© Альтшуллер Г.С., 1973.
ВЕПОЛЬНЫЙ АНАЛИЗ

ВТОРОЕ ЗАНЯТИЕ

МЕТОДУКАЗАНИЯ

Основная цель занятия - ознакомление слушателей с четырьмя главными свойствами веполей.

Рассмотрим основные свойства веполей, вытекающие из самого определения понятия «веполь».

Свойство 1. Можно измерять любые характеристики любого объекта» если сделать этот объект компонентом веполя»

ПРИМЕР. А.с. 239633: Способ определения степени затвердевания (размягчения) полимерных составов, отличающийся тем, что с целью неразрушающего контроля, в состав вводят магнитный порошок, измеряют изменение магнитной проницаемости состава в процессе его затвердевания (размягчения).

Прототип изобретения - непосредственное наблюдение за состоянием полимерного вещества. В этом случае мы имеем дело только с одним веществом В1, т.е. с невеполем. Суть изобретения в переходе к вепольной системе. Поскольку изменения в В1 не вызывают изменений в различных полях, необходимо ввести вещество В2, которое служило бы посредником между П и В1. Использование ферромагнитных частиц в качестве посредника - типичный прием при создании такого рода веполей.

Свойство 2. Можно изменять любые характеристики любого объекта, если сделать этот объект компонентом веполя.

ПРИМЕР. Патент США 3497005. Предлагается способ разрушения грунта силами акустического поля. Грунт предварительно пропитывается звукопроводящим веществом. Звуковое поле разрушает молекулярные связи в грунте.

ПРИМЕР. А.с. 373032: Способ проведения гетерогенных процессов, протекающих в диффузионной среде, путем введения в нее твердых частиц, которым сообщают колебательные движения, отличающийся тем, что, с целью ускорения процесса диффузии, твердые частицы перед введением в диффузионную среду намагничивают.

Здесь прототипом изобретения тоже является вепольная система, но с «плохим» - механическим - полем. Смысл изобретения в переходе к фэполю.

Свойство 3. Дифференцированное воздействие на один из компонентов веполя вызывает дифференцированное преобразование других компонентов.

Предположим» мы имеем веполь и, действуя на элемент П, получаем определенные изменения в элементах В1 и В2. Если мы теперь приложим к элементу П еще одно воздействие, то в обоих веществах появятся дополнительные изменения. Это вытекает из самого определения веполя: изменение одного компонента должно вызывать изменение других компонентов.

Свойство 3 веполей имеет важное практическое значение. Выбрав наиболее управляемый компонент веполя и применяя к нему несколько разных действий, мы получим в другом компоненте соответственно несколько разных результатов.

ПРИМЕР. А.с. 119156: Способ разделения порошка карбонильного железа на фракции, основанный на применении магнитов, отличающийся тем, что, с целью получения фракций порошков карбонильного железа с разной величиной магнитной проницаемости, разделение производят путем воздействия на порошок магнитных полей различной силы.

Свойство 4. Если один компонент веполя имеет определенную пространственную структуру, то эта структура может вызвать подобную структуру у другого элемента веполя.

Свойство 4 есть, в сущности, распространение свойства 3 на случай многих (одинаковых или различных по величине) воздействий, рассредоточенных в пространстве.

Это свойство также очень важно для решения изобретательских задач. Смысл его в том, что для создания определенной структуры объекта выгоднее не действовать непосредственно на объект, а включать объект в веполь и действовать на другой его компонент (или компоненты).

ПРИМЕР. А.с. 108894: Способ изготовления материалов слоистой структуры с заданным расположением слоев, отличающийся тем, что, с целью получения тонкой периодической структуры, взвесь частиц тугоплавкого вещества в расплаве легкоплавкого подвергают воздействию стоячего ультразвукового поля с быстрым охлаждением расплава.

Несколько дополнительных примеров.

К свойству 1. А.с. 305395: «Способ обнаружения и счета инородных включений в жидкости, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности, исследуемую среду облучают электромагнитными колебаниями сверхвысокой частоты и регистрируют форму и амплитуду рассеянных частицами колебаний, по которым судят о количестве включений в жидкости».

К свойству 2. А.с. 294928: «Способ крепления скважин цементным раствором с наполнителем, отличающийся тем, что, с целью повышения прочности цементного камня, в качестве наполнителя в цементный раствор вводят продолговатые частицы и полученную смесь перед ее твердением обрабатывают магнитным полем».

Конечно, формула неоправданно сужена. В строительстве часто приходится сталкиваться с задачами, для которых шаг 3-4в (Физическое противоречие) звучит примерно так: «Частицы строительного материала должны быть маленькими (при подаче) и большими (когда придут на место)». Это противоречие устраняется использованием ферромагнитных частиц: при движении механические силы легко разделяют намагниченные частицы, а когда материал останавливается, частицы слипаются и укрупняются. Конкретный пример - заметка «Стоит ли намагничивать глину?» из «Знание-сила» № 2 - 1969 г.: «Землесосный снаряд качает из реки на берег смесь воды и глины - пульпу, - чтобы намыть из нее плотину. А потом, когда земляной вал поднимается над низменными берегами, приходится немало времени ждать, пока мельчайшие частички глины вновь сольются в прочный грунт. Инженер Ю.Водяницкий предложил пропускать пульпу между полюсами мощного магнита. Крупинки окиси железа, которых в глине очень много, намагничиваются и легко слипаются друг с другом, когда вода схлынет. Намытый грунт очень быстро приобретает такую прочность, какой без магнитной обработки он достигал лишь после двух-трех лет выдержки».

К свойству 3. А. с. 240627: «Способ электромагнитного исследования в скважинах, заключающийся в возбуждении в горных породах пульсирующего магнитного поля и измерении э.д.с., возникающей в приемной катушке под действием изменения этого поля, отличающийся тем, что, с целью изучения проводимости зон, расположенных на различном расстоянии от скважины, измерения э.д.с. проводят в различные моменты времени после выключения источника магнитного поля». Поскольку магнитное поле меняется во времени, одно поле в различные моменты можно рассматривать, как несколько разных полей.

К свойству 4. Возможны веполи с определенной пространственной структурой вещества, а также и энергетические пространственные структуры. Например, патент США 3446666: «Эластичный стержень с большим количеством выступающей из него щетины вводят в трубу для ее очистки. При помощи виброгенератора в нем создают резонансные стоячие волновые колебания. Образующаяся при этом звуковая энергия высокого уровня разрыхляет и удаляет загрязнения с поверхности трубы». Смысл изобретения - в перераспределении энергии вдоль стержня, в сосредоточении ее в отдельных местах (пучностях) и, следовательно, в повышении концентрации энергии (в этих местах) на единицу длины стержня.

Надо, чтобы слушатели записали формулировки основных свойств веполей. Затем можно переходить к упражнениям. Часть упражнений надо рассмотреть в аудитории, часть дать в виде домашнего задания. Вопрос об использовании свойств веполей при решении изобретательских задач можно не затрагивать - это тема четвертого занятия. […]

Домашнее задание - не менее двух упражнений.

ТРЕТЬЕ ЗАНЯТИЕ

МЕТОДУКАЗАНИЯ

На этом занятии продолжается ознакомление слушателей со свойствами веполей - подробно рассматривается особенно важная для современного изобретательского творчества группа фэполей.

Занятие надо начать с раздачи проверенного домашнего задания и краткого его разбора. Далее излагается новый материал.

Несколько дополнительных примеров. Примеры веполей с различными полями:
Звуковое поле – а.с. 94574: «Способ распушки асбеста путем предварительной и окончательной распушки, отличающийся тем, что окончательную распушку ведут с помощью звуковых волн высокой частоты в водной среде, с целью максимального отделения первичных волокон друг от друга по длине при минимальном поперечном разрушении волокон».

«Запаховое» поле - заявка США на банковские купюры, обладающие стойким (но слабым) запахом. Цель изобретения в том, чтобы облегчить поиск (используют собак) похищенных денег.

Веполь на «механическом» поле - а.с. 119805: «Способ выгрузки камня из трюмов судов грейферами, ковшами и другими аналогичными устройствами, отличающийся тем, что, с целью наибольшего заполнения камнем захватного устройства, груженый трюм перед выгрузкой заполняют забортной водой».

Веполь на «химическом» поле - а.с. 320959:

«1. Способ монтажа микросхем при макетных и экспериментальных работах посредством быстротвердеющего на воздухе контактола, заключающийся в установке их в гнезда печатных плат с образованием контактирующих переходов между выводами и печатным монтажом, отличающийся тем, что, с целью образования контактирующих переходов, используют суспензию карбонильного никеля в растворе акриловой смолы в смеси с органическим растворителем.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что, с целью проведения неразрушающего цементажа, извлечение монтируемого элемента производят посредством растворения токопроводящего контактола».

