...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 волокна — своей 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 следо­вать 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...»

 

 

Рис. 15

 

Первое паровое судно, построенное в конце XVIII века американским изобретателем Фитчем, приводилось в движение... весла­ми (рис. 15, слева). Гребцы были заменены паровым двигателем, в остальном старая форма корабля не изменилась. Первый автомо­биль в точности повторял форму обычной кареты (рис. 15, справа). Первые электродвигатели, созданные в середине прошлого века, в точности 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 машины.

 

 

Рис. 16

 

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 уже 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.

 

«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).

 

 

Рис. 17

 

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».

 

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».

 

 

Рис. 18

 

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.

 

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. Задача была исключительно трудной, 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 100⁰ С 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 холодипьное вещество не уклады­валось в жесткие весовые рамки.

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

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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 газотеплозащитных костюмов, впервые в мире созданных в Советское 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 300⁰. От нагревания металл расширяется. В таком состоянии арма­туру 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...

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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

 

 

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 случае 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 всякая 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. Пускай 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 на 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 изоб­ретателя, когда, 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...»