Стандарты на решение изобретательских задач | Официальный Фонд Г.С. Альтшуллера (автора ТРИЗ-РТВ-ТРТЛ)

СТАНДАРТЫ НА РЕШЕНИЕ ИЗОБРЕТАТЕЛЬСКИХ ЗАДАЧ

В новую модификацию АРИЗ впервые введены почти полностью алгоритмические правила решения некоторых классов изобретательских задач – стандарты на решение изобретательских задач.

С 1956 года, когда была опубликована первая модификация АРИЗ, главной линией развития АРИЗ было постоянное увеличение определенности, массовости и результативности. Так, например, в АРИЗ-71, по сравнению с АРИЗ-68 была существенно увеличена степень алгоритмичности при анализе задачи – в операциях по выработке ИКР и выявлении физического противоречия. Однако, еще ни в одной модификации АРИЗ не было элементов, полностью алгоритмизированных.

Степень алгоритмизации нельзя повысить произвольно: мы можем алгоритмизировать ту или иную операцию лишь в той мере, в какой удалось выявить лежащие в ее основе закономерности развития технических систем. АРИЗ представляет собой систему операций, каждая из которых была лишь частично алгоритмизирована. Общая алгоритмичность АРИЗ была, конечно, выше суммы алгоритмичности отдельных операций. И все-таки АРИЗ оставался программой, только отчасти алгоритмизированной. Он и теперь остается "полуалгоритмом". Но на одном участке удалось достичь почти полной алгоритмичности: некоторые – достаточно большие и важные – классы задач можно решать теперь без анализа, по стандартным и четким правилам.

Это нечто принципиально новое в АРИЗ, хотя сами стандарты представляют собой развитие коренных АРИЗных операций. Впервые – пусть для определенных классов задач – удалось достичь практически полной алгоритмизации, и это требует рассмотрения ряда общих вопросов. Поэтому ниже рассмотрены не только вопросы применения стандартов, но и некоторые общие проблемы: стандарты и творчество, стандарты и АРИЗ и т. д.

1.1. Стандарт на решение изобретательских задач – это правило (или совокупность правил), позволяющее на высоком уровне однозначно решать достаточно широкий класс изобретательских задач.

Таким образом, стандарт должен удовлетворять трем условиям:

1) он должен относиться к широкому классу задач;

2) эти задачи должны решаться совершенно одинаково и

3) решения должны быть обязательно высокого уровня.

1.2. В АРИЗ-71 имеется, как известно, свод приемов, выявленных путем анализа патентной информации. Удовлетворяют ли эти приемы перечисленным выше требованиям? Каждый прием относится к широкому классу задач – первое условие выполнено. Можно считать, что приемы, в общем, удовлетворяют и второму требованию.

Однако, приемы не являются стандартными, поскольку не обеспечивают выполнение третьего условия. Если использовать один прием, задача, как правило, не решается на высоком уровне.

А. с. 186781: "Ультразвуковой концентратор упругих колебаний, состоящий из полуволновых отрезков скрепленных между собой, ОТЛИЧАЮЩИЙСЯ тем, что с целью уменьшения длины концентратора и увеличения его устойчивости, полуволновые отрезки выполнены в виде полых конусов, вставленных один в другой".

Взята простая задача, использован один прием (принцип матрешки), получено решение невысокого уровня.

Внимательно рассматривая примеры по приемам (в книгах, брошюрах, плакатах) можно заметить, что изобретения, приводимые в качестве примеров по тем или иным приемам, часто содержат несколько приемов: наряду с главным приемом в изобретении есть еще и другие приемы.

А. с. 223530: "Основание настольного токарного станка, ОТЛИЧАЮЩЕЕСЯ тем, что с целью улучшения условий труда токаря, оно выполнено в виде клиновых подставок, прикрепленных к столу, причем, наклонная плоскость их служит для установки станка".

Здесь главный прием – изменение угла наклона. Но нетрудно усмотреть еще и прием дробления и прием динамизации (станок отделен от основания) и прием динамизации (меняя клинья можно по-разному устанавливать станок).

В изобретениях высокого уровня отчетливо виден комплекс приемов или сочетание приемов с физ. эффектами.

А. с. 162919: "Способ снятия гипсовых повязок при помощи проволочной пилы, ОТЛИЧАЮЩИЙСЯ тем, что, с целью предупреждения травм и облегчения снятия повязок, пилу помещают в предварительно вымазанную подходящей смазкой трубку, выполненную, например, из полиэтилена и загипсовывают в повязку при ее наложении".

В этом изобретении использованы, по крайней мере, три приема: принцип предварительного действия (пила закладывается в гипс еще при наложении повязки), принцип частичного действия (закладывается не вся пила, а только часть ее – режущий элемент, который потом присоединяется к пиле), принцип "наоборот" (распиливание ведут снизу вверх – от тела к поверхности повязки).

Если убрать один из приемов, обесценится весь комплекс. Какой смысл, например, заранее складывать пилку сверху? Сверху ее можно положить всегда, но при этом не будет того выигрыша, который обеспечивается при пилении снизу, от тела (безопасность).

1.3. Итак, сочетание приемов сильнее, чем одиночные приемы.

Простейшая пара прием - антиприем. Например, дробление - объединение, принцип местного качества - однородность и т. д.

А.с. 217005: "Звукопровод, содержащий звукопроводящий элемент, ОТЛИЧАЮЩИЙСЯ тем, что, с целью передачи информации о параметрах звукового поля сложной конфигурации, его звукопроводящий элемент выполнен в виде набора акустически изолированных волокон звукопроводящего материала". Это изобретение приведено в брошюре "Основные приемы" в качестве примера на принцип дробления. Действительно, сплошной звукопровод здесь раздроблен на волоконца. Однако, эти волоконца потом собраны вместе и это уже принцип объединения.

Одиночные приемы никак не связаны с тенденциями развития технических систем. В одних случаях прогрессивно дробление, разъединение, в других – объединение. Если взять любой прием и применить его к любой технической системе, можно получить и положительный и отрицательный результат. Пары "прием - антиприем" имеют определенную прогрессивную направленность: их применяют чаще и это дает результат положительный. Обусловлено это тем, что пары "прием - антиприем" по своей структуре являются приемами устранения физических противоречий. Возьмем, например, противоречие "Объект должен быть большим и не должен быть большим". Приемы дробления и объединения не преодолевают это противоречие. Но вместе, в виде пары "прием - антиприем" они позволяют сделать объект одновременно большим и маленьким: каждая часть маленькая, а весь объект – большой. Парные приемы подробно описаны в работе И. Фликштейн "Исследование основных приемов устранения технических противоречий при решении изобретательских задач" (1973) и в серии плакатов по приемам (37 плакатов, 1974).

А.с.108894: "Способ изготовления материалов слоистой конструкции и с заданным расположением слоев, ОТЛИЧАЮЩИЙСЯ тем, что, с целью получения тонкой периодической пространственной структуры взвесь частиц тугоплавкого вещества в расплаве легкоплавкого подвергается действию стоячего ультразвукового поля с быстрым охлаждением расплава". Здесь использован прием 1 (дробление: одно из веществ превращается в порошок), прием 35 (изменение агрегатного состояния), прием 5 (объединение: оба вещества смешивают), прием 18 (использование механических колебаний) и физическое явление – образование стоячих волн, благодаря чему порошок располагается правильными слоями.

1.5. Использование такого рода комплексов часто дает сильные решения, поскольку увеличение вепольности – одна из тенденций развития технических систем. Тем не менее, они не могут считаться стандартами: сильные решения получаются часто, но не всегда. Лишь некоторые – особо сильные – комплексы удовлетворяют требованиям, предъявляемым к стандартам.

У этих комплексов отчетливо видны характерные особенности:

- в их состав входят не только приемы, но и физические эффекты; - приемы и эффекты, входящие в стандарт, образуют определенную систему (т.е. приемы и эффекты соединены не "как попало", а в определенной последовательности; - система приемов и эффектов, образующих стандарт, отчетливо направлена на преодоление физ. противоречия, типичного для данного класса задач; - хорошо видна связь стандартов с основными тенденциями развития технических систем.

1.6. Широта, идентичность решения и эффективность – абсолютно необходимые требования к любому "кандидату" в стандарты. Возьмем, например, применение эффекта Томса. Здесь всегда получаются решения высокого уровня. Но область действия этого физэффекта узка. В сущности речь идет об одной задаче: "как уменьшить взаимное трение жидкости и твердого тела при их относительном движении?"

А.с.244032: "Способ снижения потерь напора перемещении жидкости по трубопроводу, ОТЛИЧАЮЩИЙСЯ тем, что, с целью достижения жидкостью псевдопластичности, в нее вводят длиноцепочечный полимер, например, полиакриламид в количестве 0,01 – 0,2 % по весу".

А.с.244468:"Способ работы жидкостно-кольцевой машины, например компрессора с изменением параметров рабочей жидкости, ОТЛИЧАЮЩИЙСЯ тем, что, с целью снижения гидродинамических потерь, в жидкость вводят уменьшающие ее вязкость наполнители, например, слабые растворы полимеров".

