1.      КОРОТКО О ТРИЗ.

 

Изобретения чаще всего делались и, к сожалению, делаются сейчас методом перебора вариантов или методом проб и ошибок. Методом проб и ошибок создавались первые кремниевые ножи и луки, пушки, корабли. Эдисон, подбирая материал для нити лампы накаливания, опробовал около 6 тысяч вариантов. C развитием техники этот метод становился все менее пригоден. В ответ на общественную потребность появились свыше 50 различных методов, интенсифицирующих процесс поиска нового. Из них можно выделить 2 основных направления: увеличение хаотичности поиска и систематизация перебора вариантов.

К первой группе относятся специальные психологические методы, позволяющие избавиться от «инерционной» направленности поиска. Наиболее известен созданный в конце 30-х годов А. Осборном (США)  «мозговой штурм». В его основе - отделение процесса генерирования идей от процесса их оценки. Нечто похожее мы видим в телевизионной программе «Что? Где? Когда?». Мозговой штурм позволяет «растормозить» людей, избежать привычных ассоциаций, высказать неожиданные идеи.

Ко второй группе относятся методы, позволяющие систематизировать перебор вариантов. В первую очередь следует сказать о морфологическом анализе, разработанном швейцарским астрофизиком Ф. Цвикке. Сущность метода заключается в стремлении систематически охватить все, или хотя бы главнейшие варианты, исключив влияние случайностей. Несмотря на определенные положительные моменты, в основе описанных выше методов остается та же основа - поиск решения путем перебора вариантов.

В 50-е годы в СССР была создана теория решения изобретательских задач (3). Появление ТРИЗ неразрывно связано с именем Г.С. Альтшуллера, а ее международное признание, по крайней мере, свидетельствует о наличии в ней рационального зерна. Последние 10 лет теория решения изобретательских задач или усиленно продвигалась на Запад, или развивалась в направлениях, далеких от техники. Об интенсивном развитии ТРИЗ в эти годы свидетельствует появление множества работ, посвященных использованию ТРИЗ-технологий в самых различных областях: педагогика, искусство, журналистика, реклама, предвыборные кампании, организация бизнеса и бизнес-процессов, разработка программных продуктов для компьютеров (4).

После дефолта 1998 года в России наконец-то наметились положительные тенденции в сфере производства. Объявления о том, что предприятию требуются технические специалисты, перестали быть библиографической редкостью. В связи с этим появилась надежда, что ТРИЗ вновь найдет достойное место именно в той области, на базе которой и для которой она изначально и была разработана – в технике.

ТРИЗ принципиально отличается от метода проб и ошибок и его модификаций. Основной ее постулат: технические системы развиваются по объективно существующим законам, эти законы познаваемы, их можно выявить и использовать для сознательного решения изобретательских задач. Теоретическим фундаментом ТРИЗ являются законы развития технических систем, выявленные путем анализа большого количества патентной информации (сотни тысяч авторских свидетельств и патентов).

В рамках ТРИЗ сформулированы различные законы развития технических систем, причем наиболее интересным с практической точки зрения является закон неравномерности развития, появления и разрешения противоречий. Вся история развития техники - есть история появления и разрешения противоречий. Наиболее важный закон диалектики - закон единства и борьбы противоположностей. У Энгельса противоречие заключается в самой вещи, она рассматривается как саморазвивающаяся. В статье « История винтовки» Ф. Энгельс приводит многочисленные примеры технических противоречий. Статья представляет собой анализ внутренних противоречий, разрешение которых приводит к совершенствованию винтовки.  Например, Ф.Энгельс показывает, что с момента появления винтовки главное противоречие состояло в том, что для усиления огневых свойств требовалось укорачивание ствола, (патроны вставлялись со ствола и при коротком стволе сделать это было легче), а для усиления «штыковых» свойств винтовки нужно было, наоборот, удлинять ствол. Это противоречие было разрешено изобретением винтовки, заряжающейся с казенной части.

С точки зрения буквы закона изобретение обязательно должно обладать, как минимум, четырьмя качествами:

- быть техническим решением задачи,

- быть новым,

- давать полезный эффект,

- существенно отличаться от уже известного.

Изменяются законы, изменяются названия этих признаков, но их суть остается прежней. Практика показывает, что сложнее всего доказать наличие последнего признака, именуемого ныне изобретательским уровнем или неочевидностью. В борьбе между авторами изобретений и экспертами ВНИИГПЭ за доказательство наличия этого признака поломано немало копий. С  позиции ТРИЗ изобретательская задача - та, в которой есть противоречие  (противоречие в требованиях к системе). А ее решение - это разрешение противоречия или его обход. Компромисс исключается. Такой подход к изобретению существенно уменьшает их «численность», но одновременно и исключает субъективизм в оценке того или иного технического решения.

В теории решения изобретательских задач различают 2 типа противоречий: техническое противоречие (ТП) и физическое противоречие (ФП).

Техническое противоречие - это ситуация, когда попытка улучшить одну характеристику системы приводит к ухудшению какой-то другой характеристики и наоборот. В основе технического противоречия чаще всего лежит более глубокое физическое противоречие (ФП).

 Физическое противоречие - это ситуация, когда к одному объекту предъявляются прямо противоположные требования.

Типовая формулировка ФП:  Вещество должно быть ..............., чтобы ........... и должно быть ..............., чтобы .............. .

Например,  вещество должно быть твердым и мягким; сжимаемым и несжимаемым; прозрачным и непрозрачным; электропроводным и неэлектропроводным и т.д.

Анализ задачи, формулировку ТП и ФП и их разрешение можно  рассмотреть на примере решения реальной производственной задачи. Противники ТРИЗ, а уже само их наличие говорит о многом, утверждают, что с ее использованием можно только очень хорошо объяснять уже готовые решения. Попробую их разочаровать и в качестве примера приведу решение задачи, которое совпало по времени с моим первым знакомством с теорией решения изобретательских задач.

 В НИИ, где я работал, в технологии изготовления печатных плат осваивали новый электролит химического меднения. Проблема состояла в том, что его нужно было подогревать, а сделать это было не так просто. Если использовать металлические электронагреватели, то медь в первую очередь осаждается на них, а не на печатной плате.  Защитные полимерные покрытия на поверхности нагревателя в таких жестких условиях эксплуатации недолговечны. Остановились на погружных электронагревателях с корпусом из неэлектропроводных материалов  (стекла или керамики).

Опыт эксплуатации показал, что корпус таких нагревателей также недолговечен. Чаще всего он разрушался в зоне изменения уровня жидкости. Уровень жидкости в ванне резко изменялся при погружении (или случайном падении) и подъеме подвесок с печатными платами. Снижение толщины стенок корпуса и использование стекла с пониженным коэффициентом теплового расширения несколько увеличивали их долговечность. На этом основании был сделан вывод о том, что причиной разрушения корпуса является термический удар. При резком изменении температуры корпуса  механические напряжения превышали предел прочности материала.

 Техническое противоречие этой задачи по канонам ТРИЗ было сформулировано следующим образом:

ТП 1. Если подвеска с печатными платами погружается в ванну быстро, то обеспечивается высокая производительность процесса, но при этом резко изменяется уровень жидкости и из-за термоудара разрушается корпус нагревателя.

ТП 2. Если подвеска с печатными платами погружается в ванну медленно, то уровень жидкости изменяется медленно, корпус нагревателя не разрушается, но не обеспечивается необходимая производительность процесса.

В качестве основного ТП выбрали ТП 1, принимая во внимание необходимость обеспечения  высокой производительности процесса. Это типичная изобретательская задача. Решить ее - значит обеспечить одновременно высокую производительность процесса и долговечность нагревателя.

Формулировка физического противоречия задачи в порядке ужесточения требований к системе возможна в нескольких вариантах:

ФП 1.Уровень жидкости у поверхности корпуса нагревателя должен изменяться быстро и должен изменяться медленно.

ФП 2. Уровень жидкости у поверхности корпуса нагревателя должен изменяться и не должен изменяться.

ФП 3.У поверхности корпуса нагревателя граница раздела: жидкость - воздух должна быть и не должна быть.

Для решения задачи использовали известные из ТРИЗ приемы разрешения ФП, а также некоторые физические эффекты (законы), касающиеся свойств жидкостей.

Из анализа ФП 1 следует, что его можно разрешить, используя один из стандартных приемов ТРИЗ: «разделить противоречивые требования в пространстве». Уровень жидкости должен изменяться быстро в ванне, но  должен изменяться медленно у поверхности нагревателя. В конкретном техническом решении были использованы известные из школьной физики закон сообщающихся сосудов и эффект снижения скорости при истечении жидкости через отверстия малого диаметра. Корпус нагревателя в зоне изменения уровня жидкости охватывается стаканом с отверстиями в нижней части. При изменении уровня жидкости в ванне жидкость по закону сообщающихся сосудов перетекает из ванны  в стакан  через отверстия в стакане или, наоборот, из стакана  в ванну. Скорость изменения уровня жидкости в стакане (у поверхности корпуса нагревателя) можно сделать как угодно малой, изменяя число и/или диаметр отверстий. Это решение можно «внедрить» буквально за несколько минут. Достаточно взять резинку от известного всем вантуза, проколоть в нем шилом дырку и натянуть на корпус нагревателя.

Из анализа ФП 2 и ФП 3 следует, что их можно разрешить также, используя известный из школьной физики закон Архимеда.  Следует исключить жесткое крепление нагревателя относительно ванны и снабдить его поплавком. При изменении уровня жидкости нагреватель  поднимается и опускается вместе с жидкостью, а граница раздела фаз у поверхности корпуса нагревателя просто отсутствует.

Оба технических решения были найдены в результате анализа задачи по изложенному выше алгоритму. Первое решение было признано изобретением (5). По второму решению был противопоставлен патент Германии 1898 г, практически ничем не отличающийся от него.  В реальной жизни между ними оказалась дистанция почти в 100 лет. Честь и хвала работникам патентного ведомства, сумевшим его разыскать в глубине веков!

В арсенале ТРИЗ есть много инструментов (типовые приемы разрешения технических противоречий, стандарты на решение изобретательских задач, и, наконец, алгоритм решения изобретательских задач - АРИЗ) (6).

 Многие задачи решаются на уровне использования типовых приемов разрешения технических противоречий. В результате анализа большого массива патентной информации (свыше 40 тысяч наиболее сильных изобретений) было выявлено 40 типовых приемов. С полным их перечнем можно познакомиться в Приложении 1..

Приемы разрешения технических противоречий можно условно разделить на 3 группы:

- изобретательские хитрости (сделать наоборот, обратить вред в пользу, сделать заранее и т.д.);

-  приемы, переросшие в законы (самообслуживание, повышение динамичности и т.д.);

-  использование особо эффективных физических эффектов и явлений (тепловое расширение, фазовые переходы и т.д.).

Примеры использования некоторых приемов:

*  «сделать наоборот»

Как-то на досуге я попытался проанализировать, какие из типовых приемов используются в анекдотах. Мои «исследования» начались с прекрасной книги о французском юморе (7). Оказалось, что за исключением некоторых специфических, в анекдотах используются почти все типовые приемы. Более того, в анекдотах используются и другие инструменты ТРИЗ: использование аналогии, психологическая инерция и методы ее преодоления и др. Последующий анализ показал, что и в «отечественном» юморе, проявляются те же самые закономерности. С некоторыми результатами моей классификации анекдотов, основанной на тризовском подходе, можно познакомиться в Приложении 2.

 Наиболее часто в анекдотах используется прием «сделать наоборот»:

«Художник и прелестная натурщица оживленно беседуют в его мастерской. Внезапно слышится, что кто-то решительно открывает ключом входную дверь. Художник с испугу вскакивает:

- О, боже! Это моя жена. Скорее, скорее сбрасывай с себя одежду и становись в позу!».

Прекрасные иллюстрации этого приема можно найти и в творчестве О. Генри (Вождь краснокожих; Дары волхвов и др.).

Не берусь объяснять психологические мотивы всего этого. В технике, же, как мне кажется, алогичные поступки направляют по тому направлению, по которому «нормальные» люди, а таких большинство, не пойдут. Вследствие этого, у «других» больше шансов найти решение. Типичный пример использования этого приема: 

 Для измерения температуры различных объектов в широком диапазоне температур используются термопары. Если  контакты (места соединения) разнородных электрических проводников находятся при разных температурах, то в цепи возникает термо-ЭДС, величина которой тем больше, чем больше разность температур «холодного» и «горячего» контактов. Если наоборот пропускать через спай разнородных металлов электрический ток, то в зависимости от направления тока спай может нагреваться или охлаждаться (эффект Пельтье). По такому принципу действует обычный автомобильный холодильник.

Прекрасно освоили этот прием и наши политики, чиновники, бизнесмены. Если понижаются цены на нефть на мировом рынке, то почему-то повышаются цены на бензин на внутреннем. Хотя, с точки зрения формальной логики, все должно быть наоборот. С тревогой мы ждем сообщений об урожае зерновых. В глубине души терзает мысль: « Если опять  соберем богатый урожай, то жди повышения цен на хлеб…». Во всем мире перепись населения делают для того, чтобы уточнить состав населения, чтобы избавиться от «мертвых душ». У нас, как всегда, наоборот. Объяснение – проще не бывает. Чем больше жителей в регионе, тем звонче течет в регион ручеек финансовых влияний из центра.

* «обратить вред в пользу»

В известной кинокомедии «Кавказская пленница» Трус, Балбес и Бывалый обсуждают проблему, как украсть невесту. Один из них говорит: «Кто нам мешает – тот нам и  поможет». Для многих изобретателей использование приема «обратить вред в пользу» стало таким же обязательным правилом, как мытье рук перед едой.

Интересна история открытия цианакрилатных клеев (эфиров α-цианакриловой кислоты). Такие клеи незаменимы при соединении костных и мягких тканей, то есть там, где обычные клеи бессильны. Если такой клей попадет Вам на руки, то удалить его можно только вместе с кожей. Сотрудники фирмы «Eastman Kodak Co» (США) измеряли показатель преломления свежеперегнанного метил-α-цианакрилата. Они обратили внимание на то, что буквально менее чем через минуту уже невозможно было разъединить призмы рефрактометра, между которыми помещался этот продукт. В результате годом позже появился первый промышленный цианакрилатный клей.

Нам кажется, что текстильные застежки типа «липучки» существовали всегда. Что в этом особенного? Оказывается, человек заимствовал этот феномен у природы сравнительно недавно. Швейцарец Жорж Деместрель, отдыхая в Альпийских лугах, был очень недоволен тем, что после каждой прогулки приходилось вытаскивать репейник из густой шерсти собаки. Эта неприятность неожиданно стала для него подарком судьбы. Деместрель решил изучить феномен репейника. А через несколько лет «липучки», по патенту Деместреля стали изготавливаться  во всем мире. «Липучки», уже уверенной поступью вступают в промышленность. Так специалистами компании ЗМ разработаны самоклеящиеся застежки Dual Lock, которые могут быть использованы в машиностроении и приборостроении. В новом способе соединения  тысячи штырьков грибообразной формы, посаженные на прочную и гибкую основу, сплетаются друг с другом, образуя соединение, которое по прочности способно заменить механический крепеж (8).

На сайте (9) размещена информация о нагревательных устройствах для электрических счетчиков. В нашей холодной стране иногда и счетчики приходится согревать. И что же используется в них в качестве нагревателя? Оказывается обыкновенный транзистор. Тот самый, к которому для охлаждения во время работы вынуждены крепить радиатор. Какой же транзистор в данном случае будет лучше? Скорее всего, тот, который для обычной схемотехники будет худшим – у которого меньше КПД. А это уже просматривается использование  приема «наоборот».

* « принцип посредника»

В голову сразу же приходит пословица: «Умные люди учатся на чужих ошибках, а дураки на своих». Ну, а если ближе к технике, то приведу пример из радиоэлектроники.

В радиоэлектронных устройствах иногда требуется задержать один сигнал относительно другого. Для этого его можно пропустить по более длинному пути. Но электромагнитные волны движутся слишком быстро, требуются очень длинные линии задержки. Используют посредник (ультразвуковые линии задержки). На поверхности кристалла напыляют два электрода. Первый превращает электрические колебания в ультразвук, второй - ультразвук в электрические колебания. Скорость звука в твердых телах приблизительно 1 км/сек, то-есть  в 300000 раз меньше, чем электромагнитного поля. Значит, ультразвуковая линия задержки толщиной в 1 мм задерживает сигнал, как 300 м кабеля (2).

