© Альтшуллер Г.С., 1973.
ВЕПОЛЬНЫЙ АНАЛИЗ

МЕТОДУКАЗАНИЯ ПО ПРОВЕДЕНИЮ ЗАНЯТИЙ

В 1973-74 учебном году в программы семинаров, общественных школ и институтов изобретательского творчества впервые вводится новая тема - основы вепольного анализа. В программах школ этой теме уделено 8 учебных часов, в программах институтов - 14 (из них первые 8 часов совпадают с программой школы). Количество часов, отводимых на вепольный анализ при проведении семинаров, зависит от конкретных условий. Во всяком случае, целесообразно выделить не менее 2-х часов на 20-часовом семинаре и не менее 4-х часов на 40-часовом.

Чтобы помочь преподавателям в подготовке и проведении занятий, составлены настоящие методуказания.

14 учебных часов разделены на 7 двухчасовых занятий. Первые 4 занятия соответствуют программе первого курса института (т.е. школе), следующие три - программе второго курса. При проведении семинаров надо использовать - в сокращенном изложении - материал первых четырех занятий.

Опыт обучения вепольному анализу пока невелик. Но он свидетельствует, что основные понятия и идеи вепольного анализа очень быстро осваиваются и прочно запоминаются. Это позволяет насытить курс большим числом примеров и упражнений.

Дополнительные примеры приведены в методуказаниях.

Вепольный анализ только начинает развиваться. Просьба к преподавателям: пожалуйста, отмечайте и сообщайте - что неясно слушателям, какие возникают вопросы, трудности. Очень желательно, чтобы преподаватели сообщали о новых примерах и задачах, которые им встретятся.

Вепольный анализ - новое и плодотворное поле исследований. Те, кого интересуют конкретные исследования, найдут в вепольном анализе интересные темы для работы.

ПЕРВОЕ ЗАНЯТИЕ

МЕТОДУКАЗАНИЯ

Основная цель занятия состоит в том, чтобы познакомить слушателей с понятием веполя и объяснить, почему вепольный анализ является сильным инструментом для решения изобретательских задач.

К изучению вепольного анализа следует переходить после того, как слушатели освоили основные приемы устранения технических противоречий . Наилучшая форма перехода - рассмотрение вопроса об эффективности приемов: «Мы знаем теперь 40 основных приемов устранения технических противоречий. Какие из них, по вашему мнению, наиболее сильные? Какие наиболее слабые? И почему?»

Дайте слушателям несколько минут на высказывание соображений, а затем расскажите об исследовании, проведенном Д.М.Хитеевой.

Хитеева - слушательница Азербайджанского общественного института изобретательского творчества. Исследование сравнительной эффективности приемов является темой ее дипломной работы.

Хотя списки приемов составлялись давно, никто, в сущности, не исследовал - какие приемы эффективнее и почему. А.И. Половинкин (см. его статью «О математическом подходе к изобретательским задачам») подсчитал частоту применения некоторых приемов и отождествил ее с эффективностью : чем чаще применяется прием, тем он сильнее. Это принципиально неверный подход. Основную массу патентуемых изобретений составляют изобретения 1-2 уровня. Использованные в них приемы - при статистическом подходе - окажутся наиболее распространенными и, если стать на точку зрения Д.И.Половинкина, наиболее сильными...

При оценке эффективности того или иного приема нужно учитывать не только частоту его применения, но и уровень получаемых при этом решений. Для этого Хитеева предложила формулу:

где
а - количество изобретений первой «низшей» категории в просмотренном массиве;
в - количество изобретений второй категории;
с - количество изобретений третьей категории;
П и М - коэффициенты, характеризующие (в условных единицах) «вес» изобретений второй и третьей категории по сравнению с изобретениями первой категории.

Первая категория соответствует решениям второго уровня, вторая - третьего уровня, третья - четвертого и пятого уровней по пятиуровневой шкале.

При исследовании использовалась картотека изобретений Общественной лаборатории методики изобретательства (точнее две картотеки: картотека примеров по приемам и картотека примеров по уровням) и первые 14 номеров «Бюллетеня изобретений» за 1973 год. Исходный массив составлял примерно 2000 изобретений. Из этого числа были прежде всего исключены все изобретения первого уровня, а также изобретения, сделанные нетиповыми приемами (на каждый такой прием приходилось всего 1-5 примеров - этого мало для статистической обработки). Осталось 919 изобретений, которые и были подвергнуты анализу.

Чтобы дать более ясное представление о том, чем отличаются изобретения первой, второй и третьей категории, приведем примеры, относящиеся к принципу универсальности (объект выполняет несколько разных Функций, благодаря чему отпадает необходимость в других объектах).

