ПРОТИВОРЕЧИЯ В СИСТЕМЕ – ИСТОЧНИК И ПРОБЛЕМ, И РЕШЕНИЙ

Абрам Теплицкий

Беседы о творчестве

Беседа 8

На предыдущей встрече мы познакомились с идеальным решением, а теперь давайте начнем применять его для решения задач. Многие из русскоязычных жителей Техаса помнят, наверное, крушение парома “Эстония”, который опрокинулся в Балтийском море. В результате погибло более 800 человек. Расследование показало, что прочность замковых устройств шлюзов была ниже требуемой величины. В старой конструкции засов был сделан цилиндрическим, а такая форма требует большого зазора между соединяемыми частями для свободного запирания и отпирания ворот. Известно, что структуры с зазорами являются нежесткими, и как результат, части замка двигались относительно друг друга, истираясь, что в итоге привело к разрушению замка. После трагической аварии изобретатели задумались, каким должен быть идеальный замок. Вот здесь нам и поможет идеальное решение. В идеальном замке зазор между запорными деталями нужен в момент запирания, и зазор не нужен после соединения деталей. Этим требованиям удовлетворяет конструкция замкового устройства, описанная в Патенте США #5,875,658, выданном на изобретение “Locking mechanism for gates and hatches” авторам Lahtinen; Mauno Urpo Olavi и Holtta; Paavo Juhani. Схема этого замкового устройства приведена на следующем рисунке:

Верхняя коническая часть замка свободно вводится в нижнюю, а после введения соединение не имеет зазоров, что обеспечивает прочность. Использование конических засовов по сравнению с цилиндрическими значительно повысило надежность замковых систем.

Еще одна “замковая” проблема для читателей. Часто при исследовании горных пород необходимо оценить свойства грунтов на некотором расстоянии по горизонтали от вертикальной скважины, как это пытается сделать наблюдательный мальчик на рисунке.

Эта задача напомнила нам старый американский патент на ружьё, позволяющее стрелять … из-за угла.

Решая эту реальную задачу, мы сформулировали идеальное решение, или другими словами, алгоритм работы механизма. Мы думаем, что любой читатель готов указать этот алгоритм – сначала механизм должен “идти” вертикально вниз, а затем изгибаться и проникать в окружающий грунт по горизонтали. Теперь найдите в газете “Наш Техас” беседу, посвященную изобретательским трюкам, и внимательно прочитайте рекомендации по использованию трюка, который называется “сегментация”. Мы надеемся, что вас посетит идея изготовить механизм для “криволинейного введения наконечника в грунт”

многозвенным, как это сделал автор с коллегами. Небольшой направляющий криволинейный элемент, и звенья будут изменять направление движения, как бы изгибаться. Остался только один вопрос – как эти звенья соединять и разъединять? Посмотрите на рисунки под этими строчками, и вы увидите обычную застежку-кнопку, которая была использована для решения задачи, а рядом – само устройство для образования криволинейных скважин, в котором две многозвенные цепи соединяются застежками-кнопками.

В вышеприведенных примерах мы видим, что использование конического засова разрешило противоречие в системе, которое заключалось в том, что засов должен иметь зазор и не должен иметь зазор, а использование многозвенных механизмов с “застежками” разрешило противоречие, которое заключалось в том, что механизм при одном положении элементов был жестким, а при другом – мог изгибаться. Чтобы быть точными, мы должны отметить, что эти требования относятся к разному времени (как в случае засова), либо к разному положению в пространстве элементов (как в случае “криволинейного”механизма. В теории решения изобретательских задач, разработанной Генрихом Альтшуллером, показано, что все проблемы возникают из-за наличия в технической или любой другой системе противоречий. Альтшуллер систематизировал приемы разрешения противоречий в технических, а позднее и в других типах систем (социальных, экономических и т.д.). Как следующий этап, он разработал приемы разрешения этих противоречий, примеры которых мы кратко показали в нижеприведенной таблице.

Некоторые методы разрешения противоречий в системах

1.Разделение противоречивых свойств в пространстве

1.1 Разделить объект на части, имеющие противоречивые качества. Пример: Повышающая насосная станция, накопительный резервуар которой разделен на две части, заполняемые и откачиваемые по очереди.

1.2 Использовать возможности разделения частей объекта в пространстве для устранения противоречий в системе, например, разместить одну часть объекта в другой, как это предложено сделать для двух емкостей той же насосной станции.

2.Разделение противоречивых свойств во времени.

Разделить время использования объекта на интервалы, в которых он проявляет противоположные качества. Пример: Использовать лёд для изготовления твердых фильтровых элементов, и в таком состоянии размещать их в подземный трубопровод. С течением времени лёд растает, и дренаж станет “проводить” воду.