* «самообслуживание»

Любимый прием лентяев. Однако на это можно посмотреть и с другой стороны. Возможно, что и весь прогресс в науке и технике, происходит благодаря этим самым лентяям.

Главный недостаток обычного предохранителя электрического тока в его одноразовости. Предложен вечный предохранитель. В тонкий стеклянный сосуд помещают висмут, к концам присоединяют провода и пропускают электрический ток. Вскоре висмут расплавится (температура плавления 271 0С). При плавлении висмут не увеличивает объем, как большинство металлов, а уменьшает, и столбик металла в капилляре разрывается. Электрическая цепь размыкается и ток прекращается. Висмут остывает, объем увеличивается,  разрыв в цепи исчезает, ток идет снова и т.д. до бесконечности. И менять его, то-есть совершать лишние телодвижения не нужно. На базе этого же эффекта З. Ройзеном реализована целая серия оригинальных технических решений.

Прием «самообслуживание» один из самых любимых в криминальной среде. Вспомним, хотя бы, многочисленные финансовые пирамиды (МММ, и др.). Люди сами несут деньги специалистам по ТРИЗ в области психологии. Недавно в криминальной хронике появилось сообщение о «нестандартном» воре, которому для вскрытия квартир не требовалось никаких отмычек. «Тризовец» сдавал свою квартиру, а затем неоднократно обворовывал квартирантов, открывая квартиру … своим же ключом.

 * «обратная связь»

«Дорогой Том!

Обязательно приходи завтра вечером. Папа дома, но он лежит в кровати из-за сильного повреждения ноги. Понял?

                                                    Мэй»

«Дорогая Мэй!

Я не смогу прийти завтра вечером. Я тоже лежу в постели, у меня страшно болит то место, о которое твой папа повредил ногу. Поняла?

                                                    Том».

Принцип обратной связи широко используется не только в человеческих взаимоотношениях, но и в технике, например, в радиоэлектронике. Невозможно представить любую систему автоматики без использования обратной связи. Простейший пример использования обратной связи - термостат, включающий три элемента: источник питания, нагреватель и биметаллическую пластину (датчик температуры и исполнительный элемент).

непрерывность полезного действия, совмещение операций»

«Если вас мучает бессонница, примите слабительное. Уснуть вы все равно не уснете, но, по крайней мере, вам будет, чем заняться».

Не знаю, мучились ли бессонницей специалисты корпорации «Microsoft», когда вместо однозадачной операционной системы DOS, разрабатывали многозадачную операционную систему Windows. Среди людей также встречаются однозадачные, способные выполнять одновременно только одну задачу, а есть и такие, которые видят одно, слушают другое, говорят о третьем и думают о четвертом. Сам я принадлежу к последним. С точки зрения техники тенденция в направлении совмещения операций, несомненно, прогрессивна. С точки зрения психологии, а человек - это не просто биологическая машина, такое утверждение далеко не бесспорно.

*«копирование»

В рамках именно этой самой операционной системы Windows легко реализуется создание пространственных изображений (3D-графика). Компьютерная графика шагнула так далеко, что уже поставила под вопрос само существование актерской профессии. Во всяком случае, появление первого художественного фильма полностью «снятого» без использования актеров было воспринято в Голливуде неоднозначно.

*«использовать дробление»

«В парламенте обсуждался вопрос о реформе супружеских отношений.

Особенным успехом у мужчин пользовалось выступление того сенатора, который предложил всем мужчинам, чьи жены достигли пятидесятилетнего возраста, менять их на двух двадцатипятилетних».

Трудно сказать, на каком возрасте остановились бы парламентарии, если бы они предварительно подробно ознакомились с достижениями микроэлектроники. Современную микроэлектронику можно смело переименовывать в наноэлектронику.  Конструктивные размеры элементов микросхем уже соизмеримы с размерами молекул и атомов. Так компания “Hewlett-Packard” недавно сообщила о том, что ей удалось создать память наибольшей на сегодняшний день плотности с электронной адресацией путем использования молекулярных решеток. Размер микросхемы не превышает  одного квадратного микрона. Схема представляет собой 64-битное устройство памяти, в котором молекулярные переключатели используются как активные устройства. Плотность записи на порядок превышает плотность существующих кремниевых устройств памяти. Процесс создания такой микросхемы начинается с формирования основной формы, состоящей из восьми параллельных линий по 40 нм каждая. Затем в три этапа создается молекулярная решетка – формируются молекулярные бороздки, заполняемые платиной для формирования контактов. Это достижение называют настоящим прорывом в области электроники. Оно открывает дорогу к созданию сложных микросхем, размером в несколько молекул.

В некоторых случаях для разрешения ТП используется сочетание нескольких приемов.

* «обратная связь + самообслуживание»

Из физики известны резисторы, имеющие на температурной  шкале участок с большой положительной величиной температурного коэффициента сопротивления - позисторы. Благодаря этому они могут быть использованы в качестве автостабилизирующихся нагревательных  элементов. Позистор выполняет одновременно функции нагревательного элемента, датчика температуры и исполнительного механизма. При достижении определенной температуры резко (на несколько порядков) увеличивается его сопротивление, практически до нуля уменьшается ток и соответственно снижается тепловыделение. После охлаждения сопротивление позистора снова уменьшается, ток увеличивается, тепловыделение увеличивается. И так повторяется многократно.

 Известное устройство для отпугивания комаров «фумитокс» реализовано именно на базе позисторов. Во многих зарубежных патентах и не только в патентах, а и в реальных автомобилях, позисторы используются для дополнительного нагрева жидкости в радиаторе отопителя. Сотни «таблеток» устанавливаются в пространстве между трубками радиатора. Они работают до тех пор, пока температура жидкости в системе охлаждения двигателя не достигнет нужного значения, а затем автоматически отключаются.  Как это важно, подтвердит любой автолюбитель, замерзающий зимой в салоне автомобиля, в ожидании того, когда прогреется жидкость в системе охлаждения двигателя.

* «сделать наоборот + использовать фазовый переход»

Микросхемы припаиваются к печатной плате несколькими десятками и даже сотнями ножек. Как их выпаять? Обычно ножки приходится сильно нагревать, но при этом портятся и печатная плата, и микросхема. Можно сделать иначе. К ножкам по очереди на несколько секунд прижимают стерженек.  После чего с печатной платы стряхивают серый порошок, и микросхема отделяется. Стерженек не греет, а наоборот – охлаждает. Это тепловая труба, охлаждаемая залитым в  трубку жидким азотом. Оловянный  припой при сильном охлаждении переходит в другое фазовое состояние. Белое олово превращается в серое. При этом любая оловянная деталь превращается в серый порошок. При фазовом переходе белого олова в серое его объем увеличивается на 26,7 %, что позволяет использовать этот физический эффект для создания больших давлений в замкнутом объеме (2).

Некоторые изобретательские задачи удается решить только после перехода от технического противоречия к физическому противоречию. Для разрешения ФП можно использовать также типовые приемы (Приложение 3).

С одним из таких приемов (разделение противоречивых требований в пространстве) мы познакомились в задаче о погружном электронагревателе. Используются и другие приемы, например:

- разделение противоречивых требований во времени (ширину ленточного электрода при сварке меняют в зависимости от ширины сварного шва);

- фазовый переход (выпаивание микросхемы);

- системный переход (вместо механического крана для микродозирования используют « термокран» из двух материалов с различными коэффициентами термического расширения) и др.

После того, как физическое противоречие разрешено, задача практически решена. Но для получения конкретного решения необходимо использовать  известные физические, геометрические, химические эффекты.

Ни одно чисто научное изыскание, каким бы абстрактным оно не было, не останется без того, чтобы рано или поздно не нашло свое применение. Ученые говорят, что, что бы они ни разрабатывали, рано или поздно превращается в оружие. Действительно, казалось бы, сугубо теоретические исследования в области ядерной физики, привели к созданию ядерного оружия, изменив все наши представления о мире. В изобретательской физике находят применение, как фундаментальные законы и явления физики (задача о погружных  электронагревателях), так и редкие, известные лишь узким специалистам эффекты.

