В АРИЗ есть правила — как строить модель задачи. В модель всегда должно входить изделие. Второй элемент модели — то, что обрабатывает, меняет изделие, — инструмент или часть его, непосредственно воздействующая на изделие.
Правильный выбор конфликтующей пары иногда сразу приводит к решению. Посмотрим это на простой задаче.
Задача 44. Пуд золота
В небольшой лаборатории исследовали действие горячей кислоты на сплавы. В камеру с толстыми стальными стенками помещали 15―20 кубиков разных сплавов и заливали кислоту. Затем камеру закрывали и включали электрическую печь. Опыт продолжался одну-две недели, потом кубики доставали и исследовали их поверхность под микроскопом.
— Плохи наши дела, — сказал однажды заведующий лабораторией. — Кислота разъедает стенки камеры.
— Облицевать бы их чем-нибудь, — предложил один сотрудник. — Может быть, золотом…
— Или платиной, — сказал другой.
— Не пойдет, — возразил заведующий. — Выиграем в устойчивости, проиграем в стоимости. Я уж подсчитывал: нужен пуд золота…
И тут появился изобретатель.
— Зачем тратить золото? — сказал он. — Построим модель задачи и автоматически получим другое решение…
Как построить модель задачи? Каков ответ на задачу?
Давайте разберемся вместе. В задаче дана техническая система, состоящая из трех частей — камеры, кислоты и кубиков. Обычно считают, что эта задача на предотвращение коррозии стенок от действия кислоты. То есть вольно или невольно рассматривают конфликт между камерой и кислотой, ищут средства защиты камеры от кислоты. Представляете себе, что получается? Скромная лаборатория, исследующая сплавы, должна оставить эту работу и заняться решением сложнейшей проблемы, над которой без особого успеха работали и работают тысячи исследователей: как защитить сталь от коррозии. Допустим даже, что эту проблему в конце концов удастся решить. Но пройдет много времени, а испытания сплавов нужно вести сегодня, завтра…
Используем правило построения моделей. Изделие — кубик. На кубик действует кислота. Вот и модель задачи — кубик и кислота. Камера просто не попадает в модель! Надо рассмотреть только конфликт между кубиком и кислотой.
Здесь начинается самое интересное. Кислота разъедает стенки камеры. Понятно, в чем конфликт между камерой и кислотой. Но у нас в модель задачи входят только кубик и кислота. В чем же конфликт между ними?! В чем теперь задача? Кислота разъедает стенки кубика? Пусть разъедает! Для этого и проводятся испытания. Выходит, конфликта нет…
Чтобы понять суть конфликта между кубиком и кислотой, надо вспомнить, что мы не включили в модель камеру. Кислота должна держаться возле кубика без камеры, но сама по себе кислота не будет этого делать, она растечется… Вот этот конфликт нам и предстоит устранить. Очень трудную задачу (как предотвратить коррозию) мы заменили очень легкой (как не дать разлиться кислоте, находящейся возле кубика).
Ответ виден без дальнейшего анализа: надо сделать кубик полым, как стакан, и залить кислоту внутрь кубика.
Можно прийти к ответу и с помощью вепольного анализа. Гравитационное поле Пгр (сила тяжести) меняет состояние кислоты В1 (заставляет ее разливаться) и не меняет состояние кубика В2:
Нет веполя, не хватает, по крайней мере, одной стрелки. Тут могут быть только два варианта:
Первый вариант: кислота передает свой вес кубику, давит на кубик. Для этого кислоту придется залить внутрь кубика. Второй вариант: кубик и кислота испытывают одинаковое действие гравитационного поля. Свободно падает пролитая кислота, и свободно падает кубик. При этом кислота никуда не уйдет от кубика. Теоретически ответ годится, хотя практически для условий нашей задачи он слишком сложен.
Обратите внимание: догадка дала один ответ, анализ поймал оба. Да, Шерлок Холмс не зря отвергал догадку…
Знакомый фокус: вещество есть и вещества нет
Третья часть АРИЗ — анализ модели задачи. Сначала определяют, какой элемент конфликтующей пары надо изменить. Правила тут такие: менять надо инструмент, а если этого нельзя сделать по условиям задачи, надо менять внешнюю среду.
Следующий шаг — формулировка ИКР. Например: «Кислота сама держится у кубика…» Если бы ответ на «кубиковую» задачу не появился раньше, тут он стал бы совершенно очевидным. Это простая задача, мы ее рассмотрели только для примера. В трудных задачах анализ приходится вести значительно глубже: определить, какая зона выделенной части модели не справляется с требованием, указанным в ИКР, а потом сформулировать физическое противоречие.
Посмотрите, что получается. Сначала мы имеем дело с изобретательской ситуацией — в ней упоминаются несколько технических систем. Переходим к задаче, выбираем одну техническую систему. Строим модель задачи, оставляя только кусок системы — две части. Затем выбираем одну часть и находим в ней ту зону, которую надо изменить. Шаг за шагом сужается область поиска. Диагноз выявляет больное место: «Оперировать надо здесь!»
Одновременно уточняется и суть «болезни». В ситуации только неопределенные жалобы — плохо, неудобно, дорого и т. д. От них мы переходим к техническому противоречию. И наконец, к противоречию физическому. Как только выявлено физическое противоречие и найдено «больное место», анализ можно считать завершенным.
Возьмем хотя бы задачу о шлаке. Мы уже знаем, как перейти от ситуации к задаче: «Все осталось без изменения, но твердая корка шлака не образуется». О модели этой задачи мы тоже говорили: есть расплавленный шлак, а над ним холодный воздух. Шлак — изделие, значит менять будем воздух. ИКР: холодный воздух сам не дает застыть шлаку. Дикая, на первый взгляд, мысль: холодный воздух должен защищать шлак от… холодного воздуха!
Пойдем дальше… Какая зона воздуха не соответствует этому требованию? Очевидно, та, которая непосредственно соприкасается с горячей верхней поверхностью расплавленного шлака. Теперь видно физическое противоречие: эта зона (там сейчас слой холодного воздуха) должна быть чем-то заполнена, чтобы задерживать тепло, и эта зона не должна быть ничем заполнена, чтобы можно было свободно заливать и выливать шлак.
Итак, над поверхностью шлака должна быть прослойка вещества — и не должна быть прослойка вещества. Такие задачи мы уже решали. Вы, наверное, помните правило: в подобных случаях надо не вводить посторонние вещества, а использовать видоизмененные вещества — из тех, что уже есть.
У нас два вещества — шлак и воздух, поэтому могут быть только три ответа:
1. Использовать измененный воздух. Нагревать тот слой воздуха, который лежит у поверхности шлака. Это плохое решение: придется ставить горелки, они будут загрязнять атмосферу.
2. Использовать измененный шлак. Покроем поверхность жидкого шлака шариками из легкого твердого шлака. Теплоизоляция получится неплохая, но возникает масса неудобств: надо изготавливать шарики, надо их как-то удерживать в ковше, когда сливается шлак.
3. Использовать смесь воздуха и шлака. Смешать воздух и жидкий шлак и получить… пену. Отличный теплоизолятор! Залили шлак в ковш, образовали слой пены, получили прекрасную теплозащитную крышку. Сливать шлак можно, не обращая внимания на эту крышку; жидкий шлак свободно пройдет сквозь пену. Крышка есть и крышки как бы нет…
Задача в принципе решена, нужно только выяснить чисто технический вопрос: как получать пену. Простейший способ: при заливке шлака подавать одновременно немного воды. Обратите внимание на парадокс: чтобы шлак сохранил тепло, его поливают… холодной водой.