home | login | register | DMCA | contacts | help | donate |      

A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z
А Б В Г Д Е Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я


my bookshelf | genres | recommend | rating of books | rating of authors | reviews | new | форум | collections | читалки | авторам | add

реклама - advertisement



ЗА ДЕРЕВЬЯМИ ВИДЕТЬ ЛЕС


...исследователь, который хочет, чтобы его вклад в науку не отозвался только на отдельном маленьком волоконце науки, а имел значение для всего ее неразрывного полотна, должен знать не только свойства этого волокнасвоей специальности, но кое-что и о всем полотне. Суровое, но необходимое требование.

Академик А. Несмеянов

Изобретатель обычно нетерпелив: найдя решение задачи, он склонен считать свою миссию законченной. В результате новая техническая идея используется только частично, не в полную меру. Обнаружив в саду яблоню, можно сорвать одно яблоко и тут же забыть обо всех остальных и о самом дереве. Это не лучший способ, но именно так и поступают многие изобретатели.

За оперативной стадией творческого процесса должна следом вать другая стадия — синтетическая.

Синтетическая стадия.

Первый шаг. Внесение изменений в форму данного объекта (новой сущности машины должна соответствовать новая форма).

Второй шаг. Внесение изменений в другие объекты, связанные с данным.

Третий шаг. Внесение изменений в методы использования объекта.

Четвертый шаг. Проверка применимости найденного принципа изобретения к решению других технических задач.


Изменяя сущность того или иного объекта (машины или части машины, процесса или части процесса), изобретатель вместе с тем Склонен сохранять старую форму. Маркс писал в «Капитале»: «До какой степени старая форма средства производства господствует вначале над его новой формой, показывает, между прочим, даже самое поверхностное сравнение современного парового ткацкого станка со старым, современных раздувальных приспособлений на чугуноплавильных заводах с первоначальным беспомощным механическим воспроизведением обыкновенного кузнечного меха...»

Первое паровое судно, построенное в конце XVIII века американским изобретателем Фитчем, приводилось в движение... веслами (рис. 15, слева). Гребцы были заменены паровым двигателем, в ©стальном старая форма корабля не изменилась. Первый автомобиль в точности повторял форму обычной кареты (рис. 15, справа). Первые электродвигатели, созданные в середине прошлого века, в ррчности воспроизводили по форме паровую машину (рис. 16, вверху). Цилиндр в них был заменен пустотелой электромагнитной катушкой, а поршень — металлическим стержнем. Когда по обмотке машины пробегал электрический ток, стержень втягивался в катушку. При переключении тока стержень возвращался обратно. Возвратно-поступательное движение преобразовывалось во вращательное при помощи коромысла, подобного балансиру паровой фашины. Лишь впоследствии были созданы электродвигатели с вращающимся ротором, и сразу отпала надобность в громоздком кривошипно-шатунном механизме.

Старая форма первоначально господствует и во многих современных машинах. Одна из первых углепогрузочных машин (рис. 16, внизу) имела две металлические «руки», напоминающие руки человека. Позднее рабочему органу придали иную, более целесообразную форму.

Первый шаг синтетической стадии и состоит в том, чтобы придать измененному объекту новую форму, соответствующую новой Сущности. Это достигается конструкторскими приемами и не представляет особого труда. Однако, несмотря на красноречивые уроки истории, изобретатели обычно сохраняют устаревшую традиционную форму объекта. Тут сказывается чисто психологический момент, Изобретатель воспринимает свою идею, как улучшение ужд известной машины. При этом, естественно, новая машина мыслится в виде несколько исправленной или дополненной старой машины. Изобретателю трудно сразу понять, что выдвинутая им идея, в сущности, означает создание принципиально новой машины, которая во всем может и должна отличаться от своего прообраза.


Как научиться изобретать

Рис. 16.

«Отставание» формы отнюдь не является фатальной закономерностью. Всегда есть возможность непосредственно за изменением сущности машины изменить и ее форму. Можно привести такой пример. У двухмоторных винтовых самолетов двигатели располагаются на крыльях. Вызвано это тем, что авиационные винты имеют большой диаметр, и потому невозможно придвинуть двигатели вплотную к фюзеляжу. Крылья, на которых расположены двигатели, приходится делать более прочными и, следовательно, более тяжелыми. Кроме того, увеличивается общее сопротивление: при движении самолета воздух давит на три «лба» — фюзеляж и два двигателя (рис. 17, сверху).

Незадолго до окончания второй мировой войны германский авиаконструктор Мессершмитт построил истребитель «МЕ-262» с двумя реактивными двигателями. Мессершмитт не смог преодолеть влияния старой формы: винтов уже не было, но двигатели по-прежнему размещались на крыльях (рис. 17, в середине).

Созданный примерно в то же время советский турбореактивный истребитель «МИГ-9» при одной и той же мощности двигателей значительно обошел «МЕ-262» по скорости. Дело в том, что главный конструктор А. Микоян убрал оба двигателя в фюзеляж (рис. 17, снизу) и получил один «лоб» сопротивления вместо трех. «МИГ-9» обошел по скорости и английский «Метеор-1». Причина та же: английские конструкторы «по традиции» сохранили старую форму двухмоторного самолета,

Второй шаг синтетической стадии состоит в том, чтобы изменить те объекты, которые работают совместно с данным.

В свое время Дарвин установил закон соотношения роста: изменение отдельных частей органического существа всегда связано с изменением других его частей. Точно так же обстоит дело и в технике. Была, например, система «лошадь прицепной плуг». Между тем трактор способен быть не только источником тяговой силы; он обладает достаточной устойчивостью, чтобы противостоять силам веса и нагрузкам, действующим со стороны плуга. Возникла мысль соответственно упростить плуг, убрать у него колеса. Появилась система «трактор -навесной плуг».

Как научиться изобретать
Как научиться изобретать
Как научиться изобретать

В изобретательской практике нередки случаи, когда появление задачи, в сущности, вызвано тем, что кто-то когда-то изменил одну

часть машины и забыл соответственно изменить другие части. Любопытный пример приводит в своей книге «Поиски конструктора» Д. Киселев. Длительное время Д. Киселев работал над усовершенствованием бурового долота. Однажды изобретатель взял в руки модель шарошки — зубчатого колеса# с помощью которого долото разрушает породу. И вот что произошло:

«Стараюсь очень осторожно перебрать все зубцы. Медленно перекатываю шарошку с руки на руку. Удар, провал... Гладко там, где зубцы идут плотно: при быстром движении след почти общий, волнистой линией, шарошка только щекочет руку. Зато там, где прогалина, большой интервал, рука больно ударяется о следующий зуб. Моя рука — «забой» — обкатывает шарошку! Скорость совсем маленькая, никакого давления... А если под большой нагрузкой и на огромных скоростях долото будет с силой вдавливаться в породу? Неужели здесь решение задачи? Но как же это раньше я не подумал об этом? И сам же совсем недавно делал для литья редкозубые шарошки... Ну да, конечно, то было для литья, оно меня занимало. Делал и не понимал, видел и не осмысливал.

Теперь с небывалой ясностью представляю себе долото опускающимся в глубину земли. Оно достигает забоя, вращается, движутся шарошки. Множество зубцов на каждой...

Я провожу ладонью по шарошке мгновенным движением и затем постепенно, медленно, по всей его поверхности. Как элементарно ясно даже на таком маленьком «опыте»! Конечно же, при прежнем, роторном низкооборотном бурении такое расположение зубцов было оправдано. Их породила тихоходная — 100 оборотов в минуту!—роторная установка. Тогда нужна была частая сетка поражения: вдавливаясь в забой, зубец за зубцом крошила шарошка породу, каждый зубец успевал медленно врезаться, совершить полезную работу. Решающее значение имел длительный постоянный контакт долота с породой. Но теперь.., Зачем теперь-то такое количество зубцов? Турбобур увеличивает скорость вращения долота в десятки раз, шарошка вращается с огромной быстротой. Что же успевают делать, вращаясь с такой скоростью, эти бесчисленные рядом посаженные зубцы? Только укатывают дорогу, как колеса телеги (рис. 18). Мы просто лишаем зубцы возможности трудиться... Нельзя было, теперь мне это ясно, изменив принципиально станок, оставлять на вооружении старый инструмент».

