© Альтшуллер Г.С., Журнал "Техника и наука", 1979, №3
ФОРМУЛЫ ТАЛАНТЛИВОГО МЫШЛЕНИЯ

ПРЕЛЮДИЯ ТЕОРИИ

ОДИН ПРИЕМ

В наше время трудно удивить идеей управления каким-либо процессом. Управление термоядерной энергией? Что ж, дело ближайшего будущего. Управление наследственностью? Пожалуйста, уже есть генная инженерия. Любая идея об управлении чем-то, сегодня еще неуправляемым, воспринимается спокойно: разберемся, найдем средства управления, будем управлять. И только идея управления творческим процессом, как правило, вызывает резкое сопротивление. Вот типичное высказывание. Принадлежит оно драматургу В.Розову: "Как известно, акт творчества непроизволен. Он не покорен даже очень мощному волевому усилию или категорическому повелению... Как ни парадоксально, но художник в момент творческого акта как бы не мыслит, мысль убьёт творчество... Как мне кажется, художник мыслит до момента творчества и после него, во время самого акта творчества рефлексии быть не должно. Сложнее, конечно, обстоит дело с научным творчеством. Но и оно сестра художественному, возможно, даже родная. Несколько лет назад в одной статье я прочел замечание о том, что первоисточником величайших достижений и открытий во всех сферах культуры, науки, техники и искусства является внезапное и без видимой причины возникающее озарение. Это и есть творчество".

Попробуем усомниться в этом. Возьмем творческую задачу и попытаемся решить её, не рассчитывая на озарение.

Задача 1. По лотку течёт электропроводная жидкость. Расход жидкости измеряют с помощью расходомера, состоящего из магнитной системы М и электродов Э, на которых возникает э. д. с., пропорциональная скорости потока П (рис. 1). Нужно придумать новый тип электромагнитного расходомера.

Рис.1

Предвижу недоумённый вопрос: "А чем плох известный расходомер?". Не удивляйтесь, это ведь творческая задача, уточнение и корректировка условий — обязанность творца. Для нас известный расходомер плох уже тем, что он известен, а мы хотим придумать что-то новое... Приступим к решению. Прежде всего, запишем: дана техническая система, состоящая из М, Э и П. Устроена та истема так, что магнит расположен снаружи, внутри магнита находятся электроды, между ними — поток.  Напишем формулу схемы в соответствии с расположением элементов: МЭПЭМ или для симметрии так: МЭП-ПЭМ.

Нужно получить что-то новое. Используя нехитрый прием "шиворот-навыворот", будем переставлять буквы. Если ограничиться перестановками, не нарушающими симметрии, возможны шесть схем (включая исходную): 1. МЭППЭМ; 2. ЭМП-ПМЭ; 3. ЭПММПЭ; 4. ПЭММЭП; 5. МПЭЭПМ; 6. ПМЭЭМП (рис. 2).

Рис. 2

Когда операция "шиворот-навыворот" была проделана впервые, оказалось, что схема 4 давно известна: это лаг, прибор для измерения скорости движения судов. Схема 6 тоже дала лаг, но новый, обладающий существенным преимуществом: в отличие от лага по схеме 4, работающего на слабом магнитном поле рассеяния, лаг по схеме 6 использует внутреннее магнитное поле соленоида — оно на 1—2 порядка сильнее. Новой оказалась и схема 5: электроды можно передвигать по ширине потока для определения локальной скорости. Прибор по схеме 3 тоже измеряет локальную скорость, но вместо щупа в поток вводится магнитное поле, не создающее гидравлических помех. Интересна и схема 2: работа такого прибора не зависит от материала стенок лотка.

Простейший приём позволил получить четыре новых прибора, четыре вполне патентоспособных новшества. Теперь вы знаете этот приём. Попробуйте следующую задачу решить без подсказки.

Задача 2. Для очистки газов от пыли был предложен магнитный фильтр. Между полюсами электромагнита М расположен ферромагнитный порошок Ф, образующий пористый фильтрующий слой, сквозь который проходит поток газа П. Преимущество такого фильтра — возможность быстрой очистки фильтрующего слоя, когда он забьется пылью (рис. 3).

Рис. 3

Исходя из этой схемы, придумайте нечто новое. Надо полагать, неопределенность задачи теперь нисколько вас не смутит. Вы без труда составите схему фильтра: МФППФМ. И сразу же получите пять схем: ФМППМФ, ФПММПФ, ПФММФП, МПФФПМ, ПМФФМП. Интересно отметить, что схема ФПММПФ (магнит внутри, а не снаружи) была найдена и запатентована через много лет после изобретения фильтра по схеме МФППФМ. Создатель магнитного фильтра не увидел других схем — не осенило его, не было озарения...

ТРИ ПРИЕМА

Итак, один приём — это намного больше, чем ничего. А если ввести второй приём?