Для удобства пользователей (изобретателей) разработан специальный указатель физических эффектов и явлений, которые могут быть использованы в изобретательских задачах (10). Разработано также и несколько вариантов указателей геометрических и химических эффектов. Указатель физических эффектов составлен  на основе анализа патентного фонда изобретений. Он включает: требуемое действие и физические явления и эффекты, которые для этого можно использовать. Например:

Необходимо создать большое давление.

Для этого следует использовать - фазовые переходы, тепловое расширение, центробежные силы, применение взрывчатых веществ, осмос и др.

Таким образом, для решения простейших изобретательских задач, а таковых в патентном фонде большинство, может быть использована следующая последовательность шагов (алгоритм):

1. Анализ задачи и переход от расплывчатой изобретательской ситуации к четко построенной схеме-модели задачи.

2. Формулировка технического противоречия задачи.

3. Разрешение технического противоречия на уровне использования типовых приемов  (если это возможно).

4. При невозможности - формулировка физического противоречия.

5. Разрешение физического противоречия с использованием типовых приемов.

6. Нахождение конкретного технического решения на базе известных физических, химических, геометрических законов, эффектов или явлений.

Для решения более сложных изобретательских задач, в том числе задач, в которых нет явного противоречия, могут быть использованы стандарты на решение изобретательских задач.  Это правила синтеза, и преобразования технических систем, непосредственно вытекающие из законов их развития. С 76 стандартами-истребителями противоречий можно познакомиться в работе (11). Первые стандарты появились на основе часто используемых сочетаний приемов разрешения технических противоречий и физических эффектов. Эти стандарты еще не были упорядочены, а число их быстро увеличивалось. В основе анализа и решения задач с использованием стандартов лежит так называемый вепольный анализ. Конкретная техническая система заменяется ее упрощенной моделью – веполем (от слов вещество и поле). Веполь – простейшая  работоспособная модель технической системы. Из множества объектов выбирается два: В1 – изделие и В2 – инструмент. Все второстепенное отбрасывается. Для характеристики взаимодействия их друг с другом используется понятие П – поле. Поле – это не обязательно какое-то конкретное, взятое из физики поле. Например, под химическим полем понимается весь спектр возможных взаимодействий между изделием и инструментом, на базе химических превращений. То же можно сказать и о механическом, тепловом, электрическом и магнитном полях, используемых в вепольном анализе. Сокращенно перечень всех используемых полей укладывается в слове МАТХЭМ (буква А вставлена для удобства произношения).

В современной интерпретации стандарты на решение изобретательских задач можно классифицировать следующим образом:

1.      Построение и разрушение вепольных систем.

1.1.  Синтез веполей.

1.2.  Разрушение веполей.

2.      Развитие вепольных систем.

2.1.  Переход к сложным веполям.

2.2.  Форсирование веполей.

2.3.  Форсирование согласования ритмики.

2.4.  Феполи (комплексно-форсированные веполи).

3.      Переход к надсистеме и на микроуровень.

3.1.  Переход к бисистемам и полисистемам.

3.2.  Переход к полисистемам.

4.      Стандарты на обнаружение и измерение систем.

4.1.  Обходные пути.

4.2.  Синтез измерительных систем.

4.3.  Форсирование измерительных веполей.

4.4.  Переход к фепольным системам.

4.5.  Направления развития измерительных систем.

5.      Стандарты на применение стандартов.

5.1.  Использование обходных путей.

5.2.  Введение полей.

5.3.  Использование фазовых переходов.

5.4.  Особенности применения физических эффектов.

5.5.  Экспериментальные стандарты.

Некоторые примеры использования стандартов а, следовательно, и вепольного анализа приведены в последующих главах книги.

Следует отметить, что переход к моделям вообще очень упрощает жизнь исследователям любого ранга, позволяя из множества второстепенных деталей выделить суть явления. Трое ученых молекулярных генетиков Сидней Бреннер, Джон Салстон и Роберт Хорвитц получили в 2002 году Нобелевскую премию в области медицины за открытие генов, регулирующих развитие организма и «запускающих» процесс отмирания клеток. Это открытие обещает в ближайшем будущем победить рак и другие смертельные болезни, а в перспективе навсегда распрощаться человеку со старостью. Не подумайте, о том, что они сделали открытие, используя ТРИЗ. Это будет, говоря словами картежников, явным перебором. Но ученые также использовали в своих исследованиях своеобразную модель человека. А в качестве модели они взяли обыкновенного червя под названием нематода. Этот червяк, размером не более 1 мм, содержит всего 959 клеток и очень удобен для наблюдения, поскольку абсолютно прозрачен. Оказывается, с генетической точки зрения, люди и черви в процессе эволюции недалеко ушли друг от друга (40 % совпадение). Следовательно, те закономерности, которые можно выявить на червях автоматически переносятся и на человека.

 Изучая то, как из одной оплодотворенной клетки червя строится целый организм, ученые обратили внимание на то, что уже при формировании зародыша наряду с появлением новых клеток происходит запрограммированная гибель некоторых из них. Оказалось, что весь этот механизм управляется специальными генами, которые на определенном этапе развития уничтожают часть клеток, чтобы освободить место для других, необходимых на следующих  этапах развития. Этот механизм работает на всех клетках, кроме раковых клеток.  Следовательно, если будут разработаны способы введения таких генов непосредственно в раковую опухоль, проблема лечения раковых заболеваний будет решена. А если научиться регулировать процессы гибели клеток, то можно вообще задержать отмирание клеток и добиться вечной молодости.

Перед проведением занятий по ТРИЗ на семинаре в г. Кишиневе слушатели получили, «свежеиспеченную» брошюру. Она называлась, точнее должна была называться, «Теория и практика решения изобретательских задач». Дело в том, что ее издание совпало с «разгулом демократии» в бывшем СССР. Выборы того или иного ранга тогда происходили, чуть ли не каждый месяц. В результате на обложке брошюры вместо желаемого названия появилось название «Теория и практика решения избирательских задач». В то же время, зная о содержании книги, большинство слушателей прочитало название брошюры таким образом, как это было задумано авторами.

Скорее всего, Вы уже догадались, что речь идет о проявлении психологической инерции. Психологическая инерция необходима  в обыденной жизни. Много чего в своей жизни мы совершаем «на автопилоте». В то же время нет ничего более вредного, чем психологическая инерция, при поиске нового. В чем же проявляется психологическая инерция? Не буду пытаться «изобрести велосипед» и приведу Вам несколько примеров из книги (12).

Задача 1: «Двое мужчин подошли к реке. Посередине реки в одноместной лодке рыбак ловит рыбу. Как прохожим перебраться через реку на этой лодке. Нельзя предлагать вариант типа один в лодке, а другой вплавь и т. п.»

Подавляющее большинство выбирает самый невыгодный вариант, в котором оба мужчины находятся на одном берегу. Человек склонен создавать образ ситуации с ненужными и вредными ограничениями.

Задача 2: «На двух руках 10 пальцев, а на десяти? Ответить быстро». У многих оказывается 100. Вторая психологическая ловушка – поспешность.

Задача 3: « Вы везете на борту двухместного самолета королеву Великобритании, На крутом вираже королева выпала из самолета. Ваши действия»?

Правильный ответ: «Выровнять самолет после потери части груза и продолжить полет». Большинство же предлагают: прыгнуть следом и ловить, покончить с собой и др. Третья ловушка – ловушка терминов. Термин «королева» отсекает все здравые решения.

Четвертая психологическая ловушка - инерция специальности. Чаще всего оригинальные решения в какой-то  узкопрофессиональной области оказываются «по зубам» лишь дилетантам.

Д.И. Менделеев известен во всем мире, как создатель периодической системы химических элементов. Не все знают, что ему принадлежат и другие не менее важные для человечества изобретения. Мужская половина населения должна быть благодарна ему за определение оптимального содержания спирта в водке, которое первоначально равнялось 380, а затем его почему-то округлили до 400. Недобросовестные изготовители этого продукта теперь вполне могут ссылаться на авторитетное мнение великого химика. В другом оригинальном техническом решении Д.И. Менделеев сумел преодолеть психологическую инерцию и благодаря этому спас немало человеческих жизней. В давние времена для сушки пороха использовали традиционные методы: проветривание на воздухе, а для его интенсификации и дополнительный нагрев.  Очень часто технологический процесс заканчивался пожаром или взрывом. Д.И. Менделеев предложил вместо сушки использовать промывку пороха спиртом или спирто-эфирными смесями. При этом необходимости в нагреве нет, а вода «отнимается» у пороха спиртом. С тех пор определить местонахождение пороховых заводов на территории потенциального противника стало очень просто. Достаточно проследить конечные пункты назначения эшелонов со спиртом. Спирт для разведчиков стал посредником. На таких заводах, образно говоря, спирт льется рекой.