1. Изобретение I категории. Патент ЧССР № 103926 (ИР № 3-64 г., стр.3). Поскольку бак для горючего занимает лишний объем на самоходном шасси, изобретатели предложили заливать бензин в раму, которая выполнена из пустотелых труб. Такой подход уже широко используется в авиации. Применительно к самоходному шасси выигрыш невелик, а проигрыш - усложнение эксплуатации - значителен.
   
   
2. Изобретение второй категории. А.с. № 187964 (БИ № 21-1966, стр.96): Ручка для портфелей, отличающаяся тем, что, с целью использования ее в качестве эспандера, она состоит из двух входящих одна в другую частей, из которых одна закреплена, а другая выполнена с возможностью перемещения под действием пружинящих элементов.
   
   Здесь тот же прием универсальности: один объект стал выполнять две функции. Но функции эти относятся к далеким друг от друга областям - решение более оригинальное. Выигрыш в нем больше проигрыша, область применения может оказаться довольно большой (например, ученические портфели).
   
   
3. Изобретение третьей категории. А.с. № 295790 (БИ № 8-1971). Обезвоживание и обессоливание нефти ведут непосредственно в трубопроводе при движении нефти из мест добычи в район переработки. Благодаря этому оказывается возможным отказаться от очень дорогих установок. Обработка в пути - применительно к трубопроводному транспорту - идея новая и весьма перспективная (см. «Правда», № 227, 15.08.1970г.)

Коэффициенты П и М были приняты равными 5 и 25. При меньших значениях этих коэффициентов смазывается разница между изобретениями разных категорий, при больших значениях - слабо учитываются изобретения первой категории. Конечно, коэффициенты можно взять, скажем, равными 8 и 30 или 10 и 35. Это не меняет полученных результатов: важны не абсолютные значения вычисленных по формуле величин К, а относительные значения: у какого приема К сравнительно меньше, у какого приема К сравнительно больше.

В результате анализа отобранных 919 изобретений были получены такие значения К:

1) К < 5

Приемы: 3, 4, 5, 7, 12, 23, 27.

2) 5 < К < 10

Приемы: 1, 10, 15, 17, 18, 19, 24, 26, 33, 39.

3) 10 < К < 15

Приемы: 2, 6, 8, 9, 11, 14, 20, 21, 25, 29, 30, 31, 32, 35, 37, 38.

4) 15 < К < 20

Приемы: 16, 22, 28, 36, 40.

5) 20 < К

Приемы: 13 (К = 20,7), 34 (К= 21,3).

Наиболее слабыми приемами в наиболее слабой группе являются приемы 23 (К = 2,15), 27 (К = 3,5), 3 (К = 3,9).

Сопоставим приемы первой и четвертой групп. Приемы первой группы стары и направлены на специализацию; они близки к конструкторским решениям (3, 5, 7, 12). Приемы IV-V групп в целом значительно новее и направлены на приближение к идеальной машине (№ 34), на применение принципиально новых (обратных) подходов (13, 22), наиболее перспективных материалов (40), физэффектов (28, 36) и включают приемы (16) более тонкие, чем традиционные.

Близкие по смыслу приемы 1 и 2 оказываются в разных группах. Почему? № 1 - это просто раздробить (разделить на одинаковые части). № 2 - раздробить на части и вынести (взять отдельно) какую-то часть, т.е. разделить на неодинаковые части и использовать одну из них. Здесь уже два действия, поэтому прием глубже, сильнее.

Аналогичная картина с приемами 5 и 6. № 5 - простое объединение по принципу а + а = 2а. № 6 - совмещение, универсальность (а + а = б или а + б = в); при совмещении мы получаем не двойной объект, а один объект, работающий за двоих. Это опять-таки сильнее, чем простое объединение.

То же самое можно сказать о приемах 35 и 36. № 35 - изменить агрегатное состояние (одно действие), прием № 36 - использовать явления, сопутствующие этому изменению (два действия).

Прием № 10 – «сделать заранее», прием № 9 – «сделать заранее наоборот». № 9 включает два действия (заранее и наоборот), поэтому он сильнее.

Если сравнить «одинарные» приемы (5, 35, 10) с атомами, то «двойные» приемы (6, 36, 9) представляют собой нечто вроде молекул.

Возникает мысль: быть может, существуют еще более сильные «многократные» приемы («полимеры»)?

Если проанализировать 47 приемов (40 основных и 7 дополнительных - см. справку «Дополнительный список приемов устранения технических противоречий»), выяснится, что один прием резко выделяется своим явно составным, даже многосоставным характером. Речь ждет о приеме № 46 – «Применение ферромагнитных частиц в сочетании с электромагнитным полем».

