 537826). Если в трубчатых сверлах (используемых для сверления стекла) внутренний канал выполнить в виде эллипса, то скорость обработки увеличивается в 2000 раз! Диаметр керна в таком случае равен малой оси эллипса и в образующиеся зазоры можно подавать охлаждающую жидкость, вымывающую стружку (а. с. 327068). Аналогичное решение для интенсификации теплоотвода во вращающихся конструкциях защищено а. с. 320514. Если насадка брандспойта выполнена в виде трубки, опрессованной до двух взаимно перпендикулярных овалов в соседних сечениях, то длина истекающей струи, по сравнению с обычным брандспойтом увеличивается без дополнительных затрат на 30 % (а. с. 629936). Аналогично, если жидкость подается тангенциально в камеру по форме эллипсоида или овоида, дальность струи увеличивается до 27 % (а. с. 929867, 1163006). 4. Парабола [88] может концентрировать излучение и потоки вещества в фокусе, например, параболоид концентрирует коронный и дуговой разряды (а. с. 300220, 458900), струи газа (а. с. 896403), солнечный свет (а. с. 514112), инфракрасное излучение (а. с. 1041769, 1082990), поток стружки (а. с. 225665). 5. Гипербола порождает две различные поверхности вращения [95]. Если вращение происходит вокруг линии, соединяющей фокусы, получают двухполостной гиперболоид, а если вокруг перпендикулярной к линии, соединяющей фокусы, прямой, проходящей через ее середину - то получают однополостной гиперболоид. Интересно, что однополостной гиперболоид, гиперболический параболоид, цилиндр и конус можно получить скольжением прямой линии, поэтому все эти поверхности называют линейчатыми. Применение однополостного гиперболоида проиллюстрируем на примере восстановления крепежного отверстия шпал: вытачивается из дерева втулка в виде однополостного гиперболоида, высушивается, радиально спрессовывается до придания цилиндрической формы, устанавливается в отверстие и смачивается. Вставка разбухает так, что возникшее при этом давление достигает 5 МПа и форма крепежного элемента восстанавливается до первоначальной (а. с. 765529). Для транспортирования, очистки, прокатки, пакетирования и т.д. изделий цилиндрической формы применяют пару прямо- или косоугольно установленных валков гиперболической или близкой к ним формы (а. с. 159474, 321199, 995955), причем изделие можно развернуть вокруг продольной оси, если нанести на поверхность гиперболоида ребра по винтовой линии (а. с.1130459). Гиперболоид способен изменять свой боковой профиль для лучшего приспособления к различным поверхностям, путем скручивания относительно оси, например, для абразивного инструмента (а. с. 156864) или фрезы (а. с. 1077719). Общая идея всех конструкций прямолинейные стержни, образующие гиперболоид, соединяются с боковыми дисками шарнирно. Если образующие стержни выполнить полыми и подавать через них рабочую среду, то скручиванием гиперболоида можно подобрать оптимальный режим дутья (а. с. 194766). Возможно изменение величины внутреннего сечения при скручивании, например, в затворах (а. с. 331207 и 1099146) используют скручиваемые эластичные цилиндры из ткани; изменением сечения гиперболоида можно регулировать аэродинамические характеристики глушителя (а. с. 576742). 6. Равносторонний треугольник с дуговыми стенками (или треугольник Рѐлло) может использоваться для соединений типа "вал-втулка", при этом их прочность почти в 5 раз выше, чем шлицевых и шпоночных [97-99]. Для передачи одинакового крутящего момента их поперечное сечение может быть уменьшено на 30 %, по сравнению с цилиндрическими соединениями. Наряду с кругом треугольник Рѐлло относится к "фигурам постоянной ширины" из-за неизменности своего диаметра, однако при равных с кругом площадях обладает большей шириной в произвольно выбранном направлении, что позволяет выполнять корпус плавучей установки в виде такого профиля и он всегда самоориентируется одним из углов навстречу течению (а. с. 614989). При


вращении эксцентрично закрепленный кулачок в форме треугольника Рѐлло, может создавать вибрации (а. с. 153745). 7. Лента Мѐбиуса [100,101] - перекрученная лента с односторонней поверхностью, применяется в решениях, связанных с удвоением площади и (или) длины рабочей грани бесконечного ремня при неизменных габаритах, например, ленточная пила: режущие зубья на гибком полотне пилы выполняются с двух сторон (а. с. 70549); шлифовальная лента с удвоенной рабочей поверхностью (а. с. 236278); фильтр непрерывного действия: лента-фильтр выполнена в виде листа Мѐбиуса (а. с. 321266). Для обеспечения работы одной и той же ленты в режимах чернового и чистового шлифования на ее стороны наносят абразивы с разной зернистостью и, соединив в ленту Мѐбиуса, надевают на шкивы, при этом, из-за перекрутки ленты в непосредственной близости от одного или другого шкива можно производить обработку с получением соответствующей чистоты поверхности (а. с. 523793). В устройствах для перемешивания, с целью интенсификации процесса, вместо винтовых лопастей, которые перемешивают продукты по кругу, применяют смесители в виде листа Мѐбиуса (а. с. 355940, 548434, 903130, 1001875). При этом вектор силового воздействия в каждой точке соприкосновения рабочего органа с перемешиваемыми продуктами меняет свое направление от 0 до 360° за каждый оборот вала. В этом случае частицы, контактирующие с рабочим органом, приобретают сложную траекторию движения, определяемую уже не тремя степенями свободы, а шестью, причем такой рабочий орган позволяет сократить время одного замеса на 10 15 %. Аналогичное решение используемся в ветроколесе (а. с. 868103), где традиционные лопасти заменены лентой Мѐбиуса, что позволяет автоматически решить проблемы профилирования, изготовления и эксплуатации ветро-колеса. Под действием ветра за счет упругости металлическая полоса самостоятельно выбирает наиболее эффективный в аэродинамическом отношении профиль. Если не производить традиционное скрепление концов ленты, а навивать перекручивающуюся ленту на вал, то будет получен шнек, обладающий примерно вдвое большей производительностью, чем обычный (а. с. 861214). 8. Наиболее известная функция щеточных конструкций - эффективное регулируемое прилегание к фигурным поверхностям, организация контакта даже при интенсивном износе щетки [102]. Например, развитая поверхность щеточных конструкций позволяет в несколько десятков раз увеличить площадь поверхности теплообмена, что применяется для увеличения теплоотдачи и охлаждения (а. с. 315893, 509314, 1059407). Если поместить цилиндрическую металлическую щетку с радиально расположенной щетиной под пресс, который всесторонне обжимает проволочки друг к другу, то получают вращающийся режущий инструмент - иглофрезу, способную обрабатывать металлы, пластмассу, резину. При этом она никогда не засаливается (даже при обработке цветных металлов), снимая за проход до 5 мм металла и отшлифовывая поверхность до высокого класса чистоты (а. с. 486521, 578949). Геометрия щеточной конструкции иногда позволяет эффективно разрешать противоречия типа: "должен быть проницаемым - не должен быть проницаемым". Щеточные конструкции могут служить простым амортизатором, гасящим удары и вибрации, например, колено трубопровода для сохранения транспортируемых в жидкости предметов изнутри отделывается ворсом (а. с. 1044555). Щеточные конструкции позволяют не только смягчать воздействие от чисто механических нагрузок, но разрушать вредные веполи. "Запутавшись" в щетке, нанесенной на поверхность, скорость потока, а значит и интенсивность воздействия поток-поверхность, резко снижается, например, покрытия (в том числе кавитационностойкие) из искусственного ворса на защищаемой поверхности (а. с.279443, 587242, 1182107). Возможно иное разрушение вредного веполя: расчленение потока щетиной на отдельные элементарные струйки с последующим перемешиванием и взаимогашением этих струек. На такую поверхность, обтекаемую жидкостью или газом, наносят ворс под углом 30 45°, что снижает сопротивление трению (а. с. 464716). Для снижения аэродинамического шума воздушный поток можно пропускать через систему зубцов глушителя шума (а. с.515879, 591620). Еще одна функция щетки – рыхлитель или ворошитель разнообразных деталей, например, в загрузочных устройствах (а. с. 287974, 103140) или мешалке для растворов и вязких масс (а. с.316463, 1109114). Щеточные конструкции можно использовать для смешения жидкости и газа, например, если круглая щетка, частично погруженная в воду и вращаемая с трением о преграду, то она может генерировать аэрозоли (а. с. 292676, 1007746, 1028373). При помощи этой же конструкции возможно и аэрирование жидкости: воздух, заключенный между ворсинками, заносится при вращении в жидкость (а. с. 1037900). Применяя щеточные конструкции можно получать быстроразъемные соединения, например, конструкция типа "репейник" (или "липучка") поверхности усеянные тысячами мелких крючков, которые хорошо соединяются с любой ворсистой или волокнистой поверхностью (пат. 292261, 316218; а. с. 396015, 419410). Существует возможность не только управлять ворсом с помощью полей, но и наоборот, концентрировать поля на кончиках каждой ворсинки, например, в магнитном сепараторе (а. с. 185780), где определенное соотношение выступов и впадин на поверхности постоянного магнита увеличивает силу притяжения к нему. При воздействии жесткого ворса с поверхностью на кончиках его развиваются высокие удельные нагрузки, что применяется для введения лекарств (а. с. 874066), стимуляции поверхности кожи, обработки древесины (а. с. 852261). Для сбора утренней влаги (росы) прямо из воздуха, применяют ворсистую ленту, натянутую между парой роликов, и при перемотке жидкость отжимается валками и сливается в емкость (а. с. 582800). 9. Спирали и винтовые линии [88,96] - самые патентуемые из всех классических геометрических форм. Формула спирали Архимеда: ρ = где - постоянная. Расстояние между двумя последовательными витками спирали Архимеда является величиной постоянной и равной 2 (что легко заметить, глядя на торец рулона


листового материала). Логарифмическая спираль образуется при равномерном вращении радиус-вектора, по которому движется точка, причем ее перемещение пропорционально удалению от начала координат. Уравнение логарифмической спирали в полярной системе координат: ρ = ρо ; где - постоянная. Если >1, то спираль развертывается в направлении против часовой стрелки, если меньше - то по направлению часовой стрелки. Винтовая линия постоянного шага образуется при наворачивании плоскости с нанесенной на ней кривой на круговой цилиндр. Спиральные поверхности используются при изготовлении деталей методом намотки [103], например, корпусов, резервуаров, путем намотки лент, полотнищ, проволоки. Например, предложено (а. с.203924) изготавливать головные уборы путем навивки на основании шнуров диаметром 6 8 мм, которые затем сшивают между собой. При навивании стенки возможно получение пористого тела, например, путем намотки проволоки с предварительно завязанными на ней узлами (а. с. 874248). Многослойные конструкции или слоеные конструкции, полученные методом навивки, имеют высокую прочность и пластичность (а. с. 85276) и им не грозит хрупкое разрушение, т.к. трещины "застревают" между отдельными слоями. Если необходимо намагнитить крупногабаритную монолитную деталь, то необходим большой и мощный электромагнит, для разрешения противоречия предлагается (а. с. 214960) намагничивать ленту, из которой наматывают деталь. При изготовлении напряженных изделий методом намотки ленты (а. с. 462627) предлагается подвергать внешнюю поверхность ленты пластическому реформированию дробеструйной обработкой, причем этот слой удлиняется и создает постоянный изгибающий момент, направленный на сворачивание ленты, в результате чего образуется дополнительный натяг в каждом витке, что позволяет оболочке эффективнее противостоять внутренним, распирающим ее усилиям. Аналогично изготавливают перекрученный по спирали телефонный провод (а. с. 143852), который после намотки на оправку с одновременным скручиванием относительно продольной оси, его внутренний слой нагревают до температуры, близкой к температуре размягчения пластмассовой изоляции. Ленточные конструкции можно применять для получения регулируемых отверстий и изделий, например, в газовом эжекторе (а. с. 203139) легко регулируемые скручиванием зазоры между витками необходимы для подачи через них воздуха высокого давления, который разгоняет воздух низкого давления, движущийся по оси скрученной ленты. Для получения газостатической опоры (а. с. 941728) и фильтра (а. с. 1084043) предложено вместо капиллярно-пористых материалов пользоваться мотком ленты с зазором между витками. Ленточные конструкции имеют свойство в десятки и сотни раз увеличивать свои линейные размеры. Например, можно сооружать антены, мачты и другие конструкции путем вытягивания ленты из спирально уложенной катушки (пат. США 3451182). Для увеличения протяженности объекта при заданных габаритах, используют совмещенные объекты, например, в насадке для тепло- и массообменных аппаратов (а. с. 701675), применяют ленточную коническую спираль, сужающаяся часть которой переходит во внутреннюю спираль с два раза большим шагом. Для увеличения компактности возможно применение би-спирали, например, электронагреватель, с целью увеличения отдаваемой мощности, выполнен в виде би-спирали, т.е. спираль закручена еще раз в виде спирали (а. с. 253961). В плазменно-дуговой центробежной печи (а. с. 852032*) внутренняя поверхность рабочего барабана построена по спирали Архимеда, что позволяет повысить производительность печи, исключает нарушение стабильности горения дуги, повышает качество конечного продукта, уменьшает вынос непроплавленного дисперсного материала, за счет подачи шихты под пленку расплава. 2.8. Вещественно-полевые ресурсы Совершенной ТС является не та, где нечего прибавить, а та, где нечего отнять. Всякое усложнение техники при сохранении прежней функции приводит, как правило, к ее удорожанию и понижению надежности. Не зря американцы, характеризуя слабого конструктора, говорят: "Он недостаточно умен, чтобы сделать вещь простой". Простота решения определяется лишь одним показателем - величиной задействования имеющихся в системе, подсистеме и надсистеме ресурсов: в первую очередь отходов или вредных ресурсов, затем избыточных и лишь в последнюю очередь - полезных [22]. Использование ресурсов ТС является одним из важных механизмов повышения идеальности. Во многих случаях необходимые для решения задачи ресурсы имеются в системе в годном для применения виде - готовые ресурсы. Нужно только догадаться, как их использовать. Но, нередки случаи, когда имеющиеся ресурсы могут быть использованы только после определенной подготовки: накопления, видоизменения и т.п. Такие ресурсы называются производными. Нередко в качестве ресурсов, позволяющих совершенствовать ТС, решить изобретательскую задачу, используются также физические и химические свойства имеющихся веществ, как - способность претерпевать фазовые переходы, иметь особые свойства, вступать в химические реакции и т.п. Рассмотрим ресурсы, наиболее часто используемые при совершенствовании ТС [85]: 1. Ресурсы вещества готовые - это любые материалы, из которых состоит система и ее окружение, выпускаемая ею продукция, отходы и т.п., которые, в принципе, можно использовать дополнительно. Например, на заводе, выпускающем керамзит, последний используют в качестве набивки для очистки технической воды. 2. Ресурсы вещества производные - вещества, полученные в результате любых воздействий на готовые вещественные ресурсы. Например, для защиты труб от разрушения серосодержащими отходами нефтеперерабатывающего производства через трубы предварительно прокачивают нефть, а потом продувкой горячего воздуха окисляют до лакообразного состояния оставшуюся на внутренней поверхности нефтяную защитную пленку.


3. Ресурсы энергии готовые - любая энергия, нереализованные запасы которой имеются в системе или ее окружении. Например, абажур для настольной лампы вращается благодаря конвекционному потоку воздуха, создаваемому теплом лампы. 4. Ресурсы энергии производные - энергия, получаемая в результате преобразования готовых энергетических ресурсов в другие виды энергии, либо изменения направления их действия, интенсивности и других характеристик. Например, свет электрической дуги, отраженный зеркалом, прикрепленным к маске сварщика, освещает место сварки. 5. Ресурсы информации готовые - информация о системе, которая может быть получена с помощью полей рассеивания (звукового, теплового, электромагнитного и т.п.) в системе, либо с помощью веществ, проходящих через систему, либо выходящих из нее (продукция, отходы). Например, способ определения марки стали и параметров ее обработки по летящим искрам при абразивной обработке. 6. Ресурсы информации производные - информация, получаемая в результате преобразования непригодной для восприятия или обработки информации в полезную, как правило, с помощью различных физических или химических эффектов. Например, для изучения распределения давлений в труднодоступных местах, в частности, между матрицей и плитой пресса, между ними укладывают тонкие листы белой и копировальной бумаги, поэтому на белых листах появляются отпечатки, показывающие распределение давлений. 7. Ресурсы пространства готовые - имеющиеся в системе или ее окружении свободное, незанятое место. Эффективный способ реализации этого ресурса - использование пустоты вместо вещества. Например, для хранения газа используют естественные полости в земле. 8. Ресурсы пространства производные - дополнительное пространство, получаемое в результате использования разного рода геометрических эффектов. Например, использования ленты Мѐбиуса позволяет не менее чем в два раза повысить эффективную длину любых кольцевых элементов: ремней, шкивов, лент, ленточных ножей и т.д. 9. Ресурсы времени готовые - временные промежутки в технологическом процессе, а также до или после него, между процессами, не использованные ранее или использованные частично. Например, в процессе транспортирования нефти по трубопроводу производится ее обезвоживание и обессоливание. 10. Ресурсы времени производные - временные промежутки, получаемые в результате ускорения, замедления, прерывания или превращения в непрерывные протекающих процессов. Например, передача информации в виде короткого импульса, сжатого во времени. 11. Ресурсы функциональные готовые - возможности системы и ее подсистем выполнять по совместительству дополнительные функции, как близкие к основным, так и новые, неожиданные (сверхэффект). Например, долгое время считалось, что аспирин в определенных дозах вреден - разжижает кровь и раздражает желудочно-кишечный тракт, а недавно свойство аспирина в минимальных дозах разжижать кровь было рекомендовано для профилактики и лечения инфарктов. 12. Ресурсы функциональные производные - возможности системы выполнять по совместительству дополнительные функции после некоторых изменений. Например, в прессформе для отливки деталей из термопластов литниковые каналы выполняются в виде полезных изделий, например, букв азбуки или цифр. Системные ресурсы - новые полезные свойства системы или новые функции, которые могут быть получены при изменении связей между подсистемами или при новом способе объединения систем. Например, мощные турбогенераторы объединяют парами, так что один работает в режиме генератора, питающего второй, который работает в режиме двигателя и вращает первый. Такое соединение позволяет испытать оба генератора в работе на полной нагрузке. Нужно только для покрытия потерь в машинах добавить приводной двигатель небольшой мощности. Наиболее эффективно решаются задачи, когда удается использовать в качестве ресурсов вредные вещества, поля, вредные функции системы. В этом случае получается двойной эффект - избавление от вреда и дополнительный выигрыш. Например, выхлоп трактора подведен через лемех в землю и продукты сгорания обезвреживаются, одновременно удобряя землю. Наиболее эффективным является комбинированное использование ресурсов разных видов. Например, автомобиль-бетономешалка использует ресурс времени (бетон изготавливается при его транспортировке) и энергии (вращение бетономешалки осуществляется от двигателя автомобиля). Источники ресурсов, их местонахождение могут быть различными. Ресурсы могут располагаться в оперативной зоне, то есть в зоне, в которой непосредственно происходит рабочий процесс, в других подсистемах данной системы, либо является ее продукцией или отходами. Например, силосная башня обогревает коровник, построенный вокруг нее. Другой пример: тепло, излучаемое чугунной отливкой, с помощью экранов направляют на нее, тем самым регулируя равномерность ее остывания для исключения внутренних напряжений. Другими источниками ресурсов могут быть системы - соседи по общей подсистеме, их продукция или отходы, а также внешняя среда (воздух, вода, почва, различные фоновые поля: гравитационное, электрическое, магнитное, тепловое и т.п.). Например, стеклоочиститель автомобиля используют в качестве антенны автомобильного радиоприемника. Другой пример: для оттаивания мерзлого грунта используют солнечное тепло, сконцентрированное большими линзами из прозрачной полиэтиленовой пленки, заполненной водой.


Среди ресурсов надсистемы и внешней среды необходимо особо отметить "копеечные" ресурсы широкодоступные, дешевые вещества. Например, золу тепловых электростанций используют как стимулятор роста растений или в качестве наполнителя бетона. В развитии ТС выявленные ресурсы могут использоваться по-разному. Самое простое - избавиться от ненужных ресурсов. Другая возможность использования ресурсов - применение их для решения поставленной задачи или поиск задач, для решения которых могли бы быть использованы выявленные ресурсы. Такая ситуация часто возникает при попытке использования отходов производства, свободных промежутков между операциями технологических процессов, дополнительных функциональных возможностей ТС. Для облегчения поиска и использования ресурсов можно использовать алгоритм поиска ресурсов, включающий следующие этапы: 1) что нужно? 2) вид ресурса: а) вещественный; б) энергетический; в) информационный; г) пространственный; д) временной; е) функциональный; ж) системный; 3) готовность к применению: а) готовый; б) производный; 4) где взять?: а) оперативная зона; б) система; в) надсистема; г) над над система; д) инструмент; е) изделие; ж) отход; з) среда; 5) что выбрать?: а) количество; б) качество; в) ценность; б) если нужный ресурс не найден, перейти на более высокий уровень системной иерархии или уточнить, что нужно и т.д. 2.9. Особенности управления психологическими факторами при решении изобретательских задач 2.9.1. Моделирование с помощью метода "маленьких человечков" АРИЗ не отменяет необходимости думать, а лишь управляет процессом мышления, предохраняя от ошибок и заставляя совершать необычные ("талантливые") мыслительные операции. Существуют подробные наставления по управлению котлами, турбинами и печами, можно выучить эти наставления, но этого мало, чтобы стать инженером-изобретателем. Кроме знаний и наставлений необходима практика и выработанные практические навыки. Поэтому решение задач по АРИЗ также требует большого объема практических знаний, определенных методик и анализа источников возможных ошибок [11]. Проанализируем возможные ошибки на примере следующей задачи: При испытаниях сплавов в условиях действия агрессивных жидкостей при высоких температурах и давлениях, в герметично закрываемый металлический сосуд помещают кубики из сплавов и заполняют сосуд агрессивной жидкостью. Однако жидкость действует и на стенки самой камеры, поэтому их выполняют из дорогостоящих благородных металлов. Как устранить это противоречие? Возможны две конфликтующие пары: агрессивная жидкость - стенки камеры; кубик сплава - жидкость. В первом случае возникает сложная проблема сохранения агрессивной жидкости в сосуде из недорогих металлов, требующая изменения всей надсистемы, в которую входит рассматриваемая система. Во втором случае необходимо решение, при котором хранение жидкости не зависит от стенок сосуда. Эта задача на постройку веполя: гравитационное поле действует на жидкость, которая передает действие кубику. Необходимо заменить кубики - полыми кубиками ("стаканами"). Таким образом, при решении необходимо выполнить правило: в конфликтующей паре должно быть изделие и непосредственно действующий на него элемент системы. ИКР для данной задачи: отсутствующая жидкость сама не действует на камеру, сохраняя способность действовать на образец. Противоречие: жидкость есть для кубика и жидкости - нет для камеры. Разделить конфликтующие свойства во времени нельзя, так как жидкость должна непрерывно действовать на образец, поэтому остается одна возможность: разделить конфликтующие свойства в пространстве - жидкость есть там, где кубик, и жидкости нет там, где камера. Автор синектики Гордон дополнил мозговой штурм четырьмя видами аналогий, в том числе - эмпатией или личной аналогией. Сущность приема эмпатии заключается в том, что человек, решающий задачу, входит в образ совершенствуемого объекта и старается осуществить требуемое задачей действие. Или другими словами: необходимо представить себя деталью и посмотреть с ее позиции и с ее точки зрения, что можно сделать, то есть изобретатель должен "влезть в шкуру" ТС. Например, синекторам пришлось [104] решать задачу о качественной и высокопроизводительной чистке грецких орехов. Синектор представил себя внутри ореха, его сердцевиной, и нужно выбраться наружу, разорвав прочные стенки. Результатом было предложение просверлить орех полым сверлом и подать туда воздух под давлением. Однако в некоторых случаях применение эмпатии не дает эффекта, так как отождествляя себя с той или иной машиной (или ее частью) и рассматривая ее возможные изменения, изобретатель невольно отбирает те, которые приемлемы для человека, и отбрасывает неприемлемые для человеческого организма, например, разрезание, дробление, растворение в кислоте. Поэтому неделимость человека мешает успешно применять эмпатию при решении многих задач. А между тем "дробление" один из самых результативных изобретательских приемов. Эмпатия приводит к психологическим перегрузкам, так как вживаться в образ предмета необходимо очень старательно, иначе результат не значителен. А чересчур глубокое "вживание" опасно: представил себя человек чайником, да так и не может выйти из образа. В АРИЗ данные недостатки эмпатии устраняются применением моделирования методом маленьких человечков (ММЧ). Суть ММЧ - состоит в том, чтобы представить объект в виде множества ("толпы") маленьких человечков. Применяя ММЧ, изобретатель усиливает эффективность эмпатии с переходом на микроуровень. Техника применения метода ММЧ сводится к следующим операциям: на шаге 3.3 (АРИЗ-82) необходимо выделить ту часть объекта, к которой предъявляются противоположные требования, и которая не может выполнить требования, указанные на шаге 3.2 и представить эту часть в виде маленьких человечков (в оперативной зоне); затем разделить человечков на группы, действующие (перемещающиеся) по условиям задачи (причем


группы человечков перестраиваются так, чтобы конфликт исчез); полученная модель рассматривается и перестраивается так, чтобы выполнялись конфликтующие действия. Например, в задаче о полировании изделий сложной формы (глава 2.4) выделяют внешний слой круга, который по структуре ничем не отличается от центральной части круга. При этом маленькие человечки, соприкасающиеся с обрабатываемой поверхностью, удаляют частицы металла, а другие человечки придерживают работающих человечков, не давая им вылететь из круга, упасть и быть отброшенными. Меняется глубина впадины - соответственно перестраиваются человечки. Поэтому необходимо раздробить наружную часть на зерна и сделать эти зерна подвижными и в то же время держащимися за круг. Другой пример на разделение человечков на группы: необходимо увеличить скорость движения ледокола. Причем повысить скорость за счет увеличения мощности двигателей нельзя. Если ледокол состоит из толпы маленьких человечков, необходимо разделить толпу на две части и верхняя их половина пройдет над льдом, а нижняя - под льдом. Для соединения частей вводятся узкие и острые стойки, легко проходящие сквозь лед, причем нет необходимости ломать всю массу льда. Еще один пример: металлический цилиндр обрабатывается изнутри абразивным кругом. В процессе работы круг истирается. Как измерить диаметр круга, не прерывая шлифовки и не выводя круг из полости цилиндра. Решение: в существующем веполе к В2 необходимо присоединить такое В3, которое меняет поле П, в зависимости от состояния В3 и В2. Если на торец круга нанести электропроводную полоску и пропустить ток, то по изменению сопротивления можно судить об изменении радиуса круга. Однако такая схема не обеспечивает точность измерений, так как сопротивление зависит не только от длины полоски, но и от силы прижатия круга к обрабатываемой поверхности, от состояния контакта цепь-вал, от температуры круга. Если расположить маленьких человечков цепочкой "через одного", то теперь об изменении радиуса круга можно судить по числу импульсов тока, а величина самих импульсов не имеет значения. Если перейти к неправильному треугольнику, возможно еще одно решение: с изменением радиуса меняется скважность (отношение сигнала к паузе) проходящих импульсов, что позволяет просто и надежно измерять радиус круга. 2.9.2. Применение оператора РВС Оператор РВС (размеры, время, стоимость) используется на шаге 1.9 (АРИЗ-82) и включает шесть мысленных экспериментов, перестраивающих условие задачи. Цель операторов РВС - преодолеть психологическую инерцию, сломать навязчивый старый образ ТС. Главное назначение оператора РВС - понизить психологическую инерцию, путем мысленного изменения параметров объекта. Это своеобразный выход за пределы привычного затем, чтобы увидеть ранее не замечаемые свойства и возможности объекта. Изменение параметров доводят до самых крайних пределов, раскачивая воображение и вырывая его из пут инерции мышления. Оператор РВС не преследует цель решить задачу, возможно получить лишь необычные направления для решения. В развитие оператора РВС можно использовать правило крайних признаков [22] гласящее: крайние проявления любого объекта, явления или события приводят к одному и тому же результату, например, интенсивность испарения воды при высокой (кипение) и при низкой (лед) температурах увеличивается. Технические системы не существуют изолированно, каждая из них входит в надсистему, являясь одной из ее частей и взаимодействуя с другими ее частями, в то же время сами системы состоят из взаимодействующих частей - подсистем. Признак талантливового мышления - умение переходить от системы к надсистеме и подсистемам. Причем на каждом из этих этапов необходимо видеть линию развития: прошлое, настоящее и будущее. 2.9.3. "Линия жизни" технических систем [11] Для сокращения поискового поля необходимы приемы позволяющие выявлять и устранять физические противоречия, содержащиеся в изобретательских задачах, с учетом развития ТС. Жизнь любой ТС (а также биологической, человека, общества, коллектива) можно изобразить в виде S-образной кривой, показывающей как меняются во времени главные характеристики системы (мощность, производительность, скорость, число выпускаемых систем и т.д.). На кривой имеются характерные участки: начальный участок - медленное развитие, период обрастания вспомогательными изобретениями, делающими новый принцип практически осуществимым; участок развития - быстрое совершенствование, начало массового применения; конечный участок спад темпов развития (причем возможно два варианта: система А либо деградирует, сменяясь принципиально другой систолой Б, либо на долгое время сохраняет достигнутые показатели). Реальная точка перехода в конечный участок всегда выше теоретической, так как возникает инерция интересов - финансовых, научных, карьеристких и человеческих (боязнь оставить привычную и обжитую систему). Причем иногда, вплоть до деградации,ТС продолжает оставаться экономически выгодной, например за счет загрязнения окружающей среды. Необходимо знать особенность S- образных кривых ТС, чтобы решить: "Следует ли решать данную задачу и совершенствовать указанную в ней ТС или надо поставить новую задачу?" Для этого необходимы знания об резервах развития ТС (то есть сведения о ходе предыдущего развития). При этом возможны три случая: прогнозируя развитие ТС на начальном этапе надо ориентироваться на состояние предшествующей системы; на участке развития - определение физических пределов (например, прочность материалов, теплотворная способность топлива); конечный участок - прогноз сводится к отысканию новой ТС. В каждом из этих случаев можно действовать двояко. Например, если ТС находится на начальном участке, здесь возможны изобретения 3, 4 и 5 уровней. Но, путь до окончания начального участка может быть долгим (вся жизнь) из-за больших жизненных ресурсов предшествующей ТС (например, автомобиль-электромобиль).


