Тайната на изобретението: Разширяваме инструментариума

Това е петата статия от поредицата Тайната на изобретението, публикувана в популярното българско списание "Млад конструктор" през 1984 г. В нея съм разгледал още "инструменти", които изобретателят използва при решаване на изобретателски задачи.

Разширяваме инструментариума

Освен разгледаните вече:

1. Метод на раздробяването
2. Метод на обединяването
3. Метод на периодичното решение
4. Метод обръщане на вредата в полза
5. Метод на динамичността

... съществуват още универсални методи за решаване на изобретателски задачи.

6. МЕТОД НА КОМПЕНСАЦИЯТА

Изразява се в това, че нежеланото явление се потиска, като към него се прибави аналогично по величина "антиявление". Методът се прилага широко във всички области на техниката.

а) компенсиране на земното привличане (теглото на предметите) 

Знаете ли, че кабината на асансьора, в която пътувате всеки ден, почти няма тегло? Това се дължи на т.нар. противотежест, която компенсира теглото на кабината (фиг. 1). Благодарение на това се пести електроенергия и е възможно използването на сравнително маломощен двигател (при пълна компенсация се преодоляват само силите на триене).
Благодарение на противотежестите железопътните бариери стават леки като перце. Пак с тяхна помощ хората от древността са вадили без особени усилия вода от кладенците си (фиг. 2).

Там където е невъзможно да се окачи противотежест се създава "антитегло" с други средства. Примери за това са въздушните балони, дирижаблите, самолетите, хеликоптерите, подводниците и др., които се движат в съответната среда благодарение на изкуствено създадена подемна сила.
"Антитегло" може да се създаде с помощта на магнитни сили. Така нареченото магнитно окачване намалява многократно триенето в опорите и въртящите се тела (маховици, ротори на турбини и др.).

б) компенсиране на механични трептения

Борбата срещу шума до скоро се водеше само с пасивни средства - поглъщане на шума с най-различни порести материи. Но ето че беше предложен един активен метод - гасене на шума с "антишум". За целта в близост до източника на шума се поставят високоговорители, които излъчват шум със същата амплитуда, но с обратна фаза. В резултат на това се получава... тишина.

в) компенсиране на електрически величини

Пример за това е диференциалният усилвател, който усилва само полезния сигнал, а смущенията потиска. Друг пример е отделянето на променливата (фиг. 3а) или постоянната (фиг. 3b) съставка на един смесен сигнал.

г) Стойността на една величина се измерва чрез компенсирането ѝ с еталонна по стойност величина.

Така действат всички видове теглилки. По този начин могат да се конструират и изключително прости електрически измервателни уреди. Как например ще измерим напрежението в една електрическа верига без точен измервателен уред? Разбира се, по компенсационния метод (фиг. 4). С потенциометъра П се нулира нулевия индикатор НИ. Стойността на напрежението се отчита по скалата на потенциометъра. Ако нулевият индикатор се реализира със светодиоди, целият уред може да се монтира в корпус от писалка.

7. МЕТОД НА ЕДНОКРАТНАТА УПОТРЕБА

Нашият век с право може да се нарече век на вещите с еднократно използване. Те навлязоха бързо в бита и замениха солидните предмети от близкото минало. Такива са например пластмасовите чаши, в които пием кафе, кола, чай (и безотговорно изхвърляме след това); пластмасовите опаковки за всякакви хранителни продукти, лекарства и разни предмети; еднократните химикалки, газови запалки, дезодоранти, бои, лакове и други в аерозолни опаковки. Непрекъснато се появяват нови предмети с еднократно действие, някои от които изглеждат направо абсурдни - еднократни четки за зъби, термометри, кошчета за боклук и т.н. Може би електронните ръчни часовници, калкулаторът и джобните радиоприемници също ще станат еднократни, когато цената им стане съизмерима с тази на захранващите ги батерии. Разбира се, съществуват и по-сериозни приложения на метода - например еднократните метеорологични сонди или ракети.

8. МЕТОД НА "МАТРЬОШКИТЕ"

Популярните руски кукли матрьошки, които се поставят една в друга, сполучливо илюстрират същността на този метод. Идеята е много стара - още в древността руските занаятчии са изработвали дървени съдове, които се разполагали един в друг. А и сега туристите използват широко съдове матрьошки (чаши, тенджери и др.). Ползата е очевидна - пести се място. Телескопичните антени за радиоприемници също представляват своеобразни "матрьошки". Предложените от съветския изобретател Ермаков метеорологични "балони - матрьошки" представляват няколко разноцветни балона, вместени един в друг. Като се спукват последователно на различна височина, се мени цветът на балона (удобно е за наблюдение на въздушни потоци).
А ето и едно приложение от електрониката - светодиоден индикатор от типа "светеща точка" (фиг. 5а). Действието му се основава на факта, че волт-амперните характеристики на светодиодите СД1-СД10 са разположени една в друга, подобно на руските "матрьошки". Това е постигнато с помощта на силициви диоди Д1-Д9.

9. МЕТОД НА САМООБСЛУЖВАНЕТО

Обектът се обслужва сам, като изпълнява спомагателни операции. Типичен пример за това е автомобилният двигател. Освен основната си задача - задвижване на автомобила,  той изпълнява и операции, необходими за правилното му функциониране - зареждане на акумулатора, задвижване на горивната, маслената и водната помпа.
Интересна илюстрация на метода е самоходната количка, привеждана в движение от товара. Под действие на тежестта му платформата на количката се спуска надолу, а съединената с нея зъбна рейка върти колелата. След разтоварването пружини връщат платформата в изходното и положение.
Методът на самообслужването е доведен до съвършенство от изобретателите на вечни двигатели. Генератор и електродвигател, съединени електрически и механически (фиг. 6), се самообслужват напълно и би трябвало вечно да се въртят. Че това е невъзможно, днес е известно на всеки човек.

10. МЕТОД НА УНИВЕРСАЛНОСТТА

Обектът изпълнява няколко функции поради което отпада необходимостта от други обекти.
Бетонобъркачката-автомобил едновременно разбърква бетона и го транспортира. Риболовните кораби за води са предвидени за риболов, обработка и транспорт на рибата.
Съществено простяване на устройствата се получава, ако се използват обратимите свойства на някои обекти (електродвигатели, високоговорители, пиезоелементи и др.). В някои радиотелефони например се използва електродинамичен високоговорител, който изпълнява функцията и на микрофон. Антената на радиолокатора и пиезоелементът на ехолота могат да приемат и излъчват сигнали.

11. МЕТОД "НАОПАКИ" ("ОБРЪЩАНЕ С ГЛАВАТА НАДОЛУ")

Вместо действието, диктувано от условията на задачата, се извършва обратното действие. Как са били открити обратимите свойства на пиезоелементите например? Чрез метода "наопаки". Да допуснем, че първоначално е бил известен само правият пиезофект - възникване на електрически заряд при механична деформация на пиезокристала. Въпросът "А какво ще се стане, ако направим обратното? е довел да откриването на обратния пиезоефект - механична деформиране на пиезокристала под действие на електрическо поле.

До преди няколко години джобните електрически фенерчета имаха неизменна конструкция - право разположение на лампичката в отражателя (фиг 7а). Но ето че се появиха и фенерчета с "обратно" разположение на лампичката (фиг. 7б), които са по-тънки.

Изобретателскичт "инструментариум" съдържа повече от 100 метода за решаване на изобретателски задачи. Естествено нямаме възможност да ги разгледаме всичките и затова се ограничихме с най-универсалните от тях. Всеки изобретател може сам да си създаде собствени методи. Единственото условие е те да са достатъчно универсални (т.е. методът, открит при решаването на определена изобретателска задача, да може да се използва за решаване на задачи в съвършено други области на техниката).

Как на практика се използват методите за решаване на изобретателски задачи? В най-простия случай те си прилагат директно - след като уточним условията на задачата, "отваряме сандъчето с инструментите" и търсим най-подходящия от тях. Но съществуват и по-рационални начини за използване на методите. Един от тях е наречен алгоритъм за решаване на изобретателски задачи (АРИЗ) и е разработен от съветския изобретател Хенрих Алтшулер. АРИЗ разделя творческия процес на три стадия: аналитичен, оперативен и синтетичен. Всеки от тях съдържа отделни стъпки, последователното изпълнение на които приближава изобретателя до техническото решение на задачата. Подробни светени сведения за АРИЗ могат да бъдат получени от приложената литература.

Инж. Кирил Мечков

ЛИТЕРАТУРА

1. Алтшулер, Хенрих . Алгоритъм на изобретението. С., Народна младеж, 1974.
2. Альтшулер, Г. Ц. Алгоритм на изобретения. М., Московский рабочий, 1973.

3. Альтшулер, Г. Ц. Творчество как точная наука. М., Советское радио, 1979.

Тайната на изобретението

Опитай се да изобретиш! (мотивираме читателя да стане изобретател)

От къде да започнем (поставяме проблема и чакаме решението)

В царството на случайността (стимулираме възникването на нови идеи чрез използване на случайността)

Инструментите на изобретателя (разглеждаме набора от "инструменти" за решаване на изобретателски задачи)

Разширяваме инструментариума (разглеждаме още „инструменти“, използвани от изобретателите при решаване на творчески задачи)

"Кристализация" на идеята (разглеждаме момента, непосредствено след появата на новата идея)

Изобретателството в действие