Как известно, развитие любого технического объекта идет в направлении повышения его эффективности. Напомним, что в самом общем случае под эффективностью понимают отношение полезного результата функционирования объекта к затратам на его функционирование, включая затраты на создание самого объекта. Каждый объект развивается по присущей ему линии, стремясь к определенному предельному состоянию, при котором он имеет бесконечную эффективность, т.е. полезный результат есть, а затраты равны нулю. Такой предельный объект с бесконечной эффективностью называют идеальным техническим объектом (идеальной технической системой).

Понятие идеального технического объекта впервые было сформулировано Г.С. Альтшуллером применительно к частному случаю – ”идеальной машине“. ”Идеальная машина“ – это условный эталон, масса, объем и площадь которого совпадают или почти совпадают с массой, объемом и площадью того объекта, с которым машина работает (т.е. нагревает, транспортирует, обрабатывает и т.п.). Например, идеальное транспортное средство – это средство, габариты которого совпадают с габаритами транспортируемого груза, т.е. средства нет, а груз транспортируется (“сам” движется в нужном направлении). Понятие “идеальной машины” распространяется также на такие технические объекты, как процесс и вещество. Идеальный процесс – результат процесса без самого процесса, т.е. расхода энергии и времени нет, но требуемое действие выполняется. Идеальное вещество – набор нужных свойств (прочности, электропроводности, непроницаемости и т.п.) без самого вещества.

Понятие идеального технического объекта, несмотря на свою фантастичность, является весьма продуктивным и представляет одно из фундаментальных понятий всей методики изобретательства. Представив, каким должен быть идеальный объект, разработчик нового технического объекта или изобретатель получает ориентир для движения к сильным техническим решениям высокого уровня. В практике изобретательства формулировку (описание) идеального технического объекта обычно называют идеальным техническим решением (ИТР) или идеальным конечным результатом (ИКР).

Сформулированное техническое решение считается идеальным, если оно обеспечивает разрабатываемому объекту одно или несколько свойств из следующих:

1. В ИТР размеры технического объекта приближаются или совпадают с размерами обрабатываемого или транспортируемого объекта; собственная масса технического объекта намного меньше массы обрабатываемого объекта.

2. В ИТР масса и размеры технического объекта или его главных функциональных элементов приближаются к ничтожно малым величинам, в предельном случае равны нулю (т.е. устройства нет, но его функция выполняется).

3. В ИТР время обработки объекта (вещества, энергии, информации) приближается или равно нулю.

4. В ИТР коэффициент полезного действия технического объекта приближается или равен единице (т.е.расход энергии приближается или равен нулю).

5. В ИТР все части технического объекта все время выполняют полезную работу в полной мере своих расчетных возможностей.

6. В ИТР технический объект функционирует бесконечно длительное время без отказов и ремонта.

7. В ИТР технический объект функционирует при минимальном участии человека или без его участия.

8. В ИТР технический объект не оказывает никакого отрицательного воздействия на человека и окружающую природную среду.

При формулировании ИТР пытаются ответить на вопрос: “Что желательно получить или иметь в идеальном случае?”, т.е. выявить:

«Какими свойствами, функциями, действиями должен обладать создаваемый новый или совершенствуемый технический объект или какой-то его элемент?».

Исходной информацией для ответа на этот вопрос являются, прежде всего, требования и цели в поставленной задаче на создание нового или совершенствуемого технического объекта. В качестве элемента, который должен обладать нужными свойствами, функциями или действиями, стремятся выбрать ту часть объекта, которая обуславливает техническое противоречие или в наибольшей степени поддается изменениям. Он может быть выбран также из надсистемы, в состав которой входит рассматриваемый технический объект или из окружающей среды, как пока неизвестный ее объект – икс-элемент. Заметим, что возможности изменения свойств окружающей среды безграничны, т. к. ее объекты могут принимать форму любого элемента или явления.

ИКР правильно легко сформулировать, обратившись к помощи сказочной волшебной палочки. Например, поставлена задача разработки устройства или способа нанесения антикоррозионного состава на внутренние поверхности каркасных конструкций. Формулировка идеального технического решения такой задачи, в соответствии с принципом волшебной палочки, имеет вид: “Антикоррозионный состав сам поступает вовнутрь каркасной конструкции, и сам равномерно покрывает его внутренние поверхности”. Естественно, в дальнейшем выявляется, что состав не может сам выполнять все, что хотелось бы, и приходится идеальную схему дополнять теми или другими техническими решениями в виде некоторого устройства или способа нанесения состава. При этом стремятся, как можно меньше отступать от идеального решения, учитывая приведенные выше свойства ИКР, и придерживаться следующих двух правил:

1. Не следует задумываться заранее, возможно или невозможно достичь идеального решения.

2. Не надо заранее думать о том, как и какими путями, будет достигнуто идеальное техническое решение.

Приведем два примера формулировок идеальных технических решений, реализованных в существующих реальных объектах. В этих примерах будем указывать краткую постановку той или иной задачи, ограничиваясь только целями, которые должны быть достигнуты.

Задача 1. Разработать тару для хранения и транспортирования зерна и других сыпучих грузов, позволяющей человеку поднимать и переносить максимальную для его физических возможностей массу зерна с учетом массы тары.

Прототип: глиняный сосуд (широко использовался в древности).

ИТР: зерно само содержит себя в количестве, доступном для переноски человеком.

Логика размышлений при поиске решения: для достижения такого ИТР размеры тары, как идеального технического объекта, должны приближаться или совпадать с размерами обрабатываемого объекта, а ее собственная масса должна быть намного меньше массы обрабатываемого объекта.

Найденное техническое решение (реальный технический объект): мешок из ткани или иного легкого эластичного материала.

Для приобретения опыта сформулируйте задачу и ИТР, в которой прототипом являются обычные очки для коррекции зрения человека, а решением - контактные линзы.

Задача 2. Разработать шпиндельный узел сверлильного станка, обеспечивающий долговременную работу станка при вращении шпинделя с частотой в пределах 10000…250000 об/мин. Назначение шпиндельного узла: сверление отверстий диаметрами 0,75 – 2,75 мм.

Прототип: шпиндельный узел с подшипниками качения.

Размышления по формулированию ИТР. Заданная в задаче частота вращения шпинделя станка обуславливает минимальное трение между корпусом и шпинделем станка. Поскольку в подшипниках качения, как и в подшипниках скольжения, присутствует трение механической природы, то они вряд ли смогут обеспечить долговременную работу станка при указанной скорости вращения шпинделя. Очевидно, их функцию необходимо задать каким-то элементам самого шпиндельного узла или некоторому элементу внешней среды. Главными элементами узла являются его корпус и шпиндель. Во внешней среде имеются такие элементы, как воздух, магнитные и электрические поля и т.д., в том числе объекты, которые могут быть созданы или заимствованы из существующих технических систем. Учитывая это, одной из формулировок ИТР данной задачи может быть следующая.

ИТР: шпиндель и его корпус сами совместно с икс-объектом внешней среды выполняют бесконечно долго функцию подшипника.

Логика размышлений при поиске решения: для достижения такого ИТР нужно обеспечить отсутствие механического контакта между шпинделем и его корпусом. В этом случае не будет износа рабочих поверхностей шпинделя и корпуса, а следовательно шпиндельный узел будет функционировать бесконечно длительное время без отказов и ремонта.

Найденное техническое решение (реальный технический объект): шпиндельный узел с “воздушными подшипниками”[20], в котором в зазор между шпинделем и его корпусом подается сжатый воздух. Срок службы такого шпинделя превышает в 5 – 10 раз срок службы шпиндельного узла с подшипниками качения.