На участке развития необходимы изобретения 2 уровня, в большом количестве с легким внедрением и гонораром. Нелегко отказаться от этого и переключиться на новую ТС (например, Лаваль - специалист по паровым турбинам переключается на газовые турбины, существующие тогда в виде сомнительной идеи, чем вызвал недоумение даже у своих учеников). Изобретения 4-5 уровней, превращающие новый принцип в отрасль техники, поначалу не дают прибыли, они убыточны. Прибыль появляется потом, когда новая машина находит массовое применение. На участке старения создаются изобретения 1 уровня. Психологические барьеры возникают, когда ТС переходит к участку деградации. Неизбежность замены ТС становится очевидной, но предел развития данной системы воспринимается как предел развития вообще. Гипнотизирует кажущаяся невозможность отказаться от привычной ТС. Система Б приходит на смену системе А, включая ее в качестве одной из подсистем - этот прием используется системой Б, чтобы преодолеть давящее действие системы А и блокирующее влияние инерции интересов (способ преодоления противоречия: система А сохраняется и не сохраняется). Для понимания механики развития ТС важен закон: "ТС поднимается на качественно новый уровень, становясь подсистемой более общей системы". Решая задачу, изобретатель должен определить, следует ли ее решать или идти в обход, руководствуясь двоякими критериями: объективными (исследования "жизненной кривой" ТС) и субъективными (личная установка на "большое" или "малое" изобретение). При поиске обходных путей пользуются системным оператором: задачу изменяют переводом в надсистему или подсистему, а на каждом из уровней - переводом в антизадачу, обратную данной задаче. Данный оператор не предназначен для решения задач, хотя трансформация задачи иногда приводит к решению. Одна из самых частых и дорогостоящих ошибок в развитии техники - попытка совершенствовать не достигшую насыщения в развитии подсистему, а ту, которая лучше совершенствованию поддается. 2.10. Применение стандартов для решения изобретательских задач [84] 2.10.1. Определение и типы стандартов Приемы четвертого уровня, отличающиеся сложностью и четкой специализацией называются стандартами. Это комплексные приемы, которые надо применять обязательно, так как для своих классов задач они гарантируют решения высокого уровня [11]. Основные особенности стандартов: в их состав входят не только приемы, но и физические эффекты; приемы и эффекты, входящие в стандарты, образуют определенную систему, то есть, соединены в определенной последовательности; система приемов и эффектов отчетливо направлена на устранение физических противоречий, типичных для данного класса задач; отчетливо видна связь стандартов с основными законами развития ТС. Например, применение эффекта Томса дает решения высокого уровня для задач с общей формулировкой: "Как уменьшить трение жидкости и твердого тела при их относительном движении?" Добавка длинноцепочечных полимеров в жидкость для струйного воздействия на твердые материалы увеличивает производительность обработки (а. с. 412382); ввод подобных полимеров в жидкостную смазку для волочения труб, снижает коэффициент трения (а. с. 427982). В стандартах указывают не какой-то конкретный физэффект, а тип эффекта, поэтому стандарты имеют значительно большую продолжительность жизни. Рассмотрим 10 из более 50 известных стандартов [11]. Стандарт 1: если объект трудно обнаружить в какой-то момент времени и если можно заранее ввести в него добавки, то задача решается предварительным введением в объект добавок, которые создают легко обнаруживаемое поле или легко взаимодействуют с внешней средой, обнаруживая себя и объект. Аналогично решаются задачи на измерение, если их можно представить в виде последовательности задач на обнаружение. Например, для обнаружения утечек используется добавка люминофора в рабочее вещество холодильника (фреон или масло), при освещении УФ лучами по свечению люминофора определяют неплотности (а. с. 277805). Стандарт 2: если нужно сравнить объект с эталоном, чтобы выявить отличия, то задача решается оптическим совмещением, изображения объекта с эталоном или с изображением эталона, причем изображение объекта должно быть противоположно по окраске эталону или его изображению. Аналогично решается задача на измерение, если есть эталон или его изображение. Например, пластинку с просверленными отверстиями контролируют, совмещая желтое изображение пластинки с синим изображением эталона, причем если на экране появляется желтый цвет, значит на контрольной пластинке отсутствует отверстие, а появление синего цвета означает, что на пластинке есть лишнее отверстие (а. с. 350219). Стандарт 3: если два подвижных относительно друг друга вещества должны соприкасаться и при этом возникает вредное явление, то задача решается введением между ними третьего вещества, являющегося видоизменением одного из веществ, данных по условиям задачи. Например, для снижения износа поворотов трубопроводов при пневмотранспорте абразивных магнитных материалов (шарики, дробь и т.д.), в месте поворота снаружи устанавливают постоянный магнит и изнутри на стенку налипает слой материала, поэтому происходит экранирование от абразивного износа (а. с. 304356). Другой пример: для снижения кавитационного износа крыльев на скоростных судах, части подводного крыла, которые необходимо защищать, охлаждают и на них нарастает тонкий, постоянно восстанавливающийся слой льда экранирующий крылья (а. с. 412062). Стандарт 4: если нужно управлять движением объекта, в него следует ввести ферромагнитное вещество и использовать магнитное поле. Аналогично решаются задачи на обеспечение деформаций вещества, на обработку его поверхности, дробление, перемешивание, изменение вязкости, пористости и т.д. Например, ферромагнитный порошок вводят в катализатор и управляют его движением магнитным полем (а. с. 261371).


Стандарт 5: если нужно увеличить технические показатели ТС (массу, размеры, скорость) и это наталкивается на принципиальные препятствия (например, запрет со стороны законов природы, отсутствие в современной технике необходимых веществ, материалов, мощностей), то ТС должна войти в качестве подсистемы в состав другой, более сложной ТС. При этом развитие исходной ТС прекращается, оно заменяется более интенсивным развитием сложной ТС и система переходит к надсистеме. Стандарт 6: если трудно выполнить операцию с тонкими хрупкими и легкодеформируемыми объектами, то на время выполнения этих операций объект надо объединить с веществом, делающим его твердым и прочным, а затем это вещество удалить растворением, испарением и т.д. Например, тонкостенные трубки из нихрома изготавливают волочением на алюминиевом стержне, а затем вытравливают стержень щелочью (а. с. 182661). Стандарт 7: если надо совместить два взаимоисключающих действия (или два взаимоисключающих состояния объекта), то каждое из этих действий надо сделать прерывистым и совместить таким образом, чтобы одно действие совершалось в паузах другого, при этом переход от одного действия (состояния) к другому должен осуществляться самим объектом, например, за счет использования фазовых переходов, происходящих при изменении внешних условий. Стандарт 8: если невозможно непосредственно определить изменение состояния (массы, размеров и т.д.) механической системы, то задача решается возбуждением в системе резонансных колебаний, по изменению частоты которых можно определить происходящие изменения. Идеальный способ измерения: датчиков нет, а система сама сообщает о своем состоянии по частоте собственных колебаний. Стандарт 9: если нужно увеличить технические показатели ТС (точность, быстродействие и т.д.) и это наталкивается на принципиальные препятствия (запрет со стороны законов природы, резкое ухудшение других свойств ТС), то задача решается переходом с макро- на микроуровень, причем система (или ее часть) заменяется веществом, способным при взаимодействии с полем выполнять требуемые действия. Стандарт 10: если нужно ввести добавки, а это запрещено условиями задачи, следует использовать обходные пути: вместо вещества вводится поле; вместо "внутренней" добавки используется "наружная"; добавка вводится в очень малых дозах; добавка вводится на время; в качестве добавки используют часть имеющегося вещества, переведенную в особое состояние или уже находящуюся в таком состоянии; вместо объекта использовать его копию (модель), в которую допустимо введение добавок; добавки вводят в виде химического соединения, из которого они потом выделяются. Стандарты на решение изобретательских задач можно применять до анализа задачи, но эффективнее их использовать после анализа и после построения модели задачи, поэтому стандарты входят в таблицу типовых моделей задач и вепольных преобразований. Приемы и стандарты могут быть использованы не только для решения задач, но и для выявления области применения полученного принципа, то есть в целях прогнозирования. Анализ показывает [1], что все изобретательские задачи можно разделить на две группы: 1) задачи типовые, решаемые прямым применением уже известных законов развития ТС или следствий, непосредственно вытекающих из этих законов; 2) задачи не типовые, решение которых пока не поддается полной формализации. Типовые задачи решаются по четким правилам в один ход: правила указывают, как должна быть преобразована исходная ТС. Такие правила называют стандартами, а совокупность этих правил, определенным образом классифицированных, - системой стандартов. Задача становится стандартной в зависимости от того, известны ли соответствующие законы развития ТС, причем стандарты указывают "хитрые", обходные подходы к задачам. Стандарты (сильные сочетания приемов и физэффектов) можно разделить на пять классов. Первый класс - построение и разрушение вепольных систем, например, для синтеза работоспособной ТС необходимо - перейти от невеполя к веполю. Если поле должно действовать на одно вещество и не действовать на другое, расположенное рядом, можно использовать вариант данного стандарта: если нужен избирательно-максимальный режим поле должно быть либо максимальным; тогда в места, где необходимо минимальное воздействие, вводят защитное вещество; либо минимальным, тогда в места, где необходимо максимальное воздействие, вводят вещество, дающее локальное поле, например, термитные составы для теплового воздействия, взрывные составы - для механического воздействия. В частности, в зазор между свариваемыми деталями закладывают смесь, выделяющую при сварке локальное тепло (а. с. 743810). В первый класс входят также стандарты на разрушение, в частности: если между двумя веществами в веполе возникают сопряженные (полезное и вредное) действия, причем непосредственное соприкосновение веществ сохранять не обязательно, а использование посторонних веществ запрещено или нецелесообразно, задачу решают введением между двумя веществами третьего вещества, являющегося их видоизменением. Например, при осаждении металлов электролизом из водных растворов возникает проблема отделения осадка от катода, эта операция трудоемка и проводится вручную. Поэтому, между катодом и слоем осажденного на катод металла должна быть металлическая прослойка - легко образующаяся, электропроводная и легко разрушающаяся. Такую прослойку получают, покрывая катод рыхлым губчатым слоем осаждаемого металла, который наносят электролитически, в режиме предельного тока (а. с. 553309). Второй класс - включает стандарты на развитие вепольных систем. Повышение эффективности вепольных систем может быть достигнуто прежде всего переходом к сложным веполям, причем усложнение компенсируется появлением новых качеств. Стандарты этого класса форсируют простые и сложные веполи, с увели-


чением динамичности систем, согласованием ритмики, структурированием веществ и полей до перехода к комплексно форсированным веполям. Например, стандарт: "если введение ферромагнетиков и/или намагничивание затруднены, следует воспользоваться взаимодействием внешнего электромагнитного поля с контактно подведенными и/или неконтактно индуцированными токами или взаимодействием этих токов между собой. Третий класс - стандарты на переход к надсистеме и на микроуровень, основаны на том, что все главные линии развития систем ведут к структурам, охотно "присоединяющим" физические эффекты и явления. Особенно хорошо "присоединяют" физэффекты системы, перешедшие на микроуровень. Достаточно вспомнить многочисленные изобретения, использующие тепловое расширение металлов или фазовые превращения воды. Например, задача на третий класс стандартов: для сохранения низких температур используют экранновакуумную изоляцию, при этом между двумя стенками создают вакуум и подвешивают тонкие экраны (пленка, фольга), отражающие тепловое излучение. Экранов много, между ними должны быть промежутки и для устойчивого монтажа необходимы крепежные элементы. Однако, по этим элементам теплопроводностью теряется тепло. Противоречие: экраны надо как-то фиксировать, чтобы конструкция в любом положении была устойчивой, и нельзя фиксировать, чтобы по фиксирующим элементам не проходило тепло. Решение: экраны необходимо отталкивать друг от друга, например, зарядив их одноименно, т.е. произошел переход на микроуровень: вместо крепежных элементов использованы электроны. Конструктивно экраны выполняются из полимерных пленок - электретов одноименного заряда (а. с. 1106955). Четвертый класс - стандарты на измерение и обнаружение. Главная идея этого класса - достроить или надстроить веполь, получив на выходе поле, которое легко обнаружить и/или измерить. В простейшем случае строится двойной веполь, включающий характерную "обнаружительно-измерительную" группу: П1 В П2. Примером может служить а. с.277805: для обнаружения не плотностей в холодильных агрегатах, во фреон добавляют люминофор и определяют места утечек по свечению люминофора в УФ свете. Пятый класс стандартов - методы и приемы введения в веполи новых элементов, без введения этих элементов, т.е. используя различные обходные пути: введение "пустоты" вместо вещества; введение поля вместо вещества; использование в качестве вводимого вещества внешней среды и отходов системы; видоизменение веществ, уже имеющихся в системе; использование смесей видоизмененных веществ с "пустой" внешней средой или отходами; применение копий вещества вместо самого вещества, в частности, использование оптических копий; введение веществ на время. Аналогичны приемы экономного введения полей: используют внешние поля; "мобилизуют" поля, имеющиеся в системе. Например, электрический ток в сигнализаторе уровня жидкости возникает в результате контакта корпуса с поплавком, так как они выполнены из разнородных металлов, образующих при замыкании холодный спай термопары (а. с. 504932). 2.10.2. Стандарты на решение изобретательских задач [84] Класс 1. Построение и разрушение вепольных систем 1.1. Постройка веполя: если дан объект, плохо поддающийся нужным изменениям, и условия задачи не содержат ограничений на введение вещества и полей, задачу решают синтезом веполя, вводя недостающие элементы. Например, в способе деаэрации порошкообразных веществ, для интенсификации процесса, предполагается деаэрацию проводить под действием центробежных сил (а. с. 283885). Веполи часто приходится образовывать при решении задач на выполнение операций с тонкими, хрупкими и легко деформируемыми объектами. На время выполнения этих операций объект объединяют с веществом, делающим его твердым и прочным, а затем это вещество удаляют растворением, испарением и т.д. 1.2. Внутренний комплексный веполь: если дан веполь, плохо поддающийся нужным изменениям, и условия задачи не содержат ограничений на введение добавок в имеющиеся вещества, задачу решают переходом (постоянным или временным) к внутреннему комплексному веполю, вводя в В1 или В2 добавки В3, увеличивающие управляемость или придающие веполю нужные свойства. Например, в способе проведения массообменных процессов в вязкой жидкости, ее предварительно газируют (а. с. 255068). При этом нередко по условиям задачи даны два вещества, причем оба они плохо взаимодействуют или совсем не взаимодействуют с полем. Веполь как бы есть (то есть все три элемента заданы) и его как бы нет, он не "складывается". Простейшие обходные пути в этом случае состоят во введении добавок внутренних (в одно из веществ) и наружных (на одно из веществ). 1.3. Внешний комплексный веполь: если дан веполь, плохо поддающийся нужным изменениям, и условия задачи содержат ограничения на введение добавок в имеющиеся вещества В1 и В2, задачу решают переходом (постоянным или временным) к внешнему комплексному веполю, присоединяя к В1 или В2 внешнее вещество В3, увеличивающее или придающее веполю нужные свойства. Например, если при обнаружении неплотностей в агрегате холодильника имеется ограничение - люминофор нельзя вводить в жидкость, то вещество обнаружитель может быть расположено на наружной поверхности агрегата (а. с. 311109). 1.4. Веполь на внешней среде: если дан веполь, плохо поддающийся нужным изменениям, и условия задачи содержат ограничения на введение в него или присоединение к нему веществ, задачу решают достройкой веполя, используя в качестве вводимого вещества, имеющуюся внешнюю среду. Например, если нужно менять вес движущегося тела, а менять его нельзя, то телу надо придать форму крыла и, меняя наклон крыла к направлению движения, получить дополнительную, направленную вверх или вниз силу. 1.5. Веполь на внешней среде с добавками: если внешняя среда не содержит веществ, необходимых для построения веполя по предыдущему стандарту, это вещество может быть получено заменой внешней среды, ее


разложением или введением в нее добавок. Например, в опорном узле скольжения используют смазку (в данном случае это внешняя среда), а для улучшения демпфирования смазку газируют, разлагая ее электролизом (а. с. 796500). 1.6. Минимальный режим: если нужен минимальный (дозированный, оптимальный) режим действия, а обеспечить его по условиям задачи трудно или невозможно, надо использовать максимальный режим, а избыток убрать, причем избыток поля убирают веществом, а избыток вещества - полем. Например, для получения тонкого слоя краски на изделие наносят избыточное покрытие, окуная изделие в бак с краской, а затем изделие вращают и центробежные силы сбрасывают избыток краски (а. с. 242714). 1.7. Максимальный режим: если нужно обеспечить максимальный режим действия на вещество, а это по тем или иным причинам недопустимо, максимальное действие следует сохранить, но направить его на другое вещество, связанное с первым. Например, в способе изготовления предварительно напряженного железобетона с помощью термического домкрата, используется нерасходуемый жаропрочный стержень, растягивающий холодную арматурную проволоку (а. с. 120909). 1.8. Избирательно-максимальный режим: если нужен максимальный режим в определенных зонах при сохранении минимального режима в других зонах, то поле должно быть: либо максимальным, но, тогда в места, где необходимо минимальное воздействие, вводят защитное вещество; либо минимальным, но, тогда в места, где необходимо максимальное воздействие, вводят вещество, дающее локальное поле, в частности, термитные составы - для теплового воздействия или взрывные составы - для механического воздействия. Например, в зазор между свариваемыми деталями закладывают экзотермическую смесь, выделяющую при сварке тепло (а. с. 743810). 1.9. Разрушение веполей, устранением вредной связи введением В3: если между двумя веществами в веполе возникают сопряженные - полезное и вредное действия, причем непосредственное соприкоснование веществ сохранять не обязательно, задачу решают введением между двумя веществами постороннего третьего вещества, дорогого или достаточно дешевого. Например, способ гибки ошипованной трубы намоткой ее в холодном состоянии на гибочный шаблон, предполагает для повышения качества при гибке на радиус менее трех наружных диаметров трубы, при намотке шипы трубы погружать в слой эластичного материала, например, полиуретана (а. с. 724242). 1.10. Устранение вредной связи введением видоизмененных В1 и (или) В2: если между двумя веществами в веполе возникают сопряженные - полезное и вредное действия, причем непосредственное соприкосновение веществ сохранять не обязательно, а использование посторонних веществ запрещено или нецелесообразно, задачу решают введением между двумя веществами третьего вещества, являющегося их видоизменением. Причем вещество В3 может быть введено в систему извне в готовом виде или получено (действием П1 или П2) из имеющихся веществ, в частности, В3 может быть "пустотой", пузырьками, пеной и т.д. Например, способ транспортирования пульпы по трубопроводу, включающий подачу пульпы в трубопровод и перемещение по нему, предполагает, для снижения износа трубопровода, наружную стенку последнего охлаждать до образования на внутренней его поверхности слоя замороженной пульпы (а. с. 783154). 1.11. "Оттягивание" вредного действия: если необходимо устранить вредное действие поля на вещество, задача может быть решена введением второго элемента, оттягивающего на себя вредное действие поля. Например, для защиты подземных кабельных линий от повреждений, вызываемых образованием в грунте морозобойных трещин, заранее прорывают узкие прорези в стороне от трассы кабеля (а. с. 152492). Для защиты труб от разрыва при замораживании в трубе размещают надувную пластмассовую вставку (шланг), причем вода, замерзая, расширяется и сдавливает мягкую вставку, и трубка остается целой. 1.12. Противодействие вредным связям с помощью П2: если между двумя веществами в веполе возникают сопряженные (полезное и вредное) действия, причем непосредственное соприкосновение веществ, в отличие от стандартов 1.9 и 1.10, должно быть сохранено, задачу решают переходом к двойному веполю, в котором полезное действие остается за полем П1, а нейтрализация вредного действия (или превращение вредного действия во второе полезное действие) осуществляет П2. Например, автоматическая система с обратной связью возбуждает в фундаментных опорах колебания, равные по величине, но противоположные по направлению колебаниям, возникающим при работе технологического оборудования (а. с. 589482). 1.13. "Отключение" магнитных связей: если надо разрушить веполь с магнитным полем, задача может быть решена применением физэффектов, "отключающих" ферромагнитные свойства веществ, например, размагничиванием при ударе или нагреве выше точки Кюри. Например, способ внутреннего шлифования путем воздействия на изделие ферромагнитной среды, которую приводят в движение посредством вращающегося магнитного поля, предполагает, для интенсификации обработки изделий из ферромагнитного материала, последние нагревать до температуры, равной или выше точки Кюри (а. с. 312746). Класс 2. Развитие вепольных систем 2.1. Цепные веполи: если нужно повысить эффективность вепольной системы, задачу решают превращением одной из частей веполя в независимо управляемый веполь и образованием цепного веполя. Например, устройство для заклинивания, содержащее клин и клиновую прокладку с нагревательным элементом, для облегчения извлечения клина, выполнено так, что клиновая прокладка изготовлена из двух частей, одна из которых легкоплавкая (а. с. 428119). В частном случае, если в ТС имеется объект, который движется или должен двигаться под действием силы тяжести вокруг некоторой оси, и надо управлять движением этого объекта, то задача, решается введением в данный объект вещества, управляемо движущегося внутри объекта и вызываю-


щего своими движениями перемещение центра тяжести системы. Например, самоходный кран с подвижным противовесом (а. с. 271763). 2.2. Двойные веполи: если дан плохо управляемый веполь и нужно повысить его эффективность, причем замена элементов этого веполя недопустима, то задача решается постройкой двойного веполя, путем введения второго поля, хорошо поддающегося управлению. Например, способ регулирования расхода жидкого металла из разливочного ковша, для безаварийного разлива, предполагает гидростатический напор регулировать высотой металла над отверстием разливочного стакана, вращая металл в ковше электромагнитным полем (а. с. 275331). 2.3. Форсирование веполей, переходом к более управляемым полям: если дана вепольная система, то ее эффективность может быть повышена заменой неуправляемого (или плохо управляемого) рабочего поля управляемым (хорошо управляемым) полем, например, заменой гравитационного поля механическим, механического - электрическим и т.д. Например, способ очистки электролита в процессе электрохимической обработки, основанной на отделении продуктов анодного растворения, для повышения качества очистки, предполагает пропускать электролит до входа в рабочий зазор через электростатическое поле (а. с. 496146). 2.4. Форсирование веполей дроблением В2: если дана вепольная система, то ее эффективность может быть повышена путем увеличения степени дисперсности (дробления) вещества, играющего роль инструмента, например состоящего из множества мелких частиц (песчинки, порошок, дробинки и т.д.). Стандарт 2.4 отражает одну из основных закономерностей развития ТС - тенденцию к измельчению инструмента или его части, непосредственно взаимодействующей с изделием. Например, при последовательной перекачке разных жидкостей по одному трубопроводу используют поршневые и шаровые разделители, имеющие невысокую эффективность из-за истирания и застревания; предложено ввести в зону контакта жидкостей разделитель из дробинок размерами 0,3 0,5 мм с плотностью, равной средней плотности жидкостей (а. с. 272737). 2.5. Форсирование веполей переходом к капилярно-пористым веществам: это особый случай дробления вещества, связанный с переходом от сплошных веществ к капилярно-пористым. Переход этот осуществляется по линии: сплошное вещество сплошное вещество с одной полостью сплошное вещество со многими полостями (перфорированное вещество) капилярно-пористое вещество капиллярно-пористое вещество с определенной структурой (и размерами) пор. По мере развития по этой линии увеличивается возможность размещения в полостях-порах жидкого вещества и использования физических эффектов. Например, огнепреградитель, содержащий корпус с размещенными между решетками гранулами насадки, для повышения эффективности работы, выполнен так, что гранулы насадки изготовлены полыми из легкоплавкого материала и заполнены огнетушащим веществом (а. с. 878312). 2.6. Форсирование веполей динамизацией: если дана вепольная система, то ее эффективность может быть повышена путем увеличения степепи динамизации, т.е. перехода к более гибкой, быстро меняющейся структуре системы. Динамизация В2 чаще всего начинается с разделения В2 на две шарнирно соединенные части, а далее динамизация идет по линии: один шарнир много шарниров гибкое В2. Динамизация П в простейшем случае осуществляется переходом от постоянного действия поля (или П совместно с В2) к импульсному действию. Например, способ обработки тампонажного раствора путем воздействия на него магнитным полем, для повышения качества раствора, предполагает воздействие магнитным полем проводить в импульсном режиме (а. с. 943392). В частном случае, эффективная динамизация системы может быть осуществлена за счет использования фазовых переходов первого рода (например, замерзание воды или таяние льда) или второго рода (например, эффект "памяти формы"). 2.7. Форсирование веполей структуризацией полей: если дана вепольная система, то ее эффективность может быть повышена переходом от полей однородных или имеющих неупорядоченную структуру к полям неоднородным или имеющим определенную пространственную структуру (постоянную или переменную). Например, для отделения из потока слабомагнитных тонких фракций предложено использовать неоднородное магнитное поле, создаваемое рифленной пластиной (а. с. 1004333). В частном случае, если веществу, входящему в веполь (или могущему войти в веполь), должна быть придана определенная пространственная структура, то процесс следует нести в поле, которое имеет структуру, соответствующую требуемой структуре вещества. Если надо перераспределить энергию поля, например, с целью концентрации или, наоборот, создать зоны, где действие поля не проявляется, то следует перейти к использованию стоячих волн. 2.8. Форсирование веполей структуризацией веществ: если дана вепольная система, то ее эффективность может быть повышена переходом от веществ однородных или имеющих неупорядоченную структуру к веществам неоднородным или имеющим определенную пространственную структуру (постоянную или временную). Например, способ изготовления пористых огнеупоров: для создания направленной пористости используют выгорающие шелковые нити (а. с. 713146). В частном случае, если нужно получить интенсивное тепловое воздействие в определенных местах системы (точки, линия), то в эти места следует заранее ввести экзотермические вещества. 2.9. Форсирование согласованием ритмики П и В1 (или В2): в вепольных системах действие поля должно быть согласовано по частоте (или сознательно рассогласованно) с собственной частотой изделия (или инструмента). Например, устройство для массажа синхронно с ударами сердца: в стенку ванны, в которую помещают больного, вмонтирована диафрагма насоса, передающего лечебной жидкости или грязям импульсы по команде датчика, контактирующего с телом больного (а. с. 614794). Другой пример: способ работы шлаковой шахты путем сжигания в ее полости топлива, для улучшения вытекания шлака, предполагает сжигание топлива