А.с.427982: "Смазка для волочения труб, на основе минерального масла, ОТЛИЧАЮЩАЯСЯ тем, что, с целью уменьшения гидродинамического давления смазки в очаге деформации, в ее состав введено 0,2 – 0,8 вес. % полимеракрилата".

А.с.464042: "Электрическая водозаполненная машина... ОТЛИЧАЮЩАЯСЯ тем, что, с целью снижения потерь на трение и повышение КПД, в заполняющую полость машины воду введен полиакриламид в количестве 0,01 – 1,00 % от веса воды".

Почти во всех случаях, когда надо уменьшить вязкость воды, можно использовать эффект Томса. Тут одна задача, хотя "внешность" у нее разная.

Конечно, широта применения – понятие относительное. Уменьшать вязкость жидкости приходится часто; в принципе можно считать применение эффекта Томса стандартом. Но изобретательские решения, основанные только на этом эффекте, быстро становятся тривиальными. Например, использование электрогидравлического эффекта в конце 40-х – начале 50-х годов было сильнейшим изобретательским приемом. Но уже через несколько лет этот прием стал очевидным, тривиальным.

Стандарты, по-видимому, могут иметь значительно большую продолжительность жизни: они гибче, разнообразнее, могут быть применены ко все более сложным задачам своего класса. А стандарт № 5, вероятно вообще вечен: он отражает главный закон развития технических (и не только технических) систем.

1.7. На протяжении многих десятилетий, различные авторы составляли списки "изобретательских приемов". Источниками были работы предшественников, личный опыт, высказывания изобретателей, сведения из литературы и т.д.

При таком подходе в поле зрения оказывается десятка полтора лежащих на поверхности приемов – предельно простых и в большинстве своем уже неспособных давать изобретательские решения высоких уровней.

Любопытно, например, сравнить работы С.Василейского и Г.Буша:

С.Василейский – статья в сборнике "Научный семинар по психологии труда и производственного обучения". Изд. Казанского университета. Вып.1. 1961 г.	Г.Буш – статья в "Вопросах изобретательства" № 5 - 1968 г.
"Метод концентрирующей интеграции" В этом случае одна деталь сочетается с другой не на основе рядоположения, а на основе включения одной детали в другую, так, что единство получается конденсированное. Пример: в авторучке чернильница заключена в самой ручке.	"Метод концентрирующей интеграции" основан на том, что одни детали и узлы входят в состав других. При изобретении авторучки чернильница была введена внутрь ручки. стр.48
Метод эвристической пермутации состоит в том, что какая-нибудь деталь, узел в пределах или в системе одного и того же сооружения (механизма, прибора) переставляется с одного места на другое...	Метод пермутации основан на перестановке детали, узла, механизма в одном и том же техническом объекте. стр.49
Метод эвристической реинтеграции. В этом случае по одной многозначительной детали изобретатель создает сложный образ целостного механизма.	Метод реинтеграции заключается в создании сложного технического объекта по одной самой значимой детали. стр.48

Сопоставление цитат можно продолжить: Буш все переписал у Василейского. Но дело не в том, что перед нами факт плагиата.

Удивляет другое: ни Буш, ни Василейский (как, впрочем, и другие авторы) не попытались применить свои приемы к решению новых задач. Казалось бы, зачем описывать прием, ссылаясь на изобретение XIX века, если можно тут же проверить этот прием на современных изобретательских задачах?....

Такое впечатление, что авторы знали о практической неработоспособности своих приемов, но предпочитали "теоретизировать". Впрочем "теория" тоже выглядит неважно: приемами оказываются совершенно разнородные операции, иногда относящиеся к машине ("раздели ее"), а иногда к человеку ("найди и используй аналогию")...

АРИЗу присущ принципиально иной подход к исследованию приемов. Изменилось прежде всего само понятие "прием". В АРИЗе приемы – это операции изменения объекта с целью устранения технического противоречия (а в новых модификациях АРИЗ – физического противоречия).

Приемы выявляются путем анализа больших массивов современной патентной информации, причем сначала отбрасываются решения низших уровней и поиск приемов ведется только среди изобретений третьего и более высоких уровней. Неудивительно, что такой подход привел к формированию нового списка, включающего физэффекты и приемы "хитрые" и "тонкие", например, принцип предварительного исполнения, принцип использования фазовых переходов, принцип частичного исполнения и т.д.

Основная часть списка была сформулирована примерно в 1962 году; с этого времени приемы, входящие в АРИЗ, постоянно испытывались на самых разных задачах. По мере накопления информации корректировались формулировки приемов, уточнялись входящие в приемы подприемы, прояснялся механизм действия приемов. В том же году накопление материалов по одному из подприемов (применение ферромагнитного порошка в сочетании с магнитным полем) привело к созданию вепольного анализа.

И вот теперь окончательно формулируется учение об операторах (приемы – парные приемы – стандарты), причем высшие операторы (стандарты) смыкаются с другим важнейшим разделом АРИЗа – общей теорией развития технических систем.

Это очень значительный шаг вперед. И когда сегодня смотришь очередной список "редукций – пермутаций", испытываешь такое ощущение, словно отложил в сторону современный учебник химии и взял в руки алхимический трактат – с ссылками на жития святых, расположение светил и т.д.

1.8. Кстати о химии. В химической технологии основными инструментами являются не атомы (H, S, O и т.д.) и не пары атомов, т.е. простые молекулы (H2 и т. д), а сложные вещества, т.е. сочетания различных атомов (H2SO4, HCl, NaOH и т.д.). Точно так же в изобретательской технологии основным элементом оказываются сочетания приемов и эффектов. Это должно определить курс изучения приемов: сначала освоение элементарных приемов, затем парных унифицированных приемов, и, наконец, изучение наиболее важных сочетаний приемов (веполей, отзывчивости, стандартов).

По-видимому, выделенная закономерность действует не только в химии и изобретательстве. Можно предположить, что речь идет об одной из фундаментальных закономерностей развития любого множества. Это очень важный вывод, в частности, для изучения научного творчества.

2.1. Оформляя первые стандарты на решение изобретательских задач, мы сразу отказались от стремления обеспечить внешнюю похожесть на ГОСТы. Описание изобретательского стандарта должно содержать краткую формулу (суть стандарта), пояснения и примеры. В описание каждого стандарта должно быть включено описание механизма его действия – с позиций общей теории развития технических систем, вепольного анализа и АРИЗа. Стандарты нельзя применять слепо.

3.1. Может возникнуть вопрос: совместимо ли применение стандартов с творчеством? В понятие "творчество" вкладывают разный смысл, поэтому единого ответа дать нельзя.

Проект
Действителен по 31 мая 1976 г.
Не применять до изучения АРИЗ и вепольного анализа

Стандарт гарантирует высокий уровень решения, 1975

1. Если объект трудно обнаружить в какой-то момент времени и если есть возможность заранее внести в объект добавки, то задача решается предварительным введением в объект добавок, которые создают легко обнаруживаемое, преимущественно электромагнитное поле или легко взаимодействуют с внешним полем, обнаруживая себя и, следовательно, объект.

2. Аналогично решаются задачи, в которых надо обнаружить часть объекта или систему, в которую входит объект, или другой объект, который может быть соединен с данным.

3. Аналогично решаются задачи на измерение, если их можно представить в виде последовательности одиночных задач на обнаружение.

Стандарт основан на одном из главных правил вепольного анализа, согласно которому основная тенденция развития технических систем состоит в переходе от систем невепольных к вепольным.

Попытка непосредственно обнаружить искомый объект игнорирует это правило, т.к. происходит переход от невеполя к всего лишь неполному веполю:

Поскольку объект (вещество В₁) задан и менять его обычно нельзя, трудно подобрать поле, действующее на В₁ так, как надо. Иногда по условиям задачи нельзя использовать то или иное поле. Возникает противоречие: надо действовать полем на В₁, чтобы его обнаружить и не надо действовать, поскольку В₁ не обладает отзывчивостью по отношению к полю. Суть стандарта заключается в том, чтобы действовать на объект не непосредственно, а через другое, заранее введенное вещество В₂, которое обладает отзывчивостью по отношению к полю, удобному для указанных в задаче условий.

А.с.250521: "Способ обозначения расположения закрытых подземных дренажей из конструкций, не имеющих металлических деталей, ОТЛИЧАЮЩИЙСЯ тем, что, с целью уменьшения объема поисковых работ в месте изменения направления и разветвления трасс дренажей устанавливаются ферромагнитные метки на глубине в пределах действия индукционных искателей".

Сущность изобретения заключается в добавлении к веществу дренажных труб В1 вещества В2, преобразующего поле П’ в поле П’’ (формула 3). Ограничение насчет применимости к конструкции, не имеющей металлических частей, введено напрасно; чтобы избавиться от этого ограничения, достаточно использовать метки, обладающие собственным магнитным полем (формула 2), как в примере 2.

А.с.222892: "Способ обнаружения герметизированных отверстий, например, в подводной части корпуса законсервированного корабля, ОТЛИЧАЮЩИЙСЯ тем, что, с целью повышения надежности и ускорения процесса поиска герметизирующего отверстия, в патрубок отверстия перед его герметизацией закладывают излучающий элемент, например, постоянный магнит с направлением поля по нормали к обшивке корпуса, и обнаруживают это отверстие при помощи индикатора, например, магнитометра, по наибольшей величине местной напряженности поля".

А.с.305395: "Способ обнаружения и учета инородных включений в жидкости, ОТЛИЧАЮЩИЙСЯ тем, что, с целью повышения чувствительности, исследуемую среду облучают электромагнитными колебаниями сверхвысокой частоты и регистрируют форму и амплитуду рассеянных частицами колебаний, по которым судят о количестве включений в жидкости".

Здесь решение тоже соответствует стандарту, хотя добавить В2 не пришлось: роль В2 сыграли сами частицы, подлежащие обнаружению.

В некоторых случаях условия задачи уже дают веполь, подобный веполю в правых частях формул 2, 3, 4, причем, указывается, что веполь этот плох. Но и в этих случаях стандарт сохраняет силу: решение заключается в замене поля.

Задача: Контроль за износом деталей двигателя ведут, определяя содержание металла в масле. Чтобы повысить точность контроля, детали предварительно подвергают радиоактивному облучению, и о содержании металла в масле судят по радиоактивному излучению пробы масла. Способ этот плох, т.к. большая радиоактивность создает опасность, а малая требует для определения точных и сложных приборов.

Решение задачи состоит в замене поля: в масло добавляют люминофоры, а металлические частицы являются гасителями свечения (А.с. 260249).

Обозначения: В1 – масло, В2 – металлические частицы, В3 – люминофор, П1 – поле радиоактивных излучений, П2 – оптическое поле.

2.3. Как указывалось в примере 4, стандарт может быть применен без снижения качества решения, и в тех случаях, когда вещество В2 взаимодействует с полем не непосредственно, а благодаря веществу В3.

А.с.277805: "Способ обнаружения неплотностей в холодильных агрегатах, заполненных фреоном и маслом, преимущественно в домашних холодильниках, ОТЛИЧАЮЩИЙСЯ тем, что, с целью повышения точности определения мест утечки, в агрегат вместе с маслом вводят люминофор, освещают агрегат в затемненном помещении ультрафиолетовыми лучами и определяют места утечек по свечению люминофора в просачивающемся через неплотности масле".

Задача здесь заключалась в визуальном обнаружении неплотности (В1)в агрегатах холодильника. Мелкие неплотности плохо взаимодействуют с оптическим полем. Нужно другое вещество (В2), которое будет проходить через неплотности и хорошо (активно) взаимодействовать со светом. Вещество, проходящее через неплотности, уже есть – это жидкость, заполняющая агрегат. Но жидкость плохо взаимодействует со светом, поэтому проходящие через неплотности маленькие капельки плохо видны. Нужно ввести еще одно вещество (В3), которое будет находиться в жидкости (В2) и сильно взаимодействовать со световым полем. Обнаружив это вещество, мы одновременно обнаружим капельки жидкости, а они – в свою очередь – укажут местонахождение неплотности. Решение соответствует формуле 7:

Могут возникать вопросы: что же такое В2 – капельки или вся жидкость? Куда добавлять В3?

Если по условиям задачи надо найти какое-то место, вещество В3 всегда следует добавлять во все вещество В2 (по всей длине, площади или объему); часть В2 потом перейдет в особое состояние (в примере 5 – пройдет через неплотности), и, взаимодействуя с полем, обнаружит искомое место.

Если же место известно заранее, и задача состоит в том, чтобы обнаружить вещество В2, можно ввести В3 не в В2, а в В1, т.е. в том месте, где ожидается В2.

2.4. Стандарт требует, чтобы активное вещество (т.е. вещество, активно взаимодействующее с полем), было добавлено заранее. Если это невозможно, активное вещество приходится получать в процессе работы, действуя на исходное вещество другими веществами и полями.

А.с.450917: "Сальник, в корпусе которого выполнено отверстие под набивку, обжимаемую посредством втулки и накидной гайки, навернутой на корпус, ОТЛИЧАЮЩИЙСЯ тем, что, с целью визуального наблюдения за разгерметизацией, один из элементов набивки выполнен из вещества, меняющего свой цвет под воздействием рабочей среды".

Здесь вещество 2 (жидкость) взаимодействует с веществом 3 (набивка), давая новое
вещество 4, меняющее свой цвет.

Преобразование здесь более сложное, чем в формуле 7, стандарт использован не непосредственно, а после химического преобразования вещества В2 в вещество В4. Усложнение преобразований есть отступление от стандарта, ведущее к снижению качества решения. В данном конкретном случае такое отступление еще терпимо, поскольку сама задача проста и груба: место утечки заранее известно, и нужно только знать – имеется утечка или нет. Очевидно, в дальнейшем будет сделано новое изобретение, состоящее в применении люминофоров для обнаружения неплотностей в сальниках. Можно отметить попутно и явную нелогичность патентного оформления изобретения: одно и то же новшество в разных случаях оформляется как способ и как устройство.

А.с.311109: "Способ проверки на герметичность преимущественно диффузионно-адсорбционного холодильного агрегата, путем визуального осмотра его поверхности, ОТЛИЧАЮЩИЙСЯ тем, что, с целью качественного определения мест утечек, агрегат заполняется рабочим веществом (водно-аммиачным раствором), покрывают его поверхность краской на нитрофталиевой основе, в которой предварительно растворяют индикатор, например, бромфенол синий или метил красный, и по вспучиванию краски и изменению цвета индикатора, определяют места утечек".

В этом случае изобретение также соответствует формуле 8. Но место утечек заранее не дано, поэтому приходится покрывать краской весь агрегат – это резко снижает качество решения по сравнению с изобретением А.с.277805, в котором стандарт реализован в чистом виде. Вообще следует стремиться к применению стандартов непосредственно – так, как это показано в формулах 2, 3, 4, 7.

2.5. Иногда исходным объектом, подлежащим определению, является поле П1, и задача решается введением вещества, преобразующего данное поле П1 или меняющееся другое поле П2, при одновременном воздействии поля П1:

А.с. 415516: "Способ измерения температуры во вращающихся и труднодоступных местах объектов путем помещения предварительно облученного алмазного зерна в место измерения температуры на фиксированный период времени ОТЛИЧАЮЩИЙСЯ тем, что, с целью повышения точности о температуре судят по изменению показателя преломления света алмазного зерна".

В этом изобретении использовано преобразование, соответствующее формуле 10
(П1 – тепловое поле, П2 - оптическое поле).

А.с.222698: "Термодатчик, содержащий полый корпус с электродами внутри, ОТЛИЧАЮЩИЙСЯ тем, что, с целью упрощения сигнализации о превышении заданной температуры и повышения надежности, в нем между электродами залит электролит, изменяющий свою электропроводность при изменении температуры".

Здесь использована формула 10. Изобретение совершенно аналогично изобретению по А.с.415516. То, что в одном случае запатентовано устройство, а в другом способ, можно объяснить только субъективизмом экспертизы.

2.6. Общим для всех случаев применения стандарта является предварительное введение вещества, меняющего, преобразующего или создающего поле.

Полем на выходе (П, П’’, П2) должно быть поле электромагнитное (оптическое, магнитное, электрическое). Это обусловлено общим требованием к стандартам – обеспечивать высокий уровень решения.

Если добавленное вещество само создает поле, то высокий уровень может быть получен (за счет простоты) и в том случае, когда поле не электрическое, например, механическое, звуковое, тепловое и т.п.

Задача: "При бурении скважин трубы иногда "прихватываются", т.е. зажимаются стенками скважины в каком-то месте. Чтобы ликвидировать прихват, надо знать с точностью до 1 м, где он произошел. Длина трубы 2-5 км, длина участка прихвата – несколько десятков метров.

Обнаружить место прихвата ударом по трубе и фиксацией отраженного сигнала невозможно – звук не отражается от места прихвата. Не годятся также способы, основанные на растяжении и скручивании труб: они не могут обеспечить требуемой точности, поскольку нельзя учесть ряд факторов, например, трение труб о стенки скважины. Невозможно и механическое определение места прихвата щупом или заливкой воды в пространство между стенками скважины и колонной труб.
Как быть?"

В этой задаче надо отыскать объект, находящийся в особом состоянии. Действуя по стандарту, надо заранее намагнитить весь объект, тогда и особая часть будет иметь особое, измененное состояние. Практически, конечно, не надо намагничивать всю колонну труб. Достаточно нанести магнитную линию вдоль колонны. Учитывая, что требуемая точность 1 м, линия может быть заменена отдельными магнитными метками (через 1 м), причем наносить эти метки можно, когда прихват уже произошел.

Это соответствует контрольному ответу (а.с.142242): после нанесения меток рывком прилагают к трубе растягивающее усилие, в результате чего метки на свободной части трубы (выше места прихвата) размагнитятся, а ниже – останутся.

