Вашему вниманию предлагается цикл статей «ТРИЗ В ЭЛЕКТРОНИКЕ», опубликованных в журнале «Компоненты и технологии» (№ 2 - 5, 2005 г.)
ТРИЗ В ЭЛЕКТРОНИКЕ:
ЧТО ТАКОЕ ТРИЗ
Владимир Уразаев, E-mail: urazaev@yandex.ru
ТРЕБУЕТСЯ ТРИЗ-СПЕЦИАЛИСТ
Для начала сопоставим несколько фактов:
1. Компания SAMSUNG ELECTRONICS, генеральный спонсор последней олимпиады, является одним из мировых лидеров в области электроники. Вряд ли кто-то решится опровергнуть это утверждение.
2. На сайте московского исследовательского центра компании SAMSUNG ELECTRONICS уже несколько лет красуется объявление «… для работы в Корее требуется ТРИЗ-специалист» (1). Этот факт очень легко проверить.
Что же это за редкий зверь такой?
Оказывается, этот зверь должен «уметь превращать нововведения в плановую деятельность, быть способным методично решать инновационные задачи, иметь навыки решения неординарных задач…». С грустью вспоминаешь об очередном (котором уже?) призыве перевести Россию на инновационный путь развития, и думаешь, что и нам бы такой специалист тоже не помешал. Только где его взять?
Когда же узнаешь о том, что родина ТРИЗ (теории решения изобретательских задач) не Корея, а Союз нерушимых…, грусть переходит в тоску. Еще тоскливее становится когда, покопавшись в интернете, находишь, что в институте передовых технологий корпорации SAMSUNG (SAIT) уже не первый год работает группа ТРИЗ-специалистов, преимущественно выходцев из бывшего СССР.
ТРИЗ-специалисты работают не только в Корее. В меру своих сил и возможностей они трудятся во благо и процветание США, Японии, Израиля, Германии и других стран смело шагающих по инновационному пути развития. Только Россия живет сладостными воспоминаниями о Кулибине и, как всегда, надеется на авось. Как здесь не вспомнить: «Лицом к лицу лица не увидать…».
С ЧЕГО НАЧИНАЛАСЬ ТРИЗ
Для человека процесс созидания нового всегда был и до сих пор остается загадочным. Самые ортодоксальные представители «гомо сапиенс» считают, что изобретения – это удел избранных. Хорошо, что так думают не все. Каких только способов интенсификации созидательной деятельности не было предложено. Но практика расставила все на свои места. И ныне можно упомянуть добрым словом, пожалуй, не более чем о десятке действительно дееспособных методов. Это - морфологический анализ, мозговой штурм, синектика,… и ТРИЗ.
Первая публикация о ТРИЗ появилась в 1956 г.(2). Появление теории решения изобретательских задач и ее последующее развитие неразрывно связывают с именем Генриха Сауловича Альтшуллера. Анализируя изобретения из мирового патентного фонда, Г.С. Альтшуллер обратил внимание на повторяемость одинаковых по своей сути решений в абсолютно разных областях человеческой деятельности. Дальше – больше. А почему же они повторяются? Да, скорее всего, потому, что техника развивается по одинаковым законам. Каким же образом выявить эти законы? Для этого пришлось «перелопатить» множество оригинальных технических решений из патентного фонда изобретений. На основании анализа примерно 40 тысяч самых красивых технических решений было выявлено 40 (магическое число?) наиболее часто повторяющихся методов и приемов, объединяющих изобретения, казалось бы, не имеющие совершенно никакого отношения друг к другу. Анализируя эти методы и приемы, можно было выявить и те законы, по которым развиваются технические системы.
Далее логическая цепочка умозаключений прерывается. Следующая мысль – если такие законы существуют, то, зная эти законы, можно создавать принципиально новые оригинальные технические решения… по шаблону. Всплывает слово противоречие. Как же можно создавать оригинальные нестандартные решения, используя стандарты? Оказывается можно. Логика абсурда (противоречивая логика) - основа теории решения изобретательских задач. А слово противоречие в этой теории является ключевым.
ВОСПОМИНАНИЕ О БУДУЩЕМ
Основной постулат ТРИЗ: технические системы развиваются по объективным законам, эти законы познаваемы, их можно выявить и использовать для сознательного решения изобретательских задач. Прочитав эту фразу, ученые мужи скажут: «Да это же обычная экстраполяция. Нет более простого способа сделать неправильный прогноз развития событий, чем использовать экстраполяцию». Так ли это, обсудим чуть позже.
За долгие годы существования ТРИЗ было сформулировано немало законов. Основной же закон ТРИЗ (да и не только ТРИЗ – вспомним диалектику) закон неравномерности развития, появления и разрешения противоречий.
Поподробнее о противоречиях. В обыденной жизни, да и не только в ней, мы стремимся их избегать. На уходе от противоречий основаны доказательства школьных теорем. В соответствии с законами формальной логики разрабатываются компьютерные программы. А в теории решения изобретательских задач выявление и формулировка технического противоречия – главная задача на первом этапе рождения оригинального технического решения.
Различают два типа противоречий: техническое противоречие и физическое противоречие.
Техническое противоречие - это ситуация, когда попытка улучшить одну характеристику технической системы приводит к ухудшению какой-то другой ее характеристики и наоборот.
В основе технического противоречия чаще всего лежит более глубокое физическое противоречие. Физическое противоречие - это ситуация, когда к одному объекту предъявляются прямо противоположные требования. Например, вещество должно быть черным и белым, жестким и мягким, большим и маленьким и т.д.
Противоречие нашли, сформулировали, что же дальше? А вот здесь то нам и помогут приемы разрешения технических противоречий, выявленные Г.С. Альтшуллером при анализе патентного фонда. Не помешают и появившиеся чуть позже приемы разрешения физических противоречий.
Эту логическую (алгоритмическую?) цепочку замыкает использование информационного фонда. Чтобы перейти от того решения, которое выдает ТРИЗ, к реальному практическому решению задачи следует знать физические, геометрические, химические, биологические и иные эффекты (законы). Вот вам простейший алгоритм созидания нового.
Используя такой же алгоритм, преподаватели ТРИЗ обычно объясняют, как можно было бы сделать то или иное изобретение (учебные задачи). Думаю, что, прочитав эту фразу, кто-то обязательно усмехнется. Объяснить то можно, а вот самому создать?
Аргумент, несомненно, здравый. Как же его опровергнуть? Подходов к этому, несколько.
Законы развития технических систем, в общем, и приемы разрешения технических противоречий, в частности, были выявлены на основании анализа изобретений как минимум пятидесятилетней давности. Электроники в современном понимании этого слова тогда еще и не было. По тем ли законам она развивалась все эти годы? Как поживают те самые 40 приемов? Куда увела нас кривая экстраполяции?
Ответить на эти вопросы можно довольно просто. Достаточно целенаправленно полистать подшивки современных журналов, имеющих отношение к электронике.
Еще более убедительны были бы «живые» изобретения, созданные при непосредственном участии ТРИЗ.
ЛИСТАЯ СТРАНИЦЫ ЖУРНАЛОВ
О том, что должен знать и уметь ТРИЗ-специалист, приглашаемый на работу в компанию SAMSUNG ELECTRONICS, я уже написал. Теперь о направлениях его работы:
1. Решение стратегических и тактических задач.
2. Разработка новых концепций для товаров и услуг.
3. Оказание систематической поддержки на различных этапах инновационного развития.
4. Ускорение инновационного процесса с помощью систематического анализа ситуаций, решения неординарных задач и создания принципиально новых подходов.
