Задание на дом

© Альтшуллер Г.С., "Техника и наука", 1981, №4. - C.19.
КТО ЕСТЬ КТО,
ИЛИ ЛОГИКА ПЕРЕХОДА ОТ МОДЕЛИ ЗАДАЧИ К ФИЗИЧЕСКОМУ ПРОТИВОРЕЧИЮ

Хорошая детективная история обычно начинается с того, что подозрение падает на 5-8 человек. Постепенно зона поиска сужается, число подозреваемых становится все меньше и меньше. И вот подозрения сосредоточиваются на одном человеке... Примерно так идет и решение задачи по АРИЗ. Сначала зона поиска весьма велика: начинать анализ приходится с туманной технической ситуации. Есть некая техническая система, в которой что-то происходит не так, и невозможно заранее сказать, какая часть системы в этом виновата. Ситуацию переводят в задачу; при этом некоторые части системы оказываются вне зоны поиска. Следующий шаг - переход к модели задачи - должен уменьшить число "подозреваемых" до двух: из задачи надо выделить конфликтную пару.

По этой схеме мы и вели начатый в предыдущем номере журнала разбор задачи 26. Напомним вкратце ход дела. Для защиты электрической цепи от двукратного тока используют биметаллическую пластину: нагреваясь, она изгибается и размыкает цепь. Однако по той же цепи иногда проходит и стократный ток. И хотя в таких случаях срабатывает специальный электродинамический размыкатель, быстро разрывающий цепь, биметаллическая пластина успевает перегреться. А перегрев ведет к разрушению пластины: один слой слишком сильно сдвигается относительно другого слоя, пластина расслаивается. Из этой ситуации мы, прежде всего, выделили задачу: надо сохранить биметаллический размыкатель, но устранить присущий ему недостаток. Переход к модели задачи еще больше сузил зону поиска: под подозрением остались два элемента - большой ток (большое тепло, большие усилия сдвига) и пластина. Расследование было прервано в тот момент, когда оставалось выделить из двух элементов один и предъявить ему "обвинение"...

Правило здесь простое: виноват и подлежит изменению инструмент, невиновным следует считать изделие. Нужно только не спутать инструмент с изделием… В большинстве писем, присланных в редакцию, выбор обоснован так: "Пластина изгибается под действием тока. Следовательно, ток надо считать инструментом, а пластину - изделием". Казалось бы, все логично: раз ток разрушает пластину, значит, виноват именно ток… Наступает момент, когда в детективном романе горячий и неопытный лейтенант хватается за пистолет: "Будем брать!" А мудрый полковник качает седой головой: "Надо подумать..." И в самом деле: попробуем подумать. Обратимся к другим задачам.

По трубопроводу идет поток железорудной пульпы (взвесь железной руды в воде). Поток быстро истирает задвижку, как бы прочна она ни была. По условиям задачи надо предотвратить истирание, но нас в данном случае интересует другое: где здесь инструмент? Ответ очевиден. Поток пульпы - это продукция, изделие. А задвижка, регулирующая движение потока, - инструмент. Суть задачи в том, чтобы устранить обратное действие изделия на инструмент. Но ведь точно так обстоит дело и в задаче 26: биметаллическая пластина - та же задвижка, а электрический ток подобен идущему по трубопроводу потоку пульпы.

Еще одна задача ( "ТиН", 1980, № 1, с. 26): "Вокруг антенны радиотелескопа необходимо установить частокол молниеотводов. Однако молниеотводы задерживают радиоволны, создают радиотень. Как быть?" Распределение ролей здесь тоже не вызывает сомнений. Молниеотвод - инструмент, регулирующий движение двух электромагнитных потоков - молнии и радиоизлучения. Биметаллическая пластина тоже работает с двумя потоками- двукратным и стократным токами. Значит, в задаче 26 инструментом следует считать пластину, а изделием - ток. Тут мы подходим к общему правилу: является ли элемент системы инструментом или изделием - это зависит от его основной роли в работе всей системы . Можно сказать иначе: инструмент остается инструментом и в том случае, если в конфликтующей паре он "обрабатывается" изделием.

Рассуждения эти могут показаться скучноватыми. Но все дело именно в деталях, тонкостях, нюансах. Без них призывы к построению модели задачи, формулированию идеального конечного результата (ИКР), выявлению физического противоречия и т. д. останутся пустыми звуками. Каждый шаг анализа будет увеличивать неопределенность, и вместо единственно верного физического противоречия мы получим десятки расплывчатых вариантов. Освоить АРИЗ - значит освоить правила точного выполнения шагов.

Итак, ИКР: пластина сама предотвращает свое разрушение под действием стократного тока, сохраняя способность сильно изгибаться под действием двукратного тока. Далее надо выделить зону, которая не справляется с требуемым для достижения ИКР комплексом двух взаимодействий (шаг 3.3). Пластина состоит из двух слоев. Виновным можно считать любой из них, скажем нижний. Он имеет коэффициент теплового расширения, отличающийся от соответствующего коэффициента верхнего слоя. Из-за различия коэффициентов и возникает изгиб. Уменьшив же эту разность, мы лишим бипластину способности изгибаться под действием двукратного тока.

Формально шаг 3.3 выполнен, но давайте посмотрим: намного ли мы продвинулись вперед. Уже на шаге 3.1 стало ясно, что виновата бипластина, т. е. система из двух пластин с разными коэффициентами теплового расширения. Поэтому выделение одного слоя фактически не углубило анализ. Может быть, сделать шаг 3.3 как-то иначе?

При выполнении этого шага возможны два случая: 1) в выбранном элементе геометрически отделима часть, мешающая получить ИКР, скажем, поверхность задвижки в задаче о железорудной пульпе; 2) виновато все вещество выбранного элемента, как, например, в задаче о молниеотводе. АРИЗ-77 не давал рекомендаций, как действовать во втором случае. В АРИЗ-81 есть правило: если виновато все вещество выбранного элемента, надо перейти к рассмотрению любой части вещества на микроуровне.

В задаче 26 мы имеем дело с металлической пластиной, т. е. с кристаллической решеткой, растягивающейся под действием тепла. Применив метод моделирования маленькими человечками (ММЧ), представим вещество пластины в виде двух параллельных цепочек маленьких человечков (см. рис.).

Задание на дом. 1. Нарисуйте три схемы движения человечков: как происходит это движение сейчас при двукратном и стократном токах и как оно должно происходить, чтобы пластина не расслаивалась при стократном токе. 2. Сформулируйте физическое противоречие. Ответа на задачу пока не надо. Достаточно выполнить шаги 3.4 и 3.5.

Ждем ваших писем.

...Самое интересное в хорошем детективе начинается тогда, когда все нити приводят к одному человеку. Вдруг выясняется, что этот единственный подозреваемый совершенно ни при чем и "брать" его нет оснований. Нечто подобное происходит и на подступах к физическому противоречию: вот оно, вещество пластины, если его изменить, все будет в порядке, но менять нельзя, иначе это вещество не будет работать в нормальном режиме - при двукратном токе...