ОСНОВЫ ИЗОБРЕТАТЕЛЬСКОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ. МЕТОДЫ РЕШЕНИЯ ИЗОБРЕТАТЕЛЬСКИХ ЗАДАЧ

Прежде чем перейти к изложению сущности АРИЗ и ТРИЗ, необходимо рассмотреть ряд вопросов, не совсем к ним относящихся, но имеющих большое значение для начинающих изобретателей и понимания содержания данного пособия.

Основные формы научного и технического творчества

К основным формам научно-технического творчества, получающим правовую защиту, относятся рационализаторское предложение, изобретение и открытие.

Общие сведения о техническом творчестве. Понятие технической системы

Научно-технический прогресс (НТП) - обусловленное действием объективных экономических законов непрерывное совершенствование всех сторон производства, сферы обслуживания, среды пребывания человека на основе развития и использования достижений науки и техники с целью практического решения стоящих перед обществом социальных, экономических и экологических задач, удовлетворения потребностей человека в повышении качества и продолжительности жизни.

Ускорение НТП неразрывно связано с изобретательской деятельностью на основе науки и ее достижений. Прогресс в технике и технологиях опирается, прежде всего, на научные открытия и фундаментальные пионерные изобретения. Но, безусловно, важным является также рационализация производства, которая «шлифует» технологический процесс и сам объект производимой техники «изнутри», в процессе производственной деятельности.

Показателем вклада изобретателей в развитие производства может являться:

- появление принципиально новой продукции, новых материалов или технологий;

- снижение себестоимости выпускаемой ранее продукции, улучшение ее качеств (точности, веса, ресурса, затрат горючего или электроэнергии, улучшение экологических характеристик и др.).

Обобщенным показателем оценки эффективности изобретений может служить экономический эффект, который дает возможность получения дополнительной прибыли как от использования более совершенной продукции или снижения ее себестоимости, так и от более высокой ее конкурентоспособности.

Все многообразие окружающих и занимающих нас объектов техники можно разделить на технические системы (ТС).

Техническая система - искусственно созданное материальное единство взаимосвязанных элементов, имеющих целью своего функционирования удовлетворение конкретной потребности человека, общества или других технических систем.

Причинами создания ТС являются потребности государства и общества. Поэтому главное, что отличает одну ТС от любой другой, - это то, какую потребность она позволяет удовлетворить. Технической системе присущи определенные и заданные функции.

Функция системы - это ее свойство, которое определяется через действие, оказываемое данной системой на внешний по отношению к ней объект.

Если сравнивать между собой две системы, выполняющие одну и ту же функцию, то в общем случае они будут иметь различные значения однотипных показателей. При этом по ряду показателей может доминировать одна система, а по ряду других - вторая. Например, самолет и вертолет - это близко функциональные системы, но с точки зрения максимальной скорости полета лучше самолет, а с точки зрения длины пробега при взлете или посадке - вертолет. В авиации подобных сопоставимых по функциональному назначению систем несколько. Здесь можно сравнить реактивную скоростную авиацию и транспортную авиацию. Реактивную скоростную пассажирскую авиацию и авиацию пассажирскую, но с поршневыми двигателями внутреннего сгорания и увеличенной площадью крыла. Можно найти и другие примеры.

Какая из систем лучше в целом? Для обоснования принятия решения в подобных случаях используется интегральное свойство системы - показатель качества.

Показатель качества системы - это ее свойство, значение которого повышается при увеличении положительных и уменьшении отрицательных показателей [7].

Например, для самолета и вертолета это сравнение может выглядеть следующим образом: если у самолета увеличивать скорость полета за счет новых конструктивных решений, то это приведет к увеличению длины пробега при посадке и взлете; если пытаться увеличивать скорость полета вертолета, то это никак не скажется на длине его пробега при посадке или взлете. В то же время повышать скорость вертолета значительно нельзя из-за наличия несущих лопастей. Поэтому понятно, почему соперничество двух близких систем привело к появлению третьей системы - самолета с изменяемым направлением тяги, что обеспечило ему вертикальный взлет, посадку и полет с максимально возможной скоростью.