Конечно, растворитель лишь весьма условно можно рассматривать в качестве поля. Но для вепольного анализа такой подход типичен. Наряду с полями в точном (и узком) смысле этого слова (электромагнитном, гравитационном) в качестве полей рассматриваются и математические поля - тепловое, различные механические поля (например, поле центробежных сил), потоки химически или биологически активного вещества («химическое» и «запаховое» поля).

Пример «пневматического» поля - а.с. 260459: «Привод, включающий закрепленный на шпинделе шкив и ременную передачу, отличающийся тем, что, с целью увеличения передающего момента, привод снабжен двумя или несколькими башмаками на воздушной подушке, прижимающими ремень к шкиву». Здесь мы имеем не систему «воздух – ремень», а именно веполь «воздух - ремень - сила, действующая со стороны воздуха на ремень».

Любопытный пример такого же веполя описан в патенте США № 3430421: «Предлагается косилка с вакуумным устройством. Вакуумное устройство создает разряжение над ножами. Создание вакуума над режущими брусьями приводит к тому, что растения удерживаются в вертикальном положении. Таким образом, вакуумное устройство обеспечивает удерживание травы в положении, при котором улучшается процесс резания, и удаляет траву».

Новый подход, новая теория часто вызывают необходимость в новых терминах или в расширенном толковании старых терминов. Например, теория информации резко расширила сферу применения термина «информация»: речь Цицерона и ничтожное изменение температуры, регистрируемое датчиком, - одинаково являются информацией. Системный анализ намного расширил границы термина «система»: кошка, телефонная станция, церковная иерархия - все это системы.

Вепольный анализ расширяет границы термина «поле». Слушатели должны хорошо это усвоить: универсальность вепольного анализа обусловлена именно шириной толкования термина «поле». Если есть воздействие (любое) - есть и поле.

В калейдоскопе, например, есть оптическое излучение (поле!), узорообразующие элементы и зеркала - это типичный веполь. Для вращения калейдоскопа нужно механическое воздействие - здесь мы имеем поле и вещество (калейдоскоп в целом), т.е. неполный веполь.

А.С 346014: «Способ изготовления литейных форм, включающий прессование смеси и протяжку, отличающийся тем, что, с целью уменьшения прилипания смеси к модели, модель вращают относительно собственной оси во время прессования смеси и при протяжке». Механическое воздействие и два вещества (смесь и модель) - это полный веполь.

А.с. 122259: «Газовая печь для плавки чугуна, выполненная в виде шахты, снабженной горизонтальной отражательной печью с горелками, отличающаяся тем, что, с целью обеспечения равномерного нагрева чугуна и перегрева его, отражательная печь выполнена вращающейся вокруг своей горизонтальной оси». Здесь тоже тепловое (как в калейдоскопе оптическое), механическое поле нужно только для вращения системы (тоже как в калейдоскопе).

Конечно, используя расширенное и нечеткое понятие поля, мы можем столкнуться с неясностями, можем в том или ином случае ошибиться. Ничего страшного в этом нет. Если, рассматривая данную в задаче систему, мы зашли в тупик, всегда можно вернуться и построить другой веполь. Если бояться таких случаев, надо резко сузить понятие поле, а это, соответственно, сузит и рамки вепольного анализа.

Итак, вепольные системы чрезвычайно разнообразны. Но мы в первую очередь будем заниматься веполями, в которых поле электромагнитное (или магнитное), а одно из веществ взято в виде ферромагнитных частиц. Такое внимание в фэполям вызвано тем, что переход к фэполям - очень сильное средство решения многих современных изобретательских задач. Причины ясны:

1. электромагнитное поле - чрезвычайно удобный и гибкий инструмент,
2. порошок - состояние вещества, легко поддающееся изменениям,
3.  электромагнитное поле и ферромагнитный порошок - очень активная «пара», дающая богатую гамму взаимодействий и очень чутко реагирующая на изменения внешней среды.

По идее еще более сильной парой должно быть сочетание «оптические лучи - оптически активный порошок (газ, жидкость)». К сожалению, пока нет достаточно активных оптических веществ. Может быть, мы пока имеем дело со слабыми лучами (для свето-гидравлического эффекта, например, нужно лазерное излучение), а может быть свет вообще не в состоянии дать такую богатую гамму взаимодействий с веществом, какую дает магнитное поле. Как, например, обеспечить притяжение вещества светом?..

Словом, пока пара «магнитное поле - ферромагнитный порошок» вне конкуренции.

На занятии надо продиктовать формулировки особенностей 1-4 и определение комфэполя.

