Страница 2 из 8
Изобретательская ситуация – это то, как мы видим проблему внешне. И хотя часто, кажется, что проблема поставлена точно и определенно, но реально это не так. В изобретательской ситуации часто бывает смешано несколько задач, а иногда вообще ставится не та задача, которую надо решать!
Почти всегда в описании проблемной ситуации присутствует избыточная информация (зачастую просто неверная или субъективная информация!), которая не имеет отношение к проблеме, но сильно затрудняет понимание ее сути и решение. Иногда же наоборот, границы задачи неоправданно заужены, что мешает найти решение. И часто правильно понять проблему – почти эквивалентно решению задачи. Именно поэтому крайне важно бывает понять, что мешает нам решить ту или иную задачу, то есть выявить техническое противоречие.
Пример из практики автора
На Норильском горно-металлургическом комбинате концентрат обрабатывали в специальных реакторах. Это цистерны длиной в 12 метров и диаметром около 4 метров. Процесс идет при давлении 12 атмосфер и температуре 130—150 С, продувкой воздухом обогащенным кислородом. По технологии, пульпа концентрата занимает около ¾ объема реактора и активно перемешивается четырьмя винтовыми шнеками диаметром 300 мм расположенными вертикально. Остальная часть реактора заполнена парогазовой фазой.
В процессе обработки осуществляется контроль уровня пульпы в реакторе. Для этого, в цистерну, сверху вварена U-образная трубка, нижний конец которой доходит до середины цистерны. Через трубку с постоянной скоростью пропускается вода. Чем выше пульпа, тем больший зона контакт ее с водой, а значит тем больший нагрев. По степени нагрева воды судят об уровне пульпы.
Заказчик поставил задачу: повысить точность измерения уровня пульпы? Измерять ее снаружи невозможно – стенка цистерны – 12 мм стали, 10 мм свинца и еще 80 мм огнеупорного кирпича. Значит контроль возможен только по нагреву воды. Но температура нагрева воды в трубке зависит не только от длины контакта, но и от температуры внутри реактора и многих других причин. Да и измерение температуры тяжело оценивать с высокой точностью. Как быть?
Рис.2. Реактор для обработки пульпы
При решении задачи в группе обучения присутствовали механик цеха и технолог, то есть оба главных лица, ответственных за технологический процесс и работоспособность оборудования.
С самого начала был задан вопрос – «А для чего нужно знать уровень пульпы в реакторе?». Быстро выяснилось, что нет необходимости измерять уровень пульпы в реакторе с большой точностью. Технолога интересовало только ограничение минимального уровня, чтобы процесс не пошел в разнос, а механика – максимальный уровень пульпы, чтобы в механизмы вращения мешалки не попадала абразивная пульпа. Все остальное их не интересовало.
После правильной постановки задачи выяснилось, что реальная задача не на измерение температуры (высоты пульпы в реакторе), а на определении двух критических недопустимых значений (верхнего и нижнего).
Установить два датчика было совсем просто, а главное – существенно повысилась точность роботы системы и ее надежность. Достаточно было в уже существующую трубу на нужном уровне установить тепловые датчики, если происходит замена пульпы на парогазовую смесь в районе датчика, то резко меняется режим нагрева трубки в этом месте, и это сразу улавливается датчиком. То есть задача оказалась отличной от той, которую первоначально ставили Заказчики, и реальная задача была намного проще.
Пример-шутка
Блондинка врывается в кабинет травматолога
– Доктор, у меня беда! Так хромаю, что боюсь, что сломала ногу! Боюсь, гипс придется накладывать!
– Спокойствие, девушка, только спокойствие. Сейчас я со второй туфли каблук отломаю, и можно будет обойтись без гипса.
А теперь в качестве технического примера рассмотрим следующую задачу:
Мясные туши необходимо маркировать, чтобы гарантировать прохождение ветеринарного контроля. И никакие бирки тут недопустимы, так как они могут потеряться при транспортировке. А вот чернильное клеймо – гарантия, что маркировка будет сохранена. Но тут и возникает проблема. После продажи, при приготовлении пищи, это клеймо приходится срезать и выбрасывать (ведь чернила-то не очень полезны для здоровья). Это значительные потери, приходится срезать печать вместе с куском мяса. Необходимо предложить иной способ маркировки мяса!
Рис.3. Туши с клеймом
Казалось бы, проблема очевидна. Нужны какие-то приборы или новые бирки, которые не будут теряться. Но начнем решать эту задачу.
Сформулируем противоречие: клеймо должно быть, чтобы маркировать тушу, но клейма быть не должно, чтобы не портить мясо. А теперь попробуем вникнуть в сущность задачи. В определенной зоне туши (как говорят в ТРИЗ, в оперативной зоне) в определенное время (в ТРИЗ говорят, в оперативное время) должны быть инородные частицы, чтобы маркировать тушу, и этих частиц не должно быть, чтобы не портить, не отравлять мясо.
При такой формулировке сразу становится ясно, что, в сущности, нет противоречия между наличием инородных частиц и съедобностью, если использовать пищевые красители, например на основе свеклы. Еще лучше использовать невредные пищевые красители, разрушающиеся при термообработке (мясо-то вряд ли кто сырое есть будет!). То есть, как только мы правильно сформулировали противоречие, ответ стал очевиден.
1.1. Противоречие
Под противоречием понимается необходимость выполнения технической системой двух взаимоисключающих требований к системе или ее частям.
Например, изделие должно быть твердым и мягким, легким и тяжелым, горячим и холодным, большим и маленьким…
Броня танка должна быть толстой, чтобы надежно защищать от вражеских снарядов, и она же должна быть тонкой, чтобы танк не был тяжелым, и, как следствие этого, маломаневренным в бою.
Иногда конструкторы выбирают в качестве приоритета один из параметров и пытаются улучшить только его. Именно так был создан немецкий танк «Мышонок».
Рис. 4. Танк «Маус» (музей в Кубинке)
Его вес был около 188 тонн, мощная (до 240 мм) броня защищала его от средних снарядов, а 128-миллиметровое орудие было способно сокрушить любой танк того времени. Но скорость всего 18 километров в час делала его неповоротливым и уязвимым. Он разрушал все мосты на своем пути и стал хорошей мишенью для крупных орудий и самолетов. Цена была настолько высокой, что о массовом производстве не могло быть и речи. За всю историю было сделано только два таких танка!
Часто противоречие пытаются разрешить компромиссом. Удачным компромиссным решением в годы второй мировой войны был советский танк Т-34. Он защищал экипаж от стрелкового оружия, крупнокалиберных пулеметов и даже легких орудий, но при этом был маневренным и мог двигаться со скоростью грузовика по бездорожью. А технология производства была настолько простой, что на нескольких советских заводах их было произведено более 85 000 танков.