А в настоящее время ведутся работы по созданию скоростного вертолета. В США фирмы Bell и Boeing, создают конвертоплан, у которого предусмотрен после взлета наклон несущих лопастей в направлении полета, а фирма Sikorsky уже испытывает свой скоростной (скорость 450 км/ч) вертолет. В России (фирма «КБ Камов» и завод «Миля») разрабатывают два варианта скоростных вертолетов. Ожидается, что скорость полета вертолета увеличится с 300 до 550 км/ч.

> Один из первых вертолетов (геликоптер) разработан в СССР (ЦАГИ) в 1926 г. Конструктор - Алексей Михайлович Черемухин - выдающийся летчик Первой Мировой войны (7 наград, 140 боевых вылетов). Им разработан геликоптер 1 -ЭА (экспериментальный аппарат) имел успешные полеты, но после аварии проект закрыли. А.М. Черемухин - известен также как автор первой в СССР аэродинамической трубы и методики испытаний геликоптеров на стенде.

Русский инженер Игорь Иванович Сикорский, создавший до революции в России самый мощный самолет своего времени «Илья Муромец», во время работы в США, предложил наиболее удачную конструкцию вертолета, и с 1938 г. открыл эру вертолетов. Фирма И. И. Сикорского доминировала в разработке вертолетов более 30 лет.

При разведке месторождений полезных ископаемых с целью их опробования, например, марганца или золотоносных россыпей могут использоваться различные способы проходки скважин: например, колонковый или ударно-канатный. Первый способ характеризуется высокой производительностью, но низким уровнем качества опробования полезного ископаемого. Второй способ при сравнительно невысокой производительности гарантирует качество. Какой способ выбрать для решения задачи? Основной показатель в данном случае очевиден - качество опробования, а потому для оценки месторождений подобного типа чаще используют станки ударно- канатного бурения. Стремление получить высокий показатель качества системы при значительной производительности привело к появлению гибридных способов бурения на россыпях - ударно-забивного с использованием мощных пневмоударников и ударно-вращательного с опробованием по шламу.

Приведенные примеры иллюстрируют этапы совершенствования технических систем в ситуации, когда развитие основных показателей привело к обострению противоречий между различными полезными функциями. Разрешение этих противоречий осуществляется путем специализации, т. е. за счет сужения поля функциональности и появления главной полезной функции системы (ГПФ).

«Функциональная ниша» делится при этом на несколько более мелких, каждую из которых занимает специализированный вариант системы. В примере с летательным аппаратом: для самолета ГПФ - скорость,

Л. Жизнь ТС

Рис.1 Л. Жизнь ТС: а - в виде роста показателя системы , б- в виде числа изобретений; в - в виде уровней используемых изобретений

грузоподъемность и дальность, вертолета - возможность приземления на малой площадке и для самолета вертикального взлета и посадки ГПФ - универсальность по скорости и возможности приземления на малой площадке.

Понятие ТС - относительное понятие, так как в данном случае определение технической системы зависит от масштаба рассмотрения. Например, самолет в полете - ТС, так как функционирует совершенно самостоятельно и неделим. Но самолет в аэропорту - это лишь элемент другой технической системы - ТС «Авиация», гораздо более крупной системы направленной на решение конкретной задачи, - обслуживание пассажиров и доставка грузов.

Технические системы, как и любые биологические или социальные системы, не вечны: они возникают, переживают периоды становления, расцвета, упадка и, наконец, сменяются другими системами. Техническая система может изменяться путем внутреннего изменения своей структуры.

На рис. 1, а [1,2] представлена типичная история жизни технической системы. Точка А на графике - рождение технической системы. Возникнув, техническая система далеко не сразу находит применение, она должна обрасти вспомогательными изобретениями более низкого уровня, чтобы быть

осуществленной. После этого происходит быстрый рост показателя системы. Рост показателей системы связан также с вливанием средств, поскольку на этапе 1-2 техническая система, как правило, становится привлекательной для инвестиций. В связи с вливанием средств работа над технической системой активизируется, увеличивается число исполнителей, занятых ею. Рост показателя системы происходит активно до точки 2, в которой потенциал системы практически исчерпан. Но система продолжает жить по инерции и стремится к развитию (интервал 2-3). В это время, как правило, по инерции в систему вкладываются большие средства, призванные вдохнуть в нее вторую жизнь. В это время происходит зарождение новой технической системы «Б» в недрах старой технической системы «А».