Несколько дополнительных примеров:

Пример веполя, одно из веществ которого взято в виде порошка - а.с. 240890: «Способ контактной шовно-стыковой сварки с использованием дополнительного металла, отличающийся тем, что, с целью снижения трудоемкости процесса и повышения качества сварного соединения, металл вводят в зазор между свариваемыми листами в виде порошка».

Красивый пример веполя с электромагнитным полем - а.с. 154459: «Винтовая пара, состоящая из винта и гайки, отличающаяся тем, что, с целью предупреждения износа их поверхности путем устранения трения между ними во время работы, винт и гайки расположены с зазором, сохраняемым во время работы, в их резьбах уложены обмотки для создания электромагнитного поля, обеспечивающие поступательное движение гайки относительно винта».

Типичный пример фэполя - а.с. 304302: «Способ введения добавок в жидкий металл, включающий подачу ферромагнитных материалов в порошкообразном виде на струю металла при переливе его из одной емкости в другую, отличающийся тем, что, с целью повышения степени усвоения добавок металлом, в месте ввода добавки на струю создают направленное электромагнитное поле».

Еще один пример - а.с. 307912: «Способ изготовления трехслойных древесностружечных плит из измельченной древесины и из синтетического связующего путем ориентации внутреннего слоя в процессе формирования ковра с последующим прессованием, отличающийся тем, что, с целью повышения физико-механических свойств плит и упрощения технологии, в связующее для внутреннего слоя вводят ферромагнитный порошок, а ориентируют внутренний слой в магнитном поле».

Очень интересные примеры - в следующих заметках:

1. «Жидкость течет вверх» - «Техника-молодежи», № 2 1973, стр. 38.

2. «Алмазный резец лезвием наружу» - ИР, № 3 - 1972, стр.36.

3. «Жидкость, послушная магниту» - «Известия» 28.07.73

4. «Кокиль можно заменить сыпучим порошком» - ИР, № 10 - 72 г., стр. 35.

Занятие надо завершить постановкой домашнего задания. […]

ЧЕТВЕРТОЕ ЗАНЯТИЕ

Методуказания

На предыдущих занятиях, знакомясь со свойствами вепольных систем, мы уже видели на ряде примеров, как знание этих свойств может быть использовано при решении изобретательских задач. Четвертое занятие целиком посвящено применению вепольного анализа при решении изобретательских задач.

(Начать занятие надо, как обычно, с рассмотрения домашнего задания).

Если есть время - четвертое занятие может идти в два этапа - четыре часа.

План занятия:

А. основные гипотезы;
Б. правила применения вепольного анализа при решении изобретательских задач;
В. примеры применения вепольного анализа к задачам, ранее решавшимся слушателями с помощью АРИЗ;
Г. примеры применения веполъного анализа к задачам, решение которых только по АРИЗ вызвало затруднения;
Д. упражнения: рассмотрение новых для слушателей учебных задач.

Основные гипотезы, пожалуй, правильнее было бы назвать постулатами: это исходные положения, лежащие в основе вепольного анализа. Их правильность гарантируется историческим ходом развития технических систем и подтверждается возможностью применения вепольного анализа к решению новых задач.

Правила применения вепольного анализа. Слушатели должны записать эти правила (если нет возможности дать слушателям печатный текст).

В качестве задач надо взять задачи, которые решались по АРИЗ и без вепольного анализа, но могут быть решены и вепольным анализом.

Эту часть занятия желательно построить так, чтобы рассмотреть задачи с разными полями: гравитационное поле, пневматическое поле, термополе, примеры веполей с электромагнитными полями надо взять из упражнений, данных на дом на третьем занятии.

Затем следует рассмотреть разные задачи, относящиеся к системам с одинаковым полем. Целесообразно это сделать на задачах с термополем. В этих задачах отчетливо видны компоненты веполей: поле (тепловое, причем его нельзя менять на другое поле по условиям задач), объект и среда, хотя среда иногда фигурирует в условиях, «не выпячиваясь».
[…]

Если вслед за этим занятием предполагается следующее - пятое - занятие, входящее в программу второго курса института, надо дать слушателям домашнее задание. Целесообразно дать сложную и необычную задачу - она послужит потом основой для дальнейшего изучения вепольного анализа.

Задача. Если по металлическому стержню пропустить переменный электрический ток, а потом подать сильный электрический импульс, то взаимодействие двух токов заставляет стержень вздрагивать. На этом основан ряд изобретений: способ удаления льда с крыла самолета, способ удаления льда с решеток водозаборных сооружений (а.с. 290989).

Предложите еще одно изобретение в этом же духе.

Разумеется: если вы предложите удалять лед (или что-то другое) еще с какого-то объекта, - это будет слишком тривиально.