Последняя фраза' говорит о многом. Чтобы сделать изобретение, потребовалось представить себе весь агрегат в развитии и понять, что изменение одной части агрегата всегда вызывает изменения в других частях.

Следующий шаг синтетической стадии состоит в том, чтобы разработать для новой машины и новые методы использования, иначе говоря, по-новому организовать труд на новой машине. Об этом часто забывают даже самые опытные изобретатели. Можно привести такой пример. При возведении кирпичных зданий доставленный на стройку кирпич складывался на стройплощадке, а затем, по мере надобности, подавался к рабочему месту каменщиков. Когда перешли к монтажу домов из панелей, то сначала поступали точно так же: панели сгружали с автомашин на стройплощадку, а затем подавали на здание. И только впоследствии применили метод «монтажа с колес», когда панель прямо из кузова автомобиля подается краном на строящееся здание.

И, наконец, последний этап творческого процесса — проверка применимости найденного принципа к решению других задач. Наверное, читатель помнит историю французского садовника Монье, придумавшего первые железобетонные садовые кадки. Монье не догадался применить найденный принцип (совместная работа железа и бетона) к другим задачам. Железобетон как строительный материал был предложен не им. Садовник Монье за деревом не увидел леса.

Как научиться изобретать

Рис. 18.


Сейчас, когда мы ознакомились с основными этапами творческого процесса, читателю, вероятно, хотелось бы проследить общий ход решения изобретательских задач с применением методики.

Начнем с задачи, решение которой послужило в свое время первой практической проверкой методики изобретательства.

В 1949 году Министерство угольной промышленности объявило всесоюзный открытый конкурс на создание холодильного костюма для горноспасателей, занимающихся спасением людей, оставшихся в шахтах при подземных пожарах. Задала была исключительно трудней, на первый взгляд вообще неразрешимой.

Подземные пожары сопровождаются выделением ядовитого газа — окиси углерода, поэтому горноспасатели работали в специальных кислородных аппаратах. Температура воздуха при пожарах поднимается до 100С и выше, для защиты от нее и нужно было создать холодильный аппарат. Главная трудность состояла в том, что этот аппарат должен был мало весить. На горноспасателя нельзя «нагрузить» больше 28 кг, иначе он не сможет работать. Из этих 28 кг на долю кислородного аппарата приходилось 12 кг, на долю инструментов — 7 кг. Оставалось всего 9 кг. Если бы даже весь аппарат состоял из холодильного вещества (а ведь и сама конструкция должна что-то весить!), то и в этом случае запас холодильной мощности был бы недостаточен для двухчасовой работы (этот срок указывался в условиях конкурса). Лед, сухой лед, фреон, сжиженные газы... Ни одно холодильное вещество не укладывалось в жесткие весовые рамки.

Пусть читатель проследит за ходом решения; это даст представление о применении методики на всех этапах творческого процесса.

Ход решения

Как научиться изобретать

Как научиться изобретать

Как научиться изобретать

Были разработаны (мною совместно с инженером Р. Шапиро) два варианта конструкции комплексного холодильно-дыхательного аппарата. Оба проекта получили на конкурсе высшие премии — первую и вторую. Основной принцип — объединение холодильного и дыхательного аппаратов — лег в основу современных газотелло-защитных костюмов, впервые в миро созданных в Советском Союзе.