2.7. Многие задачи на измерение могут быть сведены к задачам на обнаружение – это значительно расширяет область применения стандарта.

Задача: «В сосуде (форме) затвердевает полимерный состав. Надо определить степень затвердевания. Вводить внутрь сосуда приборы нельзя, т.к. после затвердевания их нельзя будет извлечь без разрушения изделия. Как быть?»

Это – задача на измерение. Но измерение во многих случаях можно рассматривать как обнаружение определенного состояния объекта (или нескольких последовательных состояний). Измерить степень затвердевания – значит обнаружить начало затвердевания, обнаружить определенное состояние вещества. Потом надо будет обнаружить следующее состояние (с большей степенью затвердевания) и т.д. до полного затвердевания. Задача на измерение сводится к ряду задач на обнаружение, а это позволяет применить стандарт. Нужно ввести вещество В2, которое создает или меняет поле при переходе В1 (полимера) из жидкого в твердое состояние.

А.с.239633: "Способ определения степени затвердевания (размягчения) полимерных составов, ОТЛИЧАЮЩИЙСЯ тем, что, с целью неразрушающего контроля, в состав вводят магнитный порошок и измеряют изменение магнитной проницаемости состава в процессе его затвердевания (размягчения)".

Внутрь полимера вводят не приборы, не датчики приборов, а крупинки порошка, которое, в отличие от "немого" полимера, кричит о своем состоянии стоящим в стороне приборам.

Задача: «В лабораторию на исследование поступил распылитель жидкости (промышленный "пульверизатор"). Надо как можно точнее (раньше определяли на глаз) определить, насколько равномерно он работает (т.е. как меняется во времени количество распыленной жидкости). Измерять для этого неравномерность подачи жидкости нельзя – мы получим колебания на входе, а они могут не соответствовать колебаниям на выходе (распылитель может сглаживать колебания, или наоборот – создавать их). Нужно непосредственно измерить колебания количества жидкости (воды) в конусе, создаваемом распылителем.

Предположим, через распылитель в какой-то момент времени проходит М грамм воды. В следующий момент пройдет М ± Δ М. Задача на измерение сводится, таким образом, к задаче обнаружения Δ М. Иными словами, нужно уметь обнаружить "лишнюю капельку" (или "недостающую капельку"). Ситуация абсолютно идентичная той, которая была в примере 5. В обоих случаях надо обнаружить капельку жидкости, и трудность состоит в том, что эта капелька неактивна по отношению к электромагнитному полю. Решение, естественно, заключается в добавке активного вещества, взаимодействующего, например, с оптическим полем.

А.с.471528:"Способ измерения плотности потока капель модельной жидкости, созданного распылительным устройством типа форсунки, заключающийся в распылении форсункой модельной жидкости, освещении зоны распыления и регистрации вторичного излучения, ОТЛИЧАЮЩИЙСЯ тем, что, с целью повышения точности измерений в качестве модельной жидкости используется раствор люминофора, облучают зону распыления ультрафиолетовым излучением, и по интенсивности люминесцентного свечения определяют плотность потока капель".
2.8. Излучение, создаваемое активным веществом, должно по возможности сильнее отличаться от фонового излучения. Но существуют задачи на антиобнаружение (маскировку); в этих задачах может быть применен антистандарт – добавка вещества, уравновешивающего имеющееся излучение с фоновым.

Задача: «Вагранки (литейные печи) имеют трубы, из которых выбивает пламя, в ночное время демаскирующее завод. Переход к закрытой системе исключен. Установка гасителей уменьшает тягу трубы. Остановка печи во время тревоги невозможна.
Как быть?»

В данном случае добавки должны создавать излучение, окрашивающее пламя во время тревоги в цвет темного (ночного) неба. Такими добавками могут быть, например, соли меди, окрашивающие пламя в темно-синий цвет.

Задача: «Как сделать, чтобы чертеж (или другой документ) можно было читать, но невозможно было бы сфотографировать?»

Чертеж – это темные линии на белом фоне (или наоборот). Очевидно, нужна такая добавка, которая создает для фотоаппарата интенсивное фоновое излучение. Такой добавкой может быть покрытие из прозрачной флюоресцирующей (люминесцентной) краски. Покрытие создает фон на время фотографирования при повышенной освещенности, или же постоянный фон (например, ультрафиолетовый), невидимый для глаза, но засвечивающий фотопленку.

Если использовать не антистандарт, а прямой стандарт, можно предложить добавлять в тушь люминесцентные краски; линии, вычерченные такой тушью, будут хорошо фотографироваться.

Обнаружение поля (измерение) – задача 5 в брошюре Горина "Применение физэффектов" (стр.28); эта же задача приведена в пособии "Теория и практика решения изобретательских задач" (задача № 5, стр.216). Решение соответствует формуле 10.

Пример, когда на выходе не электромагнитное поле, а механическое (акустическое) – изобретение по а.с.318404: "Акустический способ индикации псевдоожижения сыпучих материалов, ОТЛИЧАЮЩИЙСЯ тем, что, с целью непосредственного контроля начала и интенсивности движения частиц, в среду сыпучего материала вводят металлический стержень - звукопровод, являющийся датчиком механических колебаний, которые преобразуются в электромагнитные". Акустические колебания на выходе потом все равно преобразуются в электромагнитные; понятно, что выгоднее сразу получать электромагнитные колебания.

Редкий случай использования запахового поля – заявка США на пропитывание крупных денежных купюр пахучими веществами для облегчения обнаружения при похищении.

Появление микротрещин в металле можно рассматривать как введение второго вещества (первое – сам металл). Применение стандарта будет заключаться в введении поля, которое, как и в предыдущих примерах, по разному взаимодействует с металлом и воздухом. Таким полем является, например, электрическое поле: ток хорошо проходит по металлу и плохо по воздуху. Измерение электрического сопротивления позволяет судить о появлении трещин (а.с. 246901, подробнее см. ИР № 3-1972, стр.19).

Если бы, наоборот, потребовалось обнаружить появление металлических "трещин" в воздухе, нужным полем было бы оптическое (хорошо распространяется в воздухе, плохо в металле).

3.1. Задача на обнаружение может быть частью более сложной задачи. Например, надо обнаружить вредное явление и устранить его. В этом случае надо проверить обходной путь (возможно устранение вредного явления без его обнаружения или превращения вредного явления в нейтральное или полезное). Решая задачу на обнаружение, необходимо до применения стандарта вернуться к исходной изобретательской ситуации, рассмотреть возможность решения другой задачи, не требующей обнаружения.

Задача на обнаружение участков смеси при последовательном перекачивании разных нефтепродуктов по одному нефтепроводу, - см. «Алгоритм изобретения», изд. 2 стр. 207-209 и 270-271.

3.2. Необходимые и достаточные условия применения стандарта:

- задача должна состоять в обнаружении вещества или поля;

- в задаче на обнаружение вещества должна быть возможность заранее ввести активное вещество непосредственно (по формулам 2, 3, 4, 7) или перевести часть данного вещества в другое в другое (активное) состояние; в задаче на обнаружение поля должна быть возможность ввести вещество и еще одно поле (формулы 9,10,11,12);

- вводимое вещество должно на выходе давать электромагнитное (оптическое, магнитное, электрическое) поле, которое легко может быть обнаружено.

1. Если нужно сравнить объект с эталоном с целью выявления отличий, то задача решается оптическим совмещением изображения объекта с эталоном или с изображением эталона, причем изображение объекта должно быть противоположно по окраске эталону или его изображению.
2. Аналогично решаются задачи на измерение, если есть возможность иметь эталон или его изображение.

2.1. В основе стандарта комплекс приемов, позволяющий повысить степень идеальности процесса. Во-первых, три последовательные операции (наблюдение за объектом, перенос полученных данных на эталон, выявление разности) совмещаются во времени. Во-вторых, операции с труднодоступным, неудобным и т.д. объектом заменяются операциями с его изображением (копией). В третьих, использование противоположных по окраске изображений объекта и эталона позволяет сильно (контрастно) выделить разность между объектом и эталоном, что улучшает условия работы и создает предпосылки для автоматизации процесса.

Задача: "На предприятии, выпускающем циферблатные измерительные приборы, последний этап производства – проверка готовых приборов. Производится она так: контролер устанавливает готовый прибор рядом с выверенным образцом-эталоном и сличает показания прибора в нескольких точках шкалы. Если уменьшить число контрольных точек, скорость проверки возрастет, но снизится точность контроля. И наоборот, если увеличить число контрольных точек, то повысится точность, а скорость проверки снизится".

Как добиться одновременно очень быстрого и точного контроля».

Решение этой задачи точно соответствует стандарту. Эталонный прибор имеет стрелку, окрашенный в цвет, контрастный цвету окраски стрелки проверяемого прибора. Оптическое устройство совмещает изображения обоих приборов. Контролер включает оба прибора и наблюдает движение стрелок, одновременно повышая измеряемый параметр (давление, число оборотов, силу тока и т.п.). Если прибор исправен, изображения обеих стрелок совпадают; при неисправности прибора изображения стрелок раздваиваются.

Задача: "Миниатюрные, но сложные по форме детали (например, детали часов, фотоаппаратов и т.д.) проверяют путем обмеров. Способ очень малопроизводителен и малонадежен. Как быть?"

В отличие от предыдущей задачи, здесь не упоминаний об эталоне. Но суть проверки заключается именно в сравнении с эталоном или чертежам. Следовательно, задача решается по стандарту 2. Контрольный ответ – а.с.122612. Проверяемый объект освещают зеленым цветом, эталон – желтым. Оптическое совмещение ведется при помощи микроскопа, имеющего два предметных столика, два объектива и один окуляр. Микроскоп совмещает изображения и, когда контуры не совпадают, появляется зеленая или желтая кайма.

Задача: "Плата (пластинка) просверлена множеством отверстий диаметром в доли миллиметра. Контроль ведется сравнением с эталоном – это медленно и ненадежно. Как быть?»

Условия задачи полностью соответствуют требованиям стандарта. Контрольный ответ – а.с.350219. Контролируемую плату освещают желтым светом, эталон – синим. Оба изображения проецируют на экран. Если на экране появился желтый цвет, значит, на контролируемой плате отсутствует отверстие. Если на экране появился синий цвет, значит, на контролируемой плате имеется лишнее отверстие.

А.с.24077: "Способ измерения деформаций оболочек, путем измерения координат точек поверхности оболочек оптическим методом, ОТЛИЧАЮЩИЙСЯ тем, что, с целью измерения оболочек сложных конфигураций, получают с помощью пластической массы слепки деформированных и недеформированных поверхностей оболочки, и по разности результатов измерения координат точек слепков определяют деформации".

Здесь интересно отметить предварительную операцию приготовления эталона – изготовление слепка оболочки до деформации. Способ может быть усовершенствован, если – в соответствии со стандартом № 2 – окрасить обе поверхности в дополнительные цвета и совмещать голографические (объемные) изображения.

А.с.77652: "Способ изготовления гибочных шаблонов для труб корабельных и тому подобное трубопроводов, ОТЛИЧАЮЩИЙСЯ тем, что, с целью обеспечения быстрого и простого поворотного изготовления временных легких шаблонов каждый раз при возникновении потребности в каждом из них, изготовление осуществляется непосредственно по увеличенным на экране до натуральных размеров фотоснимков с шаблонов, сделанных в нескольких, выбранных в зависимости от сложности шаблона, плоскостях".

В этом изобретении эталон дан заранее, а приготовлять приходится изделие, соответствующее эталону (операции изготовления и измерения совмещены). В изобретении есть все признаки стандарта: изображение эталона оптически переносят на материал будущего объекта и получают совмещенное изображение объекта. Чтобы изображение эталона было ясно видно, его окраска должна быть контрастной (более яркой, более темной, другого цвета) по отношению к материалу объекта (об этом не сказано в формуле изобретения, поскольку это подразумевается само собой).

А.с.422396: "Способ подсчета мелких водяных организмов в потоке воды по ее прозрачности фотометрированием, ОТЛИЧАЮЩИЙСЯ тем, что, с целью повышения производительности труда при поштучном подсчете личинок рыб, прозрачность воды доводят до заранее заданного эталона, соответствующего определенному количеству организмов, путем концентрации в нем последних".

В отличии от стандарта, здесь нет указания на контрастность окрасок объекта и эталона. Введение таких окрасок является возможными резервами дальнейшего улучшения метода.

Интересно сравнить это изобретение с изобретением по а.с.417689, относящемуся к другой области техники:

А.с.417689: "Способ контроля веса квадратного метра бумаги путем просвечивания его источником света и измерения интенсивности прошедшего через бумагу света, ОТЛИЧАЮЩИЙСЯ тем, что, с целью повышения точности измерения бумагу помещают в систему поляризатор-анализатор, устанавливаемую между источником света и фотоприемником, измеряют интенсивность света, прошедшего через скрещенные и параллельные поляризаторы, и по отношению интенсивности определяют вес квадратного метра бумаги".

С одной стороны, это изобретение можно преобразовать, введя эталон и заменив последовательные операции сравнения с поляризованного и не поляризованного потоков одной операцией сравнения с эталоном. С другой стороны, можно видоизменить предыдущее изобретение (а.с. 422396), убрав эталон и введя два последовательных измерения в поляризованном и неполяризованном свете. Например:

А.с.221345: "Способ контроля кристаллизации кондитерских масс, например, ирисной, в процессе производства, путем микроскопирования исследуемого образца, ОТЛИЧАЮЩИЙСЯ тем, что, с целью повышения точности контроля, микроскопирование осуществляется в проходящем поляризованном световом луче изменением при этом интенсивности светового потока с последующим определением содержания кристаллов".

Стандарт предусматривает непосредственное сравнение оптических изображений. Однако допустимо и преобразование оптических изображений, например, в электрические сигналы, и сравнение этих сигналов:

Патент США 3560094. Оптический кодировщик положения вала использует луч поляризованного света, модулированный в соответствии с заданной частотой сигналом модуляции. Модулированный поляризованный свет проходит через анализатор, установленный на конце вала, угловое положение которого требуется определить. Свет, выходящий из анализатора, падает на детектор, который вырабатывает выходной электрический сигнал, сравниваемый с сигналом модуляции. Фазовый сдвиг между сигналами модуляции и детектируемым сигналом пропорционален углу поворота вала.

3.1. Необходимые и достаточные условия применения стандарта:

- задача должна состоять в сравнении с эталоном;
- должна быть возможность получения и сравнения электромагнитных (преимущественно оптических) изображений объекта и эталона.

3.2. До применения стандарта необходимо вернуться к исходной изобретательской ситуации и рассмотреть возможность решения другой задачи, не требующей сравнения.

После применения стандарта надо проверить возможность получения аналогов изобретения за счет замены вида контрастности изображений (черное и белое, красное и зеленое, желтое и синее, два пучка по разному поляризованного света и т.д.).

Если два подвижных друг относительно друга объекта должны соприкасаться, и при этом возникает вредное явление, то задача решается введением третьего вещества, являющегося видоизменением одного из веществ, данных по условиям задачи.

2.1. Стандарт основан на использовании одного из основных правил вепольного анализа: наиболее простой и эффективный способ разрушения веполей состоит в введении третьего /"лишнего"/ вещества. Однако, если просто ввести какое-то третье вещество, решение может оказаться слабым, или вообще непригодным, поскольку условия задачи обычно налагают запрет на применение третьих веществ (всякого рода прокладок, облицовок, покрытий и т.п.). Возникает физическое противоречие: третье вещество должно быть, и его не должно быть. Стандарт указывает путь решения противоречия: третье вещество должно быть видоизменением одного из соприкасающихся веществ. Тогда третьего вещества не будет, т.к. оно является одним из уже имеющихся веществ, и оно будет, т.к. оно все-таки отличается от имеющихся веществ. Соединение вепольного правила с таким приемом преодоления противоречия позволяет получить решения, близкие к ИКР (имеющиеся вещества сами играют роль третьего вещества) и поэтому являются решениями высокого уровня.

Задача: "В светокопировальной машине сломалось сложное по форме и дорогое стекло, по которому протягивается калька с чертежами. Поставили дешевое оргстекло, но при движении кальки по оргстеклу они взаимно электризуются и притягиваются. Калька застревает в машине, рвется. Как быть?"

Необходимость введения третьего вещества кажется здесь очевидной. Однако вводить третье вещество нельзя, т.к. оно нарушит процесс светокопирования. Правильное решение состоит в том, чтобы "вводить и не вводить", т.е. третье вещество должно быть видоизменением кальки или стекла. Контрольный ответ: по стеклу протягивают чистую кальку, она прилипает и остается на стекле: кальку с чертежами протягивают по чистой кальке; электризация не происходит, калька протягивается свободно.

Задача: "По стальной трубе движется уголь. Влажность угля высока, поэтому он прилипает к стенкам. Как быть?"

Попытки решения этой задачи обычным путем (сушка угля, устройство фторопластовой облицовки) не дали положительных результатов. В соответствии со стандартом надо ввести третье вещество, являющееся видоизменением имеющихся двух веществ – стали и угля мокрого. Контрольный ответ: мокрый уголь посыпают тонким слоем сухого угольного порошка.

А.с.412062: "Способ предупреждения кавитационной эрозии гидродинамических профилей, например, подводных крыльев, путем покрытия поверхности профиля слоем защитным, ОТЛИЧАЮЩИМСЯ тем, что, с целью повышения его эффективности при одновременном снижении гидродинамического сопротивления профиля, защитный слой создают непрерывным намораживанием на поверхности корки льда по мере ее разрушения от кавитации, поддерживая толщину защитного слоя в установленных пределах, исключающих оголение поверхности и ее эрозию под действием кавитации".

Здесь отчетливо виден механизм действия стандарта. По условиям задачи вода разрушает любое покрытие. Необходимо постоянно наращивать покрытие, компенсируя его разрушение. Но для этого требуется много вещества. Откуда его взять? Единственная возможность – из этой же воды, видоизменив ее так, чтобы она стала твердым покрытием.

