В технических объектах

Многие технические задачи по улучшению технических объектов могут быть решены путем использования общеизвестных инженерно-конструкторских приемов и способов. Так увеличение жесткости какой-либо конструкции (балки, каркаса, арки) может быть достигнуто за счет увеличения характерного параметра, например, площади поперечного сечения или введения дополнительных элементов – ребер жесткости, упоров и т.п.; введение легирующих элементов в материал деталей, работающих в агрессивных средах, повышает коррозионную стойкость материала, но одновременно увеличивает стоимость деталей. Применение мягких шин в колесах транспортных средств повышает плавность хода, но при этом увеличивается сопротивление движению. Увеличивая число инструментов в наборе с целью расширения возможностей дифференцированного воздействия на обрабатываемое изделие, получаем ухудшение условий работы с таким набором, так как он становится более громоздким и т.д.

Однако такие решения сопровождаются, как правило, нежелательными эффектами: усложнением конструкции, увеличением материальных затрат, снижением производительности и т.п. Причем во многих случаях нежелательный эффект может превышать допустимые для улучшаемого технического объекта границы и, следовательно, применение решения, полученного традиционными способами, является нецелесообразным. Возникает так называемая ситуация обострения технических противоречий, которые всегда присутствуют в любом техническом объекте. В этих случаях нужен иной, нестандартный подход, позволяющий достичь положительного результата в процессе изменения объекта без ухудшения каких-либо других его показателей. Такие нестандартные подходы во многих случаях составляют основу технического решения на уровне изобретения.

Технические задачи, для поиска решения которых неприемлемы традиционные, стандартные инженерно-конструкторские решения, принято называть изобретательскими задачами. Отличительную особенность этих задач от обычных научно-технических задач составляет то, что необходимым условием их решения является разрешение или устранение технических противоречий, т.е. они содержат дополнительное требование: ”выиграть и … ничего не проиграть“ [3].

Постановка изобретательской задачи практически не отличается от постановки обычной научно-технической задачи. В ней также указывают реальный технический объект (устройство, процесс или вещество), который должен быть улучшен, его недостатки и требования к нему, а также цели преобразования (изменения) этого объекта.

Вместе с этим, в изобретательской задаче должно быть установлено противоречие, преодоление которого позволяет получить техническое решение на уровне изобретения. Кроме того, при совершенствовании технического объекта задача заключается не в поиске вообще новых решений, а в поиске решений в направлении развития данного объекта или его класса (главной магистрали развития) [4]. Приемом, помогающим произвести поиск нового технического решения на главной магистрали развития, является прием идеального технического решения (ИТР). Поэтому изобретательская задача считается полностью поставленной, если к условиям обычной научно-технической задачи дополнительно сформулированы техническое противоречие и идеальное техническое решение.

Выше приведены примеры, показывающие, что введение в технический объект любого новшества влечет за собой кроме положительного эффекта еще и эффект нежелательный. Эти примеры иллюстрируют действие известного закона – закона единства и борьбы противоположностей, согласно которому развитие технических объектов, как и другого объекта материального мира, представляет собой процесс зарождения, обострения и разрешения противоречий.

В любом техническом объекте имеется множество противоречий, они разнообразны по форме и проявлениям, носят преходящий, исторический характер, взаимосвязаны и взаимообусловлены. Условно выделяют три типа противоречий:

· социально-технические;

· технические;

· физические.

Социально-технические противоречия – это противоречия между потребностями общества и возможностью их удовлетворения с помощью технических средств. Эти противоречия возникают и обостряются, когда появляется качественно новая потребность (а нужного технического средства ее удовлетворения нет) либо количественно растет существующая потребность. В последнем случае возникает количественная диспропорция между потребностью и возможностью ее удовлетворения. Эта диспропорция вначале устраняется за счет соответствующего количественного изменения параметров существующего технического объекта, не изменяя его качественно. Однако с некоторого момента догонять количественный рост потребности путем количественного изменения отдельных параметров объекта становится все труднее (резко ухудшаются другие параметры), и диспропорция превращается в социально-техническое противоречие, которое постепенно обостряется. Требуется уже качественно изменить технический объект. Например, в годы второй мировой войны резко обострилась проблема повышения скорости самолетов-истребителей, которая была снята переходом от поршневых авиационных двигателей к качественно новым – реактивным.

