При уборке хлопок складывают в большие кучи — бурты — длиной 15–20 м типа скирды соломы, чтобы потом перевезти на прядильные фабрики. Однако в отличие от соломы хлопок имеет одно неприятное свойство: спрессованный в кучу при высокой температуре (а жара в период уборки может днем достигать и 50–60°), он самовозгорается. Чтобы предупредить самовозгорание, поперек буртов (3–4 м) укладывают длинные тонкие деревянные палки — жерди, на них накладывают собранный за день хлопок, а к вечеру их вытаскивают. Получаются сквозные вентиляционные каналы. Ночью по ним проходит холодный воздух, и внутренняя часть бурта остывает. Основная трудность — вытащить длинную жердь так, чтобы канал не завалился, так как трение поверхности жерди, даже отполированной, о волокнистый хлопок очень велико. А с короткими жердями не сделаешь большой бурт. Как быть?

При всей естественной простоте этой очень понятной ситуации сложность возникает уже при попытке определить основную функцию системы. Ведь от выбора ОФ зависит, какую задачу считать минимальной и что сделать, чтобы система «не заметила» изменений.

Хотя чаще всего и отмечают, что жерди кладут для образования вентиляционных каналов, на вопросы «Для чего создана система?» и «Какой элемент системы выполняет основную функцию?», можно ответить по-разному:

1. ОФ — создать канал: эту функцию выполняет жердь.

2. ОФ — вентилировать бурт хлопка: эту функцию выполняют каналы. А жердь — это только одно из средств для создания канала.

3. ОФ — предотвратить самовозгорание: эту функцию выполняет вентиляционная система.

В примере хорошо видна иерархия уровней задач. Очевидно, что задача «создать канал» — часть задачи «вентилировать бурт». А задача «вентилировать бурт» — только один из способов предотвратить самовозгорание.

Чтобы обеспечить наличие канала во время вытаскивания жерди, предлагают смазывать их жиром, заменить отполированными металлическими трубами, даже оставить трубы, но предварительно просверлить в их стенках множество отверстий, через которые будет происходить вентиляция...

Для ОФ «вентиляция бурта хлопка» нужно создавать канал другим способом, без жерди, так как этот принцип действия системы уже исчерпал все свои возможности.

Для ОФ «предотвратить самовозгорание» хлопок предлагают сразу вывозить и не складывать в бурт, а смачивать водой или пропитывать специальными составами...

Детальный анализ системы с целью выбора наиболее оптимального уровня задачи проводится при решении сложных технических задач и выходит за рамки данного пособия. Некоторые рекомендации по такому выбору будут даны в гл. 10. Пока же попробуем сделать выводы на основе уже полученного опыта.

Для решения минимальной задачи и сохранения принципа действия системы необходимо было задействовать либо ресурсы самой системы (шлак для мешалки, лед из воды), либо дешевые ресурсы, привлекаемые из внешней среды (вода для отсечения части пламени при запайке ампул). Во всех остальных ситуациях возможности ресурсов оказывались исчерпанными, и приходилось менять принцип действия системы (радиостанция для альпинистов, хирургическая игла, нагрев детали для химического покрытия). Искусству искать ресурсы и использовать их возможности для решения проблем посвящена четвертая часть алгоритма АРИЗ-85В.

Еще раз уточним, какую цепочку тянет за собой выбор уровня. Для первого уровня основная функция — это создать канал с помощью жерди, и тогда возникает нежелательный эффект — заваливание канала при ее вытягивании. Для второго уровня ОФ — вентиляция бурта с помощью каналов, без ограничения способа их создания, где использование жерди — просто один из вариантов, у которого нежелательным эффектом является трение и в результате — заваливание канала. Короче говоря, различие сводится к вопросу, что делать: вытаскивать жердь или создавать каналы.

Какой же уровень выбрать для поиска решения? Начнем с первого. Использовать мы можем свойства или хлопка, или дерева, из которого сделана жердь. Причем эти свойства должны «работать» там, где образуется трение, — на стыке поверхностей. Дерево для уменьшения трения уже отполировано. Изменить свойства хлопка нельзя, вводить смазки тоже — испортим хлопок. Так что ресурсы этих элементов, очевидно, уже исчерпаны. Можно, конечно, подключить к жерди вибратор, тогда ее колебания уплотнят прилегающую поверхность хлопка, и вытаскивать жердь будет значительно проще. Но вибратор сильно усложняет систему. Так что от первого уровня, скорее всего, придется отказаться. Итак…

Шаг 1. ТС для создания вентиляционных каналов (ОФ) в бурте хлопка с помощью жердей (ПД) состоит из бурта хлопка и жердей. Однако при вытаскивании жерди из бурта канал заваливается (НЭ1).

В проблемной ситуации отсутствует даже намек на средство устранения (СУ), которое можно было бы использовать. Алгоритм предлагает для таких случаев мощное психологическое средство — отказаться от действия, которое создает НЭ1. Для нашей ситуации — не удалять жердь (СУ). Но тогда появляется новый нежелательный эффект (НЭ2) — не образуется канал, т.е. не будет выполняться основная функция системы. (Внимательный и вдумчивый читатель заметит, что уже здесь, на этом шаге, закладываются основы физического противоречия: жердь должна быть, чтобы канал сформировался, и не должна быть, чтобы происходила вентиляция бурта.)

Схема задачи:

ОФ — создание вентиляционных каналов.

ПД — укладка жердей, формирующих каналы.

Состав системы — хлопок, жердь.

НЭ1 — удаление жерди заваливает канал.

СУ — не удалять жердь.

НЭ2 — не образуется канал.

Прежде чем рассматривать варианты технических противоречий в их крайних состояниях, воспользуемся рекомендациями алгоритма и заменим термин «жердь», который создает достаточно устойчивое представление о длинной тонкой деревянной палке, каким-нибудь другим словом. Опыт решения задач и психология рекомендуют называть объекты простыми, как говорил Г.С. Альтшуллер, «детскими» словами, которые давали бы представление о том, ЧТО делает объект, без указания принципа действия.

Поэтому пусть вместо жерди будет каналообразовалка. Тогда

запишется так: если каналообразовалку не удалять, то канал при ее удалении не завалится, но и не образуется.

запишется так: если каналообразовалку удалять, то канал образуется, но завалится. (Здесь, как и в предыдущих задачах, нужно учитывать отрицание отрицания.)

Шаг 2. Постановка изобретательской задачи:

Необходимо, удаляя каналообразовалку и тем самым создавая канал, устранить его заваливание.

На первый взгляд постановка изобретательской задачи ничем не отличается от предложенной ситуации. Но только на первый взгляд. Давайте внимательно сравним их. Как видим, здесь возможны два варианта:

а) удалить каналообразовалку (не жердь!) так, чтобы не завалить канал;

б) каналообразовалка может остаться лежать в бурте хлопка, чтобы ее не нужно было удалять, тогда и заваливания не будет. И канал при этом все-таки должен образоваться!

Очень четкий ориентир на ИКР, не так ли?!

Шаг 3. Определяем ОЗ. Так как заваливание канала происходит из-за трения хлопка, образующего поверхность канала, с поверхностью жерди, то оперативной (конфликтной) зоной будут соприкасающиеся поверхности хлопка и каналообразовалки.

Шаг 4. Определяем ОВ. Это время Т состоит из времени Т3 выполнения основной функции (создания вентиляционных каналов), которое совпадает с предконфликтным временем Т2 (укладкой бурта), и времени Т1 конфликта (удаления каналообразовалки), когда канал заваливается.

Т = T1 + T3 (T2).

Отсюда видно, что выполнение ОФ и конфликт происходят в разное время. Это позволяет использовать для решения проблемной ситуации объект, свойства или параметры которого изменяются (или могут быть изменены) с течением времени.

Прежде чем формулировать ФП, еще раз вспомним суть физического процесса, из-за которого возникает проблемная ситуация: заваливание канала происходит из-за трения поверхности жерди о поверхность хлопка. И если эти поверхности во время удаления разделить (или если они разделятся САМИ!), задача будет решена.

Шаг 5 (формулировка физического противоречия на макроуровне — М-ФП) особых затруднений не вызывает:

поверхность хлопка, образующая канал, должна соприкасаться с поверхностью каналообразовалки во время создания канала, чтобы канал формировался, и не должна соприкасаться с ней во время удаления, чтобы канал не заваливался.

Такая формулировка — должны соприкасаться и не должны соприкасаться — придает некоторую особенность формулированию шага 6 (физическое противоречие на микроуровне — μ-ФП): между поверхностью хлопка, образующей канал, и поверхностью каналообразовалки не должно быть разделяющих частиц во время образования канала, чтобы обеспечить их соприкосновение, и должны появиться частицы, разделяющие эти поверхности, во время удаления каналообразовалки, чтобы не было трения и канал не заваливался.

Шаг 7. Идеальный конечный результат (ИКР): техническая система должна сама обеспечивать отсутствие разделяющих частиц между поверхностью хлопка, образующей канал, и поверхностью каналообразовалки во время образования канала (во время укладки бурта), и появление таких частиц между этими поверхностями во время удаления каналообразовалки.

Этот же шаг 7 можно сформулировать иначе:

ТС должна сама обеспечивать отделение поверхности каналообразовалки от поверхности хлопка, чтобы устранить трение поверхностей при удалении каналообразовалки.

Физическое противоречие на макроуровне и, соответственно, последующие шаги можно сформулировать и так:

каналообразовалка должна быть большой («толстой») во время создания канала и маленькой («тонкой») во время ее удаления (здесь под размером понимается ее диаметр);

поверхность каналообразовалки должна состоять из частиц, обеспечивающих ее большой диаметр во время создания канала и маленький — при удалении.

ТС должна сама обеспечивать наличие частиц на поверхности каналообразовалки, изменяющих ее диаметр от большого во время создания канала до маленького во время ее удаления.

Шаг 8. А теперь определим свойства частиц, которые могли бы обеспечить устранение этих физических противоречий для каждого из сформулированных ИКР.

Вариант 1 — для частиц, которых не должно быть при укладывании каналообразовалки и которые должны появиться при ее удалении. Их функция — разделить соприкасающиеся поверхности. Сделать это можно двумя способами: либо отодвинув (отжав) хлопок от каналообразовалки, либо убрав поверхность каналообразовалки от хлопка.

На этом этапе анализа проходит та грань, где кончается чистая логика и наступает время «осенистов» (или «осенизаторов» — от слова «осенить», кому как нравится): надо искать реальные способы решения задачи. Но и тут есть хорошо известные и часто применяемые приемы...

Для реализации первого способа частицы должны обладать силой — механическим полем. В качестве частиц (это уже шаг 9) лучше всего взять окружающий воздух — тот ресурс, который ничего не стоит и которого всегда много. В качестве источника механического поля — обычный компрессор. Отжимать хлопок от каналообразовалки можно тоже двумя способами:

в качестве каналообразовалки использовать трубу, закрытую с одной стороны, с большим количеством отверстий в стенках. Если в такую трубу подавать воздух через второй конец, то, выходя через отверстия в стенках, он будет отжимать хлопок от поверхности трубы;

на хлопок воздух может давить и через стенки самой трубы, если они упругие, например резиновые, и растягиваются под давлением. Тогда есть смысл сделать наоборот: уложить надутую трубу, а потом сбросить давление и тем самым уменьшить ее диаметр. Так реализуется второй вариант — поверхность каналообразовалки отходит (сама!) от хлопка и удаляется из канала практически без трения. Частицы воздуха могут оказаться между хлопком и каналообразовалкой при вытягивании и в том случае, если каналообразовалка выполнена в форме конуса. Решение хорошее, но только теоретически: получить большой угол конусности на большой длине невозможно. Также теоретически подходит вариант телескопической конструкции (типа выдвижной антенны для переносных радиоприемников), но при такой ширине бурта (3–4 м) «телескоп» получается тяжелым и сложным.

Надутую, а затем спущенную трубу можно рассматривать как сначала большую, а потом маленькую — таким способом разрешается еще одно ФП. Другой вариант, как сделать большую трубу маленькой, рассматривается в гл. 8.

Убирать поверхность каналообразовалки от хлопка можно также по частям, внутрь канала, используя классический прием разрешения противоречия «Объединение — дробление». Для этого нужный размер каналообразовалки собирают из пучка тонких проволок, а после образования канала вытягивают их по одной, из середины пучка, пока диаметр пучка не уменьшится...

Можно предложить еще несколько вариантов, достаточно работоспособных и интересных.

Но все это «Вяло, ребята, вяло!», как говорил нам на семинарах Г.С. Альтшуллер. «Вяло», потому что, набравшись смелости отказаться от действия, которое вызывает появление НЭ1, мы эту смелость потом, при формулировании ФП, потеряли. А сильное ФП на уровне ИКР должно звучать так:

Каналообразовалка должна быть во время образования канала и должна сама исчезнуть, когда ее нужно будет удалять.

Чтобы объект исчез (или переместился), на него нужно подействовать какой-то силой — силовым полем. Основное поле, которого много и из-за которого, кстати, возникает проблема — это тепловое поле, жара. Значит, каналообразовалка должна исчезнуть под действием тепла. Но обычный лед не подходит, он при таянии дает воду, а она намочит хлопок. Лучше использовать сухой лед: он просто испарится, а канал останется. Это и есть контрольный ответ.

Есть в таком решении и дополнительный «пряник»: в процессе испарения лед будет отбирать тепло у внутренних частей бурта, тем самым ускоряя их охлаждение. Остается посчитать, какой вариант в каких условиях дешевле...

А теперь давайте сделаем выводы, тем более, что АРПС мы с вами практически разобрали полностью. Спешить не надо, самое главное — четкая логика.

Итак:

— Изобретатель получает, как правило, для решения не задачу, а проблемную ситуацию. В основе возникшей ситуации лежит неспособность технической системы справиться с теми новыми требованиями, которые к ней начинают предъявлять.

— А почему?

— А потому что создавали систему для работы в одних условиях, а мы начинаем предъявлять другие, новые. И необходимость изменить какой-то один элемент...

— Или параметр...

— ...или параметр системы из-за наличия системных связей тянет за собой необходимость менять другие элементы или параметры. До какого-то предела это еще можно, а потом все: изменения становятся для системы...

— Для системы или для нас — пользователей системы?

— ...для нас недопустимыми.

— Конечно, для нас! Системе все равно, какой вы ее сделаете. Она просто не будет выполнять те функции, которые вы на нее возложите, или будет выполнять их плохо!

— Чтобы система смогла справиться с новыми требованиями, необходимо устранить техническое противоречие. А чтобы выявить ТП, надо проанализировать проблемную ситуацию.

— В чем суть ТП?

— Техническое противоречие — это свойство связи между двумя объектами, их частями или параметрами.

— Суть свойства?

— Изменение одного объекта, части или параметра вызывает нежелательное изменение другого объекта, его части или параметра.

— Например?

— Например, задача о водопроводе: если мы хотим получить быструю очистку, то должны взять большой кусок кирпича.

— Что же здесь взаимосвязано?

— Размер объекта и производительность.

— Кто должен искать ТП?

— Анализировать ситуацию — это уже работа изобретателя. От выбора ТП зависит дальнейший ход решения, а от решения — те изменения, которые нужно будет произвести в системе. Чтобы изменения были минимальными, нужно стремиться изменять только те элементы подсистем, которые не затрагивают принцип действия ТС, тогда система эти изменения «не заметит».

— Как же это сделать?

— Прежде всего нужно провести иерархию задач — разбить их по уровням выполняемых ОФ. Можно это назвать функциональным анализом?

— В принципе можно. Но что должно лежать в основе такого анализа?

— Принцип действия, с помощью которого реализуется функция каждой подсистемы, не должен влиять на принцип действия всей системы. Затем для каждого уровня определяется нежелательный эффект и выбирается средство его устранения.

— С нежелательным эффектом понятно — он есть. А как выбрать СУ?