А.с.354212: "Способ регулирования расхода пульпы путем изменения проходного сечения регулирующего органа под воздействием внешних сил, ОТЛИЧАЮЩИЙСЯ тем, что, с целью увеличения долговечности регулирующего органа и повышения надежности регулирования, железорудную пульпу пропускают через участок трубопровода, выполненный из немагнитного материала, при одновременном воздействии на нее вращающегося магнитного поля".

Как и в предыдущем примере, задача состоит в том, чтобы найти способы борьбы с эрозией стали (задвижки) под воздействием потока пульпы. Аналогичны и физические противоречия: должно быть много третьего вещества, поскольку постоянное обновление защитного слоя сложно и дорого. Отчетливо видны все признаки стандарта: третьим веществом является сама видоизмененная пульпа (остановившиеся частицы железной руды).

А.с.304356: "Колено для соединения трубопровода, транспортирующего сыпучие ферромагнитные материалы, ОТЛИЧАЮЩЕЕСЯ тем, что, с целью снижения потерь давления в системе трубопровода и повышения износостойкости колена путем образования защитного слоя из ферромагнитного материала, на наружной стенке колена, на его выпуклой части, установлен магнит".

Разумеется, это изобретение можно было бы оформить и как "Способ защиты...". И наоборот, с равным основанием, предыдущее изобретение можно было бы оформить и как способ, и как устройство. До сих пор, пока патентная экспертиза будет игнорировать методику решения изобретательских задач, такие ляпсусы неизбежны.

Задача: "Существуют аппараты для дробеструйной очистки и упрочения дробью. При этом, однако, дробь повреждает металл корпуса, разъедает внутренние поверхности аппарата.
Как быть?"

Естественно, что и в этом случае должен быть применен стандарт № 3: внутреннюю облицовку выполняют из магнитного материала. На внутренней поверхности налипает слой дробинок. Выбитые дробинки заменяются другими, защитный слой может работать вечно (а.с. 261207).

Необходимые и достаточные условия применения стандарта:

- соприкасающиеся объекты по условиям задачи должны быть подвижны друг относительно друга;
- вредное явление должно возникать на поверхности соприкосновения именно вследствие подвижности одного из объектов;
- должна быть возможность введения или получения третьего вещества, являющегося видоизменением одного из данных веществ.

1. Если нужно привести в движение или затормозить объект, состоящий из неферромагнитного вещества, или включающий его, и если этот объект мал по размерам и неудобен для манипуляции или состоит из многих частей, или расположен в труднодоступном месте, задача решается применением управляемого магнитного поля или электрического, в введением второго, ферромагнитного, вещества, преимущественно в виде ферромагнитного порошка.

2. Аналогично решаются задачи, в которых дан ферромагнитный объект, не взаимодействующий с вводимым магнитным полем.

3. Аналогично решаются задачи, в которых надо привести в движение часть объекта.

4. Аналогично решаются задачи, в которых надо обеспечить напряженное состояние объекта или его части.

5. Аналогично решаются задачи, в которых нужно изменить состояние, например, обработать вещество объекта.

6. Аналогично решаются задачи, в которых перемещение объекта или изменение его состояния (пористости, вязкости и т.д.) нужны не сами по себе, а для управления состоянием или перемещением третьего объекта.

2.1. Стандарт основан на одном из главных правил вепольного анализа, согласно которому основной тенденцией развития технических систем является переход от невепольных систем к вепольным:

Вместо тривиального решения, состоящего в непосредственном механическом воздействии на объект, используют ферромагнитное вещество-посредник Вф. Стрелки над буквами обозначают подвижность, движение.

2.2. Может возникнуть вопрос, почему в формуле стандарта говориться о неферромагнитных объектах, и не упоминаются объекты ферромагнитные? Действительно, если ферромагнитный объект плохо перемещается механическим полем, то задача может быть решена использованием магнитного (электромагнитного поля).

Такая схема реализована, например, в магнитных подъемниках-кранах, магнитных переносчиках и т.п. Однако, исходный неполный веполь здесь не достраивается; он остается неполным веполем, но с другим полем. Простая замена поля не дает четко выраженного нового эффекта. Такие решения сегодня уже не являются изобретательскими, хотя, еще 50 лет назад они могли считаться оригинальными, творческими.

Чтобы перейти к решениям, дотягивающим до современного изобретательского уровня, нужно вепольные системы достраивать до полных веполей, вводя второе вещество.

А.с.260134: "Магнитная подвеска для удержания, преимущественно плоских деталей из ферромагнитного материала, включающая корпус с закрепленным в нем постоянным или электрическим магнитом, ОТЛИЧАЮЩАЯСЯ тем, что, с целью повышения качества покрытий методом окунания, она снабжена регулируемыми планками, ограничивающими угол веерообразования деталей".

Задача состоит в том, чтобы к магниту "прицепить" детали в вертикальном положении.

Это достигнуто введением направляющих планок. Решение типично для подобных ситуаций. Так. по а.с.115568 для извлечения стружки (В1) после сверления глухих отверстий в ферромагнитных деталях, предлагается намагничивать сверло (В2):

По а.с. 220270 для аналогичной цели используют щетку с намагниченной проволокой.

Все это – изобретения первого уровня. Стандарт № 4 не относится к этим простым задачам.

Не относятся к стандарту и задачи, в которых даны два вещества, причем одно или оба являются ферромагнитными.

А.с.424623: "Устройство для объединения потоков жестяных консервных банок... ОТЛИЧАЮЩЕЕСЯ тем, что, с целью упрощения конструкции, приспособление для формирования объединенного потока, представляет собой ряд наклонных сходящихся лотков, по каждым из которых смонтированы с возможностью поперечного включения электромагниты".

По условиям задачи даны два ферромагнитных объекта, поэтому управление ими при помощи магнитного поля является очевидным решением. По-видимому, через какое-то время решения, в которых нет ничего, кроме применения магнитов по своему прямому назначению, перестанут патентоваться.

В сферу действия стандарта входят только те задачи, в которых требуется перемещать неферромагнитное вещество. По стандарту эти задачи решаются введением второго вещества-посредника и магнитного поля. Таким образом, по стандарту удается придать неферромагнитному веществу ферромагнитные свойства: это дает решения высоких уровней.

По а.с.74110 предлагается при производстве спичек вводить в состав серы ферромагнитные частицы – для автоматической транспортировки и укладки спичек в коробки.

По а.с.147225 в чернила добавляют магнитные частицы, что позволяет управлять выпуском чернил на бумагу, например, в телеграфных устройствах, с помощью магнитного поля.

А.с.350758: "Способ очистки вод от масла и смол путем адсорбции их порошком, гидрофобизированным кремнийорганическими соединениями с последующим отделением порошка вместе с адсорбированными маслами и смолами, ОТЛИЧАЮЩИЙСЯ тем, что, с целью удешевления процесса, в качестве адсорбента используют магнитовосприимчивый порошок, например, магнетит, и отделение порошка ведут магнитным сепаратором".

А.с.430888: "Способ разделения смесей из двух компонентов, например, минеральных удобрений, или выделения контрольного компонента из смеси при помощи магнитного поля, ОТЛИЧАЮЩИЙСЯ тем, что, с целью полного и быстрого выделения анализированного компонента, в состав последнего при гранулировании вводят ферромагнитный порошок".

В примере 6 магнитное поле упоминается – в отличии от примера 5 – упоминается до слова "ОТЛИЧАЮЩИЙСЯ"; между тем, предложения абсолютно одинаковые: чтобы отделить вещество А от вещества Б, в одно из этих веществ предварительно вводят ферромагнитные частицы и, естественно, используют магнитное поле. Игнорирование экспертной методики изобретательского творчества приводит к появлению большого числа изобретений-двойников, отличающихся друг от друга только словесным оформлением.

А.с.261372: "Способ проведения процессов, например каталитических в системах с движущимся катализатором, ОТЛИЧАЮЩИЙСЯ тем, что, с целью расширения области применения, создают движущееся магнитное поле и применяют катализатор с ферромагнитными свойствами".

Здесь та же задача на перемещение, но перемещать надо не для разделения, как в двух предыдущих примерах, а для соединения, для лучшего перемешивания. Двойник этого изобретения приведен ниже.

А.с.319460: "Способ овализации твердых хрупких материалов, например зерен абразивных порошков, путем разгона, столкновений и трения зерен о стены камеры, ОТЛИЧАЮЩИЙСЯ тем, что, с целью расширения диапазона зернистости обрабатываемых материалов, разгон абразивных частиц производят в смеси с ферромагнитными частицами, под воздействием переменного, например, бегущего магнитного поля-статора, служащего камерой, в которой производится овализацию."

Задача: При изготовлении алмазного инструмента надо уложить алмазные зерна не "как попало", а в определенном положении – острым углом вверх. Как это сделать?

Задача решается точно по стандарту: алмазные зерна покрываются тонким слоем металла (металлизируются), а затем укладываются в нужное положение при помощи магнитного поля.