После «оглашения всего списка», вопрос о том, жизнеспособными ли оказались законы развития технических систем, видимо, попросту отпадает. Во главу угла компания SAMSUNG ELECTRONICS ставит вопросы прогнозирования развития технических систем. Для чего и планирует использовать инструменты ТРИЗ и интеллектуальный потенциал ее носителей.
А теперь продемонстрируем жизнеспособность приемов разрешения технических противоречий.
Сделать наоборот
Профессор спрашивает студента:
- Почему вы так волнуетесь? Боитесь моих вопросов?
- Да нет, профессор, я боюсь
своих ответов.
Что такое СПАМ знает каждый пользователь интернета, хотя и не догадывается, что первоначально в это слово был заложен совершенно иной смысл. SPAM (SPiced hAM) расшифровывается как «перечная ветчина». Это слово было придумано корпорацией Hormel, у которой в тридцатые годы прошлого века скопилось чудовищное количество неликвидного мяса третьей свежести.
Лавинообразный поток неконтролируемой, бесполезной и даже вредной информации третьей свежести захлестнул сеть всемирной паутины. Ставится под вопрос существование самой сети. Как же остановить «бессовестных» рекламодателей? Призывы к разуму (3), увы, бессильны. Политика «кнута и пряника» также не приносит желаемых результатов. Законодательные инициативы стран Западной Европы по наказанию за распространение СПАМа не увенчались успехом. Оказывается, не только в России законы могут не работать! А пряник, честно говоря, и давать то не за что.
На мой взгляд, существует простейшее решение этой задачи. Исторически сложилось так, что за информацию платит получатель. Для отправителя же стоимость отправки писем практически равна нулю. Достаточно вспомнить о приеме «сделать наоборот». Нужно перевернуть ситуацию. Если за отправленные письма будет платить отправитель, то слово СПАМ мы вскоре забудем.
Специалисты скажут, что не все так просто. Дело в том, что технически очень сложно отделить почтовую корреспонденцию от всей прочей информации. Ну и что. Просто это следующая изобретательская задача, возможно и не одна.
Использовать дробление
Прибегает пациент в аптеку и кричит:
- Срочно дайте мне клизму!
- У нас нет клизмы.
- Тогда сто пипеток!!!
Додробились!
Во времена молодости Г.С. Альтшуллера самым массовым радиоэлементом была электронная лампа. Чуть позже, на этот раз в годы моей молодости, на занятиях по промышленной электронике мы изучали работу не только ламп, но и диодов, транзисторов.
Размеры объектов (составных частей) этих радиоэлементов измерялись в сантиметрах, миллиметрах. Позже с появлением микросхем заговорили о микронах.
В последние годы в печати появилось множество восторженных публикаций о перспективах нанотехнологий. Нанотехнология имеет дело с объектами размером от 0,1 до 100 нм. Конструктивные размеры элементов микросхем становятся соизмеримыми с размером атомов. По различным оценкам, через 10 – 15 лет ежегодный объем рынка изделий нанотехнологии может превысить 1 трлн. долларов. Более того, изделия, изготовленные по нанотехнологиям, уже нашли практическое применение. Например, в головках дисководов уже более 10 лет используется явление гигантского магнитного сопротивления (GMR), наблюдаемое в создаваемых с помощью нанотехнологии структурах (4).
Принцип перехода в другое измерение
- Постелите на стол свежую скатерть, - обращается посетитель к официанту.
- Свежей скатерти нет, -
отвечает тот.
- Тогда хотя бы переверните ее
чистой стороной вверх!
- А вы видели когда-нибудь скатерть с тремя сторонами?
К сожалению, трехмерные скатерти пока еще не изобрели (хотя идея хороша!), а вот экспериментальные образцы трехмерных транзисторов уже появились. На симпозиуме по СБИС-технологии представители фирмы Intel объявили, что они приступили к разработке МОП-транзистора с новой трехзатворной структурой (5). Трехзатворный транзистор представляет собой трехмерный прибор, в котором затвором служит приподнятая область с токопроводящими линиями, нанесенными на три ее стороны. Такая структура практически в три раза увеличивает область пропускания тока, не занимая при этом лишнюю площадь кристалла. Кроме того, благодаря трехмерной структуре ток утечки у таких транзисторов меньше, чем у обычных планарных транзисторов такого же размера.