3. Разделение противоречивых свойств между фазовыми состояниями объекта.

Используйте потенциальные возможности систем, которые могут находиться в разных фазовых состояниях. Пример: Переход бентонитовой суспензии из твердого в жидкое состояние благодаря свойству тиксотропии.

Теперь давайте попробуем использовать рекомендации этой таблицы на практике и решить еще одну задачу, условия которой содержат противоречивые требования. Наблюдательные скважины, пробуренные в водонасыщенных грунтах, защищают от обрушения путем их обсадки металлическими или пластмассовыми трубами на всю глубину. Наличие обсадных труб затрудняет, а во многих случаях исключает изучение свойств грунтов, даже путем использования описанных выше устройств для криволинейного бурения. Давайте сформулируем для этой проблемы идеальное решение. Необходимо заполнить скважину материалом, который удерживал бы скважину от обрушения, а после, например, вибрирования, переходил в жидкое состояние и не препятствовал бы перемещению датчиков по скважине. Специалисты, знакомые с буровым делом, мы думаем, назовут такое вещество практически сразу – это раствор бентонитовой глины, имеющий свойство тиксотропии – так называется свойство перехода из жидкого в твердое состояние под воздействием вибрации и обратно с течением времени.

Теперь пофантазируйте и придумайте, как использовать тиксотропию бентонитовых растворов при прокладке трубопроводов? Затрудняетесь? Давайте обратимся за помощью к идеальному решению, которое мы можем представить следующим образом. Трубопровод мы собираем на твердой поверхности из отдельных труб в плеть нужной длины, а затем делаем “что-то”, и вся собранная плеть плавно опускается на дно чудесным образом откуда-то появившейся траншеи. Интересно, сколько времени понадобилось читателям, чтобы догадаться использовать в этом случае свойство тиксотропии? Автор несколько лет назад запатентовал способ прокладки трубопроводов, основанный на использовании этого уникального эффекта. В соответствии с этим патентом в грунте отрывается траншея, заполняемая бентонитовым раствором, который в течение заданного времени приобретает структурную прочность. По поверхности этого временно “прочного” бентонитового раствора укладывают и соединяют трубы. Затем делают фокус – вибрируют “твердую”суспензию, и откачивают образовавшийся жидкий раствор. При откачке раствора сохраняется свойство горизонтальности его поверхности, что исключает возможные перекосы труб. Рабочему больше не надо опускаться на дно траншеи. Трубы погружаются на дно … сами!. Запомните это уникальное явление тиксотропии – оно может помочь вам решить еще много трудных задач.

Мы советуем читателям изучать различные физические, химические, биологические и иные эффекты, которые могут помочь вам в решении различных проблем. Мы предлагаем вам открыть свою собственную библиотеку эффектов, и после эффекта тиксотропии занести в нее эффект Кюри – переход вещества из магнитного в немагнитное состояние при определенной температуре. Как показано на рисунке, на основе использования этого эффекта может быть создано устройство, подобное “вечному” двигателю. На основании установлен П-образный магнит, и в него входит кольцо из магнитного материала с точкой Кюри, до которой солнечные лучи могут нагреть этот материал. При отсутствии солнечных лучей ничего не происходит. Как только засветило солнце, кольцо начинает нагреваться выше точки Кюри, и кольцо меняет свои магнитные свойства. Под действием постоянного магнита кольцо начинает вращаться и приводит в действие генератор электричества. Похоже на волшебство? Вы можете стать таким волшебником! Пополняйте свою библиотеку волшебных эффектов из разных областей науки.

Теперь подумайте над оптимальным решением одной социальной, например, “библиотечной” проблемы. Библиотека получила в подарок от города новое здание. Как быстро перевезти и расставить огромное количество книг, и сделать это самым дешевым образом, какие ресурсы использовать для переезда? В качестве подсказки используйте следующую картинку.

Для получения подсказки подумайте, в каких случаях книга покидает пределы библиотеки, как бы начинает “переезжать”? Вы правы – когда вы берете книгу из библиотеки! Читатель, который читает нашу страничку в газете “Наш Техас”, предожил попросить всех читателей check out из старого здания библиотеки как можно больше книг, и check in эти книги в новое здание! Никаких грузовиков, никакой спешки, книги немедленно расставляются в порядке на новые полки …

Мы думаем, что вы воодушевлены возможностью совершать волшебство. Подумайте теперь, как “заставить” течение реки разводить мост и перемещать паром (ferry) с одного берега реки на противоположный. Для решения этих задач вам будут полезны результаты исследования Винни Пуха по измерению скорости ручья, и прибор, который он изобрел для этой цели.

Иллюстрации подготовлены Merle and Kelly Cunningham, and Анатолий Нелидин