Здесь, как и в предыдущих примерах, хорошо видно, что стандарт представляет собой совокупность нескольких приемов, прежде всего – применение вещества-посредника (прием № 23), и замены механического взаимодействия электромагнитным (прием № 28).

Для правильного применения стандарта № 4 следует учитывать, что исходное вещество должно быть немагнитным в том смысле, что оно не должно непосредственно взаимодействовать с вводимым магнитным полем. Поэтому объекты, которые содержат ферромагнитное вещество, могут рассматриваться как немагнитные, если они не взаимодействуют непосредственно с вводимым магнитным полем.

А.с.247064: "Применение электромагнитного насоса для перекачки электролитов в качестве реактивного судового двигателя".

Здесь исходный объект – корпус корабля. Второе вещество – морская вода (электролит). Электромагнитное поле действует на электролит, а электролит взаимодействует с корпусом корабля. Непосредственного взаимодействия электромагнитного поля с корпусом корабля нет, поэтому безразлично, из какого вещества сделан корпус.

2.3. Если задача состоит в том, чтобы привести в движение часть объекта, задача решается по стандарту, но с введением ферромагнитных добавок именно в эту часть объекта.

А.с.155500: "Способ интенсификации теплообмена в трубчатых элементах поверхностных теплообменников..., ОТЛИЧАЮЩИЙСЯ тем, что, с целью повышения коэффициента теплопередачи, в поток теплоносителя вводят ферромагнитные частицы, перемещающиеся под действием вращающегося магнитного поля преимущественно у стенок теплообменника, для разрушения и турболизации пограничного слоя".

Стандарт может быть использован и при решении задач, условия которых требуют создания "внутреннего" движения частиц вещества, т.е. создания напряженного состояния. В этих случаях объект остается неподвижным.

А.с.263240: "Способ создания напряженного состояния в моделях деталей машин и конструкций, ОТЛИЧАЮЩИЙСЯ тем, что, с целью упрощения создания сложнонапряженного состояния, модель создается из пластмассы с ферромагнитным наполнителем и воздействуют на нее электромагнитным полем".

Если объект остается неподвижным, а движутся только ферромагнитные частицы, то происходит механическая обработка вещества объекта. Поэтому стандарт может быть использован для решения задач на обработку вещества.

А.с.55507 (1933 г.): "Способ внутреннего шлифования, ОТЛИЧАЮЩИЙСЯ тем, что изделие с насыпанным в него зернистым или порошкообразным абразивом из ферромагнитного материала или жидкостью помещают во вращающееся магнитное поле".

2.5. По условиям некоторых задач объект должен быть неподвижен только на определенное время для передвижения из одной позиции в другую, или для перехода из одного состояния в другое. Стандарт применим и в этих случаях.

А.с.156133: "Магнитный фильтр, состоящий из двух постоянных магнитов или электромагнита, ОТЛИЧАЮЩИЙСЯ тем, что, с целью более эффектной очистки запыленного воздуха, при его высокой температуре и влажности, в нем используется ферромагнитный порошок, помещенный между полюсами магнита, и создающий структуру слоевого зернистого фильтра".

Чтобы улавливать пыль, раньше использовались фильтры из многослойной металлической ткани. Такие фильтры быстро забивались пылью, а ее удаление было операцией тяжелей и медленной. Решение задачи по а.с. 156133 соответствует стандарту; введены магнитное поле и вещество – посредник. Фактически надо было решить две задачи: как остановить пыль и как ее потом освобождать. Это вторая задача решается "антистандартом": отключают магнитное поле, в результате, «отключается» и вещество-посредник. Структура фильтра на время распадается и пыль освобождается.

В этой задаче надо было останавливать пылинки и пропускать несущий газ. Поэтому вещество-посредник имело пористую структуру. Очевидно, что вещество-посредник может иметь и сплошную структуру. Тогда оно будет пропускать или не будет пропускать газ или жидкость.

А.с.372461: "Аварийный сигнализатор температуры, содержащий установленные в корпусе входной, выходной патрубки и клапанный термочувствительный элемент, расположенный в выходном патрубке, ОТЛИЧАЮЩИЙСЯ тем, что, с целью повышения быстродействия, в нем запорный орган клапанного термочувствительного элемента выполнен в виде магнитного порошка, помещенного в зоне поля электромагнита, размещенного на внешней поверхности выходного патрубка".

Совершенно аналогично этому и а.с.256634 («Емкость для хранения груза…») и а.с.329333 («Пневматический дроссель...»).

2.6. Магнитные частицы могут «хватать-отпускать» не только пыль, но и другие, введенные в них объекты. Практически для этих целей удобнее различные ферромагнитные жидкости, состоящие из взвеси магнитных частиц в олеиновом масле. Такие жидкости уже являются вепольными системами, вместе со схватываемыми объектами они образуют комплексные веполи.

А.с.438829: "Заглушка, например, для герметизации трубопроводов и горловин, выполненная в виде стакана под уплотнитель, ОТЛИЧАЮЩАЯСЯ тем, что, с целью сокращения времени установки и снятия заглушки, на наружной поверхности стакана установлена электромагнитная катушка, а в качестве уплотнителя используется ферромагнитная жидкость".

Совершенно очевидно, что любой предмет – не только заглушка – может быть «схватываем – отпускаем» аналогичным образом. Только дичайшим анахронизмом изобретательского права можно объяснить то, что авторские свидетельства выдаются на каждый отдельный объект, «схватываемый – отпускаемый» магнитной жидкостью. По патенту США № 3253200 аналогичное изобретение используется для закрепления деталей при механической обработке. По патенту Англии 824047 твердеющая магнитная жидкость используется в муфтах.

Понятно, что у магнитной жидкости кроме двух состояний – жидкого и твердого, есть различные промежуточные состояния, отличающиеся друг от друга различной величиной вязкости. Это использовано, например, в а.с.425659:

А.с.425659: "Возбудитель направленных колебаний, содержащий дебалансные валы и синхронизирующее приспособление, в виде закрепленных на дебалансах постоянных магнитов, ОТЛИЧАЮЩИЙСЯ тем, что, с целью снижения потерь в магнитной цепи и увеличения синхронизирующего усилия, дебалансы помещены в суспензии с изменяющейся в магнитном поле вязкостью".

Новый способ превращения хлопка-сырца в ткань: волокна окунают в олеиновое масло с ферромагнитными частицами, волокна становятся чувствительны к магнитному полю и т.д. (см. Химия и жизнь 9-1966, стр.66).

Новый способ отделения нефти от воды: в поток вводят ферромагнитные частицы, взвешенные в керосине; взвесь слипается с частицами нефти; отделение ведут магнитным сепаратором.

3.1. Необходимые и достаточные условия применения стандарта:
- задача должна состоять в изменении (по величине, направлению или программе) скорости движения объекта (части объекта);
- или же задача должна состоять в получении напряженного состояния объекта (части объекта);
- или задача должна состоять в обработке (например, механической) объекта (части объекта);
- объект должен быть неферромагнитным, во всяком случае, он не должен непосредственно взаимодействовать с магнитным полем, которое будет введено по условиям задачи;
- объект должен быть неудобным для манипуляций с ним, малым по размеру, хрупким, состоящим из множества частиц, расположенным в труднодоступном месте и т.д.;
- должна быть возможность на время или постоянно ввести электромагнитное поле и использовать ферромагнитные частицы.

1. Если нужно увеличить технические показатели системы (вес, размер, скорость и т.п.), и это наталкивается на принципиальные препятствия (запрет со стороны законов природы, отсутствие в современной технике необходимых материалов, веществ, мощностей и т. п.), система должна войти в качестве подсистемы в состав другой, более сложной системы. При этом развитие исходной системы приостанавливается, заменяясь более интенсивным развитием сложной системы.

2. Аналогично решаются задачи, в которых необходимость интенсифицировать процесс наталкивается на принципиальные трудности и ограничения.

2.1. Стандарт основан на универсальных законах развития любых систем:
- системы С1, С2, С3... могут развиваться только до определенного предела, после чего они объединяются в надсистему НС, т.е. образуют другую, более сложную систему;
- темпы развития систем С1, С2, С3..., вошедших в качестве подсистем в надсистему НС, резко замедляются, или становятся равными нулю;
- темпы развития образовавшейся НС резко увеличиваются, по сравнению с темпами развития систем..., причем развитие НС идет, в основном, за счет усложнения связей между С1, С2, С3..., т.е., за счет развития структуры НС.