осуществлять в пульсирующем режиме с частотой колебаний, равной собственной частоте колебаний шахты (а. с. 641229). Пример на антирезонанс: уплотнение торцевого типа с двумя и более концентрично расположенными торцевыми парами, для повышения надежности при работе в условиях значительных вибраций, выполнено так, что торцевые пары имеют частоты собственных колебаний, неравные и некратные друг другу (а. с. 514141). 2.10. Форсирование согласованием ритмики П1 и П2: в сложных вепольных системах должны быть согласованы (или сознательно рассогласованы) частоты используемых полей. Например, способ нанесения покрытий электрическими разрядами с использованием наносимого материала в виде порошка, включающий импульсную подачу тока и наложение магнитного поля, причем для повышения твердости и обеспечения мелкозернистости структуры покрытий, наложение магнитного поля осуществляют импульсами, а каждому импульсу магнитного поля соответствует импульс тока (а. с. 521107). 2.11. Форсирование согласованием несовместимых или ранее независимых действий: если два действия, например, изменение и измерение, несовместимы, то одно действие осуществляют в паузах другого. Вообще, паузы в одном действии должны быть заполнены другим полезным действием. Например, способ электрохимической обработки деталей импульсным рабочим током с индукционным нагреванием их в процессе обработки, предполагает для повышения производительности, индукционный нагрев проводить в паузах между импульсами рабочего тока (а. с. 778981). 2.12. Применение комплексно-форсированных веполей в виде "протофеполей": если дана вепольная система, ее эффективность может быть повышена путем использования ферромагнитного вещества и магнитного поля. В этом стандарте речь идет о применении ферромагнитного вещества, не находящегося в измельченном состоянии, т.е. о структуре на пути к феполям, причем стандарт применим не только к простым веполям, но и к веполям комплексным и веполям, включающим внешнюю среду. Например, питатель для образования порошково-воздушной смеси, содержащий герметичную емкость с разгрузочной горловиной, воздухоподводящим и расходным трубопроводами, смесительную камеру и механизм подачи, а рабочий орган выполнен в виде гибкого ферромагнитного элемента, например, стального троса, размещенного по оси разгрузочной горловины. Последняя выполнена из парамагнитного материала между емкостью и смесительной камерой, а привод гибкого элемента осуществлен от последовательно подключаемых электромагнитов, смонтированных вокруг разгрузочной горловины с наружной ее стороны (а. с. 499898). 2.13. Использование феполей: чтобы повысить эффективность управления системой, необходимо перейти от веполя или "протофеполя" к феполю, заменив одно из веществ феррочастицами (или добавив феррочастицы - стружку, гранулы, зерна и т.д.) и применив магнитное или электромагнитное поле. Эффективность управления повышается с увеличением степени дробления феррочастиц, поэтому развитие феполей идет по линии: гранулы порошок мелкодисперсные наноразмерные феррочастицы. Эффективность повышается также с увеличением степени дробления вещества, в которое введены феррочастицы; развитие здесь идет по линии: твердое вещество порошок жидкость. Переход к феполям можно рассматривать как совместное применение двух стандартов 2.12 (введение ферровещества и магнитного поля) и 2.4 (дробление вещества). Превратившись в феполь, вепольная система повторяет цикл развития веполей - но на новом уровне, так как феполи отличаются высокой управляемостью и эффективностью. Все стандарты, входящие в группу после 2.12, можно считать своего рода "изотопами" нормального ряда стандартов. Выделение "фепольной линии" оправдано исключительным практическим значением феполей. Например, распылитель, содержащий емкость для жидкости с патрубком подачи и слива жидкости и электрод, соединенный с высоковольтным источником, для повышения дисперсности электроаэрозоля и упрощения эксплуатации выполнен так, что снаружи емкости расположена обмотка из провода, а внутри размещены гранулы из магнито-твердого материала, намагниченные в магнитном поле (а. с. 1045945). 2.14. Использование магнитных жидкостей: эффективность феполей может быть повышена переходом к использованию магнитных жидкостей - коллоидных феррочастиц, взвешенных в керосине, силиконе или воде. Например, устройство для снижения гидравлического сопротивления в трубопроводе, содержащее средство для создания кольцевого пристеночного слоя маловязкой жидкости, причем с целью снижения затрат это средство выполнено в виде постоянных магнитов, установленных на внешней поверхности трубопровода на расстоянии, равном 9,5 10 их ширины, при этом в качестве маловязкой жидкости используют магнитную жидкость (а. с. 1124152). Другой пример, применение магнитной жидкости в качестве закалочной среды (а. с. 985076). 2.15. Использование капиллярно-пористых структур в феполях: эффективность феполей может быть повышена за счет использования капиллярно-пористой структуры, присущей многим фепольным системам. Например, устройство для пайки волной припоя выполнено в виде магнитного цилиндра, покрытого слоем ферромагнитных частиц, при этом происходит удаление излишков припоя и одновременно пористая структура используется для подачи (как фитиль) флюса из внутренней полости цилиндра (а. с. 1013157). 2.16. Использование комплексных феполей: если нужно повысить эффективность управления системой путем перехода к феполю, а замена вещества феррочастицами недопустима, переход осуществляют построением внутреннего или внешнего комплексного феполя, вводя добавки в одно из веществ. Например, способ транспортирования деталей с помощью грузоподъемного электромагнита, для обеспечения транспортирования немагнитных деталей, предполагает последние предварительно засыпать магнитномягкими сыпучими материалами (а. с. 751778).


2.17. Использование феполей на внешней среде: если нужно повысить эффективность управления системой путем перехода от веполя к феполю, а замена веществ феррочастицами (или введение добавок и веществ) недопустима, то феррочастицы следует ввести во внешнюю среду и, действуя магнитным полем, менять параметры среды и, следовательно, управлять находящейся в ней системой. Например, способ демпфирования механических колебаний путем перемещения металлического неферромагнитного подвижного элемента между полюсами магнита, с целью уменьшения времени демпфирования, предусматривает в зазор между полюсами магнита и подвижным элементом введение магнитной жидкости и изменение напряженности поля пропорционально амплитуде колебаний (а. с. 469059). В частности, если в системе используются поплавки или одна часть системы является поплавком, то в жидкость следует ввести ферромагнитные частицы и управлять кажущейся плотностью жидкости. Управление можно также вести, пропуская сквозь жидкость ток и действуя электромагнитным полем. В качестве внешней среды могут быть использованы также электрореологические жидкости, управляемые электрическими полями. 2.18. Использование физэффектов: если дана фепольная система, ее управляемость может быть повышена за счет использования физических эффектов. Например, способ повышения чувствительности измерительных магнитных усилителей, заключающийся в использовании термического воздействия на сердечник магнитного усилителя, причем с целью снижения уровня магнитных шумов, при работе усилителя поддерживают абсолютную температуру сердечника равной 0,92 0,99 температуры Кюри материала сердечника (использован эффект Гопкинса) усилителя (а. с. 452055). 2.19. Динамизация: если дана фепольная система, ее эффективность может быть повышена путем динамизации, т.е. перехода к гибкой, меняющейся структуре системы. Например, устройство для контроля толщины стенок полых изделий из немагнитных материалов, содержащее индуктивный преобразователь с измерительной схемой и ферромагнитный элемент, располагаемые по разные стороны контролируемой стенки, для повышения точности измерения, выполнено так, что ферромагнитный элемент изготовлен в виде надувной эластичной оболочки, покрытой ферромагнитной пленкой (а. с. 750264). 2.20. Структуризация: если одна вепольная система, ее эффективность может быть повышена переходом от полей однородных или имеющих неупорядоченную структуру к полям неоднородным или имеющим определенную пространственную структуру (постоянную или переменную). Например, способ магнитной формовки профильных изделий из термопластов, предполагает использование в качестве пуансона ферропорошка, на который налагают температурное поле, превышающее в местах наименьшей вытяжки точку Кюри (а. с. 545479). В частном случае, если веществу, входящему в феполь (или могущему войти в феполь), должна быть придана определенная пространственная структура, то процесс следует вести в поле, которое имеет структуру, соответствующую требуемой структуре вещества. 2.21. Согласование ритмики в феполях: если дана "протофепольная" или фепольная система, ее эффективность может быть повышена согласованием ритмики входящих в систему элементов. Например, при вибромагнитной сепарции материала вращающееся магнитные поля, предложено реверсировать синхронно с вибрациями, при этом уменьшается сила сцепления между частицами материала и повышается эффективность разделения (а. с. 698663). 2.22. Применение эполей (систем, в которых вместо ферромагнитных частиц действуют, или взаимодействуют токи): если введение ферромагнетиков или намагничивание затруднено, следует воспользоваться взаимодействием внешнего электромагнитного поля с контактно подведенным или неконтактно индуцированными токами или взаимодействием этих токов между собой. Например, способ захвата и удержания металлических немагнитных изделий, для повышения его надежности, предполагает, в процессе захвата, через тело изделия, в зоне действия магнитного поля, пропускание электрического тока в направлении, перпендикулярном к силовым линиям магнита (а. с. 1033417). 2.23. Использование реологических жидкостей: если неприменима феррожидкость, может быть использована жидкость (суспензия) электрореологическая - особая форма эполей, например, взвесь тонкого кварцевого порошка в толуоле и других жидкостях. Например, электрореологическая жидкость с изменяющейся вязкостью используется в амортизаторе транспортного средства (а. с. 495467). Класс 3. Переход к надсистеме и на микроуровень 3.1. Системный переход с образованием бисистем и полисистем: эффективность системы (на любом этапе развития) может быть повышена системным переходом - объединением системы с другой системой (или системами) в более сложную - бисистему или полисистему. Для образования бисистем и полисистем в простейшем случае объединяют два или более вещества В1 и В2 (бивещественные и поливещественные веполи). Главная особенность полисистем: при их образовании возникает внутренняя среда (или создаются условия для ее возникновения) с особыми свойствами. Другая характерная особенность бисистем и полисистем - эффект многоступенчатости. Возможно образование биполевых и полиполевых систем, а также вепольных систем, в которых одновременно мультиплицированны поля и вещества. Иногда мультиплицируется пара поле-вещество или веполь в целом. Например, в способе электронагрева металлических заготовок под обработку давлением, для обеспечения безокислительного нагрева, поверхностные слои заготовок в процессе нагрева интенсивно охлаждают (биполевая система) (а. с. 321195). Другой пример: способ получения электрохимическим способом отверстия, которое имеет расширение на середине глубины, путем продольного разделения электрода на три части, причем на каждую подают свой потенциал (а. с. 252036).


3.2. Развитие связей в бисистемах и полисистемах: повышение эффективности синтезированных бисистем и полисистем достигается, прежде всего, развитием связей элементов в этих системах. Например, при групповом использовании подъемных кранов трудно синхронизировать работу машин, поэтому предложено устройство, в виде жесткого многоугольника, объединяющее стрелы кранов (а. с. 742372). 3.3. Системный переход с увеличением различия между элементами: эффективность бисистем и полисистем повышается при увеличении различия между элементами системы - от одинаковых элементов к элементам со сдвинутыми характеристиками, а затем к разным элементам и инверсным сочетаниям типа "элемент и антиэлемент". Например, способ получения дисперсных систем путем вибрационных воздействий на среду в режиме вибротурбулизации, путем введения в емкость со средой упругого резонанса и воздействия на емкость колебаниями резонансной частоты, для повышения экономичности процесса и его интенсификации, предусматривает ввод в емкость со средой несколько упругих резонаторов с различной частотой собственных колебаний (а. с. 10011988). 3.4. Свертывание бисистем и полисистем: эффективность бисистем и полисистем повышается при свертывании систем прежде всего за счет сокращения вспомогательных частей, причем полностью свернутые бисис- темы и полисистемы снова становится моносистемами, и цикл может повторится на новом уровне. Например, способ переработки соленых руд, при котором дробление, измельчение и растворение руды ведут в одном устройстве за один цикл, а до этого операции осуществляли последовательно, в отдельных аппаратах (а. с. 287967). 3.5. Системный переход с разделением противоположных свойств целого и частей: эффективность бисистем и полисистем может быть повышена распределением несовместимых свойств между системой и ее частями. При этом используют двухуровневую систему, в которой вся система в целом обладает свойством «С», а ее части (частицы) - свойством «анти-С». Например, рабочая часть тисков для зажима деталей сложной формы выполнена так, что каждая часть (в виде стальной втулки) твердая, а в целом зажим податливый и способен менять форму (а. с. 510350). 3.6. Системный переход на микроуровень: эффективность системы (на любом этапе развития) может быть повышена переходом с макроуровня на микроуровень, при этом систему или ее часть заменяют веществом, способным при взаимодействии с полем выполнять требуемое действие. Например, регулируемый лабиринтный насос, содержащий цилиндрический ротор и статор с многозаходной нарезкой противоположного направления, для обеспечения возможности регулирования насоса с помощью изменения температуры, выполнен так, что ротор и статор изготовлены из материалов с различными коэффициентами линейного расширения (а. с. 275751). В данном примере новизна в способе регулирования: вместо громоздкого и малоэффективного механического способа использован тепловой способ. Необходимо отметить, что существует множество уровней "микро" (домены, молекулы, атомы и т.д.) - соответственно, имеется много разных переходов на микроуровень, а также множество переходов с одного микроуровня на другой, более низкий. Класс 4. Стандарты на обнаружение и измерение системы 4.1. Применение обходного пути вместо обнаружения или измерения - изменение систем: если дана задача на обнаружение или измерение, целесообразно так изменить систему, чтобы вообще отпала необходимость в решении этой задачи. Например, в способе индукционного нагрева деталей, для самофиксации заданной температуры между индуктором и деталью помещают соль с температурой плавления, равной заданной температуре (а. с. 505706). Другой пример: индукционная печь для нагрева токами промышленной частоты, включающая тигель и индуктор для поддержания заданного режима нагрева выполнена так, что тигель изготовлен из ферромагнитного материала, точка Кюри которого равна заданной температуре нагрева (а. с. 471395). 4.2. Обходной путь путем использования копий: если дана задача на обнаружение или измерение и нельзя применить стандарт 4.1, то целесообразно заменить непосредственные операции над объектом операциями над его копией или снимком. В частности, если нужно сравнить объект с эталоном с целью выявления отличий, то задачу решают оптически совмещением изображения объекта с эталоном, причем изображение объекта должно быть противоположно по окраске эталону или его изображению. Например, контроль пластинки с просверленными отверстиями ведут, совмещая желтое изображение пластинки с синим изображением эталона и, если на экране появляется желтый цвет, значит, в контролируемой пластине отсутствует отверстие, а появление синего цвета означает, что на пластине есть лишнее отверстие (а. с. 350219). 4.3. Обходной путь в виде измерения путем двух последовательных обнаружений: если дана задача на измерение и нельзя применить стандарты 4.1 и 4.2, то целесообразно перевести ее в задачу на последовательное обнаружение изменений. Например, необходимо измерить диаметр шлифовального круга с точностью 0,1 мм, т.е. задача сводится к обнаружению двух последовательных переходов от одной окружности к другой, поэтому, фиксируя такие переходы и зная их число, можно вычислить диаметр круга. 4.4. Синтез "измерительного" веполя: если невепольная система плохо поддается обнаружению или измерению, задачу решают, достраивая простой или двойной веполь с полем на выходе. Например, способ обнаружения момента начала кипения жидкости (т.е., появление в жидкости пузырьков), осуществляется пропусканием через жидкость тока, а при появлении пузырьков резко возрастает электрическое сопротивление (а. с. 269558). 4.5. Использование комплексного "измерительного" веполя: если система (или ее часть) плохо поддается обнаружению или измерению, задачу решают переходом к внутреннему или внешнему комплексному ве-


полю, вводя легко обнаруживаемые добавки. Например, способ определения фактической площади контакта поверхностей для повышения эффективности, предполагает для окрашивания поверхностей применять люминисцентные краски (а. с. 110314). 4.6. Применение "измерительного" веполя на внешней среде: если систему трудно обнаружить или измерить в какой-то момент времени и нет возможности ввести в объект добавки, то эти добавки, создающие легко обнаруживаемое и легко измеряемое поле, следует ввести во внешнюю среду, по изменению состояния которой можно судить об изменении состояния объекта. Например, для контроля износа двигателя нужно определить количество "стершегося" металла попадающего в масло, предложено добавлять в масло люминофоры, а металлические частицы являются гасителями свечения (а. с. 260649). 4.7. Получение добавок во внешней среде: если во внешнюю среду нельзя ввести извне добавки по стандарту 4.6, эти добавки могут быть получены в самой среде, например, ее разложением или изменением агрегатного состояния. В частности, в качестве таких добавок часто используют газовые или паровые пузырьки, полученные электролизом, кавитацией и другими способами. Например, в задаче об измерении скорости потока жидкости в трубе (введение добавок извне исключено по условиям задачи), метку получают, используя кавитацию, дающую скопление мелких и потому достаточно устойчивых пузырьков. 4.8. Форсирование измерительных веполей использованием физэффектов: если дана вепольная система, эффективность обнаружений и измерений в ней может быть повышена за счет использования физических эффектов. Например, исчезновение люминисцентных свойств у некоторых веществ в присутствии очень небольшого количества влаги (а. с. 170739). В частном случае, желательно, чтобы вещества в веполе образовывали термопару, безвозмездно дающую сигналы о состоянии системы, причем "сигнальное поле" может быть получено также за счет индукции. Например, в способе регистрации разрушения изделий, включающем нанесение на контролируемую поверхность чувствительного слоя для повышения надежности, в качестве чувствительного слоя используют магнитную пленку и, pазмещают на ней токопроводящий контур, а о разрушении изделий судят по э. д. с. индукции, возникающей в контуре (а. с. 1046636). 4.9. Форсирование измерительных веполей путем использования резонанса контролируемого объекта: если невозможно непосредственно обнаружить или измерить происходящие в системе изменения и если нет возможности пропустить сквозь систему поле, задачу решают возбуждением в системе резонансных колебаний (всей системы или ее какой-то части), по изменению частоты которых можно определить происходящие в системе изменения. Например, в способе измерения массы вещества в резервуаре, например, жидкого, для повышения точности и надежности измерения, возбуждают механические резонансные колебания системы резервуар-вещество, измеряют их частоту, по величине которой судят о массе вещества (а. с. 271051). 4.10. Форсирование измерительных веполей, при использовании резонанса присоединенного объекта: если невозможно применить стандарт 4.9, о состоянии системы судят по изменению собственной частоты объекта (внешней среды), связанного с контролируемой системой. Например, в способе измерения количества материала в кипящем слое, например, в аппарате для обжига цементного клинкера для повышения точности измерения, количество материала определяют по изменению амплитуды автоколебаний газа над кипящим слоем (а. с. 438873). 4.11. Использование "измерительного протофеполя": веполи с немагнитными полями имеют тенденцию перехода в "протофеполи", т.е., веполи с магнитным веществом и магнитным полем. Например, в способе обнаружения герметизированных отверстий под слоем воды, для повышения надежности, в патрубок отверстия перед его герметизацией закладывают излучающий элемент, например, постоянный магнит с направлением создаваемого им магнитного поля по нормали к наружной обшивке корпуса, и обнаруживают это отверстие при помощи индикатора, например, магнитометра, по наибольшей величине местной напряженности магнитного поля (а. с. 222892). 4.12. Использование "измерительного" феполя: если нужно повысить эффективность обнаружения или измерения "протофепольными" и вепольными системами, необходимо перейти к феполям, заменив одно из веществ ферромагнитными частицами (или добавив ферромагнитные частицы) и обнаруживая или измеряя магнитное поле. Например, в способе определения степени затвердевания (размягчения) полимерных составов для неразрушающего контроля, в состав вводят магнитный порошок и измеряют изменение магнитной проницаемости состава в процессе его затвердевания (а. с. 239633). 4.13. Использование комплексного "измерительного" феполя: если нужно повысить эффективность обнаружения или измерения системы путем перехода к феполю, а замена вещества ферромагнитными частицами недопустима, то переход к феполю осуществляют построением комплексного феполя, вводя добавки в вещество. Например, в способе гидроразрыва пласта действуют жидкостью под давлением на горную породу, а для контроля за жидкостью в нее вводят ферропорошок и осуществляют магнитный каротаж (а. с. 754347). 4.14. Использование "измерительного" феполя на внешней среде: если нужно повысить эффективность обнаружения или измерения системы путем перехода от веполя к феполю, а введение феррочастиц недопустимо, то феррочастицы следует ввести во внешнюю среду. Например, при движении гидродинамической модели в воде возникают волны и для изучения характера волнообразования в воду добавляют частицы ферропорошка. 4.15. Использование физэффектов: если нужно повысить эффективность фепольной измерительной системы, необходимо использовать физические эффекты, например, переход через точку Кюри, эффекты Гопкинса и Баркгаузена, магнитоупругий эффект и т.д. Например, в устройстве для непрерывного индукционного на-


грева штучных заготовок, перемещаемых с регулируемой скоростью под действием подающего механизма, связанного с электродвигателем, в камеру ВЧ нагрева с цилиндрическим индуктором, для обеспечения автоматического контроля и регулирования температуры нагрева заготовок, оно снабжено индукционной катушкой, устанавливаемой в нагревательной камере индуктора в зоне нагрева заготовок до температуры, вызывающей потерю магнитных свойств и связанной с ней и электродвигателем исполнительной преобразующей схемой (а. с. 332758). 4.16. Развитие измерительных систем, переходом к бисистемам и полисистемам: эффективность измерительной системы (на любом этапе развития) может быть повышена переходом к бисистеме или полисистеме. 4.17. Определение направления развития: измерительные системы развиваются в направлении - измерение функции измерение первой производной функции измерение второй производной функции. Например, в способе определения напряженного состояния горного массива, измеряют не само электросопротивление породы, а скорость изменения электросопротивления (а. с. 998754). Класс 5. Стандарты на применение стандартов 5.1. Использование обходных путей: если нужно ввести в систему вещество, а это запрещено условиями задачи или недопустимо по условиям работы системы, то следует использовать обходные пути: 1) вместо вещества использовать "пустоту"; 2) вместо вещества вводят поле, например, для измерения степени вытяжки нити на ходу на нить наносят электрические заряды и определяют изменение линейной плотности заряда (а. с. 500464); 3) вместо внутренней добавки используют добавку наружную, например, для измерения толщины стенки полого керамического сосуда, в сосуд заливают жидкость с высокой электропроводностью, подводят к жидкости один электрод и измеряют толщину стенки в любом месте, прикладывая снаружи другой электрод омметра (а. с. 360540); 4) вводят в очень малых дозах особо активную добавку, например, в смазку для волочения труб на основе минерального масла, для уменьшения гидродинамического давления смазки в очаге деформации, вводят 0,2 0,8 вес. % полиметакрилата; 5) вводят в очень малых дозах обычную добавку, но располагают ее концентрированно - в отдельных частях объекта, например, в полимер вводят (чтобы сделать его электропроводным) феррочастицы и располагают их в виде отдельных линий и нитей; 6) добавку вводят на время, например, в способе бесконтактной магнитной ориентации деталей, для увеличения эффекта ориентации без дополнительных энергозатрат, при ориентации полых деталей в последние предварительно вводят ферромагнитные тела (а. с. 458422); 7) вместо объекта используют его копию (модель), в которую допустимо введение добавок; 8) добавку вводят в виде химического соединения, из которого она потом выделяется, например, в способе пластификации древесины путем обработки аммиаком, для обеспечения пластификации поверхностей трения в процессе работы, пропитку древесины производят солями, разлагающимися при температуре трения, например, углекислым аммонием (а. с. 342761); 9) добавку получают разложением внешней среды или самого объекта, например, электролизом или изменением агрегатного состояния части объекта или внешней среды, например, в способе размерной электрохимической обработки, осуществляемым с присутствием газа в электролите, для интенсификации удаления продуктов растворения, газ в электролите образуют посредством электролиза последнего перед зоной обработки (а. с. 904956). 5.2. Использование "раздвоения" вещества: если дана система, плохо поддающаяся нужным изменениям, и условия задачи не позволяют заменить инструмент или ввести добавки, то вместо инструмента используют изделие, разделяя его на части, взаимодействующие друг с другом. Например, в способе получения металлических порошков, включающем распыление струи металлического расплава вихревым газовым потоком, для повышения дисперсности порошка, струе расплава сообщают вращательное движение относительно ее оси, причем противоположно направлению вихревого газового потока (а. с. 719809). Второй пример: способ гашения энергии потока, включающий разделение его на отдельные потоки, закручивание их и последующее объединение, для повышения эффективности гашения, предполагает размещение потоков один внутри другого и их закручивание в противоположных направлениях (а. с. 726256). Третий пример: в способе сжигания топлива, путем подачи в зону горения смеси топлива, воздуха и предварительно подогретого сыпучего материала, для интенсификации процесса горения с одновременным уменьшением вредных выбросов, смесь топлива, воздуха и сыпучего материала подают по крайней мере двумя встречными сталкивающимися потоками (а. с. 727942). В частном случае, если в систему входит поток мелкодисперсных частиц и надо увеличить степень управления этими частицами, поток следует разделить на части, заряженные одноименно или разноименно. Если весь поток заряжен одноименным электричеством, то противоположный заряд должна нести одна из частей системы. Например, в способе электрической коагуляции аэрозоля в системах для очистки воздуха сухим пылеосаждением, для повышения эффективности пылеулавливания, пылевой поток разделяют на две части, каждую из которых заряжают разноименно и направляют навстречу друг другу (а. с. 259019). 5.3. Самоустранение отработанных веществ: введенное в систему вещество (после того, как оно сработало) должно исчезнуть или стать неотличимым от вещества, ранее бывшего в системе или во внешней среде. Например, льдохранилище, содержащее корпус, выполненный из теплоизоляционного материала, для предотвращения загрязнения воды при размораживании льда, предполагает в качестве теплоизоляционного материала использовать искусственный нетоксичный тугоплавкий лед, полученный из смеси воды с метаном (а. с. 588025).