Использовать дробление
В поликлинике:
- Здравствуйте, бесплатный
доктор!
- Здравствуйте, безнадежный
больной!
Пожалуй, ни в одной области техники этот прием не используется так часто, как в электронике. «Уши» обратной связи проглядывают как в элементной базе, так и в схемных решениях. Без положительной обратной связи, той самой, которая возвращает систему в состояние равновесия, невозможно реализовать ни одну из современных АСУ.
Использовать вред в пользу
Плохая привычка пить по вечерам водку рождает хорошую привычку пить по утрам
минеральную воду.
Швейцарец Жорж Деместрель, отдыхая в альпийских лугах, был очень недоволен тем, что после каждой прогулки приходилось вычесывать репейник из шерсти четвероного друга. Через несколько лет текстильные «липучки» по патенту Деместреля стали изготавливаться во всем мире.
А вот специалистами компании ЗМ по аналогии разработаны самоклеящиеся застежки Dual Lok, которые с успехом используются и в электронной технике. В новом способе соединения тысячи штырьков грибообразной формы, посаженные на прочную гибкую основу, сплетаются друг с другом, образуя соединение, которое по прочности эквивалентно механическому крепежу (6).
Использовать фазовый переход
И в
заключение о погоде: на соревнованиях по прыжкам в воду спортсмен Сидоров
разбился об лед…
Современные электронные приборы не мыслимы
без энергонезависимой памяти. Подавляющее большинство электронных приборов
использует сегодня Flash-память. Немалые усилия разработчиков
направлены на развитие новых технологий энергонезависимой памяти. Один из
перспективных вариантов – память OUM (Ovonic Unified Memory), названная по имени компании-разработчика Ovonix Inc.(7).
Физически принцип действия памяти OUM основан на явлении фазового перехода, уникальном свойстве халькогенидных сплавов
принимать два устойчивых состояния – аморфное и поликристаллическое. Нагрев
сплава до 6000С переводит его в аморфное состояние. Если же сплав
охладить, он примет поликристаллическую фазу. В аморфном и поликристаллическом
состоянии сплав имеет существенно различающееся сопротивление. Величина сопротивления
и используется для регистрации «0» или «1» при чтении.
Универсальность объекта
Директор небольшой французской фирмы обращается к
сотрудникам:
- Скоро юбилей нашей фирмы. Его нужно отметить так, чтобы о нем говорил весь Париж, но в то же время израсходовать минимум средств. И, само собой, юбилей должен всем вам доставить большую радость…
Голос из толпы:
– Вам, мсье,
нужно спрыгнуть с Эйфелевой башни. Об этом будет знать весь Париж, стоить это
будет недорого… Ну, а что касается сотрудников…
В пятидесятых годах прошлого века и не помышляли о сотовой связи. Сейчас же в г. Москве количество зарегистрированных сотовых телефонов, кажется, уже превышает число ее жителей. Интересный факт! В жестокой конкурентной борьбе за потребителя, разработчики «мобильников», взяли на вооружение прием «универсальность объекта». Каких только функций сейчас не выполняет сотовый телефон. Производители цифровых фотоаппаратов всерьез обеспокоены тем, что в последнее время наблюдается спад в их продаже (8). А объясняют это… массированным выбросом на рынок гибридов сотового телефона и фотоаппарата. Нелегкие времена ожидают производителей видеокамер, портативных телевизоров и т.д.
Дешевая недолговечность
Перед смертью адвокат сказал жене:
- Схорони меня поскромнее, на памятник
не траться.
После похорон вдова положила на могилу табличку с двери его служебного кабинета: « Адвокат Кин Рит – принимает ежедневно с 10 до 15 час».