Примером действия этих законов в природе может служить ряд: атом – молекула – клетка – организм – общество. Как известно, слишком тяжелые атомы неустойчивы; ряд атомов обрывается примерно на сотом "образце", дальнейшее развитие идет не за счет появления новых, более тяжелых атомов, а за счет объединения атомов в молекулы. Ряд молекул как бы перехватывает эстафету развития: молекулы образуют все более сложные соединения – вплоть до полимеров и белков. Однако на белках развитие молекул останавливается; эстафета перехватывается клетками. Клетки также образуют ряд последовательно развивающихся "образцов", и хотя известны очень крупные клетки (у водорослей), развитие опять таки перехватывает надсистема – организм. Первые образцы организмов представляют собой простое объединение клеток, но, в результате быстрого развития, возникают все более сложные организмы – вплоть до человека. Впрочем, еще задолго до появления человека, природа начинает экспериментировать, создавая из организмов (муравьи, пчелы) надсистемы. По-видимому, эти экспериментальные надсистемы оказались плохи по одному (но решающему) показателю: они не обеспечили ускоренных темпов развития. Наоборот, темпы развития этих подсистем оказались близки к нулю. Иначе получается с человеком: надсистема «общество» обладает чрезвычайно высокими темпами развития. Может быть, даже слишком высокими...

Примером действия тех же законов в технике может служить развитие технической системы "корабль" (см. схему). На этой схеме отчетливо видны повторяющиеся циклы (точнее – витки, спирали). Каждый цикл начинается с возникновения комплекса (К) – механического объединения двух систем: плот плюс весло, весельный корабль плюс парус, парусный корабль плюс паровой двигатель. В процессе дальнейшего развития, в комплексе отмирают те подсистемы, которые исчерпали возможности совершенствования (в рамках данной системы). Так в парусно-весельных кораблях отмирает весельный привод, а в паропарусных кораблях парусный привод.

СХЕМА
Развития технической системы «Корабль»

2.2. Практически изобретателю приходится иметь дело не со всей исторической линией развития, технической системы и даже не с «большим» отрезком этой линии (циклом), а с «малым отрезком», с одним эпизодом, состоящим в переходе от системы к более сложной надсистеме (аналогия: от клетки к простейшему многоклеточному организму). При этом образование новой системы (надсистемы НС) происходит за счет объединения двух ранее независимых систем С1 и С2:

А.с.235547: "Рабочее оборудование роторного экскаватора, включающее ротор и стрелу, ОТЛИЧАЮЩЕЕСЯ тем, что, с целью уменьшения усилий резания, оно выполнено с устройством для разогрева мерзлого грунта, имеющим форсунки, смонтированные, например, на секторах по обоим торцам ротора".

По формуле изобретения суть в том, что к экскаватору (притом роторному) подсоединено устройство для разогрева грунта. Но с наименьшим основанием можно было говорить об устройстве для разогрева грунта, к которому подсоединен роторный экскаватор обе системы равноценны. Не имеет смысла и указание на то, что экскаватор роторный. Идея применима к любому многоковшовому, а в принципе и к одноковшовому экскаватору. Речь идет о новом способе, по которому устройства, ранее работавшие последовательно, поочередно, теперь работают параллельно, вместе.

А.с.160100: "Способ транспортирования материала, например, табачных листьев к сушильным установкам, при помощи потока воды в гидротранспортере, ОТЛИЧАЮЩИЙСЯ тем, что, с целью одновременного осуществления промывки табачных листьев и фиксации их цвета используют воду, подогретую до 80-85оС".

Это изобретение очень похоже на предыдущее («обогреватель плюс транспортировка», а там «обогрев плюс разделение перед транспортировкой»). Но здесь запатентован способ – это разумнее.

2.3. Чем вызывается объединение С1 и С2 в надсистему НС? Система может развиваться, не становясь частью надсистемы, если в ней возникают лишь устранимые физические противоречия, т.е. такие противоречия, которые можно устранить, не нарушая законов природы. Возьмем, например, физическое противоречие типа: "объект должен двигаться и объект не должен двигаться". Чтобы преодолеть такое противоречие, нет необходимости нарушать законы природы: можно, например, просто разделить объект на части (одна часть движется, другая неподвижна); можно двигать объект периодически. Но то же самое противоречие может стать неустранимым, если ввести дополнительное требование: весь объект должен все время двигаться и весь объект должен быть все время неподвижен относительно одного и того же наблюдателя. Или "Весь объект должен все время нагреваться для того, чтобы выполнить требуемое действие и весь объект не должен нагреваться, чтобы не расходовалась энергия". Такое противоречие нельзя устранить, не нарушив закон сохранения энергии. Единственная возможность устранения подобных противоречий состоит в том, что объект объединяют с другими объектами, образуя новую систему, в пределах которой противоречие может быть устранено без нарушения законов природы. Парусное судно не может двигаться со скоростью, большей скорости ветра, - было бы нарушением законов механики. Но если парусное судно объединить с паровой машиной, новая система окажется способной двигаться со скоростью, большей скорости ветра, и это не будет нарушением никаких законов.

Задача: нужно предложить холодильный костюм для горноспасателей. Костюм должен весить не более 8 кг, и защищать человека от воздействия внешней среды с температурой 150оС.

За 2 часа теплоприток составит примерно 1500 ккал (тепловыделение организма и внешний теплоприток). Если использовать в качестве холодильного вещества лед (плавление и нагревание до температуры 20оС), то вес его составит 15 кг. «Объект должен весить не более 8 кг и объект в тех же условиях должен весить не менее 15 кг» - это нарушает закон сохранения вещества.

Решение задачи состоит в объединении двух систем – холодильной и дыхательной – на основе единого вещества, жидкого кислорода (а.с. 111144). Дыхательный аппарат (респиратор) – весит 12 кг, поэтому система может весить 12 + 8 = 20 кг. Холодильным веществом должен быть жидкий кислород. Его испарение и нагрев обеспечат охлаждение, а нагретый кислород должен идти в дыхательный аппарат. Кислорода надо взять не менее 15 кг, но теперь это возможно, поскольку допустимые весовые пределы увеличены до 20 кг.

2.4. Объединение двух систем в надсистему происходит в две стадии: объединяемые системы (или одна из них) изменяются, а потом измененные системы объединяются в надсистему:

А.с.183339: "Лифтовая установка, ОТЛИЧАЮЩАЯСЯ тем, что, с целью обеспечения возможности транспортировки предметов, превышающих габариты кабины, две кабины размещены в одной шахте, а смежные их стенки выполнены раскрывающимися".

Здесь до объединения (и для объединения) пришлось изменить оба объединяемых объекта: стенки лифтов выполнены раскрывающимися (формула 3).

В предыдущем примере для объединения респиратора и холодильника в единую газотеплозащитную систему потребовалось коренным образом изменить респиратор (формула 2), ранее работавший на сжатом кислороде.

Из-за незнания законов развития технических систем очень часто останавливаются на механическом образовании надсистемы по формуле 1, не применяя значительно более эффективное преобразование 2 и 3. Можно привести такой пример: давно используют в качестве рабочего тела в теплоэнергетических установках двухфазные тела, состоящие из газа и мелких твердых частиц (повышается плотность, что приводит к повышению термического к.п.д.). По а.с. 224743 предложено использовать твердые частицы, обладающие адсорбирующей способностью. Это уже не механическое соединение двух объектов, а система, обладающая новым качеством. При повышении давления происходит как бы дополнительное сжатие газа за счет адсорбции, а при понижении давления (или при повышении температуры) идет дополнительное выделение газа (за счет десорбции).

2.5. Существуют задачи, в которых необходимо использовать какое-то одно свойство системы, не используя при этом ее другие свойства (или не используя всю систему). Такие задачи решаются применением антистандарта: система С делится на подсистемы ПС, из которых одна используется, а остальные отбрасываются:

Примером может служить английское изобретение, согласно которому вместо овчарок используется магнитофонная запись собачьего лая. В ФРГ запатентовано использование кошачьего мяуканья /вместо самих кошек/ для борьбы с мышами на складах.

В США и ряде других стран используются для отпугивания птиц с аэродромов записи испуганных птичьих голосов.

Обезвоживание и обессоливание нефти требует затрат времени и применения дорогостоящих устройств. Как и в приведенном выше примере 2, решение проблемы заключается в совмещении операций транспортировки и обезвоживания – обессоливания нефти (а.с. 295790): вода и соли удаляются из нефти при движении ее по трубопроводу в район переработки. Себестоимость процесса снижается в 7 раз.

По а.с. 287967 совмещаются сразу три операции: «Способ переработки солевых руд, например калийных, с получением насыщенного щелока путем дробления, измельчения и растворения руды, ОТЛИЧАЮЩИЙСЯ тем, что, с целью повышения производительности дробление, измельчение и растворение производят одновременно за один цикл мельницы".

Необходимые и достаточные условия применения стандарта:

- задача должна состоять в интенсификации показателей технической системы (увеличения скорости, производительности, мощности и т.д.), или стадий процесса;
- физические противоречия, содержащиеся в задаче, должны быть неустранимы в пределах данной системы (или стадии процесса) – по причинам принципиальным (невозможность нарушения законов природы), или из-за отсутствия в современной технике необходимых материалов, веществ и т.п. технических средств;
- должна быть возможность объединения исходной системы (стадии процесса) с другой системой в более сложную надсистему.

1. А.с.192275: "Устройство для непрерывного получения эмульсий и суспензий, ОТЛИЧАЮЩЕЕСЯ тем, что, камеры смешения и диспергирования размещены в приспособлении, служащем для создания вращающегося магнитного поля и заполнены ферромагнитными частицами".