Задачи для тренировки

© Альтшуллер Г.С., Журнал "Техника и наука", 1979, №10
АНАЛИЗ, ФОРМУЛЫ И НЕМНОГО ФАНТАЗИИ

Пришло время подвести некоторые итоги решения задач, опубликованных в очерках "Формулы талантливого мышления" и "Вепольный анализ" ("ТиН", 1979, № 3, 4). Отклики на эти материалы прислали 637 читателей. 382 из них приложили решения задач и упражнений. Кто же эти энтузиасты? 62% - инженеры, 24% - научные работники, преподаватели вузов, аспиранты, 9% - студенты технических вузов, 5% -школьники шестых-десятых классов. Теперь можно с уверенностью сказать: проблема повышения творческого потенциала инженера, научного работника вызывает большой читательский интерес.

Когда Пилот совершил вынужденную посадку в пустыне и встретил Маленького Принца, знакомство началось с решения задачи. Маленький Принц попросил нарисовать барашка. Первый рисунок был категорически отвергнут: барашек получился хилым. Забраковал Маленький Принц и два других рисунка, потому что на одном оказался слишком большой баран, а на другом - слишком старый. И тогда Пилот просто начертил несколько линий: "Вот тебе ящик. А в нем сидит такой барашек, какого тебе хочется". Маленький Принц обрадовался: "Вот это хорошо!" (Из книги Антуана де Сент-Экзюпери "Маленький принц").

Сильное решение задачи всегда неожиданно. Приходится отказываться от привычного образа объекта, ломать устоявшуюся терминологию. В конце концов "барашек" получается совсем непохожим на барашка. На том и стоит творчество.

ПРОВОЛОКА "ШИВОРОТ-НАВЫВОРОТ"

В задаче 3 требовалось рассмотреть необычную структуру: вместо проволоки, проходящей сквозь ферромагнитный порошок, надо было представить себе ферромагнитный порошок внутри проволоки. Некоторые читатели не приняли такую постановку задачи: если поместить порошок внутрь проволоки, это уже не будет проволока. Да, конечно, вывернув исходную техническую систему "шиворот-навыворот", мы придем к чему-то новому, необычному. Но ведь наша цель именно в том и состоит!

"Если отвлечься от понятия "проволока с находящимся внутри нее ферромагнитным порошком", - пишет А. Предеин (г. Курган), - получится "нечто, заполненное порошком". Это "нечто" - оболочка, имеющая произвольную форму, - труба, сосуд и т. д."

Задача нетрудная, достаточно преодолеть психологический барьер, чтобы увидеть россыпь всевозможных схем. "Проволока" превратилась в "трубу", и ферромагнитный порошок, управляемый извне магнитным полем, может перемещать трубу, ориентировать ее, изгибать, шлифовать, очищать стенки, регулировать движение газа и жидкости внутри трубы, перемещать неферромагнитные предметы, всего и не перечислишь... В. Карымов (г. Гомель) построил морфологическую таблицу, позволяющую получить 200 различных схем. У С. Козоровицкого (г. Рига) таблица включает 480 схем, и некоторые из них изложены в виде формул на предполагаемые изобретения.

Внести ферромагнитные частицы внутрь "проволоки" можно и в том случае, если она имеет поры. Простейший случай: нить, пропитанная взвесью ферромагнитного вещества. В. Казак (г. Харьков) предлагает использовать такие нити при изготовлении сетей и отмечает, что "магнитные" сети можно будет ставить и подо льдом, управляя ими магнитами, расположенными на его поверхности. От нитей логично перейти к всевозможным лентам и пластинкам. Инженер из Харькова С. Войтенко пишет об использовании подобных элементов для создания мозаичных панно, в быстросменяемых театральных декорациях и т. п.

Условия задачи 4 посложнее: предложение, относящееся к применению ферромагнитного порошка, должно быть новым. Приятно отметить, что это требование не смутило читателей. Предложений очень много, и диапазон их огромен: от устройства для подметания улиц до защитного "феррооблака" перед звездолетом... Большинство вариантов относится к технологии порошкообразных и сыпучих веществ. Перемещение и перемешивание порошков, их нагревание и охлаждение, контроль за их параметрами, регулируемое уплотнение и разрыхление, сортировка гранул...

Ну а если в той или иной технической системе ферромагнитный порошок уже используется?

ПЛЮС ФИЗЭФФЕКТЫ

Инженер Н. Рудковский (г. Рыбинск) советует в таких случаях переходить к использованию ферромагнетиков с определенной точкой Кюри. Появляются совершенно новые возможности: при нагревании до точки Кюри магнитные свойства исчезают, поэтому можно вести нагрев (например, индукционный) точно до заданной температуры. И. Рябкин (г. Чебоксары) предлагает вводить ферромагнитные метки в упаковочные материалы, причем каждый вид материалов должен иметь метки со своей точкой Кюри. Такая маркировка позволяет по-новому подойти к проблеме сортировки и утилизации городского мусора. Пожалуй, это одна из наиболее интересных идей. Чтобы правильно оценить ее, надо помнить, что только выбрасываемая нами упаковка фасованных товаров и продуктов составляет по всей стране около 12 млн. т бумаги, более 1,5 млн. т металлических изделий в год. Да плюс еще сотни тысяч тонн текстиля, пластмасс, стекла...

Почти во все объекты можно - прямо или с "хитростями"- ввести ферромагнитные частицы и повысить степень управления этими объектами. Поэтому не случайно в нескольких письмах промелькнул вопрос: а как будут развиваться такие системы дальше? Развитие фепольных систем идет за счет "присоединения" физических эффектов: переход через точку Кюри, использование эффектов Гопкинсона, Баркхаузена... Есть физические эффекты, которые пока вообще остаются "изобретательской целиной", например переход через точку Нееля- антиферромагнитную точку Кюри. Пополнение наших знаний о магнитных явлениях пока опережает возможность их использования в инженерной практике. Так, недавно были открыты новые явления в сверхсильных магнитных полях: в веществе совершаются неожиданные фазовые переходы, например неметаллы приобретают свойства металлов.

МАГИЧЕСКИЙ КРИСТАЛЛ ФОРМУЛ

С задачей 11 (как поместить сжатую пружину в "недра" прибора) справились почти все читатели. В школе технического творчества на Харьковском тракторном заводе (руководитель школы- В. Городовой) задачу решали на занятиях, и присланные слушателями школы ответы, пожалуй, наиболее точны. Правильная запись решения выглядит так:

					П
	В1		В2			В1

Нужно управлять веществом В1: вводим вещество В2, хорошо поддающееся управлению полем П, и связываем В2 с B1. Поле П "не умеет" непосредственно действовать на В1; но всегда есть возможность подобрать вещество-посредник В2. Простейший случай: сжатую пружину вмораживают в лед (сухой или обыкновенный); под действием тепла лед тает, пружина разжимается.

- Удивительно просто! Как до вепольного анализа не додумались раньше? - пишет Н.Мельник (г. Запорожье). - Однако неясно, как на веполи разложить сложную техническую систему, например экскаватор или электродвигатель?

Вепольные формулы отражают не строение технической системы, а структуру задачи и направление ее решения, определяемое законами развития технических систем. Поэтому нет вепольных формул экскаватора или электродвигателя, как нет, скажем, их химических формул. Все зависит от условий конкретной задачи. Вот, например, а. с. № 187135: "Система испарительного охлаждения электрических машин, отличающаяся тем, что с целью исключения необходимости подвода охлаждающего агента к машине активные части и отдельные конструктивные элементы ее выполнены из пористых металлов, например из пористых порошковых сталей, пропитанных жидким охлаждающим агентом, который при работе машины испаряется и таким образом обеспечивает кратковременное, интенсивное и равномерное ее охлаждение". В вепольной форме задача и ее решение выглядят так:

Необходимо устранить вредное действие теплового поля на электродвигатель: достраивают веполь, вводя вещество В2 и "подставляя" его действию теплового поля.

Задача 12 тоже несложна: для контроля за вытяжкой нити нужно нанести на нить не вещество, а поле, проще всего электрическое. О вытяжке можно судить по уменьшению линейной плотности заряда или по изменению расстояния между метками. Некоторые читатели предложили - в противовес вепольному решению - иные способы. Скажем, такой: нить наматывают на два цилиндра- до и после вытяжки - и по разности числа оборотов определяют удлинение. Что ж, в несложных задачах вепольные и невепольные решения примерно одинаковы по силе. Но вепольный подход дает универсальные формулы, которые пригодятся потом при решении более трудных задач. Представьте себе, что нужно определить относительное удлинение проката, не останавливая работу стана. С позиций вепольного анализа такая задача решается мгновенно. Однако реальное решение появилось с опозданием на десятки лет...

Решения, подсказанные вепольными правилами, имеют большие резервы развития, потому что вепольные и фепольные системы, как уже отмечалось, легко "присоединяют" различные физические эффекты. Предположим, где-то под землей сдвинулась порода и в каком-то месте зажала колонну буровых труб. Как найти это место? Нанесем магнитные метки на трубы (изнутри), а потом лебедкой "дернем" колонну. От удара размагнитятся все метки, расположенные выше места прихвата, - теперь нетрудно обнаружить границу раздела, соответствующую месту прихвата.

Решение учебных задач - нечто вроде тренировки на гимнастической перекладине. Можно просто пройти под ней и стать на то место, куда спрыгивают. Но какая от этого польза?..