Пример. Авиация как система зародилась в начале XX в. Первые самолеты - винтовые движители с приводом от двигателя внутреннего сгорания. Активно система развивается в Первую мировую войну и достигает пика технического состояния в конце Второй мировой войны: скорость 800 кмч, высокие маневренность, надежность и огневая мощь, грузоподъемность и т.д. В это время появились первые реактивные двигатели и самолеты, которые изменили ТС «Авиация» через изменение ее внутренней структуры. В конце XX в. уже существуют самолеты, развивающие скорость полета в 10 скоростей звука, а поршневая авиация имеет ограниченное применение.

Пример. Смена способов бурения: ударное бурение заменено вращательным, затем появилось ударно-вращательное и вращательно-ударное бурение, позднее бурение ССК, с гидротранспортом керна. Показатель системы, в данном случае скорость бурения, нарастает. Когда наступит предел нарастания скорости бурения механическими способами, им на смену может быть прийдет другой способ, например, термомеханическое бурение.

Система «Б» близка к точке 3 системы «А». Старая техническая система «А» отстаивает свои позиции, происходит борьба двух систем, конфликт личностей и организаций. В этот момент при развитии технической системы проявляются инерция финансовых интересов и узкопрофессиональных представлений, а также недальновидность менеджмента.

В книге Билла Гейтса [6] автор называет нежелание воспринимать объективно необходимость кардинальных изменений в делах термином «нежелание выслушивать плохие новости», что также сказывается на темпах развития технических систем. Там же приведены примеры того, как нежелание выслушивать плохие новости приводило к краху компаний. Например, после Второй мировой войны компания Douglas Aircraft далеко опережала компанию Boeing со своей серией самолетов DC, но она оказалась так занята выполнением бесчисленных заказов на винтовую модель DC-7, что не смогла достаточно быстро перейти на более перспективную реактивную тягу. A Boeing построила свою 707-ю модель, не имея ни единого заказчика и опираясь исключительно на предвидение, бросила все силы на продвижение новой модели и выиграла конкурентную борьбу. Сейчас Douglas - часть компании Boeing, a Boeing - мировой лидер авиастроения.

Большинство компьютерных корпораций, отмечает далее в своей книге Б. Гейтс, названные лучшими в 80-е г.г. XX в., пережили с тех пор периоды серьезных неудач. Для IBM это был подрыв бизнеса на мини-компьютерах широким распространением ПК в 80-90-е г.г. (доля рынка всего за 2 года уменьшилась с 55% до 15 и далее до 10%).

Корпорация Digital Equipment со своими мини-компьютерами отобрала часть рынка у IBM лишь для того, чтобы затем уступить ее производителям еще более компактных машин - персональных ЭВМ, которыми ее менеджеры пренебрегли как простыми игрушками. В 1988 г. эта корпорация потеряла самостоятельность и ее приобрела фирма Compag.

Руководство фирмы Wang не разглядело вовремя наступления революции ПК, и она потеряла рынок средств обработки текста, уступив его компаниям, которые производили программы для ПК. Подобная недальновидность, нежелание слышать плохие вести о продажах и негативные отзывы о собственной продукции привели к банкротству компании.

В приведенных примерах четко отразились два основных момента, связанные с рассматриваемой темой. Первый показывает, что успех развития корпораций напрямую увязан с успешной технической политикой, со своевременным переходом на новые технологии и продукцию, а второй отмечает возрастающий темп обновления техники и технологий в современном мире.

Научно-технический прогресс через развитие технических систем можно представить в виде череды графиков, показанных на рис. 1.1, а.

«Лесенка прогресса» и развития технических систем

Рис. 1.2. «Лесенка прогресса» и развития технических систем

В этом случае получим следующую графическую форму (рисЛ.2), которую можно назвать «лесенкой прогресса ТС». На графике рис. 1.2 показано четыре периода развития системы: А, Б, В, Г. Учитывая, что эволюция любых систем в графическом отображении может соответствовать форме спирали, предполагаем, что выделенная «лесенка» - восходящая линия этой спирали, а период развития одной ТС - виток этой спирали. При этом рост показателя ТС обеспечивается ступенчато (увеличение графика справа), а в основе каждого рывка показателя вверх лежит та или иная новация, изобретение, которые, как ступени лестницы, позволяют ТС достичь новых высот.

