Вернемся теперь к задаче 6, которая также широко использовалась при обучении ТРИЗ. Вот запись, сделанная опытным конструктором в первый день занятий:
«1-й путь - построить необходимое количество площадок. Кажущаяся простота и получаемая исчерпываемость результатов, Однако на самом деле - дороговизна осуществления (строительство), сложность эксплуатации. Таким образом, этот путь нецелесообразен.
2-й путь - имитация только экстремальных условий: наиболее благоприятных для эксплуатации тракторов и наименее благоприятных, т. е. создание на уже имеющейся площадке двух участков с соответствующими качествами грунтов.
Принимаю 2-й путь и как вариант - площадку с тремя участками: наилучшие условия, наихудшие и средние».
Ход решения и полученный ответ весьма характерны для обычного конструкторского мышления. Сначала рассмотрен прямой путь - построим необходимое количество площадок. Здесь очевидное техническое противоречие: выигрыш в качестве испытаний и проигрыш в сложности и дороговизне строительства. Конструктор ищет компромисс, нет стремления преодолеть противоречие. Выдвигается 2-й вариант: ограничимся двумя-тремя площадками. Но и здесь имеется техническое противоречие: проигрыш в качестве испытаний (2 площадки вместо 200!) и выигрыш в простоте и дешевизне. И снова нет попытки преодолеть противоречие. Второй вариант представляется более приемлемым (дешевизна!) - и выбор сделан...
Ни один из решавших эту задачу конструкторов (в их числе были и весьма опытные изобретатели, имевшие по 30-50 авторских свидетельств) не смог дать удовлетворительного решения. После освоения ТРИЗ слушатели общественных школ (включая студентов и школьников) без затруднений решали эту задачу.
Типичная запись решения: «Много общего с задачей о магнитном фильтре. В1 - почва. Введем В2 в виде ферромагнитного порошка. Используем для достройки веполя магнитное поле Пм. Действуя полем, можно менять характеристики смеси В2 и В1.
Интересно сопоставить записи вепольных преобразований с записями химических реакций. Записывая химическую формулу вещества, мы отбрасываем множество свойств, присущих этому веществу. Химические формулы ничего не говорят, например, о магнитных и оптических свойствах вещества, его плотности и т. д. Отражены лишь свойства, принципиально важные для химии: состав и структура молекул. Точно так же, записывая вепольную формулу технической системы, мы отбрасываем все свойства этой системы, кроме тех, которые принципиально важны для ее развития: вепольная формула отражает вещественно-полевой состав и структуру системы.
Появление языка химических формул стало возможным только тогда, когда в химию прочно вошли такие фундаментальные понятия, как атом, молекула, молекулярный вес, и столь же фундаментальные законы взаимодействия и преобразования веществ. Так, уравнивая коэффициенты в записи химической реакции, мы пользуемся законом сохранения вещества, хотя не каждый раз об этом вспоминаем. В отличие от математических формул химические не позволяют открывать новые явления исходя только из самих формул и некоторых начальных постулатов. Химическая символика отражает лишь те знания, которые уже есть. В этом смысле вепольный анализ скорее похож на химический язык, чем на математический.
В некоторых изобретательских задачах требуется устранить вредное взаимодействие двух объектов. В таких случаях надо использовать правило разрушения веполей. Запишем формулу веполя в общем виде:
Разломать этот «треугольник» можно различными путями: удалить один из элементов, «оборвать» связи, заменить поле третьим веществом и т. д. Анализ большого числа задач на разрушение веполя показал, что самым эффективным решением оказывается введение третьего вещества, являющегося видоизменением одного из двух имеющихся.
Задача 14
В светокопировальной машине по стеклу протягивается калька с чертежом. К кальке прилегает светочувствительная бумага. Стекло (сложной формы) сломалось. Изготовление нового стекла требует значительного времени. Поэтому решили поставить оргстекло. Однако оказалось, что калька при движении электризуется и прилипает к стеклу. Как быть?