ГРУСТНЫЙ ВУЛША, РАСКА, ДЕРАСЫ И Т. Д.

С анализом (морфологическим и начатками вепольного) все обстоит благополучно. А вот с упражнениями "на фантазию" получилось неважно. Дети справляются с такими упражнениями намного лучше. Судите сами. Когда задание придумать фантастическое природное явление дали читателям "Пионерской правды", пришло примерно такое же количество писем, но одних только видов фантастического дождя оказалось 47 (у читателей "ТиН" - 14). Фантастических разновидностей эхо читатели "ТиН" предложили всего 6, причем вершина фантазии - эхо, отвечающее на вопросы. Ребята придумали 16 видов эхо, в том числе эхо, повторяющее мысли (предложил четвероклассник)...

Фантазируя, дети идут - в 8 случаях из 10 - от природных прототипов, и ответы получаются изящные, естественные. В письмах читателей "ТиН" иные соотношения: в 6 случаях из 10 прототипами являются технические объекты, а в 7 случаях из 10 в итоге получается нечто, подозрительно похожее на машину.

Удачную работу прислала инженер М. Бдуленко (г. Красногорск Московской области). Правда, как она пишет, ей помогал сын. Помощь, видимо, была квалифицированной, потому что новые "фантастические эффекты" достигнуты без нагромождения технических средств. Вот, например, раска - радуга, вращающаяся наподобие скакалки. Или вулша, вулкан-шатун. Судя по рисунку, вид у вулши грустный и жизнь невеселая: вулшу вечно гонят с места на место, никто не хочет с ним пообщаться и поиграть. Глядя на грустного вулшу, начинаешь понимать, почему Маленький Принц так заботился о вулканах на своей планете...

"Постановка задачи, - пишет Б. Давыдов (г. Харьков), - подталкивает к морфологическому анализу, но это прием, а не фантазия".

Зачем же противопоставлять фантазию и приемы? Разве вулша, раска и дерасы (растягивающиеся деревья, придуманные М. Бдуленко) не сделаны одним и тем же приемом - динамизацией объекта? А лилипуты и великаны в книге Джонатана Свифта - разве здесь нет приема? Там, где фантазия предстает почти в химически чистом виде, например, в приключениях Мюнхгаузена или капитана Врунгеля, приемы видны отчетливо. Они как краски в живописи: чем больше и чем ярче палитра, тем больше возможности у художника, разве не так?

ВНИМАНИЕ: НЕРЕШЕННАЯ ЗАДАЧА!

А теперь - новая, еще нерешенная задача. Предложила ее инженер Э. Симкина с Ленинградского завода торгового оборудования:

"После операции калибровки штампованную цилиндрическую кружку литромера невозможно без больших усилий снять с калибровочной матрицы. Как облегчить эту тяжелую операцию?"

Итак, имеется прочный металлический цилиндр (матрица). На нем очень плотно сидит металлическая кружка. Нужен способ, позволяющий легко и без деформаций снимать кружку. Давайте сразу отбросим идею использования теплового расширения. Как-то неловко считать, что столь простая идея не была проверена и по тем или иным причинам отвергнута. Договоримся также, что заведомо не годятся сложные решения с выплавляемыми вставками и т. п. Нужно что-то очень простое, надежное, повышающее производительность (кружки надо калибровать одну за другой). Для решения этой задачи понадобятся и формулы вепольного анализа (они подскажут общее направление решения), и фантазия, потому что надо отчетливо представить ИКР (идеальный конечный результат), и технические знания, чтобы превратить идею в реальную конструкцию. Постарайтесь найти нечто оригинальное, неожиданное. Помните: в хорошем решении "барашек" всегда выглядит необычно...

ЗАДАЧИ ДЛЯ ТРЕНИРОВКИ

Помещенные здесь задачи для тренировки не связаны с содержанием публикуемого обзора.

	Нефть постепенно испаряется из резервуара. Загерметизировать резервуар нельзя. Пытались применить плавующие экраны, но стенки резервуара неровны, приходится оставлять зазор между экраном и стенками. Нефть по-прежнему испаряется... Как быть?
	Через отверстие в дне ковша выливается расплавленный металл. Нужно, чтобы количество вытекающего металла не изменялось при изменении уровня расплава. Задвижки и краны не годятся - отверстие должно быть открытым... Ваше предложение?
	Ведущий вал вращается со скоростями от 400 до 4000 об/мин. Ведомый вал должен постоянно иметь 400 об/мин. Как это осуществить?
	Для технологических целей систему заправляют жидким кислородом. При перекачки его из заправщика в систему попадает много пузырьков газообразного кислорода. Как отделить пузырьки газа от жидкости? Какова вепольная формула предлагаемого вами решения?