Интересно отметить, что другие проекты, поданные на конкурс, предусматривали отдельные аппараты для дыхания; изобретатели находились в плену старой схемы. Комитет по делам изобретений выдал авторское свидетельство на комплексный газотеплозащитный костюм. Второе авторское свидетельство было выдано на комбинированный сварочный аппарат, созданный с использованием того же принципа.

Другая задача, решение которой интересно проследить, связана с изготовлением предварительно напряженного железобетона.

Бетон, как известно, плохо работает на растяжение. Впрочем, «плохо» — это не то слово. Чрезвычайно, исключительно плохо — в 15 раз хуже, чем на сжатие. В железобетоне этот недостаток устраняется введением стальной арматуры. Однако и в этом случае еще задолго до разрушения арматуры в бетоне появляются трещины. Поэтому за последние десятилетия начали широко применять предварительно напряженный железобетон.

Идея предварительно напряженных конструкций может быть выражена в четырех словах: «уничтожение растягивающих напряжений в бетоне». При бетонировании укладывают предварительно растянутую арматуру. Специальные захваты держат арматуру в растянутом состоянии. Когда захваты отпускают, арматура укорачивается и сжимает бетон.

Если такое изделие подвергнуть растяжению, то растягивающим усилиям придется сначала нейтрализовать предварительное сжатие. И только после этого бетон начнет испытывать растяжение.

Предварительно напряженные железобетонные конструкции легки, экономичны, долговечны. Но, чтобы создать предварительное напряжение, арматуру надо растянуть. Для этого используют гидравлические домкраты. К сожалению, домкраты эти отнюдь не похожи на те простые и портативные механизмы, которыми пользуются шоферы. Гидравлический домкрат — сложное и громоздкое сооружение. Рабочее давление в гидродомкратах достигает 300, а в отдельных случаях и 500 атмосфер.

Изобретатели не раз предлагали различные механические натяжные устройства. Однако такие устройства обладают очень невысокой производительностью.

В последние годы начали применять новый способ натяжения — электротермический. Идея его проста. Арматуру нагревают до 300°. От нагревания металл расширяется. В таком состоянии арма-туру укладывают в форму и закрепляют захватами. После бетонирования захваты открывают, и арматура, охлаждаясь, укорачивается, напрягая бетон.

Остроумно? Да, остроумно, однако с первых же дней применения нового способа обнаружилось некое «но». Чтобы натянуть арматуру из низкопрочной стали, достаточно температуры в 300°. Но в предварительно напряженных конструкциях выгодно применять арматуру из высокопрочной проволоки. Для натяжения эту проволоку потребовалось бы нагреть до 600°, а при такой температуре изменяется микроструктура стали и механические качества проволоки катастрофически падают.

Задача, на первый взгляд, неразрешимая: один и тот же стержень нужно нагревать до 600° и в то же время нельзя нагревать до этой температуры...


Как научиться изобретать

Как научиться изобретать

Как научиться изобретать

Решающее Достоинство электротермического домкрата — простота. Все оборудование для натяжения арматуры панелей перекрытия состоит из двух пятиметровых тяговых стержней и двух сварочных трансформаторов (рис. 19).


Как научиться изобретать

Рис. 19,

Когда изобретение сделано, остается, казалось бы, немногое — решить вопрос о возможности его осуществления.

Первым экспертом нового изобретения обычно бывает сам изобретатель. Почему-то принято думать, что все изобретатели склонны переоценивать возможности и значение своих изобретений. Это далеко не так. На самом деле изобретателей скорее можно упрекнуть в обратном. История науки и техники дает немало тому доказательств. Например, Ньютон, основоположник научной оптики, утверждал, что никогда не удастся устранить хроматическую аберрацию. Сейчас объективы даже дешевых фотоаппаратов не имеют хроматической аберрации, Генрих Герц, впервые создавший установку для получения и регистрации электромагнитных волн, категорически отрицал возможность осуществления беспроволочной связи. Но несколько лет спустя Попов изобрел радио. Эдисон утверждал, что усовершенствованный им телефон никогда не будет использован для связи через Атлантический океан, и очень скоро смог лично убедиться в ошибочности своего прогноза...

Многие великие изобретения и открытия в свое время подверглись резкой критике и осмеянию. Более того, сомнение вызывало даже то, что сейчас стало символом очевидной и общеизвестной истины. Так, географ XVI века Франческо да Колло, прочитав сообщение, что Волга впадает в Каспийское море, написал гневное опровержение: «Волга не может впадать в Каспийское море, так как в этом сЛучаё она была бы пересечена Доном и неизбежно слилась бы с ним. Каспийское море не имеет ни впадающих в него, ни вытекающих из него рек».

Можно привести еще один любопытный пример. В 1934 году английское правительство направило письмо основателю Английского межпланетного общества. В этом письме говорилось: «...Научные исследования возможностей реактивных двигателей не дают указания, что они могут быть серьезными конкурентами винтомоторной силовой установке».

Изобретение—это прежде всего новая техническая идея. А всякий новая идея потому и нова, что она отрицает какие-то старые идеи. Заложенная в изобретение идея должна быть прогрессивнее, эффективнее уже известных технических идей. На практике изобретатель (и эксперт!) часто забывает, что надо сопоставлять именно идеи, принципы, и сравнивает новую машину со старыми. В процессе длительного развития эти старые машины достигли высокого конструктивного совершенства; первый же образец новой машины обычно еще грубоват, неказист. Тут нельзя не вспомнить слова Владимира Ильича Ленина: «...говорят, что первая паровая машина, которая была изобретена, была тоже плоха, и даже неизвестно, работала ли она. Но не в этом дело, а в том, что изобретение было сделано. Пусцай первая паровая машина по своей форме была непригодна, но зато теперь мы имеем паровоз» (Соч., изд. 4, т. 3, стр. 270).

Если сопоставлять машины, а не принципы, то вывод может быть и не в пользу нового изобретения. Но такое сравнение неправомерно: это все равно, что вывести не ринг ребенка и взрослого спортсмена.

Необходимость при оценке изобретения вносить «поправку на время» не означает, однако, что нужно делать некую скидку каждой новой идее. Внося «поправку на время», изобретатель условно представляет себе свое изобретение через какой-то промежуток времени, скажем, через два-три года. За это время конструкция новой машины отшлифуется и достигнет определенного совершенства. Но одновременно изменится и вся остальная техника. Поэтому изобретение в новых условиях может оказаться малоэффективным или вообще ненужным.

Изобретатель, найдя решение задачи, невольно видит свое изобретение осуществленным в данный момент. Фактически же для реализации изобретения нужно детально разработать проект, испытать экспериментальные образцы, наладить выпуск новой машины. Все это требует времени.

Мне довелось как-то познакомиться с проектом новой машины, автоматизирующей кладку кирпичных стен. Это была оригинальная машина — изобретатель выдвинул новые и остроумные принципы. Машина представляла собой портальный кран высотой с восьмиэтажный дом, но управлялась одним человеком, Я спросил изоб~ ретателя, когд^а, по его мнению, можно будет пустить в дело первый десяток таких машин. Изобретатель посмотрел на чертежи, помолчал, а потом ответил, что понадобится года два. «А нужна ли будет такая машина? Не сейчас, а через три года? Или через пять лет?» — спросил я. Изобретатель ничего не ответил. Он смотрел куда-то в окно, и я понимал, что он вносит поправку на время: учитывает тенденции развития строительной техники, прикидывает, когда кирпич будет окончательно вытеснен железобетоном, легкими ; металлами, пластмассой...

Ответа я так и не дождался. Изобретатель не спеша сложил чертежи и неопределенно произнес: «Н-да...»


ПО „ПАТЕНТАМ 41 ПРИРОДЫ | Как научиться изобретать | ЧТОБЫ УКРЕПИТЬ ЗНАМЯ...