Глава 2. Методы решения изобретательских задач

2.1. Изобретательские задачи и их классификация

Выясним, чем же изобретательские задачи отличаются от других задач? Изобретательские задачи часто путают с задачами техническими, инженерными и конструкторскими. Рассмотрим разницу в содержании этих задач в примерах:

1. Построить обычный дом, имея готовые чертежи и расчеты, – это задача техническая.
2. Рассчитать обычный мост, пользуясь готовыми формулами, – это задача инженерная.
3. Спроектировать удобный и дешевый автобус, найдя компромисс между «удобно» (эргономический показатель) и «дешево» (экономический показатель) с выбором рационального варианта, – это задача конструкторская.

При решении этих задач не приходится преодолевать какие-либо технические противоречия.

Задача становится изобретательской только в том случае, если для ее решения необходимо преодолеть техническое противоречие.

Следовательно, при решении изобретательской задачи научно-инженерный работник каждый раз наталкивается на возникающие при решении задачи противоречия, которые постоянно приходится преодолевать, а именно, выигрывая в одном (добиваясь нужного результата), он получает проигрыш в другом (теряя другие функции или свойства). Если же конструктор пользуется заведомо известными в технике приёмами, то изобретатель уже ищет новые пути, новые приёмы.
Так, в горной технике в свое время, как отмечено у профессора А.Зворыкина, увеличение размеров сечения и глубины шахт привело к техническому противоречию, выражающемуся в росте давления горных пород на стенки шахт. Работа над устранением этого противоречия привела к переходу квадратного сечения стволов к круглому, а также к замене деревянных креплений на каменные.

Особенно четко проявляются противоречия, возникающие в судостроении и авиастроении. Так, чтобы корабль был «остойчив», то есть имел малую вероятность опрокидывания, его нужно делать шире, а чтобы он был «ходок», его необходимо делать длинным и узким.
Можно без сомнения утверждать, в подавляющем большинстве изобретения создаются, как результат преодоления технических противоречий.

Сказанное удачно проиллюстрировано на истории развития (изобретения) велосипеда. В 1813 году австрийский лесничий Дрез придумал «беговую машину», состоящую из рамы с двумя деревянными колесами и простейшего рулевого управления. Это и явилось началом истории создания и дальнейшего совершенствования велосипеда. В 1840 году на переднее колесо «бегущей машины» были введены педали, после чего собственно он и стал велосипедом. В данном случае было устранено противоречие, выражающееся в том, что при отсутствии педалей для езды приходилось отталкиваться ногами от земли.

В дальнейшем при совершенствовании велосипеда с целью увеличения скорости движения в примитивные конструкции колес и педалей вносились новые изменения. Однако постоянно возникали противоречия между усовершенствованными частями машины и оставшимися без изменения органами управления. Так, отсутствие тормозов, приемлемое для езды с малой скоростью, не отвечало условиям езды с более высокой скоростью. Это привело к тому, что в 1845 году на велосипедах появились тормоза.

С целью повышения скорости движения велосипеда увеличивали диаметр колеса для того, чтобы при одном обороте педали он проходил большее расстояние. Однако увеличение диаметра колеса привело к росту массы и снижению прочности переднего колеса. Это противоречие было устранено облегчением колес за счет изменения конструкции колеса, а также введением другого более прочного материала – металла. Но даже с облегчением переднего колеса при увеличении его диаметра стало труднее вращать колесо, что вызвало дальнейшее противоречие, выражающееся в росте трения и необходимости увеличения крутящего момента для вращения колеса. Данное противоречие было устранено введением на ось колеса шарикоподшипников.

Однако все эти изменения велосипеда привели к увеличению высоты расположения оси переднего колеса (увеличении диаметра колеса для повышения скорости движения), следовательно, высоты велосипеда, что повысило опасность езды из-за возможности падения. Возникла необходимость уменьшения диаметра колеса при сохранении высокой скорости передвижения. Это противоречие было устранено установкой трансмиссии. Так, в 1884 году была введена цепная передача, которая с изменением параметров трансмиссии позволила за один оборот педали делать несколько оборотов колеса. При этом происходило дальнейшее увеличение скорости движения велосипеда. Но с уменьшением диаметра колеса и увеличением скорости движения появилось новое противоречие, а именно стали сильнее проявляться удары о неровности на дорогах, что приводило к быстрому разрушению велосипеда. Это противоречие было устранено в 1890 году за счёт установки на колеса надувных (пневматических) шин. Кроме того, с увеличением скорости движения появилось еще одно противоречие между существующей трансмиссией и усовершенствованными частями машины, а именно, если велосипед разгоняется (особенно под гору), то велосипедист не успевает за вращением педали. Теперь уже изобретатель совершенствует трансмиссию, и в 1887 году изобретен механизм свободного хода педали (устроенного наподобие обгонной муфты). Возможно, после этого велосипед собственно и стал тем велосипедом сегодняшнего дня, который имеет множество модификаций от простых конструкций до сложных.

Из приведенного примера отчётливо видно, как непрерывно шаг за шагом происходило развитие велосипеда. Из этого же примера можно также проследить взаимосвязь развития отдельных его частей. Заметно, что возникающие противоречия между усовершенствованной частью машины и другими ее частями в процессе развития велосипеда все больше обострялись и тормозили его развитие. Устранение этих противоречий за счет коренного изменения одной части машины вызывало необходимость изменения в других ее частях. Это, в конечном счете, и является развитием технической системы, в качестве которого в данном случае выступает велосипед.

Как видим, в результате решения изобретательских задач развивается техническая система. Следовательно, под понятием «изобретение» следует понимать развитие какой-либо технической системы. Не следует забывать и то, что в решении изобретательских задач участвует мозг человека (центральная нервная система) и даже периферическая нервная система. Поэтому изобретательская задача – это только одна из форм задач, в которой потребности развития технической системы обнаруживаются человеком. При этом одни задачи являются более лёгкими и решаются легче, а другие бывают труднее и требуют для решения больших трудовых затрат и времени.

В связи с этим, классификация изобретательских задач производится по степени трудности. По степени трудности изобретательские задачи можно разделить на пять уровней (классов):

1. Задачи первого уровня – это самые легкие задачи. Для задач первого уровня характерно применение средств (устройств, веществ, способов), которые напрямую предназначены именно для выполнения одной и той же цели. В задачах первого уровня объект (устройство или способ) практически не изменяется.

Пример задачи первого уровня: Имеется печь, в которой находится расплавленный металл. В центральную зону печи подведен трубопровод для жидкого кислорода. Что нужно сделать, чтобы жидкий кислород, поступающий по этой трубе, не газифицировался вплоть до выхода в металл? Техническим противоречием здесь является газификация сжиженного кислорода при действии высокой температуры со стороны расплавленного металла, то есть задача является изобретательской.
Ответ очевиден: снижение температуры расплавленного металла не допустимо, нужна теплоизоляция, а если она уже есть, то нужно её усилить (сделать более толстой, ввести двойные стенки и т.д.).

Именно так и была решена эта задача, и результат был изложен в виде формулировки (формулы изобретения): «Устройство для подачи жидкого кислорода в расплавленный 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 толщиной 15-20 мм» (авторское свидетельство СССР № 317707, приоритет от 8.01.1968 г.).

2. На втором уровне объект изменяется, но несильно (как правило, в объект дополнительно вводится некий новый элемент). В качестве примера можно привести установку на ударную часть шлямбура дополнительно наконечника (который представляет собой боёк) для исключения смятия за счёт деформации трубы ударной части шлямбура.

3. На третьем уровне объект изменяется сильно, например: был коловорот – изобрели дрель; была лестница – изобрели эскалатор.

4. На четвертом уровне объект меняется полностью, например, был прожектор – изобрели лазер.

5. На пятом уровне меняется вся техническая система, в которую входит объект, например, были счёты – получили ЭВМ.

Учимся изобретать – 2.1. Изобретательские задачи и их классификация
Оцените данную страницу

Расскажите в социальных сетях или обсудите в комментариях →