Продолжим тему сотовых телефонов. Появился
первый «одноразовый» сотовый телефон (9). Компания Hop-On получила
сертификат федеральной комиссии США на «одноразовый» CDMA-телефон. Телефон сделан из компонентов, поддающихся
утилизации. У аппарата нет собственного микрофона и динамика – для его
использования необходима внешняя гарнитура.
Сделать заранее
- Дорогая, ты слышала, что вышел новый закон нашего правительства, запрещающий переодеваться на пляже?
- Милый, меня это не касается. Я всегда переодеваюсь в
автобусе по дороге на пляж!
И вновь о них, о телефонах! Англичане пошли еще дальше. Разработанные
ими сотовые телефоны также легко утилизируются. Корпус телефона и его
содержимое изготавливаются из биоразлагаемых полимеров. А самое интересное то,
что на «могилке» такого телефона через
некоторое время вырастает… подсолнух. Дело в том, что в корпус телефона заранее
кладут семечку.
Прогнозирование путей дальнейшего развития сотового телефона ведется на форуме одного из тризовских сайтов. Интересно? Посмотрите (10).
Итак, с приемами разрешения технических противоречий, кажется, тоже все ясно. Они были, есть и будут. А где же изобретения, созданные с использованием ТРИЗ?
Будут и такие, но уже в следующих статьях.
ЛИТЕРАТУРА
1. Http://www.research.Samsung.ru/srcinfo/empoffer/Vacacies.asp?Location=Korea
2. Альтшуллер Г.С., Шапиро Р.Б. О психологии изобретательского творчества // Вопросы психологии. – 1956, № 6.
3. Фрунзе А. Между прочим… // Компоненты и технологии, - 2004, № 8.
4. Макушин М. Становление многорукого бога // Электроника-НТБ, - 2003, № 4.
5. Новинки электронной техники. Фирма Intel возвещает эру трехмерных транзисторов. Альтернатива традиционным планарным приборам // Электроника-НТБ, - 2002, № 6.
6. Картамышев С., Симонов Р. Использование самоклеящихся застежек Dual Lok в приборостроении // Компоненты и технологии, - 2002, № 5.
7. Зайцев И. Сравнение новых технологий
энергонезависимой памяти // Компоненты и технологии, - 2004, № 4.
8. Мир мобильный, камо грядеши? //
Электроника-НТБ, - 2004, № 4.
9. Первый «одноразовый» CDMA-телефон // Электроника-НТБ, - 2002, № 5.
10. Http://www.trizland.ru/forum/list.php?f=18
ТРИЗ В
ЭЛЕКТРОНИКЕ:
ВОКРУГ ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ
Владимир Уразаев, E-mail: urazaev@yandex.ru
Если слово электроника понимать в широком смысле, то в сферу ее интересов, несомненно, попадают печатные платы – основной конструктивный элемент современной радиоэлектронной аппаратуры. В общем случае печатная плата - это пластина из электроизоляционного материала, на поверхности которой нанесены тонкие электропроводящие полоски (проводники) с контактными площадками для подсоединения навесных радиоэлементов (1).
Говорят, что первенство в разработке печатных плат принадлежит немецкому инженеру Альберту Паркеру Хансону (2). Хансон предложил формировать рисунок печатной платы на медной фольге вырезанием или штамповкой. Далее элементы проводящего рисунка приклеивались к диэлектрику, например, к пропарафиненной бумаге. С тех пор прошло больше ста лет. Все эти годы технологии изготовления печатных плат совершенствовались. В этом благородном деле приняли участие великое множество изобретателей, в том числе знаменитый изобретатель Томас Эдисон и… гораздо менее знаменитый изобретатель автор настоящей статьи.