— Достаточно часто СУ в условии присутствует, но оно либо не устраняет НЭ1 полностью, либо создает новый нежелательный эффект. Как правило, такие СУ не меняют принцип действия системы, т.е. решается так называемая минимальная задача. Если же мы отказываемся от ПД системы — будет решаться максизадача, т.е. ПД изменится.

— Выбор СУ — шаг сложный и ответственный. Давайте вернемся к предыдущим задачам, посмотрим, как выбирали СУ там, и попробуем обобщить. Это была или замена одного объекта другим (жаростойкая мешалка вместо обычной, маленькие обломки кирпичей вместо больших), или действия над объектами (не нагревать раствор, уменьшить длину языка пламени, не вынимать жердь). И что дальше?

— Вводя средство устранения, чтобы избавиться от одного нежелательного эффекта, мы тем самым создаем новый нежелательный эффект — НЭ2.

— Всегда?

— Всегда!

— Не всегда. Бывает — хотя и очень редко! — что введение нужного СУ не создает НЭ2. Вспомните задачу о лампе Бабакина: ОФ — светить, НЭ1 — трескается колба. Если СУ — убрать колбу, то НЭ2 не возникает! Проблема исчезает, задача решена. Так же редко бывает, что НЭ2 нас не сильно беспокоит, тогда задача тоже решена.

— Понятно... Тогда после определения значимости НЭ2 строим схемы крайних состояний технического противоречия «или — или» и на их основе формулируем изобретательскую задачу: не вводя СУ и тем самым не создавая новый НЭ2, устранить НЭ1!

— Великолепно: вместо поиска компромиссного решения вы сознательно обостряете ситуацию! Зачем?!

— Чтобы выйти на идеальный конечный результат: все остается без изменений, а вредное свойство исчезает.

— А кто устраняет вредное свойство? Что является основой ИКР? Тут чего-то не хватает...

— Чтобы устранить вредное свойство, в систему нужно ввести новый элемент — средство устранения. Но это усложняет систему. Поэтому мы создаем отсутствующий элемент — вводим новый элемент, не вводя его.

— Как это делается?

— Мы вводим новый элемент с нужным свойством, это свойство оставляем, а сам элемент выводим. Получается, что в системе функционирует «идеальный» объект — его нет, а нужное действие выполняется!

— Хорошо! Теперь есть база для ИКР. Дальше!

— Дальше? А дальше мы выявляем ОЗ — место, где возникает конфликт, и ОВ — время, когда он протекает. Но если с «где» все понятно, то с «когда» — не очень...

— Что именно?

— В задаче о запайке ампул конфликт возникает сразу же, как только начинает выполняться основная функция — запайка шеек.

— Иными словами, можно сказать, что время конфликта полностью совпадает с временем выполнения основной функции.

— Да. В задаче о бурте хлопка, если делать каналы по одному из вариантов решений, тем более — с помощью сухого льда, конфликт вообще не возникает. Задача куда-то исчезла...

— Вопрос понятен. А как, кстати, с водопроводом?

— Тут вообще «или — или»: или обдиралка работает, тогда выполняется ОФ, или застревает, тогда конфликт.

— Теперь мне непонятно, что вам непонятно? После того как вы так все четко проанализировали...

— Получается, что время конфликта Т1 может полностью совпадать с Т3 — временем выполнения ОФ, может быть его частью, а может вообще лежать вне Т3, как в задаче об очистке труб.

— Именно поэтому оперативное время пришлось разделить на три части: Т1 — время самого конфликта, Т2 — время до конфликта и Т3 — время выполнения ОФ. В разных задачах эти промежутки могут полностью или частично совпадать — для того и существует шаг 4.

— А куда исчезло Т1 в задаче о бурте хлопка?

— Когда исчезло Т1? ДО решения задачи или ПОСЛЕ?

— После...

— Так почему вы об этом спрашиваете? Вы же сумели изменить систему таким образом, что конфликт не возник... Типичная задача, когда что-то заранее не предусмотрено. И прием, с помощью которого решают задачи такого типа, так и называется: «Сделать заранее». Теперь с «когда» все понятно?

— Вроде да. После определения ОЗ и ОВ нужно сформулировать ФП на макро- и микроуровнях.

— Что такое ФП и чем оно отличается от ТП?