5.4. Введение больших количеств вещества: если нужно ввести большое количество вещества, а это запрещено условиями задачи или недопустимо по условиям работы системы, то в качестве вещества используют ''пустоту" в виде надувных конструкций или пены. Причем применение надувных конструкций - стандарт на макроуровне, а использование пены - тот же стандарт на микроуровне. 5.5. Введение полей по совместительству: если в вепольную систему нужно ввести поле, следует прежде всего использовать уже имеющиеся поля, носителями которых являются входящие в систему вещества. Например, для отделения пузырьков газа от жидкости в потоке жидкого кислорода, осуществляется преобразование движения веществ, закрутив поток, при этом центробежная сила отожмет жидкость к стенкам, а газ - к оси трубопровода. 5.6. Введение полей из внешней среды: если нужно ввести поле, а по стандарту 5.5 это сделать невозможно, то следует использовать поля, имеющиеся во внешней среде. Например, для удаления влаги с проезжей части моста используют тягу, создаваемую эжектором, опущенным в реку (а. с. 414354). 5.7. Использование веществ, могущих стать источниками полей: если в систему нужно ввести поле, и это нельзя сделать по стандартам 5.5 и 5.6, следует использовать поля, носителями или источниками которых могут "по совместительству" стать вещества, имеющиеся в системе или во внешней среде. Например, система обрабатываемая деталь - режущий инструмент использована как термопара в устройстве для измерения температуры резания (а. с. 356489) или абразив нанесен на проволочный каркас, выполненный в виде термопары, причем шлифовальный круг сам сигнализирует о температуре в зоне шлифования (а. с. 568538). В частном случае, если в системе имеются ферромагнитные вещества, используемые чисто механически, следует использовать также их магнитные свойства для получения дополнительных эффектов: улучшения взаимодействия элементов, получения информации о работе и состоянии системы и т.д. 5.8. Использование фазового перехода-1 с заменой фаз: эффективность применения вещества (без введения других веществ) может быть повышена заменой фазового состояния имеющегося вещества, например, энергоснабжение пневмосистем - на основе сниженного, а не сжатого газа (а. с. 252262). 5.9. Использование фазового перехода-2 с двойственным фазовым состоянием: двойственные свойства могут быть обеспечены фазовым переходом с использованием веществ, способных переходить из одного фазового состояния, в другое в зависимости от условий работы. Например, применение в качестве рабочих тел газотурбинных установок замкнутого цикла газовых систем (например, N2O4, NCH4+CO2, и др.), в которых в результате обратимых химических реакций, сопровождающихся тепловым эффектом, газовая постоянная увеличивается перед турбиной и уменьшается перед компрессором, до первоначальной величины (а. с. 166202). Такие газовые смеси обладают свойством обратимой диссоциации - рекомбинации с выделением и поглощением теплоты. 5.10. Использование фазового перехода-3 с использованием сопутствующих явлений: эффективность системы может быть повышена за счет использования явлений, сопутствующих фазовому переходу. Например, приспособления для транспортировки мороженных грузов имеет опорные элементы в виде брусков льда, для снижения трения за счет таяния (а. с. 601192). 5.11. Использование фазового перехода-4 с переходом к двухфазному состоянию: двойственные свойства системы могут быть обеспечены заменой однофазного состояния двухфазовым. Например, для глушения шума, а также для улавливания испарений, запахов и стружек при резании, покрывают пеной зону резания, причем пена проницаема для инструмента, но непроницаема для шума и испарений (пат. США 3589468). 5.12. Использование взаимодействия фаз: эффективность технических систем, полученных в результате фазового перехода-4, может быть повышена введением взаимодействия (физического, химического) между частями (или фазами) системы. Например, двухфазное рабочее тело для компрессоров и теплосиловых установок, состоящее из газа и мелких частиц твердого тела, для дополнительного сжатия газа в холодильнике и компрессоре и дополнительного расширения в нагревателе, в качестве твердой фазы использованы сорбенты с общей или избирательной поглотительной способностью (а. с. 224743). Другой пример: применение в качестве рабочего тела для контуров бинарного цикла энергетической установки химически реагирующих веществ, диссоциирующих при нагревании с поглощением тепла и уменьшением молекулярного веса и рекомбинирующих при охлаждении к исходному состоянию (а. с. 282342). 5.13. Применение физэффектов, путем самоуправляемых переходов: если объект должен периодически находится в разных физических состояниях, то переход следует осуществлять самим объектом за счет использования обратных физических превращений, например, фазовых переходов, ионизации-рекомбинации, диссоциации-ассоциации и т.д. Например, автоматическая заслонка, содержащая корпус, клапан и термочувствительный элемент, для повышения надежности работы и упрощения конструкции, она имеет установленную на корпусе перемычку, на которой закреплен клапан, состоящий из двух загнутых пластин, выполненных из металла, обладающего "памятью формы" (а. с. 820836). 5.14. Применение физэффектов с усилением поля на выходе: если необходимо получить сильное действие на выходе при слабом действии на входе, необходимо привести вещество-преобразователь в состояние, близкое к критическому. При этом энергия запасается в веществе, а входной сигнал играет роль "спускового крючка". Например, в способе испытания изделий на герметичность, заключающемся в том, что изделие погружают в обезгаженную жидкость, создают перепад давления в полости изделия и над жидкостью, обеспечивая более высокое давление в полости, и по пузырькам в жидкости обнаруживают места нарушения герметич-


ности, для повышения чувствительности испытания, жидкость при испытании поддерживают в состоянии перегрева (а. с. 416586). 5.15. Получение частиц вещества разложением: если для решения задачи нужны частицы вещества (например, ионы) и непосредственное их получение невозможно по условиям задачи, требуемые частицы надо получить разрушением вещества более высокого структурного уровня (например, молекул). Например, способ создания высокого давления водорода, предполагает помещение водородсодержашего соединения в герметичный сосуд и осуществление электролиза с образованием свободного водорода (а. с. 741105). 5.16. Получение части вещества соединением: если для решения задачи нужны частицы вещества (например, молекулы) и невозможно получить их непосредственно или по стандарту 5.15, то требуемые частицы надо получить достройкой или объединением частиц более низкого структурного уровня (например, ионов). Например, для снижения гидродинамического сопротивления движению судов можно использовать подачу высоко молекулярных составов (эффект Томса), однако это связано с большим расходом полимеров, поэтому предложено создавать комплексы молекул воды под действием электромагнитного поля (а. с. 364493). 5.17. При применении стандарта 5.15 простейший путь - разрушение ближайшего вышестоящего "целого" или "избыточного" (отрицательные ионы) уровня, а при применении стандарта 5.16 простейший путь - достройка ближайшего нижестоящего "нецелого" уровня. 2.11. Законы развития технических систем Процесс развития техники - это равнодействующая сознательной человеческой деятельности, а человек действует в соответствии с объективными законами мира (даже если и не догадывается об этом), то есть развитие техники объективно, закономерно и эти законы можно познать и целенаправленно использовать. Законы развития технических систем (ТС) - это существенное, повторяющееся отношение как между элементами внутри системы, так и с внешней средой в процессе прогрессивного развития, то есть перехода системы от одного состояния к другому, с целью увеличения ее полезной функции. Причем в технике системные законы действуют как стихийная сила, и никогда нет уверенности, что в отобранную группу факторов попали устойчивые и существенные системные отношения [105]. В изобретательстве невозможно исключить субъективные факторы (вкусовой подход, индивидуальность оценки), поэтому единственным критерием прогрессивности изменений в развитии любой ТС может быть идеальность. Повышение степени идеальности - ориентир в безбрежном море информации о техносфере. Опираясь на изучение объективных закономерностей развития ТС можно выработать правила организации мышления по многоэкранной схеме. Данные законы можно использовать для сознательного решения изобретательских задач без слепого перебора вариантов. Законы делятся на три группы [11], условно названные: статика, кинематика и динамика (по аналогии с механикой). Существует определенная связь этих групп с S-образной кривой развития ТС. Законы статики характерны для периода возникновения и формирования ГС, в предположении, что любая система образуется в результате синтеза в единое целое отдельных частей. Законы статики включают три закона, выполнение которых необходимы для того, чтобы система оказалась жизнеспособной: закон полноты частей системы; закон "энергетической проводимости" системы; закон согласования. Законы кинематики характерны для периода роста и расцвета развития и включают законы, определяющие развитие ТС независимо от конкретных технических и физических факторов: закон увеличения степени идеальности системы; закон неравномерности развития частей системы; закон перехода в надсистему; закон увеличения степени динамичности системы. Законы динамики характерны для завершающего этапа развития и перехода к новой системе, и включают законы, отражающие развитие современных ТС поя действием конкретных технических и физических факторов: закон перехода с макроуровня на микроуровень; закон увеличения степени вепольности; закон перехода в надсистему [106]. 2.11.1. Закон полноты частей системы Формулировка закона: необходимым условием принципиальной жизнеспособности ТС является наличие и минимальная работоспособность основных частей системы. Каждая ТС должна включать четыре основных части: двигатель, трансмиссию, рабочий орган и орган управления. Для синтеза ТС необходимо наличие этих четырех частей и их минимальная пригодность к выполнению функций системы, ибо сама по себе работоспособная часть системы может оказаться неработоспособной в составе той или иной ТС. Если хотя бы одна часть отсутствует, то это еще не ТС, а если хотя бы одна не работоспособна, то ТС не "выживет". Следствие из закона: чтобы ТС была управляемой, необходимо, чтобы хотя бы одна ее часть была управляемой, т.е. менять свои свойства (параметры) целенаправленно. Таким образом, любая ТС должна иметь: четыре части, все части должны быть работоспособными, а хотя бы одна из них - хорошо управляемой. Однако, при создании и совершенствовании ТС этот закон часто нарушается: законы техники можно нарушать в отличии от физических законов, нарушить которые невозможно при всем желании, или юридических, нарушение которых наказуемо. 2.11.2. Закон "энергетической проводимости" системы Формулировка закона: необходимым условием принципиальной жизнеспособности ТС является сквозной проход энергии по всем частям системы. Следствие из закона: чтобы часть ТС была управляемой, необходимо обеспечить энергетическую проводимость между этой частью и органом управления. Любая ТС является преобразователем энергии, поэтому очевидна необходимость передачи энергии от двигателя через трансмиссию к рабочему органу. Энергия, поступающая извне, идет на обеспечение работы всех частей ТС, на компенсацию потерь, на измерение параметров работы частей. Передача энергии от одной части ТС к другой может быть вещественной (вал, шестерня, рычаги); полевой (электромагнитное поле) и вещественно-полевой (поток заря-


женных частиц). Многие задачи сводятся к подбору поля и вида передачи, эффективных в данных условиях. При этом следует учитывать три правила: 1. При синтезе ТС надо стремиться к использованию одного поля (вида энергии) на все процессы работы и управления в системе. При развитии ТС (развертывании) любые новые подсистемы должны работать на энергии, проходящей сквозь систему, или на "бесплатной" энергии (из внешней среды или в виде отходов от другой системы). Например, в способе использования ветровой энергии для обогрева парников [16] предусматривается превращение этой энергии непосредственно в тепло, минуя промежуточную стадию получения электроэнергии (ветровая установка вращает колесо компрессора, который снимает воздух и благодаря этому нагревает до 170 °С, причем этот метод в 6 раз эффективнее, чем с использованием электричества. 2. Если ТС состоит из веществ, менять которые нельзя, то используется поле, хорошо проводимое веществами полей системы. 3. Если вещества частей системы можно менять, то плохо управляемое поле заменяют на хорошо управляемое по цепочке: гравитационное, механическое, тепловое, магнитное, электрическое, электромагнитное. Одновременно заменяют вещества или вводят в них добавки, обеспечивающие хорошую проводимость системы (вещества должны быть "прозрачными" для выбранного поля). В задачах на измерение и обнаружение можно говорить о информационной проводимости, но она может сводиться к энергетической, только слабой. Пример задачи на закон об энергетической проводимости. В центрифуге, в течение длительного времени должны идти химические реакции, для чего необходимо поддерживать внутри температуру 250 °С. Поставить центрифугу в термостат нельзя, она слишком велика. Использовать электроконтактный и радиационный нагрев сложно из-за больших скоростей вращения центрифуги и трудностей контроля температуры. Как быть? Решение: вне центрифуги энергия есть, а потребитель ее находится внутри вращающейся центрифуги. Необходимо создать энергетический мост - в виде энергии, меняющейся при переходе от одной части системы к другой. Можно использовать электромагнитную энергию, передача которой не мешает вращению центрифуги, преобразуемую внутри в тепловую энергию. Нагрев обеспечивается помещением центрифуги в магнитное поле, а внутри центрифуги устанавливается диск из ферромагнетика. Поддержание постоянной температуры обеспечивается подачей избыточного поля, из которого диск отбирает энергию, достаточную для нагрева до 250 °С, после чего вещество диска самоотключается при переходе через точку Кюри, а при понижении температуры происходит самовключение диска. 2.11.3. Закон согласования ритмики частей системы Формулировка закона: необходимым условием принципиальной жизнеспособности ТС является согласование (или сознательное рассогласование) ритмики (частоты колебаний, периодичности работы) всех частей системы. Хорошо работают, а значит и жизнеспособны только системы, в которых вид колебаний подобран так, что части системы не мешают друг другу и наилучшим образом выполняют полезную функцию. Из закона согласования ритмики вытекает ряд правил: 1) в ТС действие внешнего поля должно быть согласовано (или рассогласовано) с собственной частотой системы (изделия, инструмента, элемента), т.е., применяется резонанс (или антирезонанс); 2) в ТС должны быть согласованы (или рассогласованы) частоты используемых полей; 3) если два действия (например, измерение и изменение) несовместимы, то одно действие осуществляется в паузах другого, т.е., любые паузы в одном действии должны быть заполнены другим полезным действием; 4) если требуется измерять характеристики системы, изменение которых влияет на изменение собственной частоты колебаний, то действие внешнего поля согласовывается (или рассогласовывается) с собственной частотой системы и, по наступлению резонанса, судят об изменениях контролируемых характеристик. Правило использования резонанса: с наибольшей амплитудой колеблются объекты при точном совпадении частот, при этом извне затрачивается минимум энергии на поддержание резонанса, а внутрь системы поступает максимум из подводимой энергии. Например, для быстрого растворения порошкового молока в воде на смесь воздействуют частотой, зависящей от дисперсности порошка (а. с. 1050635); в способе тушения пористых материалов (кокса) при их быстром погружении в воду, на куски воздействуют вибрацией жидкости с частотой собственных колебаний плавающих кусков - они быстро тонут за счет резкого (в 5 10 раз) повышения гидродинамического давления в режиме резонанса (а. с. 889018); в способе резки стекла путем нанесения надреза на его поверхность и сообщения стеклу акустических колебаний с частотой, равной частоте собственных колебаний стекла (а. с. 996347); в способе нагрева газа путем подачи сверхзвуковой струи в камеру и возбуждения в ней резонансных колебаний с чередующимися сжатием и расширением потока при заполнении и опорожнении камеры, причем для интенсификации нагрева струю подают периодически после опорожнения камеры с частотой резонансных колебаний (а. с. 537597). При наступлении резонанса разные части системы колеблются с разной амплитудой от максимальной до минимальной (в узлах колебаний), это может использоваться при снятии (перераспределении) вредных напряженных состояний, например, для снятия остаточных напряжений в металлических деталях (а. с. 1052550). Если нельзя или нецелесообразно воздействовать внешней силой непосредственно на объект, то вводят резонатор, соединенный с объектом. Например, в способе получения дисперсных систем путем вибрационных воздействий на среду в режиме вибротурбулизации, путем введения в емкость со средой упругого резонатора и воздействия на емкость колебаниями резонансной частоты, причем для повышения экономичности процесса и его интенсификации, в емкость вводят несколько упругих резонаторов с различной частотой собственных колебаний (а. с. 1001988). Если частота собственных колебаний объекта меняется по неизвестному нам закону, то


необходимо организовать обратную связь между объектом и генератором (источником внешнего поля). Например, для улучшения качества сварного шва предложено перемешивать металл в зоне плавления с помощью внешнего переменного магнитного поля с частотой, совпадающей с частотой собственных колебаний сварочной ванны, причем вводят обратную связь: улавливается спектр электромагнитных волн, генерируемых самой ванной, и этот спектр задает частоту переменного магнитного поля (а. с. 919818). Любые движущиеся объекты колеблются, поэтому эти колебания можно организовать определенным образом - на выполнение полезных функций. Например, для эффективного смешения газа с жидкостью применяются специальные массообменные устройства. Акустические колебания значительно улучшают эти процессы, но в газожидкостной среде уже на расстоянии 0,10 метра акустические колебания затухают. Чтобы их поддерживать, необходимо создать во всем объеме аппарата многочисленные центры генерации колебаний. Для использования резервов звук предложено создавать за счет прохождения газа через отверстия в колонне с жидкостью в резонансном режиме (а. с. 423481). В качестве резонатора используется прикрепленная вокруг отверстия шайба с бортами, которая образует резонирующую полость. В потоке возникают автоколебания с частотой несколько тысяч герц, причем возникает обратная связь - колеблющаяся система сама управляет поступлением в нее энергии. Амплитуда колебаний не зависит от начальных условий, частота близка к собственной частоте колебаний, а частота автоколебаний пропорциональна скорости потока и обратно пропорциональна размерам кольцевой резонирующей полости. Подбирая размеры и форму отверстий, можно регулировать интенсивность преобразования энергии (а. с. 1037927,1057052,1114431). Обратная связь действует все же в узком диапазоне - стоит изменить какой-либо параметр системы и автоколебания исчезнут. Для поддержания длительного самоподстраивающегося режима авторезонанса, необходимо введение специальной линии обратной связи: на колеблющееся тело устанавливают датчик, сигнал от которого усиливается и направляется на источник колебаний. Генератор устанавливает в каждый данный момент времени всегда резонансную частоту - система работает в режиме автоколебаний при любых изменениях условий работы. В процессе взаимодействия (работы) разные части системы - инструмент и изделие, должны быть согласованы между собой по частоте, для лучшего взаимодействия, или рассогласованы, для предотвращения вредного взаимодействия. Причем выгодно согласование (рассогласование) не только собственных частот колебаний, но и отдельных характеристик, влияющих на эту частоту - скорости, массы, размеров, формы, упругости и т. д Например, в устройстве и способе массажа участков тела (изделие) вибрационным аппаратом (инструмент) воздействия проводят синхронно с сердечными сокращениями (а. с. 614794,1163853); механизм для резки древесины, частота пульсации которого близка к собственной частоте колебаний перерезаемой древесины (а. с. 787017). Таким образом, сила закона согласования ритмики заключается в том, что обычно не требуется введения в систему новых полей и веществ. Для предотвращения или нейтрализации резонанса используется рассогласование собственной частоты системы с частотой внешнего действия или организация противодействия. Существует несколько возможностей исключения вредного действия резонанса: 1) уклонение от резонанса путем изменения частоты собственных колебаний; 2) организация взаимонейтрализации двух (или более) вредных действий; 3) введение второго внешнего действия в противофазе к вредному; 4) самонейтрализация вредного действия, путем его разделения на два и сдвига одного из них по фазе с их столкновением; 5) самонейтрализация вредного действия путем введения дополнительных грузов со смещающимся центром тяжести; 6) ликвидация источника внешнего действия. Изменения частоты собственных колебаний можно достигнуть при изменении одного из параметров системы, например, в упругом элементе виброизолятора, для повышения эффективности гашения колебаний выполнены отверстия с диаметрами, убывающими по высоте упругого элемента (а. с. 1015150). Наиболее эффективный способ нейтрализации двух вредных действий (внешних или внутреннего и внешнего) - это их замыкание друг на друга и взаимоуничтожение (иногда требуется их предварительное рассогласование по частоте или фазе). Чаще требуется искусственное введение второго действия, например, для подавления шума газокомпрессорных станций, турбогенераторов, газовых турбин, устанавливают мощные динамики, причем микрофоны с особым электронным устройством воспринимают шумы, сдвигают их по фазе на 180 0 и подают с нужной амплитудой на динамики. Однако введение в систему второго вредного действия для уничтожения первого требует дополнительных устройств, подсистем и энергопитания. Намного дешевле и эффективнее организовать противодействие на основе той же вредной силы - разделить ее на две, сдвинуть одну из них по фазе (лучше всего на 180°) и взаимоуничтожить, например, в глушителе выхлопа для газовых машин (компрессора, двигателя и пр.), шум гасится посредством интерференции вихрей (а. с. 1280140). Для самонейтрализации вредного внешнего действия часто используется принцип введения в систему дополнительных грузов со смещающимся центром тяжести: шаров, маятников, подпружиненных грузов, эксцентриков и других. Резонанс особенно опасен в системах со многими вращающимися частями. В таких системах резонанс может возникнуть самопроизвольно за счет явления синхронизации вращающихся тел: все системы с вращающимися телами стремятся к самоорганизации, стараются выбрать один ритм, работать синхронно (открытие СССР № 333, 1987). Эффект самосинхронизации может привести к резонансу и разрушению механизмов, поэтому для предотвращения резонанса необходимо убирать лишние связи. Собственная частота колебаний - универсальная характеристика: если любое тело заставить колебаться и при этом плавно изменять частоту, то настанет момент резонанса - по этой частоте можно определить характеристики тела (массу, размеры, упругость и т.д.). Если невозможно придать колебания объекту, то о его состоя-


нии судят по изменению собственной частоты колебаний присоединенного объекта (или внешней среды), чаще всего к объекту "присоединен" воздух. Сами собственные колебания (факт их наличия или отсутствия) могут служить сигналом для обнаружения (измерения). Если амплитуда этих колебаний недостаточна, их можно усилить, причем самый простой способ - использование резонаторов. Практически любые изменения собственной частоты колебаний объекта могут служить надежными показателями его механического состояния и физических свойств. Согласования ритмики структурирования связано с преданием веществам и полям определенной структуры, для получения дополнительного эффекта. Например, способ профилирования материала типа пруткового, путем наложения на заготовку УЗ колебаний и ее пластической деформации, для получения на заготовке периодического профиля синусоидального характера, предполагает заготовку подвергать действию УЗ колебаний так, чтобы расположение пучностей и узлов УЗ волны соответствовало выступам и впадинам профиля, после чего осуществляют процесс пластической деформации заготовки в осевом направлении (а. с. 536374). Пример на рассогласование: при изготовлении чугунных элементов теплообменников использовались соединения на заклепках, при ударах по заклепкам конструкции трескались, тогда для смягчения ударов под головки заклепок подкладывали медные шайбы, как подушки. При эксплуатации во влажном воздухе медь и сталь заклепки образовывали электрохимическую пару и заклепки быстро разрушались, т.е., не только ритмика, но и материалы должны быть согласованы. Однако, возникновение электрохимической коррозии в результате рассогласования можно использовать и положительно при защите теплообменников, котлов, трубопроводов, путем закрепления на поверхности корпуса цинкаля - сплава цинка с алюминием, который медленно разрушаясь защищает сталь от коррозии. 2.11.4. Закон динамизации систем Формулировка закона: жесткие системы для повышения их эффективности должны становиться динамичными, то есть переходить к более гибкой, быстро меняющейся структуре и к режиму работы, подстраивающемуся под изменение внешней среды. С момента синтеза и на первых этапах развития ТС имеют обычно жесткие внутренние связи, в них отсутствуют подсистемы для изменения режима работы в зависимости от изменения внешних условий, поэтому этап адаптации неизбежен. Динамизация проходит следующие этапы: переход от неподвижных частей к движущимся введение вместо жестких связей гибких гидро- и пневмоконструкций использование вибраций периодического изменения формы применение физических и химических эффектов и явлений введение обратной связи стадии самоорганизации замена систем и подсистем идеальными веществами. На законе динамизации основаны два направления решения изобретательских задач: 1. Динамизация вещества системы начинается обычно с разделения вещества на две шарнирно соединенные части, далее идет по линии: один шарнир много шарниров гибкое вещество жидкость-газ и заканчивается заменой вещественной связи полевой. 2. Динамизация поля осуществляется в последовательности: постоянное поле импульсное поле переменное поле переменное поле с изменением фазы, частоты, длины волны, формы колебаний переменное поле с использованием физических эффектов (дифракция, интерференция, отражение, преломление, сложение колебаний) нелинейное поле (использование градиента полей, анизотропия сред, в которых распространяются колебания). Обе цепочки динамизации отражают лишь наиболее характерные этапы изменений в системах. Не обязательно, что системы "проходят" все этапы, и не все системы "доходят" в своем развитии до конца цепочек. "Молодые" ТС чаще всего имеют жесткие связи между частями, не позволяющие системе приспосабливаться к меняющимся внешним условиям. Поэтому для каждой ТС неизбежен этап "динамизации" - переход от жесткой, не меняющейся структуры, к структуре гибкой, поддающейся управляемому изменению (например, для самолетов - убирающиеся шасси, изменяющаяся геометрия крыла, откидывающийся нос у самолетов и др.). "Зрелые" ТС также динамизируются, что компенсирует увеличение их размеров. Выбор способа динамизации (шарниры, упругие элементы, пневмо- и гидроконструкции, вибрация) зависит от конкретных обстоятельств, но сама динамизация - универсальный закон развития, даже для жестких по своей природе объектов. Зная закон увеличения степени динамичности, можно прогнозировать развитие ТС. 2.11.5. Закон увеличения степени вепольности системы Формулировка закона: развитие ТС идет в направлении увеличения степени вепольности - невепольные системы стремятся стать вепольными, а в вепольных системах развитие идет путем увеличения числа связей между элементами, повышения отзывчивости (чувствительности) элементов, увеличение количества элементов. Общий смысл закона: развертывается (усложняется) та часть веполя, которая испытывает наибольшее затруднение при выполнении главной функции системы. Развертывание может осуществляться следующим образом: 1. Мобилизуются вещественно полевые ресурсы - за счет более полного использования имеющихся и применения "даровых" веществ и полей. 2. В веполи вводят вещества и поля, которые позволяют без существенного усложнения реализовать новые физические эффекты, расширить функциональные возможности системы и тем самым повысить степень ее идеальности.


3. Если не удается использовать ресурсы и эффекты, то систему "достраивают" новыми полезнофункциональными связями, которые увеличивают функции системы, но и усложняют ее. Если нужно повысить эффективность вепольной системы, задачу решают превращением одной из частей веполя в независимо управляемый веполь, с образованием цепного веполя. Например, в декоративном светильнике, в котором с изменением атмосферного давления меняется цвет, светофильтры закреплены на гофрированной вакуумной камере, которая меняет свой объем в зависимости от атмосферного давления и передвигает разноцветные фильтры (а. с. 669726). Возможны следующие варианты образования цепного веполя: развертывание вещества в веполь; развертывание связей в веполе; развертывание поля в веполе, например, в способе упрочнения стеклянных труб путем ионного обмена в расплаве солей при наложении упругих колебаний, для повышения качества труб неограниченной длины трубы перемещают через расплав соли, а упругие колебания создают наложением переменного магнитного поля и направляют перпендикулярно оси трубы (а. с. 994447). Возможно изменение положения центра тяжести системы: часто эффективность движущейся системы может быть повышена за счет управляемого изменения его центра тяжести, например, полый молоток, в котором свободно перемещается ртуть: при замахе - в рукоятку, при ударе - в боек. Таким образом, устраняется противоречие: для хорошего удара молоток должен быть тяжелым, а для экономии силы рабочего - легким. Если дан плохо управляемый веполь и нужно повысить его эффективность, причем замена элементов этого веполя недопустима, задача решается постройкой двойного веполя, путем введения второго поля, хорошо поддающегося управлению. Например, для очистки сильно загрязненных емкостей их заполняют раствором и встряхивают, а вокруг создают разряжение и наполняющая их моющая жидкость закипает (а. с. 295299). 2.11.6. Закон неравномерности развития систем Формулировка закона: развитие частей системы идет неравномерно - чем сложнее система, тем неравномернее развитие ее частей. Развитие частей системы идет неравномерно, поэтому неравномерность является причиной возникновения технических и физических противоречий. Изменение в одной части ТС приводит к цепной реакции технических решений и рано или поздно происходят изменения во всех частях ТС. Закон справедлив на всей линии развития ТС: 1. В период развертывания ТС (из-за неравномерности развития) возникающие противоречия разрешаются путем создания новых полезно-функциональных связей - система постоянно обрастает множеством подсистем и увеличивает полезные функции. 2. В период свертывания ТС, возникшие противоречия разрешаются путем исчезновения связей и систем их функции передаются соседним системам или их заменяет идеальное ("умное") вещество, запрограммированное на выполнение функции, которую выполняла до этого целая связь или система. Механизмы возникновения неравномерности: 1. Возникает потребность в увеличении главной полезной функции. 2. Для увеличения главной функции требуется усилить (выделить) какое-то свойство элемента системы это начало специализации элемента, дифференциации свойств в системе. 3. При усилении одних свойств элемента нарушается взаимодействие (согласованность) с другими элементами, возникает противоречие. 4. Противоречие разрешается появлением новых полей, веществ, связей, этим достигается новый уровень согласованности между элементами системы - краткий миг гармонии в "жизни" системы (точка равновесия). Равновесие - термодинамическое понятие. Поэтому часть принципов термодинамики (и современной синергетики) вполне подходят для объяснения и процессов неравномерного развития техники. По принципу Онсагера: движущая сила любого процесса - это появление неоднородности в системе. Для термодинамических систем - это градиенты температуры, концентраций компонентов, химических потенциалов, причем возникают необратимые процессы теплопроводности, диффузии, химические реакции. Технические системы в этом смысле следует отнести к неравновесным термодинамическим системам - в процессе совершенствования ТС всегда имеются неравномерно развитые части. Совершенствование ТС - это следствие творческой деятельности человека. Смысл творчества - повышение степени организованности и управляемости окружающего мира. Из второго закона термодинамики следует, что при увеличении степени организованности материи в одном месте тут же возрастает степень дезорганизованности (энтропии) в другом месте. Любое прогрессивное изменение вызывает где-то и регрессивное. Творчество (созидание) является причиной деградации в другой части. Творческая деятельность человека также имеет крайне неравновесный процесс; за творчество необходимо "платить" падением энтропии в других областях деятельности. 2.11.7. Закон перехода с макро- на микроуровень Формулировка закона: развитие рабочих органов идет сначала на макро-, а затем на микроуровне, то есть используются вместо вещественных рабочих органов систем (колес, лопаток и т.д.), невещественные на микроуровне (молекулы, атомы, ионы, электроны и т.д.). Закон действует на всей линии развития ТС, а основной его смысл - в увеличении главной производственной функции системы. Макроуровень - условное понятие, отражающее лишь особенности мышления человека, и связанное с предметами, соизмеримыми с человеком. Нужен определенный запас знаний, тренировка, некоторые приемы воображения, чтобы расширить видение реального мира. Это один из видов психологической инерции и с его преодоления начинается элементарная культура изобретательского творчества. Возможности экстенсивного развития ТС (то есть увеличение функций за счет изменений на макроуровне) быстро исчерпывается, а рост


массы, габаритов и энергоемкости ограничивается физическими пределами. Поэтому переход на микроуровень неизбежен и это единственный путь интенсивного развития ТС. Возможны три направления перехода с макро на микроуровень: 1. Увеличение степени дробления вещества и объединение дробных частей в новую систему. Это направление развития рабочих органов ТС можно изобразить следующей линией: вещество сплошное слоистое волокнистое матричное мелкие частицы агрегаты молекул молекулы атомы ионы элементарные частицы. Причем, если нужны частицы вещества, а непосредственное их получение (или введение в систему) невозможно, то частицы получают разрушением вещества более высокого структурного уровня. 2. Увеличение степени дробления "смеси" вещества с пустотой (переход к капиллярно-пористым телам) осуществляется по линии: вещество сплошное сплошное с одной полостью перфорированное вещество капиллярно-пористые материалы (КПМ) КПМ с определенной структурой КПМ, в порах которого находится другое вещество цеолиты гели. 3. Замена вещественной части системы на полевую. На любом из этапов дробления вещества (или "смеси вещества с пустотой) может возникнуть препятствие для совершения следующего шага развития - или нет такого вещества, или резко ухудшается другая часть (свойство) системы, или существует запрет со стороны законов природы. В этом случае увеличения главной производственной функции можно достичь путем замены части системы веществом, способным при взаимодействии с полем выполнять требуемые действия, или самим полем. Причем, источником (носителем) поля могут быть "по совместительству" вещества, уже имеющиеся в системе или во внешней среде. Если в системе нет веществ - источников полей, то необходимо использовать внешнее поле, имеющееся во внешней среде или специально введенное, например, энергию ветра, солнечной радиации, магнитного поля земли. Причем, чем мельче частицы в системе, тем легче поддаются они действию полей, то есть повышается их управляемость. Если в системе нет веществ-источников поля и нет возможности использовать внешние поля, то в систему необходимо включить вещества, которые могли бы стать источником поля. Часто поля получают при введении в систему веществ, способных к фазовым переходам первого-второго родов (сжимающиеся или расширяющиеся вещества, биметалл, нитинол). Например, множество изобретений основано на переходе вода-лед (использование для прессования и развальцовки "ледяной" технологии), водапар (для развальцовки). Развитие современных ТС идет в направлении увеличения степени дробления (дисперсности) рабочих органов. Например, переход в производстве зеркального листа с роликового конвейера на ванну с расплавленным оловом; или переход от цепной завесы в трубчатой печи для обжига цемента - к расплавно-термическому обжигу клинкера на ванне чугуна. 2.11.8. Закон перехода в надсистему Формулировка закона: развитие системы, достигшей своего предела, может быть продолжено на уровне надсистемы, например, ТС объединяются с образованием би- и полисистемы. Объединение систем в надсистему выгодно когда: часть функций передается в надсистему; часть подсистем из ТС, объединившись в одну, становятся частью надсистемы; у объединенных в надсистему систем появляются новые функции и свойства. Возможны следующие проявления закона перехода в надсистему. Исходная единичная система (моносистема) удваивается с образованием бисистемы или при объединении нескольких систем - полисистемы. Объединятся могут не только одинаковые (однородные) системы, но и системы со сдвинутыми характеристиками, а также разнородные (с разными функциями) и инверсные (с противоположными функциями) системы. Во всех случаях объединение и слияние систем идет по одним и тем же этапам. Переход моно-би-поли может осуществляться в любом периоде развития и справедлив для любого уровня иерархии ТС (над,- подсистема, вещество). При образовании би- и полисистем происходят качественные изменения по трем параметрам: свойства, связи, внутренняя среда. В этом и состоит главный смысл применения перехода моно-би-поли - количественные изменения (объединения систем) оправданы только в случае появления новых качеств. Последовательность образования и развития би-систем может быть следующая: независимое состояние двух систем (моно-систем) скрещивание моно-систем совмещение моно-систем подчинение одной моно-системы другой свертывание двух моно-систем с появлением новой функции. При образовании бисистемы возникает новое свойство (сверхсвойство, неожиданная прибавка), появляющаяся только в данной объединенной системе, - важнейший признак правильно совершенного перехода моно-би-поли. Образование разнородных бисистем потенциально более эффективно, чем однородных. В однородных бисистемах осуществляется всегда одна функция, а в разнородных - две. Для появления новых свойств в бисистемах необходимо объединять системы так, чтобы "стыковка" элементов происходила в двух направлениях: часть свойств складывалась, взаимоусиливалась (это будущее новое системное свойство), другая часть свойств гасилась, вычиталась, взаимонейтрализовывалась. В итоге системное свойство выступает на первый план, становится преобладающим, играющим главную роль в "жизни" новой системы. Системное свойство может появиться из сочетания (содействия) ранее незаметных или нейтральных свойств элементов, тогда его появление становится еще более неожиданным. Такое "сложение-вычитание" полезных и вредных свойств характерно не только для однородных би- и полисистем. В наибольшей степени этот системный эффект проявляется при образовании инверсных систем. Например, железобетон - типичная би-система на уровне вещества: стальная арматура хорошо работает на


растяжение, бетон - на сжатие, то есть положительные свойства дополняют друг друга, отрицательные же свойства взаимно компенсируются - бетон защищает сталь от коррозии, а сталь не дает рассыпаться бетону. Отличие развития полисистем состоит в том, что при образовании полисистем, возникает внутренняя среда (или создаются условия для ее возникновения) с особыми свойствами, эти свойства можно использовать для получения дополнительных качеств. Например, при образовании простых полисистем: в способе распиловки каменного материала (например, агаты), его формируют в единый блок на связующем материале и распиливают на отдельные плиты, а затем связующее вещество расплавляют (растворяют) и удаляют (а. с. 996216); в способе обработки поршневых колец, обработку ведут в одном пакете за один проход инструмента (а. с 1006151); в способе обработки оптических деталей (стекло, керамика) используют склеивание тонких деталей в блок (а. с. 1313659). 2.11.9. Закон увеличения степени идеальности системы Формулировка закона: развитие всех систем идет в направлении увеличения степени идеальности. Идеальное ТС - это система, масса, габариты и энергоемкость которой стремятся к нулю, а ее способность выполнять работу при этом не уменьшается. В пределе: идеальная система та, которой нет, а функции ее сохраняются и выполняются. Зная этот закон, можно преобразовать любую задачу и сформулировать идеальный вариант решения. Конструктор подходит к задаче так: "нужно осуществить операцию, следовательно, понадобятся такие-то механизмы". Правильный изобретательский подход выглядит совершенно иначе: "нужно совершить операцию, не вводя в систему новых элементов". Такой ответ не всегда достижим в полной мере, но необходимо добиваться максимального приближения к нему. Поскольку для выполнения функции требуется только материальный объект, то за исчезнувшую систему эту функцию должны выполнять другие системы (соседние, над- или подсистемы). То есть, часть систем преобразуется таким образом, чтобы выполнять еще и дополнительные функции, за исчезнувшие системы. Исчезновение систем и увеличение полезной функции или количества выполняемых функций - две стороны общего процесса идеализации. Все ТС развиваются через ряд последовательных событий: возникновение потребности формулирование главной полезной функции - социального заказа на новую ТС синтез новой ТС, начало ее функционирования увеличение главной полезной функции - попытка "выжать" из системы больше, чем она может дать при увеличении функции ухудшается какая-то часть (или свойства) ТС - возникает техническое противоречие, то есть появляется возможность сформулировать изобретательскую задачу формулирование требуемых изменений ТС, то есть переход к изобретательской задаче и решение задачи с применением знаний из области науки и техники и т.д. Все, что делается в мире техники, делается ради удовлетворения потребностей человека и общества. Если в ТС нет нужды, то она никогда не возникает, и если потребность появляется, то с течением времени она становится все более острой, и ничто не остановит человека в ее воплощении. Необходимость - мать изобретений. Потребность экономии силы - одна из главных витальных человеческих потребностей (после потребностей в пище, воде, сне, продолжении рода, защиты от внешних опасностей). Именно эта потребность побуждает изобретательность и совершенствование в технике [107]. Погресс общества был бы невозможен без стимулирующей роли потребностей. Закон возвышения потребностей действует объективно, независимо от сознания и воли людей. В современном обществе изобретения обгоняют реальные потребности и тогда возникает необходимость поиска сферы применения (одна из задач маркетинга) или стимулирование потребностей (чрезмерная реклама, "воспитание" потребителя). Поэтому истинные потребноси общества следует отличать от надуманных. 2.11.10. Закон развертывания-свертывания технических систем Проявляется появлением новых системных свойств при объединении элементов, например, в биметалле получают изменение формы от температуры; в турбовинтовых двигателях - повышается экономичность. Развертывание в технике происходит двумя путями: системы объединяются друг с другом с переходом в надсистему, либо система постепенно дробится на части. Первый шаг к объединению - это по парное объединение, то есть, би-переход к би-системе. Особенно эффективно объединяются системы-конкуренты, предназначенные для выполнения одной и той же функции, но работающие на разных физических принципах. Объединение чаще всего используется, когда одна система уже исчерпала возможности своего развития, а другая только родилась. Следующий шаг - переход к полисистеме, когда объединяются либо много систем, либо однородная система разбивается на множество элементов. После усложнения может происходить свертывание, когда за счет перехода на микроуровень и повышения динамичности, системы упрощаются, становятся надежнее, дешевле, сохраняя полезные функции. Процесс развертывания ТС чаще всего начинается с вещества, причем можно выделить несколько стадий эволюции вещества ТС: попытки улучшения (выделения) нужного свойства вещества разделение однородного вещества на функциональные зоны специализация зон по функциям и переход к неоднородному веществу составное вещество из специализированных веществ с высокими значениями полезной функции развертывание составных веществ в подсистемы свертывание составного вещества, или подсистемы в идеальное вещество. Если для увеличения главной полезной функции требуется увеличить какое-то свойство вещества (толщину, затрат энергии, вес, габариты), но ухудшаются другие свойства, то разрабатывают множество вариантов (модификаций, марок) одного и того же вещества - для разных систем, объектов и условий работы.


Процесс развития обычно приводит к разделению моновещества на зоны, слои, части, переходу к составному веществу. Например, когда свойством, от которого зависит увеличение главной функции, должно обладать не все вещество, а лишь его часть (рабочая зона), причем усилить свойство в зоне легче, чем во всем веществе. Это разделение наблюдается, например, у режущих инструментов из неоднородного металла: режущая кромка повышенной твердости, а периферийные слои - с низкой твердостью. Сам факт перехода от моновещества к слоистому является полезным, если каждому слою придать определенные свойства (теплоизоляционные слоистые панели). Тот же принцип можно использовать для гашения других волновых процессов (акустических, оптических, радиофизических, упругих), причем каждая граница раздела двух сред с различными свойствами служит источником отраженных и преломленных волн; взаимодействуя с падающей волной, они образуют сложную интерференционную картину и гасят друг друга. После разделения вещества на функциональные зоны начинается процесс их специализации - каждая зона выполняет только одну функцию. При специализации легче обеспечить рост полезной функции каждой зоны и в целом всего объекта. Например, солнечный свет можно «перекачивать» в помещение без окон через вентиляционный канал с отражающими стенками и затем рассеивать через отверстие в потолке. Специализация зон по выполненным функциям приводит в конечном итоге к разделению неоднородного вещества на составные части, к замене отдельных частей на вещества с высоким значением полезной функции. Например, конструкция чайника включает в себя трехслойное днище: медная основа ( высокая теплопроводность), покрытая изнутри тонким слоем тефлона (к нему не пристает накипь), а снаружи - электрохимическое блестящее защитное покрытие. Не всегда есть вещества, выполняющие нужную функцию самостоятельно, то есть "работающие" на собственной энергии или на энергии, имеющейся в системе. Тогда к веществу "пристраивается" обслуживающая его подсистема. Рано или поздно подсистемы или составные вещества должны сворачиваться снова в вещество. Такое вещество, прошедшее один цикл развертывания-свертывания и приобретшее новое качество, обеспечивающее высокое значение главной функции в конкретной ТС, можно назвать идеальным веществом первого порядка. Свертывание ТС может идти несколькими путями: вытеснение части подсистем в новую систему; развитие подсистем в составе ТС; свертывание ТС в одну из подсистем; свертывание подсистемы и ТС в идеальное вещество. В развитии реальных ТС чаще всего идут смешанные процессы свертывания: развивается и идеализируется то одна, то другая часть системы, тот или иной уровень иерархии. Все четыре пути ведут к одному и тому же - к новой системе "Б", выполняющей ту же функцию, что и исходная система "А", но имеющей очень малые массо-габаритно-энергетические параметры и высокое значение главной функции. Свертывание ТС в одну из подсистем (главным образом - в рабочий орган) происходит последовательным совмещением элементов системы: подсистема принимает на себя выполнение функции какого-либо вещества ТС (и это вешество исключается из ТС); совмещение двух подсистем в одной (и одна подсистема исчезает); совмещение нескольких подсистем в одной; свертывание ТС в одну из подсистем. Зачастую подсистемы уже обладают свойствами, аналогичными свойствам веществ, используемых в данной ТС - в другой ее части, остается только вытеснить это вещество, "поручив" выполнение его функции подсистеме. Если же какая-либо подсистема не обладает нужным свойством, ее следует изменить в требуемом направлении. Например, домашние телевизионные антенны в виде настенного календаря, часть рисунков которого напечатана металлизированными красками или выполнена из тонкой алюминиевой фольги, возможно нанесение рисунка на оконные стекла. Еще один пример свертывания двух разнородных подсистем: в системе лампа (излучатель света) и абажур (отражатель света), предложена высокоэкономичная лампа, на внутреннюю поверхность колбы которой нанесен тонкий слой серебра, включенный, между двумя слоями диоксида титана, которые не задерживают видимый свет, но отражают инфракрасные лучи, причем это прозрачное зеркало имеет такую кривизну (колба в форме эллипсоида), что ИК-лучи фокусируются на нити накала и разогревают ее – причем требуется в два раза меньше энергии при том же световом потоке (пат. США 4017758, 1978). Абажур (вспомогательная подсистема) оказался внутри лампы, поближе к рабочему органу и выполнил дополнительную функцию. 2.11.11. Механизмы свертывания ТС Понятие идеальней системы является важным этапом в решении задач, так как это конечный пункт развития ТС. Один из основных путей повышения степени идеальности - это свертывание системы. Свертывание означает выполнение системой своих функций меньшим числом элементов, чем это обычно принято. Для количественной оценки степени свернутости системы можно ввести специальный коэффициент: К - отношение количества веполей, образованных в системе, к числу искусственных элементов, образующих систему. Для обыкновенного веполя - К = 1/3 (простой веполь состоит из изделия В1, инструмента В2 и поля взаимодействия П). Чем больше коэффициент К, тем идеальнее система. Коэффициент свертывания позволяет сравнивать между собой абсолютно разные ТС, - как по выполняемым функциям (например, теплицу и систему для термомеханической обработки деталей), так и по масштабу (систему, состоящую из одного веполя и из сотни), сравнивать по общему для всех систем признаку, по степени идеальности. Кроме того, К позволяет в цифрах оценить выигрыш от предлагаемого решения, сравнив его с прототипом. Для увеличения К возможно уменьшение знаменателя - числа искусственно введенных элементов в систему. При свертывании системы возникает противоречие: элементы в системе должны быть, чтобы она работала, но их не должно быть, чтобы система была идеальной. Самый простой механизм разрешения этого про-


тиворечия заключается в использовании "бесплатных" элементов в системе: элементы есть и их, как бы и нет. Приведем несколько конкретных механизмов "добычи" бесплатных элементов. 1. Использование полей из внешней среды, например, теплица, содержащая трубчатый каркас и светопроницаемое покрытие с герметичной внутренней полостью, для упрощения конструкции и предотвращения перегрева внутреннего объема теплицы, полость трубчатого каркаса заполнена легко расширяющейся сверх отражающей жидкостью и соединена с полостью светопроницаемого покрытия. 2. Синтезирование нужного поля из поля самой системы, например, электромагнитный насос для перекачивания расплавленного металла или жидкого электропроводного теплоносителя, включающий электромагнит и электрический контур, причем для исключения внешнего источника электрического питания, в нем в качестве источника питания применен замкнутый контур, состоящий из двух полупроводниковых термоэлементов, имеющих форму пластин и расположенных между холодной коммутационной пластиной термоэлемента и горячей коммутационной пластиной, имеющей полость, по которой протекает горячий перекачиваемый жидкий теплоноситель и которая расположена между полюсами электромагнита. 3. Использование полей, «отходных» от других систем, например, способ бункерного сухого тушения кокса для повышения эффективности использования теплоты, в качестве охлаждающего агента предполагает использование смеси углеводородов, подлежащих пиролизу. 4. Использование в качестве инструмента вещества, отходного от других систем, например, способ очистки отходящих газов от кислых компонентов путем абсорбции сточными водами, для повышения степени очистки от сернистного ангидрида, предполагает абсорбцию производить щелочными сточными водами гидрошлакозолоудаления тепловых электрических станций. 5. Использование бесплатных поля взаимодействия и инструмента, например, способ автоматической дуговой сварки угольным электродом в защитной окислительной атмосфере, для автоматической заточки электрода и обеспечения непрерывности процесса сварки, предполагает струю воздуха принудительно подавать под углом 10 15° к оси электрода. Или еще один пример: вода из системы охлаждения двигателя обогревает кабину водителя. Второй механизм преодоления противоречия (элемент системы должен быть и его быть не должно, например, инструмент должен быть, чтобы обрабатывать изделие и его не должно быть, чтобы система обработки была идеальной) состоит в активизации изделия. Если заставить каким-то образом изделие обрабатывать себя, то отпадает необходимость в инструменте: инструмент есть, так как обработка изделия происходит, но и его нет, так как изделие обрабатывает само изделие. Для такой обработки необходимо, прежде всего, разделить изделие на две части. Деление это можно производить на одном уровне и - на разных. В первом случае происходит взаимная обработка этих частей, а во втором - изменение структуры вещества меняет "микровид" изделия. 6. Деление изделия на равноуровневые части, например, способ транспортирования пульпы по трубопроводу, включающий подачу пульпы в трубопровод и перемещения по нему, для снижения износа трубопровода, предполагает охлаждение наружной стенки до образования на внутренней его поверхности слоя замороженной пульпы. 7. Деление изделия на разноуровневые части, например, способ npавки деталей путем изменения температуры в зоне правки, для улучшения свойства стальных закаленных деталей, содержащих остаточный аустенит, предполагает охлаждение деталей в зоне правки с вогнутой стороны до температуры, вызывающей мартенситные превращения и лежащей в пределах отрицательных температур. Третьим вариантом повышения идеальности систем является увеличение числа веполей, входящих в систему, то есть числа выполняемых системой функций. Это можно добиться с помощью различных механизмов. 8. Если позволяет система, можно выполнять дополнительные функции во время вынужденных простоев системы, то есть выполнить новые функции в промежутках между выполнением других функций. Например, организация рабочего хода пил в обе стороны. 9. Вторую функцию можно придать системе добавлением в нее второго поля, то есть образованием биполевого поля. Например, способ термомеханической обработки стальных изделий, включающий нагрев и охлаждение, совмещенный с пластической деформацией дробью, для повышения физико-механических свойств изделий, предполагает охлаждение и пластическую деформацию осуществлять ледяными шариками или дробью с оболочкой из льда. 10. Параллельное использование инструмента в другой системе, причем использование на том же самом уровне (макро). Например, способ шлифования деталей абразивной лентой с применением смазочноохлаждающей жидкости, при котором ленте сообщают вращение и натяжение, для повышения стойкости ленты, предполагает ее натяжение производить давлением потока смазочно-охлаждающей жидкости на свободную ветвь ленты. 11. Вепольная схема такая же, как и в п.10, но используется инструмент на микроуровне. Например, тепловой диод, содержащий входной и выходной теплопроводы, имеющие узлы теплового контакта, для упрощения конструкции, предусматривает выполнение узла теплового контакта по типу "вилка-розетка" и вилка выполнена в теле входного, а розетка - в теле выходного теплопроводов, причем входной теплопровод изготовлен из материала с высоким коэффициентом линейного удлинения, например, инвара.


12. Параллельное использование инструмента в разных системах, причем задействованием одновременно нескольких уровней вещества. Например, подшипник скольжения, содержащий антифрикционный вкладыш, установленный в токопроводящей обойме, контактирующей с токопроводящим корпусом, и подключенную к блоку аварийной защиты термопару, для повышения быстродействия защиты от перегрева, выполнен так, что термопара образована обоймой и корпусом. Кроме "чистых" случаев возможны и различные сочетания, например, рама для теплиц и парников, состоящая из прямоугольного каркаса и пленочного покрытия, для автоматического проветривания и поддержания заданной температуры в теплице, выполнена так, что две противоположные стороны каркаса рамы изготовлены из наложенных одна на другую пластин из материалов, имеющих разность коэффициентов линейного расширения. В этом примере один веполь выполняет функции трех веполей: рамы крыши парника, являются измерителями температуры внутри парника и регулятора открытия крыши, таким образом, здесь К = 3/1 (единственный искусственный элемент в системе - биметаллическая пластина: изделие разделено на две части и само себя обрабатывает). 2.11.12. Особенности использования законов развития технических систем для решения изобретательских задач На законы развития ТС опираются конкретные механизмы решения изобретательских задач. Например, по закону перехода в надсистему, исчерпав ресурсы развития, система объединяется с другой системой, образуя новую - более сложную систему. Простейший механизм такого перехода состоит в том, что исходную моносистему сдваивают, превращая в бисистему, а если объединяют более двух систем, - то в полисистему. Переход "моно-би-поли"- неизбежный этап в истории всех ТС, он ведет к некоторому усложнению, но появляются новые свойства и они окупают усложнение. Типичный пример перехода к полисистеме: для получения изделий из стеклянных пластин пачку заготовок склеивают в блок и подвергают машинной обработке без опасения повредить тонкие пластины (пат. США 3567547). Хорошо видна одна из главных особенностей полисистем: при образовании полисистемы возникает внутренняя среда с особыми свойствами. В данном примере появляется возможность ввести во внутреннюю среду клей и получить не просто сумму пластинок, а единый блок. Другая характерная особенность би- и полисистем: в них может быть получен эффект многоступенчатости. Например, по способу транспортировки горячих слябов по рольгангу (а. с. 722624), для снижения потерь тепла путем уменьшения нагретой поверхности, перемещение осуществляют пакетом, сложенным по крайней мере из двух слитков. В другом варианте - слябы объединяют в группу и транспортируют впритык друг к другу торцевыми участками (а. с.1031549). В данном случае переход "моно-би-поли" обеспечивает теплопроводящую поверхность полисистемы меньше суммы поверхностей составляющих ее систем. Причем "группа слябов" - полисистема без долговременных вещественных связей между элементами, которую можно назвать системой с нулевой связью. Такая нулевая связь между элементами - начальный этап развития би- и полисистем. Появляется возможность объединить элементы теснее, образовав единую систему и сократив вспомогательные части. Например, вместо независимого расположения котельных агрегатов, с целью сокращения коммуникаций, упрощения монтажных работ и уменьшения опорной площади фундамента, предлагается (а. с.408586) все котельные агрегаты сгруппировать в едином блоке с расположенной над ним общей дымовой трубой. Подобные системы называют частично свернутыми. Дальнейшее развитие приводит к полностью свернутым системам, в которых один объект выполняет несколько функций. Например, по а. с. 1044266 одна и та же пара обуви заменяет две пары - с шипами и без шипов. Достигается это использованием шипов из материала с эффектом памяти формы: шипы выступают из подошвы и каблука только при температуре 0 . Полностью (а иногда и частично) свернутая бисистема (или полисистема) становится новой моносистемой и может совершить следующий виток спирали. Необходимо учитывать еще два обстоятельства. Во-первых, эффективность синтезированных бисистем и полисистем может быть повышена прежде всего развитием связей элементов в этих системах. Новообразованные система часто имеют "нулевую связь, т.е. представляют собой просто "кучу" элементов и развитие идет в направлении усиления межэлементных связей. Иногда в новообразованных системах связи между элементами бывают жесткие и развитие идет в направлении увеличения степени динамичности связей. Например, первоначально катамораны имели жесткую связь между корпусами, но затем были введены подвижные связи, позволяющие менять межкорпусное расстояние (а. с.524728 и 1094797). Во-вторых, эффективность би- и полисистем может быть повышена увеличением развития между элементами системы: от однородных элементов к элементам со сдвинутыми характеристиками, а затем - к разнородным элементам и инверсным сочетаниям типа "элемент и анти-элемент". Например, сварку толстых стальных листов ведут электродами, расположенными один за другим, при этом сварочный ток каждого последующего электрода и глубина погружения в разделку кромок больше, чем у предыдущего (а. с.546445). При этом новый эффект достигается "сдвинутостыо"элементов системы. Аналогично предложена (а. с.493350) двухэтажная пила, у которой нижние дуги разведены больше верхних; такая пила чисто режет волокнистые материалы. Пример инверсной бисистемы: буровая коронка в виде двух концентрических долот, вращающихся в разные стороны (а. с.794139). Цикл развития системы с усложнением по линии "моно-би-поли" можно представить: бисистема а) однофункциональная бисистема однородная бисистема и бисистема со сдвинутыми характеристиками частично свернутая бисистема полностью сдвинутая бисистема (новая моносистема) к новой бисистеме;


б) многофункциональная бисистема разнородная бисистема и инверсная бисистема частично свернутая бисистема полностью свернутая бисистема (новая моносистема) к новой бисистеме. Цикл развития систем с упрощением по линиям свертывания: полисистема а) однофункциональная полисистема однородная полисистема и полисистема со сдвинутыми характеристиками частично свернутая полисистема полностью свернутая полисистема (новая моносистема) и далее к новой полисистеме; б) многофункциональная полисистема разнородная полисистема и инверсная полисистема частично свернутая полисистема полностью свернутая полисистема (новая моносистема) к новой полисистеме. Переход от бисистемы к полисистеме может происходить после того, как бисистема исчерпала резервы развития, а также одновременно с совершенствованием системы по линии "однородность-инверсность". Например, гвоздь - моносистема. Что получится, если перейти к полисистеме и какой выигрыш это даст? "Полигвоздь" имеет одну шляпку на 200 гвоздей, например, металлическая пластина с множеством конических шипов, которые легко входят в древесину и крепко держатся. Конструкции, соединенные "полигвоздями", в два раза прочнее обычных. Другой пример - для повышения эффективности теплиц перейти к бисистеме с инверсными свойствами. Сдвоенная теплица - просто новообразованная бисистема. Чтобы получить новое качество, нужно обеспечить взаимодействие между частями "би-теплицы" или взаимодействие между находящимися в "би-теплице" растениями, причем максимальное взаимодействие можно получить, если растения в чем-то противоположны. Ответ: в одном отсеке теплицы растения, поглощающие углекислоту и выделяющие кислород, а в другом - растения, поглощающие кислород и выделяющие углекислый газ (а. с. 950241). Свертывание играет исключительно важную роль не только в цикле "би-моно-поли", но и во многих других процессах развития ТС. Почти все вепольные преобразования связаны с введением веществ и полей, однако это связано с уменьшением степени идеальности. Возникает противоречие: вещество или поле надо вводить, чтобы получить новое свойство, и вещество нельзя вводить, чтобы не усложнять систему. Такие противоречия устраняют свертыванием системы, например, в качестве одного из веществ можно использовать внешнюю среду. Широкое применение двойных веполей объясняется тем, что двойной веполь - свернутая структура: В1 и В2 образуют два поля - с П1 и П2:

Можно построить нечто вроде общей схемы развития, осью которой, ее центральным стержнем является линия развития вепольных систем: от невеполей к простым веполям, затем к сложным веполям и далее к веполям форсированным, комплексно-форсированным и комплексно-форсированным с присоединенными физэффектами. На каждом этапе этой линии есть путь вверх - переход к надсистеме (вначале к бивеполю, затем к поливеполю с возможностью свертывания от каждого из них, по виткам спирали "моно-би-поли-моно..."). Возможен путь с переходом на микроуровень, включающий много звеньев: переходы на молекулярный уровень, далее на атомарный уровень и т.д. Однако, пользоваться такой схемой при решении задач неудобно: даже в детализированном виде схема не отражает многих механизмов развития, например, приемов свертывания. 2.12. Алгоритм решения изобретательских задач - АРИЗ-82 [19] Часть 1. Выбор задачи 1.1. Определить конечную цель решения задачи, ответив на вопросы: а) какую характеристику объекта надо изменить? б) какие характеристики объекта заведомо нельзя менять при решении задачи? в) какие расходы снизятся, если задача будет решена? г) каковы (примерно) допустимые затраты? д) какой главный техникоэкономический показатель надо улучшить? 1.2. Проверить обходной путь. Допустим, задача принципиально нерешима. Какую другую задачу надо решить, чтобы получить требуемый конечный результат? Переформулировать задачу, перейдя на уровень надсистемы, в которую входит данная в задаче система. Переформулировать задачу, перейдя на уровень подсистемы (веществ), входящих в данную в задаче систему. На трех уровнях (надсистема, система, подсистема) переформулировать задачу, заменив требуемое действие (или свойство) обратным. 1.3. Определить, решение какой задачи целесообразнее - первоначальной или одной из обходных, и произвести выбор. Примечание 1: при выборе должны быть учтены факторы - объективные (резервы развития данной в задаче системы) и субъективные (на какую задачу взята установка - минимальную или максимальную). 1.4. Определить требуемые количественные показатели. 1.5. Увеличить требуемые количественные показатели, учитывая время, необходимое для реализации изобретения. 1.6. Уточнить требования, вызванные конкретными условиями, в которых предполагается реализация изобретения. Учесть особенности внедрения, в частности допускаемую степень сложности решения. Учесть предполагаемые масштабы применения. 1.7. Проверить, решается ли задача прямым применением стандартов на решение изобретательских задач. Если ответ получен, перейти к 5.1. Если ответа нет, перейти к 1.8. 1.8. Уточнить задачу, используя патентную информацию. Определить, каковы (по патентным данным) ответы на задачи, близкие к данной? Каковы ответы на задачи, похожие на данную, но относящиеся к ведущей отрасли техники? Каковы ответы на задачи, обратные данной?


1.9. Применить оператор РВС (размеры, время, стоимость), поставив следующие вопросы. Как решается задача, если мысленно изменить размеры объекта от заданной величины до нуля? Как решается задача, если мысленно изменить размеры объекта от заданной величины до бесконечности? и т.д. Часть 2. Построение модели задачи 2.1. Записать условия мини-задачи, не используя специальных терминов. Мини-задачу получают из изобретательской ситуации, введя ограничения: "Все остается без изменений или упрощается, но при этом появляется требуемое действие (свойство) или исчезает вредное действие (свойство). Задача 1. Шлифовальный круг плохо обрабатывает изделия сложной формы с впадинами и выпуклостями. Замена шлифования другим видом обработки невыгодна и сложна. Применение притирающихся ледяных шлифовальных кругов неудобно и слишком дорого. Невозможно использовать и эластичные надувные круги с абразивной поверхностью, так как они быстро изнашиваются. Как быть? Задача 2. Антенна радиотелескопа расположена в местности, где часто бывают грозы. Для защиты от молний вокруг антенны необходимо поставить молниеотводы в виде металлических стержней. Но, молниеотводы задерживают радиоволны, создавая радиотень, поэтому устанавливать молниеотводы на самой антенне невозможно. Как быть? При записи 2.1 следует указать не только технические части системы, но и природные, взаимодействующие с техническими. Такими природными частями системы являются молнии и принимаемые радиоволны. Техническая система для приема радиоволн включает антенну радиотелескопа, радиоволны, молниеотводы, молнии. Необходимо при минимальных изменениях обеспечить защиту антенны от молний без поглощения радиоволн. В этой формулировке следует заменить термин "молниеотвод" словами "проводящий стержень", "проводящий столб" или просто "проводник". 2.2. Выделить и записать конфликтующую пару элементов - изделие и инструмент. Если по условиям задачи дан только один элемент, перейти к шагу 4.2. Если по условиям задачи дано только изделие, можно ввести "икс-инструмент" (внешнюю среду). Примечание 2. Инструментом называют элемент, с которым непосредственно взаимодействует изделие (фреза, а не станок; огонь, а не горелка). В частности, инструментом может быть часть окружающей среды. Один из элементов пары может быть сдвоенным: например, даны два разных инструмента, которые должны одновременно действовать на изделие, или два изделия, которые должны воспринимать действие одного и того же инструмента. Взаимодействия могут быть четырех видов: полезные, вредные, отсутствующие (взаимодействия нет, но его нужно ввести), неполные (взаимодействие есть, но оно не поддается управлению). Изделием называют элемент, который по условиям задачи надо обработать (переместить, изменить, улучшить, защитить от вредного действия, обнаружить, измерить и т.д.). В задачах на обнаружение и измерение изделием может оказаться элемент, являющийся по своим основным функциям инструментом, например, шлифовальный круг. Правило 1. В конфликтующую пару элементов обязательно должно входить изделие. Правило 2. Вторым элементом пары должен быть элемент, с которым непосредственно взаимодействует изделие (инструмент или второе изделие). Правило 3. Если один из элементов (инструмент) по условиям задачи может иметь два состояния, надо указать то, которое обеспечивает наилучшее осуществление главного производственного процесса (основной функции всей технической системы, указанной в задаче). Правило 4. Если в задаче есть пары однородных взаимодействующих элементов, достаточно взять одну пару. Задача 1. Изделие - поверхность сложной формы, например, "ложка", а инструмент, непосредственно взаимодействующий с изделием - шлифовальный круг. Задача 2. Имеются два изделия - молния и радиоволны, а также один инструмент - молниеотвод. При этом конфликт не внутри пар "молниеотвод-молния" и "молниеотвод-радиоволны", а между этими парами. Для перевода задачи в форму с одной конфликтующей парой, необходимо заранее придать инструменту свойство, необходимое для выполнения основного производственного действия данной системы, то есть надо принять, что молниеотвода нет (своеобразный "икс-элемент") и радиоволны свободно проходят к антенне. Таким образом, изделия - молния и радиоволны, а инструмент - проводящие стержни. Конфликтующая пара - отсутствующий молниеотвод и молния (или непроводящий молниеотвод и молния). Причем радиоволны в конфликтующую пару не входят - отсутствующий молниеотвод их не задерживает. 2.3. Записать два взаимодействия (действия, свойства, состояния элементов в конфликтующей паре: имеющееся и то, которое надо ввести (полезное и вредное). Правило 5. При выполнении шага 2.3 надо составить графическую схему конфликта, используя таблицу "Основные виды конфликтов в моделях задач". Задача 1. а) Круг обладает способностью шлифовать, б) Круг не обладает способностью приспосабливаться к криволинейным поверхностям. Задача 2. Наиболее удачно подходит конфликт в виде сопряженного действия: отсутствие молниеотвода полезно для радиоволн (он их задерживает) и вредно для молнии (он ее не ловит). Требуется устранить вредное действие отсутствующего молниеотвода, сохранив полезное и не разрушив системы. а) Отсутствующий молниеотвод не создает радиопомех и хорошо пропускает радиоволны, б) Отсутствующий молниеотвод не ловит молнии. ТП-1: если молниеотводов много, они надежно защищают антенну от молний,


но поглощают радиоволны. ТП-2: если молниеотводов мало, то заметного поглощения радиоволн нет, но антенна не защищена от молний. ТП-1: много проводящих стержней – (молния) Б А В (радиоволны). ТП-2: мало стержней – Б --A В. 2.4. Записать стандартную формулировку модели задачи, указав конфликтующую пару и техническое противоречие. ТП в модели задачи называют взаимодействия в конфликтующей паре, состоящее в том, что полезное действие вызывает одновременно и вредное, либо введение (усиление) полезного действия или устранение (ослабление) вредного, вызывает ухудшение (недопустимое усложнение) одного из элементов пары. Задача 1. Даны круг и изделие. Круг обладает способностью шлифовать, но не монет приспосабливаться к криволинейной поверхности изделия. Задача 2. Даны отсутствующий молниеотвод и молния. Такой молниеотвод хорошо пропускает радиоволны, но не ловит молнию. Часть 3. Анализ модели задачи 3.1. Выбрать из элементов, входящих в модель задачи тот, который можно легко изменять, заменять и т.д. Для этого проверить, хорошо ли поддается изменениям инструмент, входящий в конфликтную пару. Если этот инструмент плохо поддается изменениям, следует заменить его икс-элементом. Правило 5. Технические объекты легче менять, чем природные. Правило 6. Инструменты легче менять, чем изделия. Правило 7. Если в системе нет легко изменяемых элементов, следует изменять "внешнюю среду". Правило 8. Если на этом шаге произведена замена инструмента на икс-элемент, надо заново записать формулировки шагов 2.2-3.1, поскольку возможно изменить модель задачи. Примечание 3. Хорошо поддаваться изменениям - значит легко изменять физические параметры (размеры, форму, скорость, силу и т.д.) и допускать введение вещества. В частности, электромагнитные и тепловые поля относятся к элементам, хорошо поддающимся изменениям (если условиями задачи специально не оговорено обратное). Задача 1. Так как плоская "ложка" не будет держать жидкость, то форму изделия менять нельзя. Круг можно менять, при условии сохранения им способности шлифовать. Задача 2. Молниеотвод - инструмент, "обрабатывающий" (меняющий направление движения) молнию, которую считают изделием. Молния - природный элемент, молниеотвод - технический, поэтому объектом берется отсутствующий молниеотвод, который хорошо поддается изменению. Главная функция системы прием радиоволн, поэтому выбрать следует ТП-2, так как в этом случае проводящие стержни не вредят радиоволнам. 3.2. Записать стандартную формулировку ИКР: элемент (инструмент, выбранный на шаге 3.1) сам устраняет вредное взаимодействие, сохраняя способность выполнять (указать полезное действие). Если на шаге 3.1 выбран икс-элемент, то он, не усложняя систему, устраняет (указать вредное действие), сохраняя способность совершать (указать полезное действие). Правило 9. В формулировке ИКР всегда должно быть слово "сам- (сама, само). Примечание 4. Кроме конфликта "вредное действие связано с полезным действием", возможны и другие конфликты: например "введение нового полезного действия вызывает усложнение системы" или "одно полезное действие несовместимо с другим". Поэтому приведенные формулировки ИКР следует считать только образцами, по типу которых необходимо записывать ИКР. Общий смысл всех формулировок: приобретение полезного качества (или устранение вредного) не должно сопровождаться ухудшением других качеств (или появлением вредного качества). Задача 1. Круг сам приспосабливается к криволинейной поверхности изделия, сохраняя способность шлифовать. Задача 2. Отсутствующий молниеотвод сам обеспечивает "поимку" молнии, сохраняя способность хорошо пропускать радиоволны. 3.3. Выделить оперативную зону - ту зону элемента (указанного в шаге 3.2), которая не справляется с требуемым по ИКР комплексом двух взаимодействий. Показать, что в этой зоне - вещество и поле. Выделить эту зону на схематическом рисунке, обозначив ее цветом, штриховкой и т.п. Следует помнить, что силы, действие которых проявляется в оперативной зоне (например, силы давления), могут создаваться устройствами, находящимися вне этой зоны. Примечание 5. Оперативной зоной называют часть изменяемого элемента, в пределах которой необходимо и достаточно обеспечить сочетание требований, указанных в формулировке ИКР. Примечание 6. Если изменяемым элементом является инструмент и этот инструмент - поле, то оперативная зона может частично или полностью проникать в изделие. Эту возможность необходимо учитывать и в том случае, когда изменяемым элементом взят икс-элемент (поскольку этот элемент может оказаться полем). Задача 1. Наружный слой круга (внешнее кольцо, обод); вещество (абразив, твердое тело). Задача 2. Оперативной зоной будет та часть пространства, которую занимал отсутствующий молниеотвод. Вещество (столб воздуха), свободно пронизываемое радиоволнами. 3.4. Сформулировать противоречивые физические требования, предъявляемые к состоянию выделенной зоны элемента конфликтующими взаимодействиями (действиями, свойствами), например: а) для обеспечения (указать полезное взаимодействие или то взаимодействие, которое надо сохранить) необходимо (указать физи-


ческое состояние - быть нагретой, подвижной, заряженной и т.д.); б) для предотвращения (указать вредное взаимодействие или взаимодействие, которое надо ввести) необходимо (указать физическое состояние: быть холодной, неподвижной, незаряженной и т.д.). Правило 10. Физические состояния, указанные в пунктах 3.4, а и 3.4, 6 должны быть взаимопротивоположными. Задача 1. а) чтобы шлифовать, наружный слой круга должен быть твердым (или должен быть жестко связан с центральной частью круга для передачи усилий); б) чтобы приспосабливаться к криволинейным поверхностям изделия, наружный слой круга не должен быть твердым (или не должен быть жестко связан с центральной частью круга). Задача 2. а) чтобы пропускать радиоволны, столб воздуха должен быть не проводником (точнее не должен иметь свободных зарядов). 3.5. Вернуться к 2.1 и проверить, сужается ли область анализа. Должен быть четкий переход от системы 2.1 к конфликтующей паре (2.2), затем к одному элементу (3.1) и его части (3.3). Примечание 7. Если конфликтующие действия исходили из разных элементов пары, то при переходе от пары к одному элементу (3.1) или части этого элемента (3.3) может измениться формулировка конфликта. Например, конфликт в паре состоит в том, что изделие вредно действует на полезно действующий инструмент. При переходе к одному элементу формулировка конфликта должна быть "привязана" к этому элементу: полезно действующий инструмент не обладает способностью противодействовать вредному действию. Задача 2. Имеем систему из элементов: радиоволны, молния и молниеотвод. По 2.2 создаем конфликтующую пару: отсутствующий молниеотвод - молния. По 3.1. выделяется изменяемый элемент в конфликтующий паре - отсутствующий молниеотвод. По 3.3 определяется зона изменяемого элемента, в пределах которой нужно обеспечить сочетание требований, указанных в ИКР. Проверка показала сужение области анализа от первоначальной системы к оперативной зоне. 3.6. Используя метод моделирования "маленькими человечками" (ММЧ), построить схему конфликтующих действий (или состояний) в оперативной зоне. Примечание 8. Метод ММЧ состоит в том, что оперативная зона схематически представляется в виде условного рисунка, на котором действуют "маленькие человечки" (МЧ). Задача 2. По условиям задачи МЧ, находящиеся в оперативной зоне, должны "ловить" МЧ - молнии и пропускать МЧ - радиоволн. Чтобы пропускать МЧ-радиоволн, МЧ в оперативной зоне не должны отличаться от окружающей среды, то есть от воздуха. Поэтому оперативную зону можно представить себе в виде многих пар взявшихся за руки МЧ. В паре они нейтральны, вне пары - агрессивны. Таким образом, МЧ в парах нейтральны и не задерживают МЧ-радиоволн. Но, в то же время, эти пары не выполняют другой своей функции не "ловят" появившихся МЧ-молний. 3.7. Преобразовать (перестроить, дополнить) схему, полученную на шаге 3.5 так, чтобы МЧ действовали, не вызывая конфликта. Примечание 9. При перестройке схемы не следует думать о том, как именно физически (а, тем более, технически) реализовать преобразование. Цель шага 3.7 - ясно представить идеальное преобразование и, тем самым, облегчить последующие шаги. Задача 2. Чтобы выполнялась функция поимки молнии, необходимо каким-то образом разделить нейтральные пары. Причем активизироваться должны только пары в оперативной зоне. Нужно сделать так, чтобы МЧ- молнии сами разбивали пары, и в свою очередь соединялись с одним из членов пары. 3.8. Записать стандартные формулировки физического противоречия: а) полная формулировка - (указать выделенную зону элемента) должна (указать состояние, отмеченное на шаге 3.4, а), чтобы выполнять (указать полезное взаимодействие), и должна (указать состояние, отмеченное на шаге 3.4, 6), чтобы предотвращать (указать вредное взаимодействие); б) краткая формулировка - (указать выделенную зону элемента) должна быть и не должна быть. Задача 1. а) наружный слой круга должен быть твердым, чтобы шлифовать изделие, и не должен быть твердым, чтобы приспосабливаться к криволинейным поверхностям изделия; б) наружный слой круга должен быть и не должен быть. Задача 2. а) столб воздуха должен иметь свободные заряды, чтобы "ловить" молнию, и не должен иметь свободных зарядов, чтобы не задерживать радиоволны; б) столб воздуха со свободными зарядами должен быть и не должен быть. 3.9. Записать стандартную формулировку ФП на макроуровне: оперативная зона должна (указать физическое макросостояние зоны, например, "быть электропроводной"), чтобы выполнять (указать одно из конфликтующих действий или требований), и должна (указать противоположное физическое макросостояние зоны, например, "быть неэлектропроводной"), чтобы выполнять (указать противоположное действие или требование). Примечание 10. ФП - называют противоположные требования к физическому состоянию оперативной зоны. Задача 2. Оперативная зона должна быть электропроводной, чтобы "ловить" молнию, и должна быть неэлектропроводной, чтобы не задерживать радиоволны. 3.10. Записать стандартную формулировку ФП на микроуровне: вещество оперативной зоны должно (указать физическое состояние мелких частиц вещества, например, "содержать свободные заряды"), чтобы


обеспечить (указать требуемое по 3.9 макросостояние), и должно (указать противоположное физическое состояние мелких частиц вещества, например, "не содержать свободных зарядов" ), чтобы обеспечить (указать требуемое по 3.9 противоположное макросостояние). Примечание 11. При выполнении шага 3.10 еще нет необходимости конкретизировать понятие "мелкие частицы". Это могут быть любые достаточно мелкие частицы: крупинки, домены, молекулы, ионы и др. Примечание 12. Логика формулирования ФП такова: на шаге 3.7 нужно действие К, чтобы выполнить требование, указанное в ИКР; на шаге 3.9 - нужно физическое состояние JI, чтобы выполнить действие К; на шаге 3.10 - нужно физическое состояние М микрочастиц, чтобы обеспечить состояние JI. Задача 2. Вещество оперативной зоны должно содержать свободные заряды, чтобы обеспечить электропроводность, и не содержать свободных зарядов, чтобы обеспечить непроводимость. 3.11. Вернуться к 3.7 и проверить углубляется ли анализ. Необходим четкий переход от общей схемы противоречивых действий 3.7 к конкретным противоречивым состояниям всего вещества (3.9) и его частиц (3.10). Правило 11. В ходе анализа могут возникнуть ответы на задачу, но и из-за них, ни в коем случае, нельзя прерывать анализ. Продукция анализа - это не ответ на задачу, а четкая, красивая формулировка ФП. Задача 2. На шаге 3.7 построена общая схема конфликтующих действий в оперативной зоне и произведено преобразование этой схемы в соответствии с ИКР: оперативная зона (столб воздуха) должна быть активной, чтобы выполнить требование ИКР. На шаге 3.9 определены противоположные требования к физическому состоянию оперативной зоны: столб воздуха должен быть проводником и одновременно изолятором. На шаге 3.10 установлены конкретные противоречивые требования к физическому состоянию микрочастиц вещества оперативной зоны: столб воздуха должен содержать свободные заряды и одновременно не содержать их. Проверка показала углубление проведенного анализа. Часть 4. Устранение физического противоречия 4.1. Рассмотреть простейшие преобразования выделенной зоны элемента, то есть разделение противоречивых свойств: а) в пространстве; б) во времени; в) путем использования переходных состояний, при которых сосуществуют или попеременно появляются противоположные свойства; г) путем перестройки структуры, при этом частицы выделенной зоны элемента наделяются имеющимся свойством, а вся выделенная зона в целом наделяется требуемым (конфликтующим) свойством. Правило 12. При устранении ФП с помощью типовых преобразований оперативной зоны, пригодны только те решения, которые совпадают с ИКР или практически близки к нему. Примечание 13. При бесконечном многообразии изобретательских задач число ФП, на которых "держатся" эти задачи, сравнительно невелико, поэтому многие из них решаются по аналогии с решениями других задач, содержащих аналогичное противоречие. При этом внешне задачи могут быть различными аналогия выявляется только после анализа, на уровне ФП. Если получен физический ответ (то есть, выявлено необходимое физическое действие), перейти к 4.5. Если физического ответа нет, перейти к 4.2. Задача 1. Стандартные преобразования не дают очевидного решения, хотя ответ близок по пункту 4.1, в и г. Задача 2. Решение возможно по пункту 4.1, б и в. Свободные заряды сами появляются в столбе воздуха на начальных этапах возникновения молнии. Молниеотвод на короткое время становится проводником, а затем свободные заряды сами исчезают. 4.2. Использовать таблицу типовых моделей задач и вепольных преобразований. Если получен физический ответ, перейти к 4.4. Если физического ответа нет, перейти к 4.3. Задача 1. Модель задачи относится к классу 4. По типовому решению вещество В2 разворачивается в веполь, вводится поле П и добавляется В3 или разделяется на две взаимодействующие части. (Идея разделения круга начала формироваться на шаге 3.3. Но, если просто разделить круг, наружная часть улетит под действием центробежной силы. Центральная часть круга должна крепко держать наружную часть и в то же время должна давать ей возможность свободно изменяться). Далее по типовому решению переводится веполь, полученный из В2 в феполь, то есть используется магнитное поле и ферромагнитный порошок. Это дает возможность сделать наружную часть круга подвижной, меняющейся и обеспечивает требуемую связь между частями круга. Задача 2. Модель задачи относится к классу 16. По типовому решению вещество В1 должно раздваиваться, становясь то В1, то В2, то есть столб воздуха должен становится проводящим при появлении молнии, а потом возвращается в непроводящее состояние. 4.3. Рассмотреть возможность устранения ФП с помощью таблицы применения физических эффектов и явлений. Если получен физический ответ, перейти к 4.5. Если физического ответа нет, перейти к 4.4. Задача 1. Наиболее удачно подходит - замена "вещественных" связей "полевыми", путем использования электромагнитных полей. Задача 2. Подходит - ионизация под действием сильного электромагнитного поля (молния) и рекомбинация после исчезновения этого поля (радиоволны – более слабое поле). Другие эффекты относятся к жидкостям и твердым телам и требуют введения добавок или не обеспечивают самоуправления. 4.4. Использовать таблицу основных приемов устранения технических противоречий. Если до этого получен физический ответ, использовать таблицу для его проверки.


Задача 1. Необходимо улучшить способность круга "притираться" к изделиям разной формы. Может использоваться адаптация, причем известный путь - применение набора разных кругов дает потери времени на смену и подбор кругов, снижение производительности. Лучший вариант - использование приема 35 (изменение агрегатного состояния) - наружная часть круга "псевдоожиженная" из подвижных частиц и приема 28 - переход к феполю. Задача 2. Необходимо ликвидировать действие молнии - вредного внешнего фактора. Используется прием 19 - одно действие совершается в паузах другого. 4.5. Если задача решена, перейти от физического решения - к техническому: сформулировать способ и дать схему устройства, осуществляющего этот способ. Примечание 14. Если ответа нет, вернуться к шагу 3.1, взять другой изменяемый элемент и повторить анализ. Если повторный анализ не дал ответа, вернуться к шагу 2.1 и заново сформулировать мини-задачу, отнеся ее к надсистеме, в которую входит рассматриваемая система. При необходимости такое возвращение к мини-задаче совершают несколько раз - с переходом к надсистеме и т.д. Задача 1. Центральная часть круга выполняется из магнитов, а наружный слой - из ферромагнитных частиц или абразивных частиц, спеченных с ферромагнитными. Такой наружный слой будет принимать форму изделия и в то же время сохранит твердость необходимую для шлифовки. Задача 2. Чтобы в воздухе появились свободные заряды, необходимо уменьшить давление. Для этого потребуется оболочка, чтобы удержать этот столб при пониженном давлении, причем оболочка должна быть из диэлектрика, иначе она сама даст радиотень. Решение по а. с. № 177497: "Молниеотвод, отличающийся тем, что с целью придания ему свойства радиопрозрачности, он выполнен в виде изготовленной из диэлектрического материала герметически закрытой трубки, давление воздуха в которой выбрано из условия наименьших газоразрядных градиентов, вызываемых электрическим полем развивающейся молнии". 4.6. Рассмотреть вводимые вещества и поля: а) можно ли не вводить новые вещества и поля, использовав, те вещества и поля, которые уже есть в системе или в окружающей среде? б) можно ли использовать саморегулирующиеся вещества? Ввести соответствующие поправки в технический ответ. Часть 5. Предварительная оценка полученного решения 5.1. Провести предварительную оценку полученного решения, ответив на контрольные вопросы: а) обеспечивает ли полученное решение выполнение главного требования ИКР ("элемент сам...")? б) какое ФП устранено полученным решением? в) содержит ли полученная система хотя бы один хорошо управляемый элемент, какой именно и как осуществляется управление? г) годится ли решение, найденное для "одноцикловой" модели задачи, в реальных условиях со многими циклами? Если полученное решение не удовлетворяет хотя бы одному из контрольных вопросов, вернуться к пункту 2.1. 5.2. Проверить по патентным данным формальную новизну полученного решения. 5.3. Какие подзадачи могут возникнуть при технической разработке полученной идеи? Записать возможные подзадачи - изобретательские, конструкторские, расчетные, организационные. Часть 6. Развитие полученного ответа 6.1. Определить, как должна быть изменена надсистема, в которую входит измененная система. 6.2. Проверить, может ли измененная система применяться по-новому. 6.3. Использовать полученный ответ при решении других технических задач: а) рассмотреть возможность использования идеи, обратной полученной; б) построить таблицу "расположение частей - агрегатные состояния изделия" или таблицу "использованные поля - агрегатные состояния изделия" и рассмотреть возможные перестройки ответа по позициям этих таблиц. Часть 7. Анализ хода решения 7.1. Сравнить реальный ход решения с теоретическим (по АРИЗ), если есть отклонения, -записать их. 7.2. Сравнить полученный ответ с данными таблиц разрешения физических противоречий, основных приемов, если есть отклонения, записать их. 2.13. Алгоритм решения изобретательских задач АРИЗ-85-Б АРИЗ - инструмент для мышления, а не вместо мышления, причем, преимущественно для решения нестандартных задач и вначале необходимо проверить, может быть ваша задача решается по стандартам. АРИЗ - сложный инструмент, поэтому не применяйте его для решения новых производственных задач без предварительного обучения, при этом нельзя спешить, необходимо тщательно обдумывать формулировку каждого шага [1]. Часть 1. Анализ задачи Основная цель первой части - переход от расплывчатой изобретательской ситуации к четко построенной и предельно простой схеме (модели) задачи. 1.1. Записать на основе ситуации условия мини-задачи (без специальных терминов) по следующей схеме: Техническая система (ТС) для (указать назначение) включает (перечислить основные части системы). Техническое противоречие (ТП)1: (указать). ТП2: (указать). Необходимо при минимальных изменениях в системе (указать результат, который должен быть получен). Рассмотрим решение по АРИЗ-85 на примере следующей ситуации: доменный шлак (температура расплава 1000 °С) перевозят к шлакоперерабатывающей установке в ковшах, установленных на железнодорожных платформах. Из-за действия холодного воздуха на поверхности расплава образуется толстая корка твердого


шлака. В скардовины теряется около трети перевозимого жидкого шлака. В корке приходиться пробивать отверстия для слива шлака, а после удалять затвердевший шлак. Можно предотвратить образование корки, применив теплоизолирующую крышку. Но это существенно затруднит работы: нужно будет снимать и надевать громоздкую крышку. Как решить эту проблему? ТС для перевозки расплавленного доменного шлака включает железнодорожную платформу, ковш, расплавленный шлак. ТП-1: если ковш имеет крышку, не образуется твердой корки застывшего шлака, но обслуживание системы замедляется. ТП-2: если ковш не имеет крышки, обслуживание не замедляется, но образуется твердая корка. Необходимо при минимальных изменениях в системе предотвратить образование твердой корки шлака. По примечанию 4 следует заменить термин "крышка". На первый взгляд этот термин кажется безобидным, но он связан с представлением о жестком (или почти жестком) покрытии, которое необходимо открывать и закрывать. При решении задачи может оказаться, что крышка жидкая или газообразная и, что она служит один раз, потом, например, сгорает. При этом нужна не "крышка", а "теплоудержалка". Примечание 1. Мини-задачу получают из изобретательской ситуации, вводя ограничения: "Все остается без изменений или упрощается, но при этом появляется требуемое действие (свойство) или исчезает вредное действие (свойство)". Переход от ситуации к мини-задаче не означает, что взят курс на решение небольшой задачи. Наоборот, введение дополнительных требований (результат должен быть получен "без ничего") ориентирует на обострение конфликта и заранее отрезает пути к компромиссным решениям. Примечание 2. При записи пункта 1.1 следует указать не только технические части системы, но и природные, взаимодействующие с техническими. Примечание 3. Техническими противоречиями называют взаимодействия в системе, состоящие, например, в том, что полезное действие вызывает одновременно и вредное; или - введение (усиление) полезного действия или устранение (ослабление) вредного действия вызывает ухудшение (в частности, недопустимое усложнение) одной из частей системы или всей системы в целом. ТП составляют, записывая одно состояние элемента системы, с объяснением того, что при этом хорошо, а что плохо. Затем записывают противоположное состояние этого же элемента, и вновь - что хорошо, что плохо. Иногда в условиях задачи дано только изделие; технической системы (инструмента) нет, поэтому нет явного ТП. В этих случаях ТП получают, условно рассматривая два состояния изделия, хотя одно из состояний заведомо недопустимо. Например, дана задача: "Как наблюдать невооруженным глазом микрочастицы, взвешенные в образце оптически чистой жидкости, если эти частицы настолько малы, что свет обтекает их?" При этом ТП-1: если частицы малы, жидкость остается оптически чистой, но частицы невозможно наблюдать невооруженным глазом. ТП-2: если частицы большие, они хорошо наблюдаемы, но жидкость перестает быть оптически чистой, а это недопустимо. Условия задачи заведомо исключают рассмотрение ТП-2: изделие менять нельзя. Примечание 4. Термины, относящиеся к инструменту и внешней среде, необходимо заменять простыми словами для снятия психологической инерции. При этом термины: а) навязывают старое представление о технологии работы инструмента: "ледокол колет лед" - хотя можно продвигаться сквозь льды, не раскалывая их; б) затушевывают особенности веществ, упоминаемых в задаче, например, "опалубка" - это не просто "стенка", а "железная стенка"; в) сужают представления о возможных состояниях вещества: термин "краска" тянет к традиционному представлению о жидкой или твердой краске, хотя краска может быть и газообразной. 1.2. Выделить и записать конфликтующую пару элементов: изделие и инструмент, используя следующие правила 1 и 2: 1) если инструмент по условиям задачи может иметь два состояния, надо указать оба состояния; 2) если в задаче есть пары однородных взаимодействующих элементов, достаточно взять одну пару. Например, конфликтующая пара: изделие-расплавленный шлак, инструмент-крышка (отсутствующая, присутствующая). Примечание 5. Изделием называют элемент, который по условиям задачи надо обработать (изготовить, переместить, измерить, улучшить, защитить от вредного действия, обнаружить, измерить). В задачах на обнаружение и измерение изделием может оказаться элемент, являющийся по своей основной функции инструментом, например, шлифовальный круг. Примечание 6. Инструментом называют элемент, с которым непосредственно взаимодействует изделие (фреза, а не станок, огонь, а не горелка). В частности, инструментом может быть часть окружающей среды. Инструментом являются и стандартные детали, из которых собирают изделие. Примечание 7. Одним из элементов конфликтующей пары может быть сдвоенный элемент. Например, даны два разных инструмента, которые должны одновременно действовать на изделие, причем один инструмент мешает другому. Или даны два изделия, которые должны воспринимать действие одного и того же инструмента: при этом одно изделие мешает другому. 1.3. Составить графические схемы ТП-1 и ТП-2: ТП-1. Крышка есть: (крышка) А Б (шлак) ТП-2. Крышки нет: А Б Примечание 8. Ниже приведены схемы типичных конфликтов, причем допустимо использование нестабильных схем, если они лучше отражают сущность конфликта: 1) противодействие: А Б – А действует на Б полезно (сплошная стрелка), но при этом постоянно или на отдельных этапах возникает обратное вредное действие (волнистая стрелка), требуется устранить вредное явление, сохранив полезное действие;


2) сопряженное действие: А Б - полезное действие А на Б в чем-то оказывается вредным действием на это же Б (например, на разных этапах работы одно и то же вещество может быть то полезным, то вредным), требуется устранить вредное действие, сохранив полезное; 3) сопряженное действие: А Б1 Б2 – полезное действие А на одну часть Б1 оказывается вредным для другой части Б2, требуется устранить вредное действие на Б2, сохранив полезное действие на Б1; 4) сопряженное действие: А Б В - полезное действие А на Б является вредным действием на В (причем А, Б и В образуют систему), требуется устранить вредное действие, сохранив полезное и не разрушив систему; 5) сопряженное действие: А Б - полезное действие А на Б сопровождается вредным действием на само А (в частности, вызывает усложнение А), требуется устранить вредное действие, сохранив полезное; 6) несовместимое действие: АВ--- Б - полезное действие А на Б несовместимо с полезным действием В на Б (например, обработка несовместима с измерением); требуется обеспечить действие В на Б (пунктирная стрелка), не меняя действие А на Б; 7) неполное действие или бездействие: А ----- Б или А --- Б или --- Б - А оказывает на Б одно действие, а нужно два разных действия, или А не действует на Б, иногда А вообще не дано и надо изменить Б, а каким образом неизвестно, причем во всех случаях требуется обеспечить действие на Б при минимально простом А; 8) "безмолвие": А Б - нет информации (нижняя волнистая пунктирная стрелка) об А, Б или взаимодействии А и Б, иногда дано только Б, требуется получить необходимую информацию; 9) нерегулируемое (в частности, избыточное) действие: А - - - Б - при этом А действует на Б нерегулируемо (например, постоянно), а нужно регулируемое действие (например, переменное), требуется сделать действие А на Б регулируемым (штрих-пунктирная стрелка). Примечание 9. В некоторых задачах встречаются многозвенные схемы конфликтов, например: А Б --В. Такие схемы сводятся к однозвенным: А Ба и Ба ---- В, если считать Ба изменяемым изделием или перенести на Б основное свойство (или состояние) А. Примечание 10. Конфликт можно рассматривать не только в пространстве, но и во времени. Такой подход позволяет иногда четче выделить задачу, которую надо решать. Примечание 11. Шаги 1.2 и 1.3 уточняют общую формулировку задачи. Поэтому после шага 1.3 необходимо вернуться к 1.1 и проверить: нет ли несоответствий в линии 1.1-1.2-1.3. Если несоответствия есть, их надо устранить, откорректировав линию. 1.4. Выбрать из двух схем конфликта ("а" и "б") ту, которая обеспечивает наилучшее осуществление главного производственного процесса (основной функции технической системы, указанной в условиях задачи). Указать, что является главным производственным процессом. Например, в задаче о шлаке в ковше, главная цель системы - перевозка шлака. Выбираем ТП-2 (шлак перевозится быстро, но с потерями, так как образуется корка). Примечание 12. Выбирая одну из двух схем конфликта, мы выбираем и одно из двух противоположных состояний инструмента. Дальнейшее решение должно быть приведено именно к этому состоянию. Нельзя, например, подменять "малое количество проводников" каким-то "оптимальным количеством". АРИЗ требует обострения, а не сглаживания конфликта. "Вцепившись" в одно состояние инструмента, мы в дальнейшем должны добиться, чтобы при этом состоянии появилось положительное свойство, присущее другому состоянию. Примечание 13. С определением главного производственного процесса (ГПП) иногда возникают трудности в задачах на измерение. Измерение почти всегда производят ради изменения, т.е. обработки детали выпуска продукции. Поэтому ГПП в измерительных задачах - это ГПП всей измерительной системы, а не измерительной ее части. Например, необходимо измерять давление внутри выпускаемых электроламп, при этом ГПП - не измерение давления, а выпуск ламп. Исключением является только некоторые задачи на измерение в научных целях. 1.5. Усилить конфликт, указав предельное состояние (действие) элементов. В задаче о шлаке в ковше нет необходимости усиливать ТП, поскольку уже принято, что крышка отсутствует. При этом можно использовать правило-3: большинство задач содержат конфликты типа "много элементов" и "мало элементов" ("сильный элемент" - "слабый элемент" и т.д.), конфликт типа "мало элементов" при усилении надо приводить к одному виду - "ноль элементов" ("отсутствующий элемент"). 1.6. Записать формулировку модели задачи, указав: 1) конфликтующую пару; 2) усиленную формулировку конфликта; 3) что должен сделать вводимый для решения задачи икс-элемент (что он должен сохранить и что должен устранить, улучшить, обеспечить и т.д.). Например, модель задачи: даны расплавленный шлак и отсутствующая крышка. Отсутствующая крышка не замедляет обслуживание, но и не препятствует образованию корки. Необходимо найти такой икс-элемент, который, сохраняя способность отсутствующей крышки не замедлять обслуживание, предотвращал бы образование корки. Примечание 14. Модель задачи условна, в ней искусственно выделена часть элементов ТС. Наличие остальных элементов только подразумевается. Так, в модели задачи о шлаке в ковше из трех элементов, необходимых для формулировки задачи (платформа, ковш, шлак), остался только один, остальные упоминаются в скобках - их можно было бы вообще не упоминать.


Примечание 15. После шага 1.6 следует обязательно вернуться к 1.1 и проверить логику построения модели задачи. При этом часто оказывается возможным уточнить выбранную схему конфликта, указав в ней иксэлемент, например, так: Примечание 16. Икс-элемент не обязательно должен оказаться какой-то новой вещественной частью системы. Икс-элемент - это некое изменение в системе, некий икс вообще. Он может быть равен, например, изменению температуры или агрегатного состояния какой-то части системы или внешней среды. 1.7. Применение стандартов Примечание 17. Проверить возможность применения стандартов к решению модели задачи. Если задача не решена, перейти ко второй части АРИЗ. Если задача решена, можно перейти к седьмой части АРИЗ, хотя и в этом случае рекомендуется продолжить анализ со второй части. Рассматриваемая задача четко решается по стандарту на устранение вредной связи введением видоизмененных В1 и В2. Часть 2. Анализ модели задачи Цель второй части АРИЗ - учет имеющихся ресурсов, которые можно использовать при решении задачи: ресурсов пространства, времени, веществ и полей. 2.1. Определить оперативную зону (ОЗ). Для рассматриваемой задачи ОЗ: пространство, ранее занимаемое крышкой, т.е. "пустой" слой над жидким шлаком. Примечание 18. В простейшем случае ОЗ - это пространство, в пределах которого возникает конфликт, указанный в модели задачи. 2.2. Определить оперативное время (ОВ). Примечание 19. ОВ - это имеющиеся ресурсы времени: конфликтное время Т1 и время до конфликта Т2. Конфликт (особенно быстротечный, кратковременный) иногда может быть устранен (предотвращен) в течение Т2. В рассматриваемой задаче: Т1 - время от начала заливки до окончания слива шлака; Т2 - время до заливки ковша. 2.3. Определить вещественно-полевые ресурсы (ВПР) рассматриваемой системы, внешней среды и изделия. Составить список ВПР. Примечание 20. ВПР - это вещества и поля, которые уже имеются или могут быть легко получены по условиям задачи. ВПР бывают трех видов: 1) внутрисистемные ВПР (находящиеся в оперативной зоне): а) ВПР инструмента; б) ВПР изделия; 2) внешнесистемные ВПР: а) ВПР среды, специфической именно для данной задачи, например, вода в задаче о частицах в жидкости оптической чистоты; б) ВПР, общие для любой внешней среды, "фоновые" поля, например, гравитационное, магнитное поле Земли; 3) надсистемные ВПР: а) отходы посторонней системы (если такая система доступна по условиям задачи); б) "копеечные"- очень дешевые посторонние элементы, стоимостью которых можно пренебречь. При решении конкретной мини-задачи желательно получить результат при минимальном расходовании ВПР. Поэтому целесообразно использовать, в первую очередь, надсистемные ВПР. При развитии же полученного ответа и при решении задач на прогнозирование (т.е., макси-задач), целесообразно задействовать максимум различных ВПР. Примечание 21. Так как, изделие - неизменяемый элемент и его нецелесообразно менять при решении мини-задачи, то ресурсы можно обнаружить, если изделие может: а) изменяться само; б) допускать расходование (т.е. изменение) какой-то части, когда изделия в целом неограниченно много (например, вода в реке, ветер и т.д.); в) допускать переход в надсистему (кирпич не меняется, но меняется дом); г) допускать использование микроуровневых структур; д) допускать соединение с "ничем" (т.е. пустотой); е) допускать изменение на время. Таким образом, изделие входит в ВПР лишь в тех сравнительно редких случаях, когда его можно легко менять, не меняя. Примечание 22. ВПР - это имеющиеся ресурсы. Их выгодно использовать в первую очередь. Если они окажутся недостаточными, можно привлечь другие вещества и поля. Анализ ВПР на шаге 2.3 является предварительным. Для рассматриваемой задачи внутрисистемные ВПР: 1) "отсутствующая крышка", т.е. воздух в пустом слое над шлаком; 2) жидкий шлак, прилегающий к отсутствующей крышке; 3) тепловое поле изделия, т.е. жидкого шлака. Внешнесистемные ВПР: 1) воздух над "отсутствующей крышкой"; 2) фоновые поля. Надсистемные ВПР: 1) отходов нет; 2) "копеечные" - воздух, вода, земля (почва) и т.п. Часть 3. Определение ИКР и ФП В результате применения третьей части АРИЗ должен сформулироваться образ идеального решения (ИКР). Определяется также и физическое противоречие (ФП), мешающее достижению ИКР. Не всегда возможно достичь идеального решения, но ИКР указывает направление на наиболее сильный ответ. 3.1. Записать формулировку ИКР-1: икс-элемент, абсолютно не усложняя систему и не вызывая вредных явлений, устраняет (указать вредное действие) в течение ОВ в пределах ОЗ, сохраняя способность инструмента совершать (указать полезное действие). Формулировка ИКР-1 для задачи о шлаке в ковше: икс-элемент, абсолютно не усложняя систему и не вызывая вредных явлений, предотвращает в течение ОВ образование корки, сохраняя способность отсутствующей крышки свободно пропускать шлак при заполнении и опорожнении ковша.


Примечание 23. Кроме конфликта "вредное действие связано с полезным действием", возможны и другие конфликты, например, "введение нового полезного действия, вызывает усложнение системы" или "одно полезное действие несовместимо с другим". Поэтому приведенная в 3.1 формулировка ИКР - только образец, по типу которого необходимо записывать ИКР. Общий смысл любых формулировок ИКР: приобретение полезного качества (или устранение вредного) не должно сопровождаться ухудшением других качеств (или появлением вредного качества). 3.2. Усилить формулировку ИКР-1 дополнительным требованием: в систему нельзя вводить новые вещества и поля, необходимо использовать ВПР. Например, усиленный ИКР-1: для усиления формулировки ИКР-1 надо заменить "икс-элемент" словами "слой воздуха". Примечание 24. При решении мини-задач, в соответствии с примечаниями 20 и 21, следует рассматривать используемые ВПР в такой последовательности: ВПР инструмента, ВПР внешней среды, побочные ВПР и ВПР изделия (если нет запрета по примечанию 21). Наличие разных ВПР обуславливает существование четырех линий дальнейшего анализа. Практически условия задачи обычно сокращают часть линий. При решении мини-задачи достаточно вести анализ до получения идеи ответа; если идея получена, например, на "линии инструмента", можно не проверять другие линии. При решении макси-задачи целесообразно проверить все существующие в данном случае линии. То есть, получив ответ, например, на "линии инструмента", следует проверить также линии внешней среды, побочных ВПР и изделия. При обучении АРИЗ последовательный анализ постепенно заменяется параллельным: вырабатывается умение переносить идею ответа с одной линии на другую. Это, так называемое, "многоэкранное мышление": умение одновременно видеть изменения в надсистеме, системе и подсистемах. При обучении АРИЗ и решении задач происходит ломка старых представлений, возникают новые представления, с трудом отражаемые словами, как, например, обозначить свойства краски растворяться, не растворяясь (окрасить, не крася). При работе с АРИЗ записи надо вести простыми, нетехническими, даже "детскими" словами, всячески избегая спецтерминов (они увеличивают психологическую инерцию). 3.3. Записать формулировку ФП на макроуровне: ОЗ в течение ОВ должна (указать физическое макросостояние, например, "быть горячей"), чтобы выполнять (указать одно из конфликтующих действий), и не должна (указать противоположное физическое макросостояние, например, "быть холодной"), чтобы выполнять (указать другое конфликтующее действие или требование). Примечание 25. Физическим противоречием (ФП) называют противоположные требования к физическому состоянию оперативной зоны (ОЗ). Примечание 26. Если составление полной формулировки ФП вызывает затруднения, можно составить краткую формулировку: "элемент (или часть элемента в ОЗ) должен быть, чтобы (указать), и не должен быть, чтобы (указать)". Например, макро-ФП: слой воздуха в ОЗ должен быть заполнен нетеплопроводным веществом, чтобы уменьшить охлаждение шлака, и не должен быть заполнен веществом, чтобы не мешать заливу и сливу шлака. При решении задачи по АРИЗ ответ формулируется постепенно, как бы "проявляется". Не надо прерывать решение при первом намеке на ответ и "закреплять" еще не вполне готовый ответ, поэтому решение по АРИЗ должно быть доведено до конца. 3.4. Записать формулировку ФП на микроуровне: в ОЗ должны быть частицы вещества (указать их физическое состояние или действие), чтобы обеспечить (указать требуемое по 3.3 макросостояние), и не должны быть частицы (или должны быть частицы с противоположным состоянием или действием), чтобы обеспечить (указать требуемое по 3.3 другое макросостояние). Например, микро-ФП: слой воздуха в ОЗ должен быть заполнен связанными друг с другом частицами, чтобы не проходил холодный воздух, и не должен быть заполнен связанными частицами, чтобы свободно проходил наливаемый и сливаемый шлак. Примечание 27. При выполнении 3.4 еще нет необходимости конкретизировать понятие "частицы". Это могут быть, например, домены, молекулы, ионы и т.д. Примечание 28. Частицы могут оказаться: а) просто частицами вещества; б) частицами вещества в сочетаниях с каким-то полем; в) и (реже) "частицами поля". Примечание 29. Если задача имеет решение только на макроуровне, этап 3.4 может не получится. Но, и в этом случае попытка составления микро-ФП полезна, потому что дает дополнительную информацию: задача решается на макроуровне. Три первые части АРИЗ существенно перестраивают исходную задачу, итог этой перестройки подводит шаг 3.5, составляя формулировку ИКР-2, причем одновременно получается новая задача - физическая и в дальнейшем надо решать именно эту задачу! 3.5. Записать формулировку конечного результата ИКР-2: оперативная зона (указать) в течение оперативного времени (указать) должна сама обеспечивать (указать противоположные физические макро-или микросостояния). Например, ИКР-2: слой воздуха в ОЗ при заливке шлака должен сам превращаться в нетеплопроводное вещество, которое должно само же исчезать при сливании шлака. 3.6. Проверить возможность применения системы стандартов к решению физической задачи, сформулированной в виде ИКР-2. Если задача не решена, перейти к четвертой части АРИЗ. Если задача решена, можно перейти к седьмой части АРИЗ, хотя и в этом случае рекомендуется продолжить анализ по четвертой части.


Часть 4. Мобилизация и применение ВПР На шаге 2.3 были определены имеющиеся ВПР, которые можно использовать бесплатно. Четвертая часть АРИЗ включает планомерные операции по увеличению ресурсов: рассматриваются производные ВПР, получаемые почти бесплатно путем минимальных изменений имеющихся ВПР. Шаги 3.3-3.5 начали переход от задачи к ответу, основанному на использовании физики и четвертая часть АРИЗ продолжает эту линию. При этом используют следующие правила: 1) правило 4 - каждый вид частиц, находясь в одном физическом состоянии, должен выполнять одну функцию; если частицы А не справляются с действиями 1 и 2, надо ввести частицы Б; пусть частицы А выполняют действие 1, а частицы Б - действие 2; 2) правило 5 - введенные частицы Б можно разделить на две группы Б-1 и Б-2, это позволяет "бесплатно", за счет взаимодействия между уже имеющимися частицами Б - получить новое действие 3; 3) правило 6 - разделение частиц на группы выгодно и в тех случаях, когда в системе должны быть только частицы А: одну группу частиц А оставляют в прежнем состоянии, у другой группы меняют главный для данной задачи параметр; 4) правило 7 - разделенные или введенные частицы после отработки должны стать неотъемлемыми друг от друга или от ранее имевшихся частиц. Примечание 30. Правила 4 7 относятся ко всем шагам четвертой части АРИЗ. 4.1. Метод маленьких человечков (ММЧ). Использование метода моделирования "маленькими человечками" предполагает следующие этапы: а) применяя метод ММЧ построить схему конфликта; б) изменить схему "а" так, чтобы "маленькие человечки" действовали, не вызывая конфликта; в) перейти к технической системе. Примечание 31. Метод ММЧ состоит в том, что конфликтующие требования схематически представляют в виде условного рисунка (или нескольких последовательных рисунков), на котором действует большое число "маленьких человечков" (группа, несколько групп, "толпа"). Изображать в виде "маленьких человечков" следует только изменяемые части модели задачи (инструмент, икс-элемент). "Конфликтующие требования" - это конфликт из модели задачи или противоположные физические состояния, указанные на шаге 3.5, причем лучше последнее, так как нет четких правил перехода от физической задачи (3.5) к ММЧ. Легче рисовать "конфликт" в модели задачи. Пункт 4.1, б часто можно выполнить, совместим на одном рисунке два изображения: плохое действие и хорошее действие. Если события развиваются во времени, целесообразно сделать несколько последовательных рисунков. Часто совершают ошибку, ограничиваясь беглыми, небрежными рисунками. Однако, хорошие рисунки - выразительны и понятны без слов, а также дают дополнительную информацию и физпротиворечии, указывая в общем виде пути его устранения. Примечание 32. Шаг 4.1 - вспомогательный. Он нужен, чтобы перед мобилизацией ВПР нагляднее представить, что, собственно, должны делать частицы вещества в оперативной зоне и близ нее. Метод ММЧ позволяет отчетливее увидеть идеальное действие ("что надо сделать") без физики ("как это сделать"). Благодаря этому снимается психологическая инерция, форсируется работа воображения. ММЧ, таким образом, метод психологический, но такое моделирование осуществляется с учетом законов развития технических систем. Поэтому ММЧ нередко приводит к техническому решению задачи. Прерывать решение в этом случае не надо, мобилизация ВПР обязательно должна быть проведена. Цель мобилизации ресурсов при решении мини-задачи не в том, чтобы использовать все ресурсы, а в том, чтобы при минимальном расходе ресурсов получить один максимально сильный ответ. 4.2. Если из условий задачи известно, какой должна быть готовая система, и задача сводится к определению способа получения этой системы, может быть использован метод "шаг назад от ИКР". Изображают готовую систему, а затем вносят в рисунок минимальное демонтирующее изменение. Например, если в ИКР две детали соприкасаются, то при минимальном отступлении от ИКР между деталями надо показать зазор. Возникает новая задача (микро-задача): как устранить дефект? Разрешение такой микро-задачи обычно не вызывает затруднений и часто подсказывает способ решения общей задачи. Например, в задаче о шлаке в ковше ИКР: "готовая система" включает какую-то "крышку", идеально (полностью) отделяющую холодный воздух от горячего шлака. При шаге назад от ИКР: появляется сквозное отверстие в крышке. Устранение дефекта: простейший, очевидный способ использовать "пробку" в отверстии. Переход к общему решению: "крышка" должна состоять из одного слоя "пробок", а затем из многих слоев "пробок". Техническое решение: "пробки", выполненные из ВПР, т.е. из воздуха и шлака - пористые шлаковые гранулы, пены. Главный ВПР - воздух, следовательно, больше всего подходит пена. 4.3. Определить, решается ли задача применением смеси ресурсных веществ. Примечание 33. Если бы для решения могли быть использованы ресурсные вещества - в том виде, в каком они даны - задача, скорее всего, не возникла или была бы решена автоматически. Обычно нужны новые вещества, но их введение связано с усложнением системы, появлением побочных вредных факторов. Суть работы с ВПР в четвертой части АРИЗ в том, чтобы обойти это противоречие и ввести новые вещества, не вводя их. Примечание 34. Шаг 4.3 состоит в переходе от двух моновеществ - к неоднородному бивеществу. В отличии объединения двух одинаковых систем, при котором возникает новая система, при объединении двух частей вещества происходит простое увеличение количества. Один из механизмов образования новой системы при объединении одинаковых систем состоит в том, что в объединенной системе сохраняются границы между объединившимися системами. Так, если моносистема - лист, то полисистема - блокнот, а не один очень толстый лист. Но, сохранение границ требует введения второго (граничного) вещества (пусть это будет даже


пустота). Отсюда шаг 4.4 - создание неоднородной квазиполисистемы, в которой роль второго - граничного вещества играет пустота. При смешивании вещества и пустоты границы не всегда видны, но новое качество появляется, а именно это и нужно. Применение смесей в задаче о шлаке в ковше: воздух и шлак дают ряд структур, обладающих высокими теплоизолирующими свойствами - пористые гранулы, полые гранулы, пена. Больше всего воздуха в пене, следовательно, первый вероятный ответ - использование пены в качестве "крышки". Пену образуют, добавляя небольшое количество воды в ковш во время заливки шлака. Таким образом, идею реализуют, не выходя за рамки имеющихся ВПР и это обусловливает высокое качество решения. 4.4. Определить, решается ли задача заменой имеющихся ресурсных веществ пустотой или смесью ресурсных веществ с пустотой. Примечание 35. Пустота - исключительно важный вещественный ресурс. Она всегда имеется в неограниченном количестве, предельно дешева, легко смешивается с имеющимися веществами, образуя, например, полые и пористые структуры, пену, пузырьки и т.д. Причем пустота - не обязательно вакуум. Если вещество твердое, пустота в нем может быть заполнена жидкостью или газом. Если вещество жидкое - пустота может быть газовым пузырьком. Для вещественных структур определенного уровня пустотой являются структуры нижних уровней. Так, для кристаллической решетки пустотой являются отдельные сложные молекулы, для молекул - отдельные атомы и т.д. Применение "пустоты" для задачки о шлаке в ковше воплощается в идее использования шлаковой пены. Контрольный ответ: при заливке шлака создают покрытие из шлаковой пены, а при сливании шлак свободно проходит через такую "крышку". Задача впервые была решена изобретателем из Магнитогорска М.И. Шараповым и внедрена в металлургическую промышленность (а. с. 400621). 4.5. Определить, решается ли задача применением веществ производных от ресурсных (или применением смеси этих производных веществ с "пустотой"). Примечание 36. Производные ресурсные вещества получают изменением агрегатного состояния имеющихся ресурсных веществ. Если, например, ресурсное вещество жидкость (вода), то к производным относятся лед и пар. Производными считаются и продукты разложения ресурсных веществ. Так, для воды производными будут водород и кислород. Для многокомпонентных веществ производные - их компоненты. Производными являются также вещества, образующиеся при разложении или сгорании ресурсных веществ. Для поиска производных ресурсных веществ можно использовать следующие правила: 1) правило 8 - если для решения задачи нужны частицы вещества (например, ионы) и непосредственное их получение невозможно по условиям задачи, требуемые частицы надо получать разрушением вещества более высокого структурного уровня (например, молекул); 2) правило 9 - если для решения задачи нужны частицы вещества (например, молекулы) и невозможно получить их непосредственно или по правилу 8, требуемые частицы надо получать достройкой или объединением частиц более низкого структурного уровня (например, ионов); 3) правило 10 - при применении правила 8 простейший путь - разрушение ближайшего вышестоящего "целого" или "избыточного" (отрицательные ионы) уровня, а при применении правила 9 простейший путь - достройка ближайшего нижестоящего "нецелого" уровня. Примечание 37. Вещество представляет собой многоуровневую иерархическую систему. С достаточной для практических целей точностью иерархию уровней можно представить так: 1) минимально обработанное вещество (простейшее техновещество, например, проволока); 2) "сверх-молекулы" - кристаллические решетки, полимеры, ассоциации молекул; 3) сложные молекулы; 4) молекулы; 5) части молекул, группы атомов; 6) атомы; 7) части атомов; 8) элементарные частицы; 9) поля. При этом суть правила 8 можно представить: новое вещество можно получить обходным путем - разрушением более крупных структур ресурсных веществ или таких веществ, которые могут быть введены в систему. Суть правила 9: возможен и другой путь - достройка менее крупных структур. Суть правила 10: разрушать выгоднее "целые" частицы (молекулы, атомы), поскольку нецелые частицы (положительные ионы) уже частично разрушены и сопротивляются дальнейшему разрушению, а достраивать, наоборот, выгоднее нецелые частицы, стремящиеся к восстановлению. Правила 8-10 указывают эффективные пути получения производственных ресурсных веществ из "недр" уже имеющихся или легко вводимых веществ. Данные правила наводят на физэффект, необходимый в том или ином конкретном случае. 4.6. Определить, решается ли задача введением вместо вещества - электрического поля или взаимодействия двух электрических полей. Например, известен способ разрыва труб скручиванием, однако при скручивании трубы приходится механически зажимать, а это вызывает их деформацию, поэтому предложено возбуждать крутящий момент в самой трубе - за счет электродинамических сил. Примечание 38. Если использование ресурсных веществ (имеющихся и производных) недопустимо по условиям задачи, надо использовать электроны - подвижные (ток) или неподвижные. При этом электроны "вещество", которое всегда есть в имеющемся объекте. К тому же, электроны - вещество в сочетании с полем, что обеспечивает высокую управляемость. 4.7. Определить, решается ли задача применением пары "поле - добавка вещества, отзывающегося на поле" (например, "магнитное поле - ферровещество", "ультрафиолет-люминофор", "тепловое поле-металл с памятью формы" и т.д.). Примечание 39. На шаге 2.3 уже рассматривались имеющиеся ВПР. Шаги 4.3-4.5 относятся к ВПР, производным от имеющихся. Шаг 4.6 - частичный отход от имеющихся и производных ВПР, так как вводят "посторонние" вещества и поля. Решение мини-задачи тем идеальнее, чем меньше затраты ВПР. Однако, не каж-