Возьмем, например, а.с, 156133 - контрольный ответ по задаче 2-36 (усовершенствование фильтра): «Магнитный фильтр, состоящий из двух постоянных магнитов или из электромагнита, отличающийся тем, что с целью более эффективной очистки запыленного воздуха при его высокой температуре и влажности, в нем используется ферромагнитный порошок, помещаемый между полюсами магнита и создающий структуру слоевого зернистого фильтра». В этом изобретении одновременно использовано пять приемов: фильтр раздроблен в зерна (прием 1), зерна объединены (прием 5) с помощью электромагнита (прием 28) в слоевую структуру, имеющую пористое строение (прием 31), причем размеры пор могут меняться (прием 15)... Пять приемов использованы здесь в виде одного синтетического комплекса; достаточно убрать один прием, как вся система станет неработоспособной.

Рассмотрим еще одно изобретение, описанное в а.с. 155500: «Способ интенсификации теплообмена в трубчатых элементах поверхностных теплообменников, отличающийся тем, что, с целью повышения коэффициента теплоотдачи, в поток теплоносителя вводят ферромагнитные частицы, перемещающиеся под действием вращающегося магнитного поля преимущественно у стенок теплообменника, для разрушения и турбулизации пограничного слоя».

Здесь мы тоже имеем комплекс из пяти приемов: обычная «Мешалка» разбита в порошок (прием 1), порошок с помощью электромагнитов (прием 28) собран (прием 5) во вращающуюся (прием 14) пространственную структуру, причем концентрация порошка выше у стенок трубы (прием З).

Подобные комплексы было предложено называть фэполями. Буква «ф» указывает, что взяты ферромагнитные частицы, «эполь» указывает на применение электромагнитного (или немагнитного) поля.

Разработка вепольного анализа начата была именно с выявления особой роли фэполей (работа Д.М. Хитеевой была выполнена после появления вепольного анализа). Выяснилось, что многие сложные изобретательские задачи удается решить переходом от нефэпольных технических систем к фэпольным. Даже в тех случаях, когда по условиям задачи надо использовать явно не ферромагнитные объекты, эти объекты могут быть соединены с ферромагнитными частицами. Это обстоятельство делает фэпольные системы весьма широко применимыми: многие системы можно превратить в фэполи, а это значит, что им можно придать присущие фэполям свойства - гибкость, подвижность, управляемость.

Хороший пример - заметка «Магнитные следы» в журнале «Знание-сила» № 7-1973, стр.7:

«Борьба за чистоту планеты приобретает все больший размах. Особенно важно, чтобы танкеры, перевозящие нефть, не загрязняли воду. Но как проследить, чтобы после мытья трюмов-танков грязную воду не сливали за борт, а перекачивали в емкости на берегу? Как установить личность нарушителя? Вот одно из предложений. В нефть подмешивают небольшое количество железного порошка, намагниченного так, что разные партии его отличаются по магнитным свойствам. Груз танкера оказывается помеченным. Теперь, если промывочная вода с остатками нефти будет слита в море, нарушителя легко обнаружить».

Фэполи могут отличаться друг от друга частностями, однако у всех фэполей есть общие признаки. Каждый фэполь включает поле (электромагнитное, магнитное), ферромагнитные частицы и внешнюю среду, с которой они взаимодействуют. В а. с. 156133 внешней средой является пыль; а.с. 155500 - СЛОЙ воды, прилегающий к стенкам трубы.

Но если может быть разная среда, то почему не могут быть и разные поля? Электромагнитное поле хорошо тем, что активно взаимодействует с ферромагнитными частицами. Можно подобрать и другие пары. Например, ультрафиолетовый свет и люминесцирующие частицы.

Таким образом, кроме фэполей, могут быть и веполи - системы, включающие поля (любые), вещества (любые) и среды (любые).

Любой технический объект можно рассматривать как вещество, находящееся в некоей среде. При этом всегда происходит (или должно происходить) какое-то взаимодействие между данным объектом и средой или между данным объектом и другими объектами (веществами). Такое взаимодействие неизбежно сопровождается (или должно сопровождаться) энергетическим обменом, поэтому в системе всегда есть поле -электромагнитное, оптическое, гравитационное, тепловое, механическое. Иными словами, любой технический объект, данный в задаче, можно рассматривать как систему вепольную или могущую стать вепольной. Отсюда универсальность вепольного подхода: развитие технических систем идет либо путем перехода невепольных систем в вепольные, либо развитием от простых вепольных систем к более сложным.

Тут надо дать слушателям точную формулировку понятия «веполь» - см. стр.3 «Введения в вепольный анализ» (здесь и далее страницы указаны по ротапринтному тексту, розданному на днепропетровском семинаре). Вообще, дальнейшее изложение материала на этом занятии целесообразно строить так:
а) определение веполя; б) формула веполей; в) неполные веполи; г) пример 1; д) о понятии поля (см. дополнительно методуказания к занятию 3); е) классификация веполей; ж) пример 2.

Затем надо дать слушателям задание на дом. […] Надо заранее отпечатать текст упражнений или продиктовать текст упражнений (на это надо резервировать 10 минут).