— Физическое противоречие — это противоположные требования к физическому состоянию элемента системы. При одном состоянии наилучшим способом выполняется ОФ, при другом — устраняется НЭ1. Например: обломок кирпича должен быть большим, чтобы хорошо чистить, и должен быть маленьким, чтобы не застревать.

— Разница ясна?

— Ясна. ТП — это свойство связи между двумя элементами. ФП — это физическое состояние одного элемента.

— Всегда одного?

— Вроде бы всегда...

— Не чувствуется уверенности. Что-то смущает?

— Да, эти противоположные требования могут предъявляться к элементу в разное время и в разных местах, тогда это уже не противоречие...

— Совершенно верно! В первых вариантах АРИЗ физическое противоречие было тождественно диалектическому, когда противоположные требования сталкиваются в одном месте и в одно и то же время. И только недавно детальный анализ показал, что часто это не так. Но термин «физическое» пока сохранился, так как суть требования он передает достаточно точно. Так для чего все-таки ищут ФП?

— Физическое противоречие переводит задачу на уровень конкретного физического эффекта, который нужно использовать, чтобы получить идею решения.

— Какую задачу в ситуации с лодкой Робинзона вам предлагали решать?

— Как тащить лодку.

— А потом?

— Как поднять лодку.

— А какую вы в конце концов решали?

— Как опустить корму, чтобы нос поднялся...

— А в задаче о мешалке для стали?

— Из чего ее сделать — чтобы не плавилась и недорогая...

— А над чем в конце концов задумались?

— Как ее обмазать шлаком...

— Еще вопросы на эту тему или уже понятно, к чему они?

— Понятно: исходная ситуация предлагает нам решать одну задачу, а мы в конце концов решаем какую-то совсем другую, чисто физическую...

— На одном из первых семинаров по изучению ТРИЗ кто-то сказал: «Начальник вызывает и говорит: “Там что-то не ладится, идите, разберитесь и исправьте!”» Поэтому исходная ситуация называлась когда-то в ТРИЗ «административным противоречием»: когда что-то плохо, надо сделать лучше, но как — никто не знает. Причем многие уже пытались решить задачу, они загнали ее в тупик, подают ее вам в тупиковой формулировке, и часто им подсознательно хочется, чтобы вы ее тоже не решили — ведь они специалисты, профессионалы, и есть самолюбие... Поэтому так важен этап анализа исходной ситуации и выявления технического противоречия. И еще несколько вопросов: сколько элементов бывает в ситуации, с которой обычно начинается задача?

— Ой, много!

— А в мини-задаче на шаге 1?

— Мало: три-четыре.

— А в ТП?

— Всего два.

— А в ФП?

— Всего один.

— И для кого вы ищете решение?

— Для него, одного-единственного.

— Значит, варианты решений, связанные с использованием других элементов, из зоны поиска выпадают?

— Значит, выпадают... Получается: чем меньше элементов, тем меньше вариантов решений...

— Это количественно. А качественно?

— А качественно они нацелены на разрешение конкретного физического противоречия, т.е. на решение конкретной физической задачи на основе определенных физэффектов...

— И все?

— И все. А что еще?

— А еще вы забыли идею, ради которой боролись: добиться идеального конечного результата. И поэтому качественно ваши идеи, как правило, всегда очень сильны. Во-первых, потому, что они максимально приближены к ИКР, а все остальные вы по дороге отсеяли. А во-вторых, сформулированное ФП очень четко обосновывает определенные требования, которые нужно удовлетворить, чтобы реализовать ИКР. А для реализации ИКР нужно использовать вещества с вполне конкретными свойствами, которые можно сформулировать на основе ФП. И более того: алгоритм требует найти такие вещества прежде всего внутри системы и предлагает правила для их поиска.

Так что «ТРИЗ превращает производство новых технических идей в точную науку; технология решения изобретательских задач — вместо поиска вслепую — строится на системе планомерных вычислений и операций» [Г.С. Альтшуллер, 1979]. И если вы освоите эту технологию, то при встрече с любой проблемой — не только технической — вы будете вооружены стилем мышления хорошего изобретателя. Творческим стилем.