Инженеры, не знающие правила о разрушении веполя, обычно начинают перебирать варианты, связанные с удалением электрических зарядов. Но отводить заряды, не загораживая свет и не усложняя аппаратуру, очень трудно. С позиций вепольного анализа задача решается иначе. Между калькой и стеклом нужно ввести третье вещество, являющееся видоизмененной калькой или видоизмененным стеклом. Проще взять кальку - она дешевле. Поскольку эта калька должна находиться между стеклом и калькой с чертежом, нужно, чтобы вводимая калька была прозрачной и не задерживала свет. Значит, надо взять чистую кальку. Задача решена. Если протянуть чистую кальку по стеклу, она прилипнет. Калька с чертежом теперь пойдет не по стеклу, а по этой прилипшей кальке.
На этом примере хорошо видно, почему в правиле говорится, что вводимое третье вещество должно быть видоизменением одного из двух имеющихся. Если просто ввести какое-то третье вещество, могут возникнуть осложнения: «чужое» вещество будет плохо чувствовать себя в «посторонней» ему технической системе. Нужно, чтобы третье вещество было и чтобы его не было; тогда оно не сломается, не удорожит систему, не нарушит ее работу - словом, не привнесет никаких осложнений. Правило разрушения веполя, указывая на необходимость использования одного из имеющихся веществ (видоизменив его), подсказывает, как преодолеть противоречие «третье вещество есть и третьего вещества нет».
Правило достройки веполя тоже включает указания на преодоление противоречия. Поле должно действовать на вещество В1 , и поле не должно (не умеет) действовать на это вещество. Вводя вещество В2 и действуя через него на В1 , мы тем самым преодолеваем противоречие.
Таким образом, вепольный анализ, как и анализ по АРИЗ, построен на решении задач выявлением и устранением противоречий.
Часто приходится решать задачи, в которых противоречие возникает из-за того, что нужно сохранить имеющийся веполь и в то же время ввести новое взаимодействие. Такова, например, задача 8. По ее условиям уже дан веполь, причем «хороший», нужный: механическое поле Пмех через В2 (круг) действует на В1 (цилиндр). Невыгодно перестраивать этот веполь или ломать его, поскольку условия задачи не содержат никаких претензий к самому процессу шлифовки. Такие задачи решаются по правилу построения цепных веполей:
Как видно из формул, суть решения состоит в том, что В2 (инструмент) разворачивается в веполь, присоединенный к имеющемуся веполю. Иногда В3 в свою очередь разворачивается в веполь, продолжающий цепь.
В задачах на измерение и обнаружение веполь должен иметь на выходе поле, которое легко измерить и обнаружить. Поэтому при решении этих задач конечное звено цепи В1 - В2 - . . . обычно имеет такой вид:
Например, в задаче 9 люминофор преобразует параметры оптического поля (невидимое ультрафиолетовое излучение превращается в излучение видимое): П П. Не менее часто встречается преобразование одного поля в другое: П1 П2. Реже используется излучение, генерируемое самим веществом, входящим в веполь.
Если вещество должно превращать одно поле в другое (или менять параметры поля), можно сразу определить необходимый физический эффект, используя простое правило: название эффекта образуется соединением названий двух полей. Например:
(оптико-акустический эффект)
Задача 15
Из-за сдвига горных пород буровую колонну иногда намертво «прихватывает» в скважине. Чтобы ликвидировать прихват, внутрь буровой колонны на глубину прихвата опускают вибратор. Но как узнать, на какой глубине возник прихват?
Зона прихвата невелика - несколько десятков метров, а длина колонны - километры. Задача не решается непосредственным зондированием; не годится и предложение измерять деформацию трубы при определенном усилии (буровую колонну нельзя рассматривать как жесткий стержень, к тому же колонна испытывает неучитываемое трение о стенки скважины).
Вепольная схема решения задачи несложна:
где П1 - механическое поле на входе; П2 - поле на выходе; В1 - грунт; В2 - труба.
Обычно при решении таких задач целесообразно иметь на выходе легко поддающееся обнаружению и измерению электромагнитное поле. Веществом-преобразователем целесообразно взять стальную трубу, а не грунт, поскольку мы не знаем, какой именно грунт окажется в месте прихвата. свойства же стали нам известны. Сталь - ферромагнетик; логично прежде всего использовать именно магнитные свойства стали: эти свойства уже есть, их не надо придавать извне. Таким образом, определилось название нужного физического эффекта: механомагнитный ( в физике он называется магнитоупругим эффектом); магнитное поле ферромагнетика меняется в зависимости от напряжения, испытываемого ферромагнетиком.