Психологическая инерция полностью или частично отсутствует у младенцев или у людей со значительными отклонениями от «нормы». Для всех остальных с психологической инерцией нужно бороться. Методы различны. Это уход от терминов, в которых задана задача, расширение кругозора, развитие творческого воображения и др. ТРИЗ не исключает использование инструментов, известных из других методов интенсификации поиска нового, в частности эмпатии (личной аналогии). Чтобы лучше представить работу объекта или его частей человек представляет себя этим объектом или его частью. Если для решения задачи объект желательно раздробить, ТРИЗ предлагает использовать метод моделирования маленькими человечками (ММЧ). Для борьбы с психологической инерцией используется также оператор РВС (размер, время, скорость). Для «расшатывания» исходного представления об объекте эти параметры последовательно изменяют в диапазоне от нуля до бесконечности. Часто даже этого бывает достаточно, чтобы выйти на новое техническое решение задачи.

 Если размеры комнат в квартире, уменьшать до такой степени, что это выходит за пределы разумного, то можно получить такой анекдот:

«Молодожены пришли посмотреть квартиру, которая к счастью сдавалась в новом доме.

- Знаешь, мне здесь нравится, - заявила юная супруга. – Видишь как много здесь стенных шкафов!

- Стенных шкафов? – воскликнул управляющий.

- Это, мадам, не шкафы, а комнаты»!

Для «расшатывания» представления об исследуемом объекте можно также использовать переходы: универсализация – ограничение, дробление – ограничение, квантование – непрерывность, инверсия и др.

И, наконец, для решения самых сложных изобретательских задач можно использовать самые мощные инструменты ТРИЗ, в частности, АРИЗ (6). Анализ и решение изобретательской задачи с использованием АРИЗ -  довольно сложная, продолжительная и кропотливая работа. Для любителей решать изобретательские задачи в уме это не самый лучший вариант. Оживить процедуру этого решения могут достижения современной компьютерной техники.  Слово алгоритм сейчас, пожалуй, знакомо любому школьнику. Где алгоритм - там и программа. Наши братья белоруссы, уже давно (с 1988 года) работают в этом направлении. И, по словам специалистов,  в рамках интеллектуального проекта «Изобретательская машина» они разработали неплохие программные продукты по ТРИЗ, которые уже находят практическое применение, например, в учебном процессе в ВУЗах.

 

 

2.      ТЕХНОЛОГУ НА ЗАМЕТКУ.

 

Теория решения изобретательских задач с успехом может быть использована при разработке новых технологий и/или для решения различных задач непосредственно на производстве, например, для выяснения причин брака.  Так ли это на самом деле, постараюсь показать на примере собственных изобретений, а также некоторых технических решений из патентного фонда. При упоминании решений из патентного фонда у читателя возникает, или должен возникнуть, естественный вопрос: « А причем здесь ТРИЗ?». На этот вопрос ответить можно так: « Во-первых, с использованием элементов ТРИЗ, эти решения можно было бы сделать с гораздо меньшими трудовыми и временными затратами. Во-вторых, может быть, они и были сделаны с применением этих элементов только на подсознательном уровне».

Тем, кто занимался разработкой  новых изделий или технологий, известно, что согласно нормативным документам техническое задание на проведение работ должен составить заказчик. В действительности же бывает наоборот. Чаще всего над ним трудится исполнитель, быть может, потому, что эта работа не самая простая. То же самое можно сказать о постановке задачи, при поиске какого-либо нового технического решения. Выделить из «изобретательской ситуации» и правильно сформулировать задачу – это, по меньшей мере, наполовину ее решить. И сделать это должен разработчик, хотя бы потому, что лучше, чем он сам этого не сделает никто. А в решении этой задачи неоценимую помощь может оказать ТРИЗ, после знакомства с которой, часто и в обыденной жизни начинаешь мыслить противоречиями.

Попробуем проследить все этапы от начала разработки до конкретных технических решений и технологий на примере одной из разработок автора. Поскольку автор продолжительное время работал в радиопромышленности, приношу извинение тем читателям, кто не имеет к ней вообще никакого отношения и, вследствие этого, не очень хорошо представляют, что такое печатная плата и каковы технологии, сосредоточенные вокруг нее. Начну с исходной изобретательской ситуации. Работая в технологическом отделе НИИ, я не раз слышал призывы «сверху», о том, что надо бы что-то сделать в области влагозащиты печатных плат. С такой постановкой задачи, наверное, приходилось иметь дело многим. За призывами явно прослеживалась мысль: «Сам-то ты, скорее всего ничего толкового придумать не сможешь, так хоть найди что-то, и хотя бы в качестве посредника продавай другим». В принципе, в такой системе (фундаментальная наука разрабатывала, а прикладная продавала) ничего плохого нет. Поскольку менеджерскими способностями я не блистал, то был поставлен перед выбором или что-то разработать самому, или …

Ознакомившись с литературой, имеющей отношение к проблеме, я обратил внимание на то, что все влагозащитные лаковые покрытия влагопроницаемы. Они лишь отдаляют тот момент, когда влага окажется один на один с диэлектриком печатной платы (стеклотекстолитом). Дефекты структуры последнего, по словам некоторых специалистов, позволяют сравнить его с промокашкой. А чем больше воды в этой «промокашке», тем хуже диэлектрические свойства, со всеми вытекающими из этого последствиями. При нанесении влагозащитных лаковых покрытий эти дефекты структуры частично заполняются полимерным связующим. Как повысить эффективность? Первая задача в ТРИЗ-овской формулировке, выглядела следующим образом:

Техническое противоречие (ТП):

ТП 1. Если используемый лак сильно разбавлен, то у него малая вязкость и он хорошо проникает в капиллярно-пористую структуру стеклотекстолита, но из-за малого содержания полимерного связующего коэффициент заполнения пор невелик.

ТП 2. Если используемый лак имеет большой сухой остаток, то коэффициент заполнения пор становится больше, но из-за высокой вязкости невелика глубина его проникновения в поры стеклотекстолита.

Физическое противоречие (ФП):

ФП 1. Лак должен содержать много полимерного связующего, чтобы был выше коэффициент заполнения пор, и не должен содержать много полимерного связующего, чтобы глубоко проникать в поры.

Указанное ФП легко разрешается с использованием известного приема (разделением противоречивых требований во времени). Достаточно при нанесении первого слоя использовать разбавленный лак, а при нанесении второго и последующих слоев лак с большим сухим остатком. К сожалению, на практике это техническое решение оказалось недостаточно эффективным.

При формулировке ТП, чтобы уйти от психологической инерции, бывает полезно отвлечься от конкретных названий. Если в ТП 1 и ТП 2 слово «лак» заменить общим понятием «жидкость», удается сформулировать более жесткое в смысле требований к системе ФП 2:

ФП 2. Полимерное связующее в жидкости должно быть, чтобы обеспечить заполнение пор и полимерного связующего в жидкости не должно быть, чтобы она обладала максимальной проникающей способностью.

Для его разрешения можно использовать тот же прием. А ответ напрашивается такой: полимерного связующего не должно быть на стадии заполнения пор и оно должно появиться после уже в объеме пор стеклотекстолита. Конкретное техническое решение можно найти, в учебнике по химии полимеров. Задача элементарно решается, если использовать полимеризационноспособные композиции, которые в исходном состоянии почти на 100 % состоят из маловязких мономеров, а затем при различных внешних воздействиях, например, при термообработке, способны практически полностью переходить в полимер. Простейший пример – получение органического стекла полимеризацией метилметакрилата.

Казалось бы, задача успешно решена. Но при более детальном рассмотрении оказалось, что она решена, да не совсем. Дело в том, что температура полимеризации таких композиций была выше, стандартной для влагозащитных покрытий (60 0С). Для желающих потренироваться, предоставлю возможность самим сформулировать ТП и ФП очередной задачи, скажу лишь, что для ее решения в третий раз был использован прием «разделить противоречивые требования во времени». А решение таково. Влагозащиту следует проводить до установки радиоэлементов (ЭРЭ) на печатную плату. Печатная плата допускает нагрев до таких температур, при которых возможна реакция полимеризации. Решение, на первый взгляд, абсурдное, поскольку сразу же возникает другая сложнейшая задача: « Каким образом защитить места под пайку ЭРЭ»? Но ничего абсурдного в этом нет. Просто появилась новая (очередная) изобретательская задача. Опустив ТП, сформулирую сразу ФП этой задачи:

ФП. Композиция должна полимеризоваться, чтобы обеспечить эффективное заполнение полимером пор, и не должна полимеризоваться, чтобы гарантировать высокое качество последующей пайки ЭРЭ на печатной плате.

 На этот раз можно использовать прием «разрешение противоречивых требований в пространстве». ТРИЗ выдает такое решение: композиция должна полимеризоваться в порах стеклотекстолита и не должна полимеризоваться на поверхности металлических проводников. Конкретное техническое решение – в том же учебнике по химии полимеров.

На этом этапе, пожалуй, можно было бы остановиться. Но, как говорится, нет предела совершенствованию. В производстве печатных плат в основном используются технологии на базе водных растворов. То же, что мы с Вами сейчас наизобретали, никак не вписывается в эту идеологию. Каким образом уйти от «органики», хотя бы на стадии удаления избытка композиции с поверхности (промывки) печатной платы?

Формулирую очередную задачу сразу на стадии ФП:

ФП. Композиция должна растворяться в воде и не должна растворяться в воде.

 Эта задача также была решена. При разработке реальной технологии «полимеризационного наполнения» печатных плат (13) в общей сложности было решено около 10 изобретательских задач. Контрольные ответы – в патентном фонде.

  Эта разработка начиналась с того, что была предпринята попытка  исправить погрешности разработчиков и изготовителей стеклотекстолитов. С точки зрения ТРИЗ это всего-навсего исправительная задача и решение такой задачи обычно бывает далеко от идеального решения. Действительно, правильнее всего было бы продолжать совершенствование технологии изготовления стеклотекстолитов. Но, как впоследствии оказалось, подход к проблеме, начатый с невыгодной со всех сторон исправительной задачи, позволил получить, не боюсь использовать это слово, уникальное техническое решение.

Во-первых, разработанная технология, названная впоследствии полимеризационным наполнением, оказалась сверхэффективной для многослойных печатных плат, которые в стоимостном выражении составляют примерно 2/3 мирового рынка печатных плат. Не останавливаясь подробно на причинах, скажу лишь, что это обусловлено как их конструкцией, так и особенностями технологии изготовления. Испытания показали, что  применение полимеризационного наполнения в производстве многослойных печатных плат позволяло повысить уровень сопротивления изоляции в среднем на 2 – 3 порядка. А, если его использовать для ремонта многослойных печатных плат, то уровень сопротивления изоляции в некоторых случаях удавалось повысить даже в 108 раз. Ничего подобного в руках у технологов ранее не было (14).

Во вторых, эта же технология оказалась сверхэффективной при реализации суперсложных печатных плат (печатных плат с чрезвычайно насыщенным «рисунком» проводников). Микроминиатюризация в микроэлектронике необратимо ведет и к микроминиатюризации печатных плат. Дело дошло уже до того, что печатные платы интегрируются с элементной базой (некоторые ЭРЭ изготавливаются непосредственно в печатной плате). О реальности этих процессов можно судить по той скорости, с которой уменьшаются размеры мобильных телефонов. Оказалось, что эту скорость уже начали лимитировать размеры печатных плат, точнее диэлектрические свойства подложки  печатных плат (15). Традиционные методы их улучшения уже близки к пределу. Наступила пора нетрадиционных. Об одном из них я Вам и рассказал.

Для решения целого ряда практических задач необходимы суперкомпьютеры (16). Несмотря на то, что времена «холодной» войны ушли в историю, США до сих пор не сняли запрет на экспорт в Россию сверхвысокопроизводительных компьютеров. И, видимо, не зря.  Дело в том, что для разработки новых видов ядерного вооружения и/или поддержания в боеготовности уже имеющегося ядерного потенциала необходимо проведение ядерных испытаний. Когда США и СССР подписывали договор о запрещении ядерных испытаний, они подразумевали, что вместо проведения таковых будут моделировать те процессы, которые происходят при ядерном взрыве. А для их моделирования и нужны суперкомпьютеры. Следовательно, создание суперкомпьютеров и проблема обеспечения обороноспособности страны – задачи одного уровня. Суперкомпьютеры нужны и для решения сугубо мирных задач. Сколько нелестных замечаний мы делаем в адрес метеорологов, когда вместо обещанного яркого солнечного дня «в деревне Гадюкино опять идут дожди». Для правильного и долгосрочного составления прогноза погоды нужно не только иметь исчерпывающую информацию о процессах, происходящих в данный момент в различных точках Земного шара, но и суперкомпьютеры, способные мгновенно обрабатывать поступающую информацию и просчитывать наиболее вероятные варианты изменения погодных условий.

Печатные платы, необходимые для реализации суперкомпьютеров чрезвычайно сложны. В них одновременно сочетаются взаимоисключающие требования. По плотности расположения печатных проводников они аналогичны сверхминиатюрным печатным платам, а по размерам и числу слоев (а это многослойные печатные платы) это просто гиганты. Используя самые современные материалы и технологии, специалисты Института точной механики и вычислительной техники (ИТМ и ВТ) сумели реализовать технологию изготовления двадцатислойных печатных плат для суперкомпьютеров размером 465 х 545 мм с шириной проводников и зазоров между ними 100 Мкм (17). Можно было бы только радоваться достижениям нашей прикладной науки, которая, несмотря ни на что, оказывается, не умерла. Но печатные платы, оказались… неработоспособными. Разработчики лишь продемонстрировали то, что они освоили основные операции изготовления таких печатных плат. Изготовленные в ИТМ и ВТ печатные платы даже в нормальных условиях имеют уровень сопротивления изоляции  ниже, чем это допускается при испытаниях в условиях воздействия повышенной влажности. Более того, уровень сопротивления изоляции таких плат при колебании относительной влажности воздуха в помещениях  от 45% до 80% изменяется в 1000 – 10000 раз…

Здравый смысл говорит о том, что использование технологии полимеризационного наполнения стеклотекстолитов, по меньшей мере, может помочь решить задачу изготовления работоспособных печатных плат для суперкомпьютеров, таких печатных плат, которые не нуждаются ни в  инкубаторах. С точки зрения техники кажется все просто. Но в жизни все бывает намного сложнее. Видимо, основываясь на библейской притче «нет пророка в своем отечестве», специалисты из ИТМ и ВТ предпочли просто проигнорировать эту разработку. Еще больше удивляешься, когда узнаешь, что технология полимеризационного наполнения уже была реализована автором в производстве многослойных печатных плат, разработанных именно этим институтом. Отличие было лишь в том, что печатные платы были проще. Но, чем сложнее печатная плата, тем больше необходимость в этой технологии и тем выше технический эффект от ее применения…

 В жизни часто бывает и так, что простота решения отталкивает потенциальных потребителей. Психологическая инерция требует, чтобы для решения сложнейших задач были использованы сложнейшие глубоко научные решения. А, почему-то, чаще всего бывает наоборот.

Разработка новой технологии с использованием элементов ТРИЗ чем-то напоминает известную компьютерную игру «Doom”, в лабиринте которой задачи эквивалентны монстрам и закрытым дверям, а оружием и ключами являются элементы ТРИЗ.

Не всегда для решения конкретной технической задачи требуются «многоходовки». Например, для решения проблемы, упоминаемой в работе (18) достаточно свести вместе специалистов по технологии изготовления печатных плат и по биохимии, и напомнить им, что существует прием разрешения технических противоречий «использовать вред в пользу». В результате появится новый фунгицид «Куприкол», полученный из отработанных травильных  растворов на основе хлорида меди (II), утилизация которых представляет серьезную проблему.