С ПАФОСОМ О ПАФОСЕ
У специалистов, имеющих отношение к производству печатных плат, сочетание двух слов «ИТМ и ВТ» и «Галецкий» вызывает глубокое уважение. Для института точной механики и вычислительной техники годы застоя в отличие от многих других не были годами застоя. А отделение этого института, возглавляемое Ф.П. Галецким, диктовало моду в области технологии изготовления печатных плат в «стране, которой уже нет». Не потерялось оно и в «стране, которая есть».
Супер-ЭВМ, разработкой которых занимался институт, потребовали создания суперсложных многослойных печатных плат. Для реализации таких печатных плат и была разработана технология, названная ПАФОС (полностью аддитивное формирование отдельных слоев).
От субтрактивных методов, основанных на травлении фольги, этот метод отличается тем, что токопроводящий рисунок наносят (3). Проводящий рисунок слоев формируется на временных носителях – листах из нержавеющей стали, поверхность которых 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 удаляется, и проводящий рисунок на всю толщину впрессовывается в диэлектрик.
Прессованный слой вместе с медной шиной механически отделяется от поверхности временных носителей. В слоях без межслойных переходов медная шина стравливается. При изготовлении двухсторонних слоев с межслойными переходами перед травлением медной шины создаются межслойные переходы посредством металлизации отверстий с контактными площадками.
Чем же хорош этот метод? Дело в том, что проводящий рисунок, утопленный в диэлектрик и защищенный сверху слоем никеля, при удалении медной шины не подвергается травлению. Поэтому форма, размеры и точность проводящего рисунка определяются рисунком рельефа, то есть процессами фотолитографии. А современные достижения в области фотолитографии и лазерного экспонирования позволяют совершить качественный скачок на пути повышения плотности печатного монтажа. Еще на рубеже восьмидесятых и девяностых годов прошлого века в ИТМ и ВТ научились делать двадцатислойные печатные платы размером полметра на полметра с шириной проводников и зазоров между ними 100 мкм!
НАШ ОТВЕТ ЧЕМБЕРЛЕНУ
Судя по публикации (4), технология ПАФОС позволяет реализовать печатные платы с шириной проводников и зазорами между ними до 40 - 50 мкм. Но, нет в мире совершенства! По законам теории решения изобретательских задач (ТРИЗ) улучшение одной характеристики технической системы неизбежно приводит к ухудшению какой-то другой ее характеристики. Так оно и получилось.
Суперсложные и супербольшие многослойные печатные платы не соответствуют техническим требованиям по влагостойкости. Более того, при изменении относительной влажности воздуха от 45% до 80 % (нормальные условия) сопротивление изоляции изменяется на 3 – 4 порядка (5). Образно говоря, такие печатные платы «дышат». Уменьшение зазоров между проводниками привело к тому, что уровень диэлектрических характеристик стеклотекстолита стал явно недостаточным.
Прошли годы. Изменилась элементная база, изменилась архитектура Супер-ЭВМ. Использование таких громадных печатных плат стало «признаком плохого тона». А проблема, увы, осталась. Колокольчик зазвонил вновь, но уже не в России, а за ее пределами. Диэлектрические характеристики стеклотекстолита стали лимитировать дальнейшую микроминиатюризацию печатных плат. И традиционными методами решить эту задачу нашим «потенциальным друзьям» пока не удается (6).
Как же быть? Прекрасная задача для доказательства дееспособности ТРИЗ. Можно даже сказать, что это «вопрос на засыпку». Экзамен был сдан и не кое-как, а на оценку отлично!
Дефекты структуры стеклотекстолита, по словам некоторых специалистов, позволяют сравнить его с промокашкой. Чем больше воды в этой промокашке, тем хуже диэлектрические свойства. Для повышения влагостойкости печатных плат их покрывают после монтажа радиоэлементов лаком. При нанесении лаковых покрытий дефекты структуры стеклотекстолита частично устраняются (заполняются) полимером. Как повысить эффективность?
Сформулируем техническое противоречие задачи (ТП).