дая задача решается при малом расходе ВПР, иногда приходится отступать, вводя "посторонние" вещества и поля. Делать это надо только при действительной необходимости, если никак нельзя обойтись наличными ВПР. Часть 5. Применение информфонда Во многих случаях четвертая часть АРИЗ приводит к решению задачи. В таких случаях можно переходить к седьмой части. Если же после 4.7 ответа нет, надо пройти пятую часть, цель которой - использование опыта, сконцентрированного в информационном фонде ТРИЗ. К моменту входа в пятую часть задача существенно проясняется и становится возможным ее прямое решение с помощью информационного фонда. 5.1. Рассмотреть возможность решения задачи (в формулировке ИКР-2 и с учетом ВПР, уточненных в четвертой части) по стандартам. Примечание 40. Возврат к стандартам происходит уже на шагах 4.6 и 4.7. До этих шагов главной идеей было использование имеющихся ВПР - по возможности, избегая введения новых веществ и полей. Если задачу не удается решить в рамках имеющихся и производных ВПР, приходится вводить новые вещества и поля. Большинство стандартов как раз и относится к технике введения добавок. Например, для создания крышки используется шлак, но между тем, шлак - изделие, а не инструмент или внешняя среда. Использование шлака для создания крышки оказалось возможным потому, что расход шлака в данном случае ничтожен. В ТРИЗ используется идея введения в изделие добавок - небольших управляемых доз веществ. В задаче о шлаке применяется "анти-добавка", так как изъята и использована небольшая доза изделия. Возможно, это допустимо во всех случаях, когда изделие "безмерно" (например, если изделие - поток жидкости или газа). 5.2. Рассмотреть возможность решения задачи (в формулировке ИКР-2 и с учетом ВПР, уточненных в четвертой части) по аналогии с еще нестандартными задачами, ранее решенными по АРИЗ. Примечание 41. При бесконечном многообразии изобретательских задач число физических противоречий, на которых "держатся" эти задачи, сравнительно невелико. Поэтому значительная часть задач решается по аналогии с другими задачами, содержащими аналогичное физпротиворечие. Внешне задачи могут быть весьма различными, а аналогия выявляется только после анализа - на уровне физпротиворечия. 5.3. Рассмотреть возможность устранения физического противоречия с помощью типовых преобразований в виде следующих принципов: 1) разделение противоречивых свойств в пространстве, например, для пылеподавления при горных работах капельки воды должны быть мелкими, однако мелкие капли образуют туман, поэтому предложено окружать мелкие капли конусом из крупных капель (а. с. 256708); 2) разделение противоречивых свойств во времени, например, ширину ленточного электрода меняют в зависимости от ширины сварного шва (а. с. 258490); 3) использование системного перехода - объединение однородных или неоднородных систем в надсистему, например, слябы транспортируют по рольгангу впритык один к другому, чтобы не охлаждались торцы (а. с. 722624); 4) использование системного перехода - от системы к антисистеме или сочетанию системы с антисистемой, например, способ остановки кровотечения - прикладыванием салфетки, пропитанной иногрупповой кровью (а. с. 523695); 5) использование системного перехода - вся система наделяется свойством С, а ее части - свойством анти-С, например, рабочие части тисков для зажимов деталей сложной формы, выполняется так, что каждая часть (стальная втулка) твердая, а в целом зажим податливый, способный менять ферму (а. с. 510350); 6) системный переход к системе, работающей на микроуровне, например, вместо механического подъемника, использовать "термоподъемник" из двух материалов с разными коэффициентами теплового расширения, в котором при нагреве образуется зазор (а. с. 179479); 7) фазовый переход путем замены фазового состояния части системы или внешней среды, например, способ энергоснабжения потребителей сжатого газа, предусматривает транспорт сжиженного газа (а. с. 252262); 8) фазовый переход путем использования "двойственного" фазового состояния одной части системы (перехода этой части из одного состояния в другое в зависимости от условий работы), например, теплообменник снабжен прижатыми к нему "лепестками" из никелида титана, причем при повышении температуры "лепестки" отгибаются, увеличивая площадь охлаждения (а. с. 958837); 9) фазовый переход за счет использования явлений, сопутствующих фазовому переходу, например, приспособление для транспортировки мороженных грузов имеет опорные элементы в виде брусков льда, со снижением трения за счет таяния (а. с. 601192); 10) фазовый переход за счет замены однофазного вещества двухфазным, например, в способе полирования изделия, рабочая среда состоит из жидкости, в виде расплава свинца, и ферромагнитных абразивных частиц (а. с. 722740); 11) физикохимический переход при возникновении - исчезновении вещества за счет разложения-соединения, ионизациирекомбинации, например, для пластификации древесины аммиаком осуществляют пропитку древесины солями аммония, разлагающимися при трении (а. с. 342761). При использовании типовых преобразований устраняющих ФП применяют правило 11: пригодны только те решения, которые совпадают с ИКР или практически близки к нему. 5.4. Применение "Указателя физэффектов". Рассмотреть возможность устранения физического противоречия с помощью "Указателя применения физических эффектов и явлений". Часть 6. Изменение и/или замена задачи Простые задачи решаются буквальным преодолением ФП, например, разделением противоречивых свойств во времени или в пространстве. Решение сложных задач обычно связано с изменением смысла задачи снятием первоначальных ограничений, обусловленных психологической инерцией и до решения кажущихся


самоочевидными. Например, увеличение скорости "ледокола" достигается переходом к "ледонеколу", а вечная "краска" оказывается не краской в буквальном смысле слова, а пузырьками газа, возникающими при электролизе. Для правильного понимания задачи необходимо ее сначала решить, поэтому изобретательские задачи не могут быть сразу поставлены точно. Процесс решения, в сущности, есть процесс корректировки задачи. 6.1. Если задача решена, перейти от физического ответа к техническому: сформулировать способ и дать принципиальную схему устройства, осуществляющего этот способ. 6.2. Если ответа нет, проверить, не является ли формулировка 1.1 сочетанием нескольких разных задач. В этом случае следует изменить 1.1, выделив отдельные задачи для первоочередного решения (обычно достаточно решить одну главную задачу). Например, задача: "Как запаивать звенья тонких и тончайших золотых цепочек, причем необходимо запаивать за день сотни метров цепочки. Задача разбивается на ряд подзадач: а) как ввести микродозы припоя в зазоры звеньев? б) как обеспечить нагрев внесенных микродоз припоя без вреда для всей цепочки? в) как убрать излишки припоя, если они есть? Главная задача - внесение микродоз припоя в зазоры. 6.3. Если ответа нет, изменить задачу, выбрав на шаге 1.4 другое ТП. При решении задач на измерение и обнаружение выбор другого ТП, часто означает отказ от усовершенствования измерительной части и изменение всей системы, так, чтобы необходимость в измерении вообще отпала. Например, решение задачи о последовательной перекачке нефтепродуктов по одному нефтепроводу. При применении жидкого разделителя или прямой (без разделителя) транспортировке, задача состоит в возможно более точном контроле за составом "стыковых" участков перекачиваемых нефтепродуктов. Эта измерительная задача может быть превращена в "изменительную", то есть, как вообще избежать смешивания нефтепродуктов с разделительной жидкостью? Решение: пусть жидкости бесконтрольно смешиваются, но на конечном пункте жидкость-разделитель должна сама превращаться в газ и уходить из резервуара [8]. 6.4. Если ответа нет, вернуться к шагу 1.1 и заново сформулировать мини-задачу, отнеся ее к надсистеме. При необходимости такое возвращение совершают несколько раз - с переходом к надсистеме. Например, при решении задачи о газотеплозащитном скафандре [8], первоначально была поставлена задача на создание холодильного костюма. Переход к надсистеме с использованием жидкого кислорода, который обеспечивает теплоотвод, а потом идет на дыхание, позволил в 2 3 раза увеличить допустимый весовой предел. Часть 7. Анализ способа устранения ФП Главная цель седьмой части АРИЗ - проверка качества полученного ответа. ФП должно быть устранено почти идеально, "без ничего". Лучше потратить два-три часа на получение нового - более сильного ответа, чем потом полжизни бороться за плоховнедряемую слабую идею. 7.1. Контроль ответа. Рассмотреть вводимые вещества и поля. Можно ли не вводить новые вещества и поля, использовав ВПР - имеющиеся и производные? Можно ли использовать саморегулируемые вещества? Ввести соответствующие поправки в технический ответ. Примечание 42. Саморегулируемые вещества - это такие вещества, которые определенным образом меняют свои физические параметры при изменении внешних условий, например, теряют магнитные свойства при нагревании выше точки Кюри и др.. Применение саморегулируемых веществ позволяет менять состояния системы или проводить в ней изменения без дополнительных устройств. 7.2. Провести предварительную оценку полученного решения с формулировкой контрольных вопросов: а) обеспечивает ли полученное решение выполнение главного требования ИКР-1 ("Элемент сам...")? б) какое физическое противоречие устранено (и устранено ли) полученным решением? в) содержит ли полученная система хотя бы один хорошо управляемый элемент, какой именно и как осуществлять управление? г) годится ли решение, найденное для "одноцикловой" модели задачи в реальных условиях со многими "циклами"? Если полученное решение не удовлетворяет хотя бы одному из контрольных вопросов, вернуться к 1.1. 7.3. Проверить по патентным данным формальную новизну полученного решения. 7.4. Какие подзадачи возникнут при технической разработке, полученной идеи? Записать возможные подзадачи - изобретательские, конструкторские, расчетные, организаторские. Часть 8. Применение полученного ответа Действительно хорошая идея не только решает конкретную задачу, но и дает универсальный ключ ко многим другим аналогичным задачам. Поэтому восьмая часть АРИЗ имеет целью максимальное использование ресурсов найденной идеи. 8.1. Определить, как должна быть изменена надсистемы, в которую входит измененная система. 8.2. Проверить, может ли измененная система (или надсистема) примениться по-новому. 8.3. Использовать полученный ответ при решении других технических задач: а) сформулировать в обобщенном виде полученный принцип решения; б) рассмотреть возможность прямого применения полученного принципа при решении других задач; в) рассмотреть возможность использования принципа, обратного полученному; г) построить морфологическую таблицу, например, типа "расположение частей - агрегатные состояния изделия" или "использованные поля - агрегатные состояния внешней среды" и рассмотреть возможные перестройки ответа по позициям этих таблиц; д) рассмотреть изменение найденного принципа при изменении размеров системы (или главных ее частей): размеры стремятся к нулю, размеры стремятся к бесконечности. Примечание 43. Если работа ведется не только ради решения конкретной технической задачи, тщательное выполнение шагов 8.3, а-8.3, д может стать началом разработки общей теории, исходящей из полученного принципа.


Часть 9. Анализ хода решения Каждая решенная по АРИЗ задача должна повышать творческий потенциал человека. Но для этого необходимо тщательно проанализировать ход решения, в этом заключается смысл завершающей части АРИЗ. 9.1. Сравнить реальный ход решения данной задачи с теоретическим по АРИЗ, если есть отклонения, их записать. 9.2. Сравнить полученный ответ с данными информационного фонда ТРИЗ (стандарты, приемы, физэффекты). Если в информационном фонде нет подобного принципа, записать его в предварительный накопитель. Необходимо помнить, что АРИЗ-85-В опробован на многих задачах, практически на всем фонде задач, используемом при обучении ТРИЗ. Забывая об этом, иногда "с ходу" предлагают усовершенствования, основанные на опыте решения одной задачи. Для этой задачи предлагаемые изменения, допустим, может быть и хороши. Но, облегчая решения одной задачи, они, как правило, затрудняют решение всех других. Любое предложение желательно вначале испытать вне АРИЗ. 2.14. Пример разбора задачи по АРИЗ-85Б Для выбора конкретных механизмов при решении практических задач могут быть предложены следующие рекомендации. 1. Необходимо четко определить тип задачи: на изменение системы; на измерение или обнаружение; исследовательская. 2. Построить исходную вепольную модель задачи и преобразовать ее в зависимости от вида исходной модели по стандартам классов 1 и 4. Рассмотреть возможность развития решения по стандартам классов 2 и 3 и повышения его идеальности по стандартам класса 5. При необходимости могут быть привлечены указатели физических, химических, геометрических эффектов. 3. Если в задаче сформулировано ТП, либо оно появилось при попытке решения, рассмотреть возможность его устранения с помощью типовых приемов. 4. Решить задачу по АРИЗ. Можно использовать следующие простые правила: 1) если дана задача на измерение, желательно использовать обходной путь - перейти к задаче на изменение системы; 2) если дана задача на регулирование состояния вещества, желательно усложнить задачу, дополнительно потребовав, чтобы это регулирование происходило само по себе - за счет использования обратимых физических превращений, например, фазовых переходов, ионизации-рекомбинации и т.д.; 3) если дана задача на обеспечение оптимального режима действия, а обеспечить его трудно или невозможно, желательно идти обходным путем: установить максимальный режим, а избыток действия убрать. Решение творческой задачи - это всегда скачок в мышлении, прыжок через высокую планку. Шаги по АРИЗ - это ступеньки лестницы: не каждый человек прыгнет на 2 метра, но каждый может взойти по лестнице на гораздо большую высоту. АРИЗ-85Б - это лестница из 40 ступенек, которые пройдем, решая практическую задачу со следующими условиями: для повышения производительности плазмотрона для резки металла, содержащего стержневой катод, охваченный корпусом, и сопло, причем электрическая дуга зажигается между катодом и разрезаемым металлом, а сопло стабилизирует дугу в потоке газа, при этом известные возможности повышения стойкости катода, подвергаемого эрозии дугой, исчерпаны - не помогают ни охлаждение, ни тугоплавкие материалы. 1. Анализ задачи 1.1. Мини-задача. Техническая система для резки металла включает: электрод, газ, разрезаемый металл, электрическую дугу. Техническое противоречие (ТП)-1: сильная дуга быстро режет металл, но разрушает электрод. ТП-2: слабая дуга не разрушает электрод, но плохо режет металл. Необходимо при минимальных изменениях в системе обеспечить неразрушение электрода при быстрой резке. 1.2. Конфликтующая пара. Изделия: металл (М), электрод (Э). Инструмент: дуга (Д) - сильная или слабая. 1.3. Графические схемы ТП-1: Э Д М (сильная дуга); ТП-2: Э х Д --- М (слабая дуга). 1.4. Выбор схемы конфликта, обеспечивающей наилучшее выполнение главного производственного процесса: выбираем ТП-1. 1.5. Усиление конфликта: очень сильная дуга прекрасно режет металл, но быстро разрушает электрод. 1.6. Модель задачи. Конфликтующая пара: металл, электрод и сильная дуга. Усиленная формулировка конфликта: очень сильная дуга прекрасно режет металл, но быстро разрушает электрод. Что должен сделать вводимый для решения задачи Х-элемент: необходимо найти X-элемент, который устранит разрушение катода, не мешая сильной дуге резать металл. 1.7. Применить систему стандартов к решению модели задачи: есть задача на разрушение вредного веполя - взаимодействия между дугой и катодом. Стандарты предлагают устранить вредную связь, вводя модификации взаимодействующих веществ, либо "оттягивая" вредное действие с помощью другого поля (помимо теплового поля, разрушающего катод). Защитить катод от дуги можно модификацией дуги - дугой с диффузной привязкой катода (так называемый плазменный катод). А модификации катода - это его защита тугоплавкими вставками и другие, уже исчерпанные средства борьбы. Если решение неочевидно - надо переходить к следующей части. 2. Анализ модели задачи


2.1. Определение оперативней зоны (ОЗ): оперативная зона - место конфликта - точка, где дуга касается электрода. 2.2. Определение оперативного времени (ОВ): время горения дуги - время конфликта. 2.3. Вещественно-полевые ресурсы (ВПР): в оперативной зоне и вокруг нее имеются: а) плазма, газ, воздух, металл электрода, разрезаемый металл; б) высокая температура, давление, скорость потока газа; в) гравитационное и магнитное поле Земли. 3. Определение ИКР и ФП 3.1. Идеальный конечный результат (ИКР)-1: Х-элемент, абсолютно не усложняя систему и не вызывая вредных явлений, устраняет разрушение электрода (вредное действие) в зоне его контакта с дугой (в ОЗ) во время ее горения (в течение ОВ), не мешая дуге резать металл (сохраняя способность инструмента совершать полезное действие). 3.2. Усиление ИКР-1: в систему нельзя вводить новые вещества и поля, Х-элемент должен быть из ресурсов, пока ничего не найдено. 3.3. Физическое противоречие на макроуровне (ФП-макро): оперативная зона в течение оперативного времени должна обеспечивать контакт между дугой и катодом во время работы дуги и не должна обеспечивать контакт, чтобы катод не разрушался. 3.4. Физическое противоречие на микроуровне (ФП-микро): в оперативной зоне должны быть частицы вещества - частицы дуги (ионы) должны соприкасаться с частицами катода, чтобы обеспечивать контакт дуги и катода и не должно быть частиц вещества - частицы дуги и катода не должны соприкасаться, чтобы обеспечить неразрушение катода. 3.5. ИКР-2: оперативная зона (поверхность электрода) в течение оперативного времени (горения дуги) сама обеспечивает противоположные физические состояния - наличие и отсутствие контакта дуги и катода (частиц дуги и катода). 3.6. Применить систему стандартов к физической задаче по ИКР-2. Необходимо попробовать вепольные преобразования: В1 - поверхность электрода; В2 - частица дуги. Необходимо найти поле, обеспечивающее наличие и отсутствие контакта между ними. Задача на достройку веполя. Если "с ходу" нужное поле не подбирается, переходят - к следующему пункту. 4. Мобилизация и применение ресурсов 4.1. Применение метода маленьких человечков (ММЧ). Метод ММЧ представляет конфликт в виде одного или нескольких рисунков, на которых роль конфликтующих элементов выполняют группы маленьких человечков, действующих по определенным правилам и имеющих следующие свойства: а) каждая группа выполняет только одну функцию, одно дело; разные функции требуют разных групп, если групп несколько значит есть несколько задач; б) группы можно делить на части и использовать взаимодействие этих частей; в) вновь введенные группы либо отделившаяся для выполнения задачи часть человечков, после выполнения требуемого действия становятся неотличимыми от первоначально имевшихся человечков. Можно представить: "катод - это шеренга или группа черных человечков". К двум-трем человечкам из этой группы выстраивается "очередь" красных "горячих" человечков - это дуга. Черные человечки не могут не держаться за красных - из-за этого обжигаются, постепенно сгорают. Поэтому человечки катода должны как бы передавать друг другу человечков дуги, а это идея перемещения дуги по катоду. Возможны два варианта: перемещение катода или движение дуги (последнее предпочтительнее, так как перемещать более легкую дугу проще). 4.2. Метод "шаг назад от ИКР": изобразить уже как бы полученный результат с минимальным отклонением от ИКР. В данном случае ИКР - когда на катоде горит дуга и он не разрушается. Шаг назад: дуга все же "съела" одного человечка катода, вырвала его из общего строя, но строй должен восстановиться. А обеспечить взаимное перемещение человечков (смыкание рядов) может их подвижность. В твердом теле человечки не могут перемещаться, значит, катод надо сделать из жидкого материала - например, из расплавленного металла. При этом можно "перевернуть" плазмотрон и катод, в виде чашки с расплавленным металлом, расположить под разрезаемым листом. 4.3. Определить, решается ли задача применением смеси ресурсных веществ. Если можно непосредственно использовать ресурсные вещества, АРИЗ вряд ли нужен. Но вводить новые ресурсы нельзя: усложнится система. Поэтому получить новые ресурсы необходимо скомбинировав уже имеющиеся. Для перемещения дуги (шаг 4.1) из имеющихся ресурсов (шаг 2.3) можно использовать газ, его давление и скорость. Например, если сделать на внутренней части корпуса ребра, профили, которые будут закручивать проходящий поток газа и заставлять его перемещать дугу по катоду, то можно получить требуемый эффект. 4.4. Заменить ресурсные вещества пустотой или смесью ресурсных веществ с пустотой (использование пористых структур: пены, пузырьков и т.д.). Пустота - это идеальный ресурс для изготовления Х-элемента, так как ее всегда достаточно, она бесплатна. Причем пустота - не обязательно вакуум, это просто незанятое место пузырьки газа в жидкости, поры в твердом теле. В данной задаче катод плазмотрона - массивная деталь из сплошного материала, возможно сделать его "пустым", с получением "стакана", на внутреннюю поверхность которого может опираться дуга. Такой катод более эффективно охлаждается проходящим потоком газа, его рабочая поверхность больше, при перемещении дуги по катоду. 4.5. Применить вещества, производные от ресурсов (или смесь производных веществ с "пустотой"). Производные вещества можно получить изменением агрегатного состояния ресурсов, их разложением. Например, в проходящий через плазмотрон газ можно вводить вещества, способствующие восстановлению


катода, или под действием дуги и высокой температуры выделялись частицы металла, оседающие на катоде. Однако, в данной задаче таких веществ нет. 4.6. Ввести вместо вещества электрическое поле или взаимодействие двух электрических полей. Все вещества содержат электроны, ионы - в виде человечков, "послушных" электрическому полю. Обычно они связаны друг с другом и не слушаются внешнего поля. В данной задаче дуга состоит из "свободных человечков" - ионов, на которые можно действовать магнитным полем, получающимся из внутренних ресурсов системы - электрического тока, проходящего через дугу. При этом катод помещают в катушку-соленоид, подключенный последовательно с дугой к источнику питания. Полученный ответ более высокого уровня, чем предыдущие, так как совершен переход от механического принципа перемещения дуги к электрическому более эффективному с точки зрения развития технических систем. 4.7. Применить пару "поле-добавка вещества", отзывающегося на поле. Не каждая задача может быть решена с использованием имеющихся ресурсов, иногда их все же приходится вводить. В данной задаче ввести добавки вряд ли возможно. Впрочем, при использовании в качестве плазмообразующего газа углеводородсодержащих газов, а в качестве катода – графита, возможно самовосстановление катода, за счет выделяющегося углерода. 5. Применение информфонда Если решение получено на предыдущих шагах - переходят к седьмой части АРИЗ, если нет - применяют пятую часть. 5.1. Применить к задаче (в формулировке ИКР-2 и с учетом ВПР, уточненных в четвертой части) стандарты решения изобретательских задач. 5.2. Использовать аналоги с ранее решенными по АРИЗ нестандартными задачами. 5.3. Использовать приемы устранения физических противоречий. 5.4. Применять "Указатель физических эффектов и явлений для устранения ФП. 6. Изменение и (или) замена задачи Если задача решена - перейти к техническому ответу. В данной задаче - дать принципиальные схемы устройств перемещения дуги с помощью полученных способов. 6.1. Если ответа нет - проверить формулировку шага 1.1: не является ли она сочетанием нескольких задач. Выделить отдельные задачи (главную задачу). 6.2. Если ответа нет - изменить задачу, выбрав на шаге 1.4 другие ТП. 6.3. Если ответа нет - вернуться к шагу 1.1 и заново сформулировать мини-задачу, отнеся ее к надсистеме. Например, надсистемой задачи повышения износостойкости катода плазмотрона будет задача изменения принципа резания металла, еще более "высокой" задачей - отказ от резки металла вообще и т.д. 7. Анализ способа устранения ФП 7.1. Контроль ответа. Необходимо рассмотреть вводимые вещества и поля, оценить нужду в них. В данной задаче вводились некоторые количества вещества - либо для выполнения закручивающих поток газа устройств, либо для создания соленоида. Вещество вводится для преобразования имеющихся ресурсов, то есть обоснованно. Необходимо проанализировать: нельзя ли все же обойтись без новых веществ, например, пропустив ток по корпусу плазмотрона? 7.2. Предварительная оценка решения. В полученном решении выполнено требование ИКР-1: разрушение электрода устранено без возникновения вредных явлений и с сохранением полезного действия. Устранено физическое противоречие: контакт должен быть и контакта быть не должно. Полученная система содержит элемент управления дугой, решение "многоразовое", реализуемое в реальных условиях со многими рабочими циклами. 7.3. Проверка по патентным данным формальней новизны решения. Если решается производственная задача - новизна ответа определяет возможность подачи заявки на изобретение. 7.4. Фиксация подзадач, возникающих при технической разработке идеи, например, изобретательские, конструкторские, организационные и другие подзадачи. 8. Применение полученного ответа 8.1. Определение изменения надсистемы. Надсистемой задачи взаимодействия катода и дуги является конструкция плазмотрона с измененной конструкцией и введенными новыми элементами. 8.2. Проверить, может ли измененная система (надсистема) применяться по-новому. В данном примере на первый взгляд нового применения усовершенствованного плазмотрона не видно. 8.3. Использовать полученный ответ при решении других технических задач. 9. Анализ хода решения 9.1. Сравнение реального хода решения - с теоретическим. 9.2. Сравнение полученного ответа с данными информационного фонда ТРИЗ. Использованы известные принципы: эффект перемещения проводника в магнитном поле, разделение противоречивых свойств в пространстве. 3. КОНТРОЛЬНЫЕ ИЗОБРЕТАТЕЛЬСКИЕ ЗАДАЧИ Задача 1. Необходимо предложить конструкции простых (автоматических) дозаторов жидкости. При этом из трубопровода вода поступает в дозатор с постоянным расходом, необходим прибор автоматически и периодически отмеривающий определенный объем жидкости, без подвода внешней энергии.


Задача 2. При фильтровании жидкостей в больших количествах производительность ограничивается пропускной способностью воронки. Необходимо предложить устройство с помощью которого фильтрация производилась бы автоматически и жидкость поступала бы в воронку сама, без подвода энергии, при понижении уровня до определенного предела. Задача 3. На Санкт-Петербургском объединении "Невский завод" использовался для развальцовки труб теплообменников механический способ, основанный на развальцовке концов труб керном в углублении трубной доски. При изготовлении теплообменников, например, конденсаторов паровых турбин, со сложным рисунком трубной доски и десятками тысяч трубок, возникают следующие недостатки: малая производительность, высокая трудоемкость, необходимость перенастройки инструмента при смене типоразмера теплообменников. Необходимо предложить альтернативные решения, устраняющие данные недостатки. Задача 4. В лучшем самолете войны ИЛ-2 разработанном под руководством С.В. Ильюшина, использовалось изобретение которое долго не мог разга