Через ферромагнитный порошок проходит газ... Почему именно газ? Будем менять агрегатное состояние изделия — это наш второй прием. Пусть, например, через порошок протягивается проволока ("поток твердого вещества"). Получилось устройство для очистки проволоки от ржавчины. Сожмём порошок посильнее, получим устройство для торможения стальных канатов. Или устройство для бесфильерного волочения проволоки, причем устройство поистине замечательное — оно поддается точнейшей регулировке и не знает износа. (Здесь и далее мы используем простые и наглядные примеры, не заботясь о том, насколько значительно то или иное техническое решение. Но все это — запатентованные изобретения. Следует подчеркнуть, что теория применима к любым задачам: не только к "грубому" производству проволоки, но и к деликатной технике физического эксперимента.)

Попутно задача для тренировки:

Задача 3. Исходная схема— проволока внутри ферромагнитного порошка... А если "шиворот-навыворот": ферромагнитный порошок внутри проволоки? Эта дикая идея может прийти в голову только при "вспышке гения" (озарении, осенении и т. д.). У нас же она выведена в виде формулы МПФФПМ. Нарисуйте эту схему и укажите ее возможное техническое применение.

Составим теперь таблицу:

Исходная схема магнитного фильтра соответствует клетке 1. Остается нарисовать еще 29 схем — для многих из них автоматически найдется применение. Скажем, клетка 11: магнитные чернила для быстрой записи телеграфных сигналов. Ферромагнитные частицы внутри чернил. Снаружи на чернила действует магнитное поле. Клетка 19: способ овализации абразивных зерен. Магнитное поле разгоняет ферромагнитный порошок, бьющий по абразивным зернам. Клетка 29: полировальник или тёрка для мытья стёкол. Внутри эластичного тела (подушки, надувной ёмкости и т. п.) находятся ферромагнитные частицы. Такую тёрку можно легко передвигать магнитом, расположенным с другой стороны стекла.

Часть схем окажется известной, часть — новой. Чтобы наверняка получать только новые схемы, будем идти от устройств, в которых нет ферромагнитного порошка и магнитного поля: введем эти элементы и наверняка получим новую систему. Например, совсем недавно была запатентована установка для испытания соединительных тяговых цепей: сквозь камеру с песком протаскивают цепь. Заменим обычный песок ферромагнитным, а механические устройства, создающие нагрузку на песок, — электромагнитом. Выигрыш: можно легко моделировать самые различные виды нагрузок.

Задача 4. Известно множество устройств, в которых рабочим органом или частью рабочего органа является порошок, крупинки вещества, зерна и т. д. Возьмите за основу одно из таких устройств и предложите нечто новое, введя ферромагнитные частицы и магнитное поле.

Почему бы теперь не использовать третий приём? Начнем вращать магнитные частицы (или изделие). Мы уже рассматривали структуру — магнит, окружённый со всех сторон ферромагнитным порошком. Если привести её во вращение, получим отличный шлифовальный круг для обработки изделий, имеющих впадины и выступы. Явно есть смысл составить вторую таблицу— для вращающихся устройств. Таблица будет во всём подобна первой, но с клетками от № 31 до 60. За деревом возникает целый лес интересных технических идей!..

Строго говоря, следовало бы сделать две отдельные таблицы — для схем с вращением инструмента и для схем с вращением изделия. В 1938г. был запатентован способ магнитно-абразивной обработки внутренних поверхностей труб; предполагалось использовать вращающееся магнитное поле. Способ не нашел применения. 24 года спустя (!) другого изобретателя осенило: вращать нужно не поле, а трубу. Результат получился отличный. Жаль только, что была потеряна четверть века...

1 000 ПРИЕМОВ?

Обычная технология производства новых идей основана на методе проб и ошибок: "А если сделать так?.. Не получается... Может быть, попробовать вот так?.." Метод этот столь же древний, как и сам человек. Правда, за долгую историю человечества были в него внесены некоторые усовершенствования: мы теперь не делаем явно нелепых проб (хотя ключом к задаче иногда оказывается то, что кажется нам нелепым), научились вести мысленные эксперименты — они быстрее вещественных, научились наваливаться на трудные задачи коллективно... Но суть метода осталась неизменной. И стоит ли удивляться, что понятие "творчество" нередко совпадает в нашем представлении с технологией решения творческих задач методом проб и ошибок? "Счастливый случай", "талант", "терпеливый перебор вариантов", "озарение" — эти понятия, присущие одной определенной технологии, приписываются творчеству вообще.

Мысль убивает творчество, говорит В.Розов. Да, при работе методом проб и ошибок бывает и такое. Неуправляемая мысль в силу психологической инерции уводит от, казалось бы, очевидной идеи. А если управлять мыслью? Мы ввели один приём управления (делай "шиворот-навыворот"), и он начал давать новые технические идеи— продукцию, которая ничем не отличается от полученной в результате озарения. Потом мы использовали сочетание трёх приёмов — и оказалось, что такое сочетание качественно сильнее одного приёма: мы получили нечто большее, чем даёт озарение, — у нас появился метод, позволяющий разворачивать какую-то одну схему в "пространство схем". Ну а если приёмов и методов у нас будет 100, 200 или 1 000?..

Приёмы известны давно. И очевидная мысль "чем больше приёмов, тем лучше" приходила в голову многим. Но с увеличением числа приёмов быстро растет неопределенность их применения: обладатель коллекции в 1 000 приёмов вынужден был бы решать задачу все тем же методом проб и ошибок, наугад перебирая приёмы.

Приёмы — огромная сила, если знать, когда и как их использовать. Необходимы теория и методика, позволяющие препарировать творческую задачу, добираться до её глубинной сущности и точно определять, когда и какой приём использовать. Для построения теории решения инженерных задач (о науке мы поговорим позже), нужно принять постулат: технические системы развиваются закономерно; эти закономерности можно познать и использовать для сознательного решения творческих задач. Ибо если закономерностей нет и технические системы развиваются произвольно, ни о какой теории не может быть и речи.

Закономерности, к счастью, существуют. Вот одна из них: системы с несогласованной ритмикой частей вытесняются более совершенными системами с согласованной ритмикой. Был, например, запатентован способ разрыхления угля: в массиве угля пробуривают скважины, накачивают воду и через неё передают импульсы давления. Способ оказался не очень удачным. Прошло семь лет — осенило других авторов, и они внесли одно-единственное, но решающее изменение: частоту импульсов надо согласовать с собственной частотой колебаний разбуренного массива. Семь потерянных лет— такова плата за незнание законов развития технических систем…

ТЕОРИЯ

Метод проб и ошибок вполне пригоден, если задача решается перебором десятка вариантов. Но чем выше "цена" задачи — сотни проб, тысячи, десятки тысяч, тем отчётливее проявляется слабость метода. Теория решения творческих задач должна дать способы перевода задачи высшего уровня — "ценой" во много тысяч проб — на низший уровень, где достаточно всего нескольких проб.

Чем же отличаются "дорогостоящие" задачи? Почему трудно решать трудные задачи?

Задача 5. При производстве электрических ламп накаливания для контроля нужно измерять давление газа внутри ламп. Как это сделать?

Задача предельно простая: поместим лампу в герметически закрываемый цилиндр, разобьём стеклянную колбу лампы, газ выйдет, измерим давление, внесём поправку на увеличение объёма. Как ни странно, это решение, доступное и школьнику, защищено авторским свидетельством...

Задача 6. Та же ситуация, что и в задаче 5, но разбивать лампы нельзя. Ваше предложение?

Сопоставляя эти две задачи, нетрудно увидеть их принципиальное отличие. Чем больше ламп разбито (одна из тысячи, одна из ста и т. д.), тем точнее контроль. Выигрыш в точности контроля сопровождается проигрышем в производительности. Для идеального контроля придется разбить все лампы, продукции просто не будет...

Необходимость преодоления подобных технических противоречий и делает задачи трудными, а их решение — творческим.

В глубине технического противоречия лежит противоречие физическое: одна и та же часть системы должна обладать взаимопротивоположными физическими свойствами. Колба лампы должна быть непроницаемой, чтобы держать газ, и должна быть проницаемой, чтобы можно было добраться до газа и измерить его давление.

Если решение задач — это процесс выявления и преодоления противоречий, можно сформулировать требования к теории решения задач. Теория должна:

• дать четкую программу обработки задачи, позволяющую шаг за шагом добираться до физического противоречия, спрятанного в "недрах" задачи;
  
• указать, какие именно приёмы следует применять для устранения тех или иных противоречий (разумеется, надо иметь обширный фонд таких приёмов);
  
• оберегать от психологических помех, и прежде всего от вторжения метода проб и ошибок, который будет вламываться в ход решения, навязывая пустые пробы ("Давайте взвешивать лампы!.. Ах, нет нужной точности?.. Тогда давайте просвечивать лампы рентгеном!..").

Построить теорию решения творческих задач весьма непросто. Скажем, для создания фонда приемов нужно переворошить сотни тысяч патентов и авторских свидетельств, отобрать десятки тысяч сильных решений и тщательно их исследовать. Но многое уже сделано. В следующих очерках мы познакомимся с основами теории, посмотрим, как устроена теория и как она работает.

А СЕЙЧАС - РАЗМИНКА

В конце прошлого века французский психолог Т.Рибо установил, что воображение, быстро развивающееся в первые годы жизни ребёнка, после 15 лет идёт на спад. Но решать творческие задачи обычно приходится в возрасте, значительно превышающем 15 лет... Проверьте себя, насколько развито у вас воображение. Вот первое упражнение:

Упражнение 1. Дождь, снег, радуга, эхо, цунами, полярное сияние и т. д. — это реальные природные явления. Нужно придумать фантастическое природное явление — не менее впечатляющее.

Постройте общую модель природного явления (среда, действующие вещества, энергия, физический эффект и т. д.), а потом, пользуясь этой моделью, попробуйте получить нечто новое, интересное. То, что вы придумаете, может относиться к другой планете.

(Продолжение следует.)