Как отмечает в своих воспоминаниях величайший из изобретателей XX в. Н.Тесла

«Прогресс человечества неотъемлемо связан с изобретением. Это важнейший продукт его творческой мысли. Его конечной целью является полное покорение материального мира разумом, использование сил природы на благо человека. Это сложная задача изобретателя, которого часто не понимают и недооценивают. Но все эти неприятности он с лихвой компенсирует удовольствием от осознания своей власти и принадлежности к тому привилегированному слою, без которого человечество давно бы уже пало в бесплодной борьбе с безжалостной стихией...».

> Никола Тесла (1856-1943 г.) - американский изобретатель сербского происхождения, создавший основы современной электротехники и предложивший ряд идей, опередивших время на десятилетия. Тесла - единица измерения индуктивности в честь великого изобретателя и ученого.

Развитие технической системы иллюстрируется количеством изобретений, выполненных для ее развития. За период существования системы, как правило, отмечается два ярко выраженных пика (рис. 1.1, 6) [2]. Первый пик связан с массовым переходом на новую систему (интервал 1-2 на рис.1, а), второй с попытками реанимировать отработанную техническую систему (интервал 2-3).

Здесь важно при анализе не ошибиться, не спутать пик 1 и 2, а поэтому необходимо оценивать важность изобретения, изучая и сопоставляя его технические характеристики. В зависимости от этапа развития системы имеет место определенная закономерность в распределении изобретений по уровню. На рис. 1, в представлено подобное распределение.

Рождение технической системы - это наиболее высокие уровни изобретательской задачи. После появления системы появляются крупные узловые технические решения, способные заставить систему работать достаточно эффективно и на таком уровне, чтобы к системе обратились взоры лидеров промышленного производства. При массовом использовании системы наблюдается второй пик уровня изобретений, а затем уже следует необратимое снижение уровня изобретений. При этом важно иметь в виду, что изобретения высшего уровня очень редки, в основном создаются изобретения первого и второго уровня. Например, по 14 классам изобретений за 1965-69 г.г. выборка, по данным из работы [2], показала: изобретений первого, наиболее низкого уровня, - 32 %, второго - 45 %, третьего - 19 %, четвертого 3,5 и пятого, наивысшего уровня, всего 0,3 %. Некрупные изобретения нужны на начальном этапе становления технической системы (до точки 1 на рис.1) . Нужны они на этапе зрелости системы, но основная масса мелких изобретений относится к старым техническим системам (интервал 2-3 на рис. 1, а). Массовая инъекция таких изобретений призвана искусственно продлить рост показателя и жизнь устаревшей системы.

В идеале технические системы могли бы быстрее сменять одна другую. Для этого нужно, чтобы при достижении системой «А» точки 2 осуществлялся переход на систему «Б» (см. рис. 1.1).

Пример: Поршневая авиация сменилась реактивной авиацией

практически без задержек. Причина - война, которая требовала интенсивного развития боевой авиации.

В подавляющем большинстве случаев жизнь систем стремятся продлить и после прохождения точки 2 (график на рис. 1.1, а). Это выгодно тем, кто вкладывает средства в эти системы и рассчитывает на долгосрочные прибыли. Также следует учитывать консервативность мышления и склонность к развитию уже изведанных направлений в технике, а не к переходу на другие новационные разработки.

Пример: Себестоимость перевозки нефти на танкерах водоизмещением в 540 тыс. тонн на 56 % ниже, чем на танкерах водоизмещением 80 тыс. т. Поэтому инженерные силы решают задачу разработки супертанкеров и приспособлений для их эксплуатации, и не решают задачи поиска новых путей, новых систем транспортировки углеводородного сырья, альтернативных источников энергии. От этого происходит загрязнение океана, тратятся ресурсы горючего. Здесь пример и консерватизма, и стремления к получению гарантированной прибыли. Необходимо отметить также проблемы с финансированием новых проектов.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >