Читаем Алгоритм изобретения онлайн бесплатно

Теория изобретательства изучает изобретательское творчество с целью создать эффективные методы решения изобретательских задач.

В этом определении присутствует мысль, которая может показаться «еретической»: что же — существующие методы плохи и нуждаются в замене? Но ведь, пользуясь этими методами, люди сделали величайшие изобретения! На этих методах основана современная индустрия изобретений, дающая ежегодно многие десятки тысяч новых технических идей. Чем же плохи существующие методы?

Не будем торопиться с ответом на этот вопрос, посмотрим сначала, как обычно решается изобретательская задача.

Вообще-то изобретатели не очень охотно и не часто рассказывают о путях, которыми они пришли к новой технической идее. Одно из счастливых исключений — книжка Б. С. Егорова «Секрет НСЕ»[1].

Борис Сергеевич Егоров, талантливый изобретатель, подробно и объективно описывает историю создания намоточного станка. Воспользуемся этим и проследим ход мыслей изобретателя.

Итак, прежде всего — задача.

«Представьте себе большую электронно-вычислительную машину, в глубине которой несколько тысяч мельчайших кольцевых трансформаторов. Каждый из них имеет отверстие всего лишь в 2 миллиметра. На каждом из таких колечек намотан тончайший, тоньше человеческого волоса, проводок, покрытый шелковой оболочкой. Это, разумеется, надо было производить вручную, не повредив нежной изоляции. То был изнурительный труд...»

Задача ясна: есть маленькое колечко, сделанное из феррита; нужно быстро и аккуратно обмотать это колечко тонкой изолированной проволокой.

Несколькими годами раньше Б. С, Егоров успешно решил подобную задачу — тогда требовалось механизировать намотку дросселей телефонных фильтров. Внешне обе задачи совершенно подобны: есть кольцо и есть провод, которым нужно обмотать это кольцо. Но крохотное ферритовое колечко значительно меньше, чем кольцо телефонного дросселя, и это принципиально меняло задачу.

«Должен сказать, что задача, которую предстояло разрешить, вначале не показалась мне очень трудной. Но когда я вплотную подошел к ней, это мнение пришлось изменить.

Трудность состояла прежде всего в том, что колечко, на которое следует наматывать провод, было размером лишь в 2 миллиметра».

Действительно, в БЭСМ-2, например, используются ферритовые тороиды марки К-28, имеющие такие размеры: внешний диаметр — 3,1 мм, внутренний диаметр — 2,0 мм, высота — 1,2 мм. В запоминающем устройстве той же БЭСМ-2 применяются еще более миниатюрные тороиды марки ВТ-1 с внутренним диаметром 1,31 мм.

Обмотку этих колечек вели вручную с помощью шпули. Шпуля представляет собой, в сущности, иглу, несущую в себе запас провода. На рис. 1 изображены в увеличенном виде и колечко и шпуля. Поперечное сечение колечка (тороида) может быть квадратным, прямоугольным или круглым — это несущественно.

Разумеется, задача сильно упростилась бы, будь колечко составным. Но ферритовые тороиды изготовляются методами порошковой металлургии: материал прессуется, а затем спекается. Никакая обмотка не выдержит применяемых при этом давлений и температур, поэтому приходится наматывать провод на готовое неразъемное колечко.

Рис. 1. Наматывать провод на колечки приходилось вручную — с помощью шпули.

«Какой же величины должна быть шпулька? Как игольное ушко? Сразу стало ясно, что от шпульки, с помощью которой осуществлялась укладка провода на моем первом станке, придется отказаться, она была бы слишком мала. Это усложняло решение вопроса. А нельзя ли обойтись без нее, заменить ее, использовать совершенно новый принцип намотки? Но каким должен быть этот принцип? Вопросы не давали мне покоя...

— А не применить ли здесь маятник?

Это мнение разделяли многие товарищи, с которыми мне приходилось советоваться. И я задумал решить задачу с помощью маятника. Принцип был прост: два маятника, а между ними кольцо; на маятнике игла; правый маятник иглой продевает провод сквозь кольцо и подводит иглу к левому. Кольцо при этом поднимается; игла идет обратно, и все повторяется сначала. Так и осуществляется намотка провода на кольцо. Удивительно просто, и при этом все делается без шпульки».

Была построена модель станка. Ее испытания дали отрицательные результаты — провод натягивался лишь тогда, когда игла находилась в крайнем положении, когда же она была в движении, провод провисал, поэтому витки ложились как попало.

«Я заново, с удвоенной энергией взялся за работу. Попробовал иначе разместить маятники, иначе расположить кольца, и так и этак пытался изменить ход работы маятников, но нить все равно провисала. Я проделал свыше трехсот экспериментов. В конце концов пришел к заключению, что от маятников надо отказаться.

Стало ясно, что следует искать иной принцип работы машины. Но какой? Перебрал несколько разных вариантов, но ни один из них не подходил. Тогда возникла мысль осуществить намотку провода с помощью сжатого воздуха, который выполнял бы роль маятников. Ту же самую иглу будет толкать через кольцо не маятник, а сжатый воздух».

Егоров построил еще одну модель станка. Но сжатый воздух не помог: провод провисал, как и в маятниковом станке.

«И тут в голову пришла мысль, что сам принцип намотки провода на кольцо не годится. Ведь во всех вариантах принцип был один: игла прошивает кольцо. А она не дает возможности держать провод в натяжении. Следовательно, надо отказаться от использования самой иглы и предложить взамен новый, совершенно новый принцип. Но что можно предложить взамен? На этот вопрос не мог никто ответить».

Шло время. Егоров не переставал думать о задаче. И вот однажды появилась новая идея. Случилось это в электричке.

«Я перевожу взгляд на моих соседей, и вдруг мой взор привлекает старушка, которая вяжет кружево. В руках у нее крючок. Она совершает движение рукой — и крючок делает колечко, еще движение рукой — и еще колечко. Я машинально смотрю, не отрывая глаз, на руки вязальщицы. Колечко... Колечко... Мысленно повторяю движение крючка раз, еще раз и еще. Потом я уже представляю себе движение крючка не в руках старушки, а в моем станке...

А что, если вместо шпульки и маятников применить в станке крючки? Крючок захватит провод, который пройдет через колечко. А специальной пружинкой можно будет тогда поддержать провод в натянутом состоянии. Я достаю иглу с ниткой, делаю из иглы крючок, и пытаюсь повторить движения старушки. Раз... другой. Неужели в этом обыкновенном крючке секрет намоточного станка, неужели найдена разгадка казавшейся неразрешимой задачи? Да, так и есть. Витки ложатся на кольцо ровно. Это и есть тот самый принцип, который я так долго искал. С помощью крючков можно осуществить крепкую, надежную намотку витков на кольцо».

Так появился принцип намоточного станка — знаменитого НСЕ.

Что можно сказать о путях, которыми шел изобретатель?

Некоторые особенности сразу бросаются в глаза. Поиски велись, в сущности, наугад. Или, как говорят психологи, методом «проб и ошибок». Возникала идея: «А если сделать так?» Затем следовала ее теоретическая или практическая проверка. Одна идея оказывалась неудачной, выдвигалась вторая, третья...

Схематически этот метод изображен на рис. 2. От точки, которую мы назовем «Задача», изобретатель должен попасть в точку «Решение». Где именно находится эта точка, заранее, конечно, неизвестно. Изобретатель создает определенную поисковую концепцию ПК, т. е. выбирает направление поисков («И я задумал решить задачу с помощью маятника»). Начинаются «броски» в выбранном направлении (они условно обозначены стрелками): «А если попробовать так?» А потом становится ясно, что неправильна вся поисковая концепция — поиски идут не в том направлении («В конце концов пришел к заключению, что от маятников надо отказаться»). Изобретатель возвращается к задаче, выдвигает новую поисковую концепцию («Тогда возникла мысль осуществить намотку провода с помощью сжатого воздуха...») и начинает новую серию «бросков».

В практике количество попыток обычно намного больше, чем изображено на схеме. Егоров говорит о трехстах модификациях одной только первой модели станка, вообще же при поисках решения методом «проб и ошибок» количество попыток очень велико. Требуются тысячи, иногда и десятки тысяч «а если?», чтобы нащупать удачное решение.

Рис. 2. Схема поиска методом «проб и ошибок».