Технические противоречия – это противоречия, существующие между параметрами (критериями развития) технического объекта. Они обостряются при введении конструкторских или иных изменений в объект с целью улучшения некоторого его параметра и проявляются в виде ухудшения другого его параметра.

Технические противоречия обусловлены имеющимися в техническом объекте связями и отношениями между его элементами, функциональным взаимодействием отдельных элементов и технического объекта в целом с объектами окружающей среды. Эти связи и взаимодействия определяются теми или иными количественными значениями параметров технического объекта. В частности, в широко применяемых в различных сооружениях (зданиях, мостах) балках имеет место связь между двумя ее параметрами - жесткостью и массой. Эта связь характеризуется формой и размерами поперечного сечения балки. Поэтому при повышении жесткости балки за счет увеличения размеров ее поперечного сечения неизбежно будем иметь увеличение массы балки.

Пока положительный эффект, достигаемый при изменении технического объекта для удовлетворения растущей потребности, превышает нежелательный, техническое противоречие мало заметно. Когда же ухудшение приближается к границам допустимого, техническое противоречие начинает обостряться. При этом дальнейшее улучшение требуемых параметров объекта известными способами становится невозможным и вместе с техническим противоречием начинает обостряться и социально-техническое противоречие. Является очевидным, что для выхода из создавшейся ситуации требуется качественно новое решение, позволяющее разрешить или устранить техническое противоречие, а вместе с ним и социально-техническое противоречие.

Физическое противоречие – это противоречие, возникающее при предъявлении к одному и тому же элементу объекта или объекту в целом взаимно противоположных требований. Например, элемент объекта должен быть длинным и коротким или быть твердым и жидким, быть проводником электрического тока и диэлектриком и т.п.

Обычно физическое противоречие формулируется в виде: “Элемент А должен выполнять действие В₁ (обладать свойством В₁) для того, чтобы осуществлялось С₁, но элемент А должен выполнять действие В₂, (обладать противоположным В₁ свойством В₂), чтобы осуществлялось С₂”. В качестве примеров физических противоречий приведем следующие формулировки хорошо известных разрешенных противоречий:

· стрела автомобильного крана должна быть длинной, чтобы радиус рабочей зоны крана был наибольшим, но стрела автокрана должна быть короткой для обеспечения хорошей маневренности автокрана при движении;

· рама велосипеда должна быть большой для удобства передвижения на нем, но рама велосипеда должна быть малой для удобства хранения велосипеда в квартире;

· материал вала должен иметь высокую твердость, чтобы хорошо сопротивляться механическому износу, но материал вала должен иметь малую твердость (быть пластичным), чтобы хорошо сопротивляться ударным нагрузкам.

Ситуация физического противоречия представляет собой парадокс (как возможно быть твердым и пластичным), который и отличает изобретательскую задачу от обычной технической. Именно такой парадокс вынуждает искать новые, нестандартные подходы при решении изобретательских задач. Необходимо отметить, что термин “физическое противоречие” в определенной степени условен. Состояние элемента, к которому предъявляются взаимно противоположные требования, может отражать не только физические, но и химические или, например, биологические свойства (ястреб должен иметь крылья и не должен их иметь в момент падения “камнем на жертву”).

Физическое противоречие непосредственно связано с техническим: каждому техническому противоречию соответствует определенное физическое и наоборот. Физическое противоречие – это, по существу, выражение в острой форме проблемы разрешения технического противоречия.

Рассмотренные три типа противоречий являются звеньями одной цепи противоречий, действующих в системе “человек - техника”. При этом, если социально-техническое противоречие является противоречием, возникающим на уровне взаимодействия технического объекта с объектами окружающей среды, то физическое противоречие – это противоречие на уровне внутреннего функционирования технического объекта. Техническое же противоречие отражает конфликтные отношения между параметрами, характеризуемыми функционирование технического объекта в целом. Нетрудно заметить, что если найдена идея разрешения физического противоречия, то вследствие тесной взаимосвязи противоречий, будут последовательно разрешены и техническое, и социально-техническое противоречия.