С позиции ТРИЗ несколько сложнее выглядит разработанная ИТМ и ВТ технология изготовления печатных плат методом ПАФОС (полностью аддитивное формирование отдельных слоев). От субтрактивных процессов эта технология отличается тем, что металл проводников не вытравливают, а наносят. Проводящий рисунок создается на временных "носителях" - листах из нержавеющей стали, поверхность которых предварительно покрывается гальванически осажденной медной шиной толщиной 2-5 мкм. На этих листах формируется защитный рельеф пленочного фоторезиста. Проводники получают гальваническим осаждением тонкого слоя никеля (2-3 мкм) и меди (30-50 мкм) во вскрытые в фоторезисте рельефы. Затем пленочный фоторезист удаляют, и проводящий рисунок на всю толщину впрессовывают в диэлектрик. Прессованный слой вместе с медной шиной механически отделяют от поверхности временных носителей. В слоях без межслойных переходов медная шина стравливается. При изготовлении двухсторонних слоев с межслойными переходами перед травлением тонкой медной шины создают межслойные переходы посредством металлизации отверстий с контактными площадками. Проводящий рисунок, утопленный в диэлектрик и сверху защищенный слоем никеля, не подвергается травлению при удалении медной шины. Поэтому форма, размеры и точность проводящего рисунка определяется рисунком рельефа в пленочном фоторезисте, то есть процессами фотолитографии (19).

Пусть первым в меня бросит камень тот, кто докажет, что в этой технологии не используются известные из ТРИЗ приемы «сделать наоборот» и « использовать посредника» в сочетании с преимуществами современной прецизионной фотолитографии и лазерного экспонирования.

Некоторые приемы разрешения технических противоречий в ТРИЗ переросли в законы развития технических систем. Так из приема «самообслуживание» появился закон повышения идеальности технических систем. Повышение идеальности – есть увеличение соотношения полезной функции и функции расплаты.

Повышение идеальности возможно в результате увеличения числителя или уменьшения знаменателя этого соотношения. Для идеальной машины функция расплаты равна нулю (машины нет, а функция выполняется). Естественно, это предел, к которому следует стремиться. Прекрасной иллюстрацией действия этого закона, являются современные тенденции развития зарубежного оборудования для прессования многослойных печатных плат. Так в работе (20) отмечается, что наблюдается постепенный переход на прессование многослойных печатных плат без прессформ. Это позволяют делать системы совмещения слоев с бондажированием пакета слоев. Прессформы нет, а функция выполняется. Появилась новая система нагрева – нагрев непрерывной ленты фольги внешних слоев многослойной печатной платы, по которой пропускают  большие токи (до 2000 А). Нагревателя, как такового нет, а функция нагрева выполняется.

Как это ни парадоксально, но в теории решения изобретательских задач существуют стандарты на решение творческих, то есть по существу нестандартных  задач. Особо сильные сочетания приемов разрешения противоречий и физических эффектов  были выделены в стандарты на решение изобретательских задач. Так, например, в соответствии со стандартом 2.1.2. если дан плохо управляемый веполь и нужно повысить его эффективность, причем замена элементов этого веполя недопустима, задача решается постройкой двойного веполя путем введения второго поля, хорошо поддающегося управлению (11).

Объективным подтверждением правомерности существования такого стандарта является техническое решение, упоминаемое в работе (21). Ни для кого не секрет, что металлизация стенок переходных отверстий в печатных платах при увеличении соотношения толщины стеклотекстолита к диаметру отверстия становится проблематичной. Для повышения эффективности  металлизации отверстий  предложено использовать активаторы, частицы которых заряжены противоположно по отношению к заряду поверхности стенок отверстий. В данном случае: В1 – печатная плата, В2 – частицы активатора, П1 – механическое поле (взаимодействие за счет диффузии), П2 – электромагнитное поле (кулоновские силы). Под эту схему укладываются и иные методы интенсификации обмена электролитов в  зоне осаждения металла, в частности, использование ультразвука.

На проходившей недавно в г. Казани выставке «Нефть – газ 2002», я познакомился с еще одним «стандартным» техническим решением. Для разделения водно-нефтяных эмульсий, а для нефтяников это насущная проблема, ученые КГТУ (КАИ) предложили использовать воздействие СВЧ – излучения. Только меня несколько озадачила предлагаемая ими мощность установки – до 2, 6 *103 Квт. То ли наука очень далека от производства, то ли ученые решили, что защита обслуживающего персонала от СВЧ- излучения такой мощности, это совершенно другая изобретательская задача. Во всяком случае, их умению отвлечься от «второстепенных деталей» можно только позавидовать.

Кстати, способность отвлечься от второстепенных деталей и/или общепринятых представлений – один из обязательных элементов в большинстве известных методов интенсификации поиска нового. Надеюсь, что из школьной химии все помнят две реакции:

 

MenOm  + 2mH+  =  nMen+  +  mH20                                         (1) 

 

MenOm   +   mH2  =  nMe  +  mH20                                         (2)

 

Реакция (1) в общем виде выражает взаимодействие между окислами и кислотами. Именно эта реакция лежит в основе действия традиционных флюсов, используемых для пайки ЭРЭ на печатных платах. Обычная канифоль – это тоже кислота, точнее смесь слабых природных органических кислот. Для обеспечения качественной пайки необходим чистый металл. У специалистов, сложился устойчивый стереотип. Этого можно достичь, растворяя окисную пленку кислотой. Устойчивый стереотип сравнительно недавно смогли преодолеть разработчики флюсов, в основе работы которых лежит реакция (2). Это реакция восстановления металла из окисла. А для восстановления не обязательно использовать газ водород. Из той же химии известно, что сильнейшими восстановительными свойствами обладает атомарный водород в момент выделения. Целая серия высокоэффективных флюсов различного назначения была разработана на базе гипофосфитов, разлагающихся при нагревании с выделением атомарного водорода. Оказалось, что с использованием таких флюсов можно паять даже нержавеющую сталь. Идеальность этого решения значительно повысил тот факт, что используемые в паяльных флюсах гипофосфиты были отходом производства одного из крупнотоннажных химических продуктов.

Анализируя заявку, на предмет соответствия требованиям по критерию существенные отличия или изобретательский уровень, эксперты обычно используют следующий алгоритм:

1. Выявляют отличительные признаки нового технического решения.

2. Выясняют, какой эффект имеют эти отличительные признаки в известных технических решениях.

3. Рассматривают, какой эффект дает сумма этих отличительных признаков в новом техническом решении и, если не наблюдается никакого «сверхэффекта», вежливо извиняются перед заявителем.

Когда я дискутирую с экспертами ВНИГПЭ в рамках этой процедуры, всегда, почему-то, вспоминаю известное из химии понятие «синергизм». Это явление, когда смесь веществ действует таким образом, что ее активность превышает сумму активностей компонентов (22). Аналогия  - прямая. Обычно для того, чтобы выявить это удачное сочетание веществ и их соотношение в смеси приходится выполнить множество (сотни или даже тысячи) экспериментов. Налицо использование обычного метода проб и ошибок. Методы планирования эксперимента  помогают снизить трудоемкость, но не намного. Использование элементов ТРИЗ в сочетании с определенными знаниями химии, теперь уже несколько выходящими за рамки школьного курса, может значительно  упростить эту процедуру. Приведу очередной пример из своей практики.

Технология изготовления радиоэлектронной аппаратуры не ограничивается только изготовлением печатных плат и сборкой печатных узлов. Для изготовления корпусов и иных конструктивных элементов используются металлические детали, изготавливаемые литьем под давлением. К сожалению, технология оказалась далека от совершенства. Для обеспечения герметичности таких деталей использовались дополнительная вакуумная пропитка лаками или обработка анаэробными герметиками. Такие герметики сейчас многие автолюбители используют для контровки резьбовых соединений. Анаэробные герметики были хороши, если их наносили вручную на поверхность крупногабаритных деталей. Мелкие детали для снижения трудоемкости хотелось обрабатывать одновременно, погружая их в емкость с герметиком. Оказалось что это невозможно. Поскольку отверждение таких герметиков основано на инициировании полимеризации металлом (точнее ионами металлов), то даже кратковременное пребывание металлической детали в емкости с герметиком приводило к тому, что через некоторое время герметик отверждался непосредственно в емкости. Получался так называемый «козел».

Для увеличения жизнеспособности в герметики обычно добавляют ингибиторы полимеризации, чаще всего гидрохинон. Гидрохинон уничтожает возникающие по различным причинам (действие тепла, света и др.) свободные радикалы, инициирующие полимеризацию. При этом он сам переходит уже в неактивное состояние и постепенно вырабатывается до нуля. Если его много, то жизнеспособность увеличивается, но такой герметик медленно отверждается и его физико-механические свойства ухудшаются. Если гидрохинона мало, то герметик отверждается быстро, физико-механические свойства оптимальны, но очень мала его жизнеспособность. Явная изобретательская задача.

ФП: Ингибитора полимеризации должно быть мало, чтобы обеспечить эффективную работу, и должно быть много, чтобы обеспечить его длительную жизнеспособность.

Как разрешить это противоречие? Для его разрешения было использовано сочетание двух приемов разрешения технических противоречий «разрешение противоречивых требований во времени» и «самообслуживание». Идея была такова. Нужно найти такую добавку, которая сама бы не обладала свойствами ингибитора, и, следовательно, не изменяла свойств герметика, но могла бы в результате химических реакций с «дезактивированным» гидрохиноном вновь переводить его в активное состояние. В идеале получилась бы автостабилизирующаяся система, которую можно сравнить с многократно регенерирующей свой хвост ящерицей. Почти идеальная добавка была найдена (23). Ее отличие от идеальной было лишь в том, что вместо бесконечного числа регенераций, она позволяла сделать только три цикла. К сожалению, в молекуле гидрохинона больше не оставалось свободного реакционноспособного места.

Ту же задачу можно решить на другом системном уровне, изменяя не герметик, а металл. Отличительная часть формулы изобретения (24) звучит следующим образом: «… перед погружением в герметик поверхность изделия оксидируют и после отверждения оксидную пленку удаляют». Оксидная пленка изолирует поверхность металла от прямого контакта с герметиком. А после завершения технологического процесса оксидную пленку можно убрать или оставить, на выбор изготовителя. Вновь используется прием «разрешение противоречивых требований во времени».

Многочисленная армия технологов состоит из двух «подразделений»: разработчиков технологий и тех, кто реализует эти технологии в реальных производственных условиях. Задачи и проблемы у них разные. Каким же образом ТРИЗ может помочь производственникам, которых больше всего интересует не поиск нового, а обеспечение выпуска продукции стабильно высокого качества? Оказывается, что с использованием тех же элементов ТРИЗ значительно упрощается поиск причин появления «ненормальностей» в технологическом процессе и брака. Для этого «исследовательская» задача просто обращается в «изобретательскую». Вместо вопроса «Почему это происходит?», задается вопрос «Как это сделать?», а далее идут по тому же алгоритму.

Однажды ко мне обратился  знакомый технолог озадаченный нелогичным, на его взгляд, поведением меламино-алкидного лака. Нелогичность выражалась в том, что нужно было уменьшить его вязкость, а он никак не желал растворяться. На вопрос о том, чем вы его пытаетесь растворить, ответ был такой: «Тем, что написано на этикетке – уайт-спиритом». Как сделать так, чтобы лак не захотел растворяться в том, в чем он обязан растворяться? Для того чтобы решить эту задачу, не нужно изобретать ничего нового. Решение уже есть, нужно лишь попытаться виртуально его повторить, ограничивая себя лишь тем, что можно использовать только внутренние ресурсы.

На вопрос о том, что вы делали с этим лаком, был получен ответ: «Лак использовали для пропитки трансформаторов». Пребывание в лаке трансформаторов, скорее всего, не могло привести к таким «тяжелым» последствиям. После уточнения вопроса, оказалось, что речь шла о вакуумной пропитке трансформаторов. На этой стадии причина столь неожиданного явления на 90% мне была уже ясна. А после того, как я посмотрел какие растворители изначально используются в лаке, 90 % уже превратились в 100 %.  В составе полимерного связующего меламино-алкидных лаков есть как гидрофобные, так и гидрофильные  фрагменты. Поскольку принцип «подобное растворяется в подобном» еще никто не отменил, в таких лаках используется смесь растворителей (уайт-спирит и бутанол). Первый отвечает за растворение гидрофобных фрагментов полимерного связующего, а второй за растворение гидрофильных. В нормальных условиях обычно испаряется более летучий растворитель – уайт-спирит. Поэтому изготовители и рекомендуют при загустевании лака разводить его уайт-спиритом. Если же лак подвергается воздействию вакуума, то улетают уже оба растворителя. И последующего добавления только уайт-спирита уже недостаточно. Гидрофильные группировки лака просят еще и бутанола.

Я мог бы описать это решение с использованием вепольного анализа, но не буду, поскольку я в действительности не рисовал эти схемы, не подбирал стандарты. Возможно, я бы решил эту задачу и, не ведая о существовании ТРИЗ. Но в одном я уверен точно, мое  знакомство с ТРИЗ способствовало, как появлению этого решения, так и быстроте его нахождения.


9. СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ.

 

1. Злотин Б. Л., Зусман А. В. Месяц под звездами фантазии: Школа развития творческого воображения. – Кишинев: Лумина, 1988.

2. Злотин Б.Л., Зусман А. В. Изобретатель пришел на урок. – Кишинев: Лумина, 1989.

3. Альтшуллер Г.С., Шапиро Р.Б. О психологии изобретательского творчества // Вопросы психологии. – 1956, № 6.

4. Http://www.triz.minsk.by.

5. А.с. СССР № 1690226, Ванна для нагрева жидкостей. Уразаев В.Г., Сарбайцев А.А. Приоритет от 19.12.1988 г. Опубл. 08.07.1991 г.

6. Альтшуллер Г.С. Алгоритм изобретения. 2-е изд. М.: Московский рабочий, 1973.

7. Юмор Большого Парижа / Сост. А.Е. Порожнякова. – М.: Московский рабочий, 1990.

8. Картамышев С., Симонов Р. Использование самоклеящихся застежек Dual Lok в приборостроении // Компоненты и технологии. - № 5. – 2002.

9. Http://www.mi.ru/~trii.

10. Селюцкий А.Б. Дерзкие формулы творчества. - Петрозаводск: Карелия, 1987.

11. Нить в лабиринте / Сост. А.Б. Селюцкий. – Петрозаводск: Карелия, 1988.

12. Петрович Н.Т., Цуриков В.М. Путь к изобретению. – Мол. Гвардия, 1986.

13.Уразаев В.Г. Повышение влагостойкости многослойных печатных плат // Электронные компоненты. – 2002, - № 4.

14. Уразаев В.Г. О проблеме влагостойкости печатного монтажа // Компоненты и технологии. – 2002, - № 4.

15. Http//www.ats.net/deutsch/technologie/technologieplattform.html.

16. Шахнович И.В. Работы по архитектуре сверхвысокопроизводительного компьютера продолжаются // Электроника-НТБ, - 2002, № 2.

17. Галецкий Ф.П. Технология изготовления двадцатислойных печатных плат с проводниками 100 Мкм // Экономика и производство, - 2000, № 12.

18. Богомольная Л.И., Кривда Т.И., Зинягин В.А. и др. Получение фунгицида «Куприкол» из отработанных растворов травления печатных плат // Приложение  «Технологии оборудование материалы» к журналу  Экономика и производство. – 1999, - № 8.

19 .Http://www.pcbfab.ru/typepcb/tech_addit.html.

20. Медведев А.М. Оборудование для производства печатных плат. По стендам «Экспо-Электроники 2002» // Электронные компоненты. – 2002, - № 4.

21. Biglia R. Neue Materialien für Mehrlagen-Leiterplatten // Elektronik Produktion und Prüftechnik. – 1984. № 9.

22. Химическая энциклопедия: В 5 т. т. 4 / Гл. ред. И.Л. Кунянц, - М.: Сов. Энциклопедия, 1988.

23. А.с. СССР № 1755563. Стабилизирующая добавка. В.Г. Уразаев, А.А. Сарбайцев, Л. А. Елисеева и др. Приоритет от 04.06.1990 г. Опубл. 15.04.1992 г.

24. А.с. СССР № 1793604. Способ нанесения герметизирующих покрытий на металлические поверхности. В.Г. Уразаев, Л. В. Васильева. Приоритет от 05.12.1989 г. Опубл. 08.10.1992 г.

 

 

 

На главную страницу: Http://www.Urazaev.narod.ru/

 

 

 

 


 



Используются технологии uCoz