И еще одна очень важная особенность. На схеме стрелки расположены гуще в направлении, противоположном «Решению». Это, конечно, не случайно. Дело в том, что пробы не так хаотичны, как кажется на первый взгляд. Приступая к поискам, изобретатель опирается на свой предыдущий опыт. Егоров однажды уже создал станок для намотки телефонных дросселей, и при решении новой задачи мысль сначала неизбежно шла в привычном направлении: нужна — как и в прошлый раз — шпуля, но она должна быть очень тонкой; заменим ее иглой, т. е. той же шпулей, но без запаса провода.

В сущности, безуспешность почти всех попыток вызвана стремлением так или иначе использовать иглу. Эта первоначальная тенденциозность показана на схеме «вектором инерции» ВИ, выходящим из точки «Задача» и направленным в сторону от «Решения». Большим шагом вперед была мысль, что от иглы нужно вообще отказаться...

Мы еще продолжим разговор о методе «проб и ошибок». Но у читателя уже сейчас есть отличная возможность самому испытать этот метод.

Задача 1

Станок Егорова хорошо справляется с намоткой колечек, если их внутренний диаметр не менее 2 мм. Однако миниатюризация электронных машин требует более мелких колечек. Как и раньше, их обмотку приходится вести вручную. Как ее механизировать? Попытайтесь решить эту задачу. Без теории изобретательства.

Задача предельно наглядна: имеется колечко, сделанное из феррита; внутренний диаметр колечка, скажем, 0,5 мм. Имеется также тонкая изолированная проволока. Надо механизировать намотку.

Количество витков провода, вообще говоря, зависит от назначения тороида и меняется в широких пределах: в тороидальных трансформаторах их обычно несколько сотен, тороидальные элементы запоминающих устройств имеют всего по три витка. Допустим для конкретности, что на каждое колечко надо нанести двадцать витков проволоки.

Два дополнительных соображения. Первое: задача учебная, поэтому нельзя ее изменять, т. е. предлагать решения, связанные с отказом от применения ферритовых колечек. Второе: способ намотки может быть каким угодно, однако он должен обеспечивать высокую производительность: в запоминающем устройстве электронной машины используются сотни тысяч и даже миллионы колечек.

Для решения этой задачи не нужны какие-либо узкоспециальные знания. Но найти хорошее решение методом «проб и ошибок» вряд ли удастся даже опытному изобретателю. По правде сказать, я уверен — вы, читатель, не решите задачу. Тут довольно простой расчет. Предположим, вы не менее талантливы, чем Эдисон. Но ведь и Эдисону, по его собственному признанию, приходилось работать над одним изобретением в среднем семь лет. По крайней мере треть этого времени уходила на поиски идеи.

Вот что писал изобретатель Николай Тесла, работавший одно время в лаборатории Эдисона: «Если бы Эдисону понадобилось найти иголку в стоге сена, он не стал бы терять времени на то, чтобы определить наиболее вероятное место ее нахождения. Он немедленно с лихорадочным прилежанием пчелы начал бы осматривать соломинку за соломинкой, пока не нашел бы предмета своих поисков. Его методы крайне неэффективны, он может затратить огромное количество времени и энергии и не достигнуть ничего, если только ему не поможет счастливая случайность. Вначале я с печалью наблюдал за его деятельностью, понимая, что небольшие теоретические знания и вычисления сэкономили бы ему тридцать процентов труда. Но он питал неподдельное презрение к книжному образованию и математическим знаниям, доверяясь всецело своему чутью изобретателя и здравому смыслу американца».

Вы вряд ли решите задачу о намотке, но все-таки сделайте несколько попыток. В дальнейшем мы посмотрим, как эта задача решается с помощью, методики изобретательства. И тогда вы сможете, основываясь на своем опыте, сопоставить поиски решения путем «проб и ошибок» с планомерными методами, о которых рассказывает эта книга.

Намоточный станок создан талантливым рабочим-изобретателем. Ну, а если поиски решения ведет ученый? Повышается ли тогда эффективность метода «проб и ошибок»?

Некоторое время назад в журнале «Изобретатель и рационализатор» была опубликована статья кандидата технических наук Е. Веретенникова.

Это еще один из тех редких случаев, когда изобретатель говорит о путях, которыми он пришел к новой идее. Задача, решенная Е. Веретенниковым, не отличается особой сложностью, а наличие у изобретателя ученой степени делает этот случай достаточно показательным.

Вот что рассказывает изобретатель: