"Линии жизни" технических систем

Главы из книги "Творчество как точная наука" Г. С. Альтшуллер, 1979

Жизнь технической системы (как, впрочем, и других систем, например, биологических) можно изобразить в виде S-образной кривой (рис. 12), показывающей, как меняются во времени главные характеристики системы (мощность, производительность, скорость, число выпускаемых систем и т. д.).

У разных технических систем эта кривая имеет, разумеется свои индивидуальные особенности. Но всегда на ней есть характерные участки, которые схематически, с подчеркнутым огрублением". выделены на рис. 13.

В "детстве" (участок 1) техническая система развивается медленно. Затем наступает пора "возмужания" и "зрелости" (участок 2) -техническая система быстро совершенствуется, начинается массовое ее применение. С какого-то момента темпы развития начинают спадать (участок 3)-наступает "старость". Далее (после точки y) возможны два варианта. Техническая система А либо деградирует, сменяясь принципиально другой системой Б (современные парусники не имеют скоростей, на которых сто лет назад ходили прославленные чайные клипперы), либо на долгое время сохраняет достигнутые показатели (велосипед не претерпел существенных изменений за последние полвека и не был вытеснен мотоциклом).

От чего зависит соотношение между участками? Иными словами, чем определяется положение точек перегиба (a, b, y) на "жизненной кривой" той или иной технической системы?

Изучение кривых развития параметров различных технических систем (скорости движения самолетов и кораблей, скорости бурения, роста энергии ускорителей и т. д.) заставляет сразу обратить внимание на то, что реальные кривые заметно отличаются от ожидаемых теоретических кривых. Характер различия показан на рис. 14, где штриховая кривая-теоретическая, а сплошная-реальная.

Казалось бы, с момента появления техническая система должна неуклонно (хотя и не очень быстро) развиваться до a', т. е. до момента перехода к массовому применению. На самом деле переход к массовому применению (a'') начинается с опозданием и на более низком техническом уровне.

Период быстрого развития технической системы должен был бы завершиться в точке b', там, где исчерпываются возможности использованного в системе принципа и обнаруживается экономическая нецелесообразность дальнейшего развития данной системы (уровень 1). Однако ничего подобного не происходит: реальная точка b'' всегда намного выше теоретической b'. Когда кривая А" доходит до уровня 1, в дальнейшем развитии системы оказываются заинтересованными многие люди. Возникает инерция интересов-финансовых, научных (псевдонаучных), карьеристских и просто человеческих (боязнь оставить привычную и обжитую систему). Могут спросить: значит, инерция интересов оказывается сильнее экономических факторов? Да, сильнее. Но и сами экономические факторы умеют приспосабливаться к инерции интересов. Вплоть до уровня 2 система продолжает оставаться экономически выгодной за счет разрушения, загрязнения и хищнической эксплуатации внешней среды.

Типичным примером может служить интенсивное строительство в капиталистических странах больших танкеров. Как известно, катастрофа с танкером "Торри Каньон" (120 тыс. тонн нефти попали в море) привела к тяжелейшим последствиям на побережьях Англии и Франции. С тех пор океан не стал спокойнее, мореплавание не стало безопаснее. Но уже построены танкеры в полмиллиона тонн, строятся и проектируются танкеры водоизмещением в миллионы тонн. Кривая А" идет к уровню 2. Экономичность (т. е. прибыль для судовладельцев) обеспечена за счет ущерба внешней среде. Число больших танкеров увеличивается, скорость хода тоже возрастает (хотя до сих пор нет эффективного решения проблемы торможения), неуклонно растет опасность суперкатастрофы.

"Сегодня мне это выгодно, а на остальное наплевать"-эта формула тянет кривую А" вверх, к уровню 2 (экономично при условии причинения вреда внешней среде). А потом все-таки достигается потолок-уровень 3, определяемый физическими пределами. Нельзя, например, втиснуть на улицу больше автомобилей, чем там может поместиться, когда автомобили стоят впритирку один к другому- от стенки до стенки.

Теоретически пока кривая А' поднималась вверх к уровню 1, кто-то должен был развивать техническую систему Б' так, чтобы ее точка подъема a'Б совпадала с точкой b' кривой А' и обеспечивался постоянный бесступенчатый подъем. На самом деле реальная кривая Б" начинает ощутимо подниматься только тогда,. когда кривая А" поднялась выше уровня 2 и приблизилась к уровню 3 (пример: работа над "чистым" автомобилем). А быстрый подъем кривой Б" происходит лишь после того, как кривая А" минует точку '' и пойдет на спад.

На рис. 15,а изображена уже знакомая нам "жизненная кривая" технической системы. Интересно сопоставить этот график с графиками, характеризующими чисто изобретательские показатели.

На рис. 15,6 показана типичная кривая изменения количества изобретений, относящихся к данной технической системе. Первый пик соответствует точке а (рис. 15,а): число изобретений увеличивается в период перехода к массовому применению системы. Второй пик на рис. 15,б обусловлен стремлением продлить жизнь системы.

Изменение уровня изобретений показано на рис. 15,в. Первые изобретения, создающие основу технической системы, всегда высокого уровня. Постепенно этот уровень снижается. Пик на рисунке соответствует изобретениям, которые обеспечивают системе возможность массового использования. За этим пиком-спад: уровень изобретений неуклонно снижается, приближаясь к нулю. А тем временем появляются новые изобретения высокого уровня, относящиеся к системе Б.

Наконец, на рис. 15,г показано изменение средней эффективности (практической отдачи, экономии, "пользы") от одного изобретения в разные периоды развития технической системы. Первые изобретения, несмотря на их очень высокий уровень, не дают прибыли: техническая система существует на бумаге или в единичных образцах, в ней много мелких недостатков и недоработок. Прибыль начинает появляться после перехода к массовому применению. В этот период даже небольшое усовершенствование приносит большую "экономию" и соответственно большое вознаграждение авторам.

Изобретателю надо знать особенности "жизненных кривых" технических систем. Это необходимо для правильного ответа на вопрос, крайне важный для изобретательской практики: "Следует ли решать данную задачу и совершенствовать указанную в ней техническую систему или надо поставить новую задачу и создать нечто принципиально иное?" Чтобы получить ответ на этот вопрос (шаг 1.3 в АРИЗ), надо знать, каковы резервы развития данной технической системы.

Почти всегда можно собрать сведения о ходе предыдущего развития и построить график изменения одного из главных показателей системы (скорость, производительность, мощность, точность и т. д.). Здесь возможны три случая:

1. Техническая система еще не дошла до точки a. Вопрос заключается в обнаружении этой точки. Типичная ошибка состоит в том, что эту точку пытаются прогнозировать исходя из возможностей развития данной технической системы. На самом деле точка "a" для данной технической системы наступит не раньше, чем начнет "вымирать" предшествующая техническая система, существование которой сдерживает развитие молодого "конкурента". Например, "послеавтомобиль" (т. е. техническая система, которая сменит автомобиль) сможет интенсивно развиваться лишь тогда, когда развитие автомобиля дойдет до физического предела (рис. 14, третий уровень). Если бы сегодня в развитие, например, электромобиля была вложена 1/100 часть средств и усилий, которые вкладываются в развитие автомобиля, электромобиль быстро достиг бы точки a. Но этого не произойдет: автомобиль еще может развиваться между первым и вторым уровнями и будет развиваться, хотя пользование автомобилем загрязняет атмосферу. Итак, прогнозируя развитие технической системы на начальном этапе (до точки a), надо ориентироваться на состояние предшествующей технической системы.
2. Техническая система прошла точку a, но не дошла до точки b. В этом случае прогнозирование состоит в определении второго и третьего уровней. В крайнем случае, достаточно определить только третий уровень, потому что существует отчетливо выраженная (хотя и нежелательная) тенденция к уменьшению расстояния между вторым и третьим уровнями. Определение физических пределов обычно не вызывает особых затруднений: они связаны с объективными и лежащими на виду факторами (например, прочностные свойства материалов, калорийность топлива, различные барьеры-звуковой, тепловой и т. д.).
3. Техническая система прошла точку b (или y). В этой ситуации прогноз сводится к отысканию новой технической системы, к которой должна перейти "эстафета".

В каждом из этих случаев изобретатель может действовать двояко. Предположим, выяснилось, что техническая система не дошла до точки a. Изобретатель может заняться усовершенствованием "новорожденной" технической системы. Это сулит крупные изобретения: из Новой Идеи надо сделать Новую Вещь, а для этого Идея (изобретение пятого уровня) должна обрасти изобретениями четвертого и третьего уровней. Но путь до точки a может оказаться долгим, даже очень долгим; это, как мы видели, зависит от жизненных ресурсов предшествующей технической системы. Не исключено, что срок ожидания превысит срок жизни. Зато и возможный выигрыш велик: изобретательская слава достается, прежде всего, тем, кто сделал практически пригодную Новую Вещь. О тех, кто высказал (и даже запатентовал) Новую Идею, вспоминают много позже.

Какой путь избрать-взяться за создание Новой Вещи или заняться небольшими усовершенствованиями другой, уже признанной (прошедшей точку a) технической системы, т. е. что лучше-журавль в небе или синица в руке,-этот вопрос выходит за рамки теории решения изобретательских задач. Теория может лишь требовать, чтобы изобретатель видел обе возможности и сознательно выбирал одну из них. Выбор же зависит от мировоззрения, от того, что человек считает для себя более ценным.

Проблема выбора остается и в том случае, если техническая система бурно развивается на участке от a до b. Для развития на этом участке системе нужны преимущественно изобретения второго уровня, но в большом количестве. Почти гарантированный успех, возможность быстро получить десятки авторских свидетельств, сравнительная простота внедрения-нелегко отказаться от всего этого и отдать предпочтение прозябающей в неизвестности следующей технической системе. Но и здесь люди нередко поступают вопреки житейскому "здравому смыслу". Специалист по паровым турбинам вдруг бросает Вещь и всецело переключается на газовые турбины, существующие в виде сомнительной Идеи...

Самое поразительное, что проблема выбора сохраняется и в тех случаях, когда техническая система стала заведомо, старой и даже дряхлой. Здесь же нет никакой надежды на сколько-нибудь. заметный творческий успех: устаревшая система ассимилирует только изобретения первого уровня. Но ведь можно накопить сотни авторских свидетельств и, главное, спокойно, без мук творчества и прочих переживаний...

Сто лет назад появились барабанные печи-небольшие (несколько метров) цилиндры; с одной стороны в них подавали сырье, с другой шли раскаленные газы от форсунки, печь медленно вращалась, перемешивая сырье... Современная цементная печь-гигантское сооружение: длина до 200-250 м, диаметр до 5-7 м, в проектах супергиганты длиной до 350-400 м и диаметром 8-9 м. По громадному вращающемуся туннелю движется небольшой ручеек обжигаемого сырья. Чтобы передать этому ручейку тепло от потока газов, в печи висят цепи, много цепей-100, 150, 200 тонн... Чем больше цепей, тем лучше. теплопередача, но тем тяжелее печь, тем больше пылеобразование, потому что цепи разрыхляют сырье... И вот идет поток изобретений на тему "повесим цепи как-нибудь иначе": а. с. 226453 (одни цепи подвешены к другим), а. с.. № 187606 (цепи развешены наподобие паутины), а. с. № 260483 (снова паутина, но другого рисунка), а. с. № 266484 (другой рисунок паутины), а. с. № 310095 (еще одна паутина), а. с. № 339743 (звено цепи имеет не две "железки", а три-объемный "бублик").

Меня интересовала психология специалистов, делающих такие изобретения" Один из них в ответ на мои расспросы сказал: "Видите ли, я работаю в институте, у института есть план, у отдела тоже план, и у моей группы план. Никто не запишет в план: к такому-то числу надо изобрести принципиально новый. способ получения цемента. В план записывают: к такому-то числу разработать такое-то усовершенствование такого-то узла..." Я ответил: "План выполнять надо. Но кто мешает помимо плана искать что-то принципиально новое?! Например, никто не заставлял А. Г. Преснякова изобретать судно с МГД-двигателем..." Мой собеседник пожал плечами: "Вы говорите о тех, кто рискнул - и выиграл. Но ведь не все, замахивающиеся на большое, добиваются успеха. Да. и сколько лет надо ждать этого успеха..."

В этой книге я решил не приводить примеров из своей изобретательской практики: теория изобретательства должна строиться на объективных данных, а не на отдельных эпизодах. Но один пример я все же приведу.

В 1949 г. был объявлен всесоюзный конкурс на холодильный костюм для горноспасателей. Условия: костюм должен защищать человека в течение двух часов при внешней температуре 100°С и относительной влажности 100%, причем вес костюма не должен превышать 8-10 кг. Задача считалась принципиально нерешимой. Даже при использовании самых сильных хладагентов вес костюма получался больше 20 кг. На человека допустимо "навьючивать" груз в 28-30 кг, но горноспасатель уже несет дыхательный прибор (12 кг) и инструменты (7 кг).

Можно было принять задачу так, как ее поставили организаторы конкурса: в конце концов, если сделать костюм с небольшим запасом льда и отражающей поверхностью, нетрудно уложиться в 8 кг. Конечно, защищать такой костюм будет минут 15--20, не больше. Но все-таки это лучше, чем ничего.. Был и другой путь: изменим задачу, создадим не холодильный костюм, а другую техническую систему, пойдем в обход. Этот путь мы (я работал совместно с Р. Б. Шапиро) и выбрали.

Задачу мы решили так: выбросили дыхательный прибор, выиграли 12 кг, приплюсовали их к 10 кг, отпущенным на холодильный костюм, рассчитали газотеплозащитный скафандр, работающий на едином холодильном веществе: жидкий кислород испаряется и нагревается, поглощая тепло, а потом идет на дыхание. Получили огромный запас холодильной мощности (можно, час работать в печи при 500°) и удобную схему дыхания.

Результат: три варианта скафандра-три премии на конкурсе; через 20 лет на обложке журнала "Советский Союз" был помещен красочный снимок: сверкающий отблесками пламени экспериментальный образец газотеплозащитного скафандра. Это уже была Вещь, и я рассматривал этот снимок, нисколько не жалея о том, что 20 лет назад можно было пойти по более простому пути..

Г.С. Альтшуллер

ТРИЗ...