ТП 1. Если лак сильно разбавлен, из-за низкой вязкости он глубоко проникает в капиллярно-пористую структуру стеклотекстолита, но из-за небольшого содержания полимерного связующего коэффициент заполнения капилляров невелик.
ТП 2. Если лак содержит много полимерного связующего, то коэффициент заполнения капилляров увеличивается, но из-за высокой вязкости глубина его проникновения невелика.
Сформулируем физическое противоречие задачи (ФП).
ФП 1. Лак должен содержать много полимерного связующего, чтобы был выше коэффициент заполнения капилляров, и должен содержать мало полимерного связующего, чтобы глубоко проникать в капилляры.
Это противоречие легко разрешается с использованием стандартного приема разрешения физических противоречий «разделение противоречивых требований во времени». Для нанесения первого слоя лака следует использовать сильно разбавленный лак, а при нанесении последующих слоев лак с большим содержанием связующего. К сожалению, на практике это решение оказалось недостаточно эффективным.
При формулировке технического противоречия чтобы «обмануть» психологическую инерцию человека ТРИЗ рекомендует уходить от конкретных названий. Если слово «лак» заменить более широким понятием «жидкость», ФП можно сформулировать следующим образом:
ФП 2. Полимерное связующее в жидкости должно быть, чтобы обеспечить заполнение капилляров, и полимерного связующего в жидкости не должно быть, чтобы она обладала максимальной проникающей способностью.
Или:
ФП 3. Частицы полимера в жидкости должны быть большими, чтобы…, и должны быть маленькими, чтобы…
Или:
ФП 4. Частицы полимера в жидкости должны быть, чтобы…, и не должны быть, чтобы…
Для разрешения этих противоречий вновь можно использовать прием «разделить противоречивые требования во времени». Частицы полимера в жидкости должны быть на финише процесса и частиц полимера не должно быть на его старте.
Конкретное техническое решение можно найти в школьном учебнике по химии – реакция полимеризации. Молекулы мономеров соизмеримы по величине с молекулами воды. Молекулярная масса полимеров измеряется сотнями тысяч и даже миллионами у. е. (не подумаете о долларах). И, самое главное, полимеризация идет практически без изменения объема!
Специалисты, на то они и специалисты, умерят наш восторг и скажут: «Нет, не пойдет. Полимеризация обычно происходит при температуре выше 60 0С (стандартной температуры для сушки лаковых покрытий)». Можно, опустив руки, на этом остановиться. А можно и даже нужно продолжить решение.
Сформулируем техническое противоречие следующей задачи.
ТП 1. Если мономер наносится на печатную плату с радиоэлементами, то капиллярная пористость эффективно заполняется, но из-за повышенной температуры полимеризации «погибают» термочувствительные радиоэлементы.
ТП 2. Если мономер наносится на печатную плату до монтажа радиоэлементов, то термочувствительные радиоэлементы сохраняют работоспособность, но при этом мономер полимеризуется и на поверхности печатной платы, ухудшая качество пайки.
От ТП 2 переходим к формулировке физического противоречия.
ФП. Мономер должен полимеризоваться, чтобы обеспечить заполнение капилляров в подложке, и не должен полимеризоваться, чтобы гарантировать качество последующей пайки радиоэлементов.
На этот раз ТРИЗ предлагает использовать другой прием разрешения физических противоречий «разделить противоречивые требования в пространстве». Мономер должен полимеризоваться в объеме (в капиллярах) и не должен полимеризоваться вне объема (на поверхности). Для нахождения конкретного решения следует заглянуть уже в вузовский учебник по химии полимеров. Оказывается, мономерные композиции с такими свойствами существуют.
Итак, поставленная задача решена. Но, как это бывает в реальной жизни, на пути от принципиального решения до работающей технологии пришлось сформулировать и решить еще немало изобретательских задач. И очень удачным оказалось то, что ТРИЗ-специалист и просто специалист в данном случае объединились в одном лице. Технология, названная полимеризационным наполнением, оказалась способной повышать уровень сопротивления изоляции стеклотекстолита в печатных платах не в разы, а в сотни, тысячи и более раз со всеми вытекающими из этого последствиями…
Вот вам и изобретение, сделанное при помощи ТРИЗ. И это не какое-то несущественное усовершенствование (бантик на фраке), а, по словам специалистов, прорыв в области технологии изготовления и влагозащиты печатных плат. В максимальном объеме информацию о технологии полимеризационного наполнения можно получить на сайте (7).
ОРИЕНТИР –
ИДЕАЛЬНОСТЬ
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
где: Фп – полезная функция,
Фр – функция расплаты.
Повышение идеальности возможно в результате увеличения числителя или уменьшения знаменателя этого соотношения. Для идеальной машины Фр = 0 (машины нет, а функция выполняется). Для реальной машины функция расплаты должна стремиться к нулю.
Закону повышения идеальности технических систем подчиняются новые веяния в технологии прессования многослойных печатных плат. Наблюдается постепенный переход на прессование… без прессформ. Идеальность достигается сочетанием двух технических решений:
1. Системы совмещения слоев с бондажированием
пакета (8).
2. Нагрева заготовок многослойных печатных плат за счет пропускания большого тока (до 2000 А) через фольгу внешних слоев. Фирмой Cedal разработан пресс, в котором используется такой способ (9).
Прессформы нет, а ее функции выполняется! Идеальный конечный результат (ИКР) в данном случае достигается в результате использования внутренних ресурсов системы.
Закону повышения идеальности технических
систем отвечает и интегрирование
печатных плат с элементной базой. Некоторые радиоэлементы (емкости,
индуктивности) изготавливаются уже непосредственно в печатной плате.
Когда-то мой коллега по институту сделал неплохой бизнес на паяльных флюсах. В основе работы традиционных паяльных флюсов, используемых для пайки радиоэлементов, лежит реакция (1).
MenOm + 2mH+ = nMen+ +
mH20 (1)
Техническим обоснованием бизнес-идеи было
заимствование флюса из иной области (сварки металлов). Принцип действия этого
флюса был основан на том, что окисная
пленка не растворялась, а восстанавливалась до металла по реакции (2).
MenOm + 2mH
= nMe + mH20 (2)
В качестве восстановителя в этом флюсе использовался атомарный водород, обладающий сильнейшими восстановительными свойствами. Источником же атомарного водорода был гипофосфит. Идеальность этого решения заключалась в том, что гипофосфит был отходом производства многотоннажного продукта. К сожалению, через некоторое время производство этого продукта прекратили, отходов не стало, и бизнес пришлось свернуть…
БЫЛОЕ И ДУМЫ
Говорят, что новое – это хорошо забытое старое. С этим трудно не согласиться.
Так в методе ПАФОС возродилась старинная технология изготовления печатных плат методом переноса (10). Когда-то в этой технологии использовалась трафаретная печать. Открытия в области лазерной техники и фотолитографии позволили реализовать ее на принципиально новом уровне.
Применение SMD-компонентов позволило уменьшить толщину печатных узлов и тем самым уменьшить габариты изделий электронной техники. На этом фоне в прямом и переносном смысле выделялись трансформаторы и дроссели. В соответствии с еще одним законом ТРИЗ (законом согласования – рассогласования технических систем) изобретатели «постучали по приподнятым шляпкам этих гвоздей». В результате появились планарные трансформаторы, в которых многослойные печатные платы заменили проволочные обмотки. В работе (11) говорится о том, что такие трансформаторы «впервые были разработаны в конце 80-х годов». Заблуждаются! Еще в 1933 году Эрвин Е. Франц (США) предложил использовать для изготовления трансформаторов проводящие слои, изготовленные на целлофане, которые складывались гармошкой в пакет и пронизывались магнитопроводом (2).
Обычно ТРИЗ дает решение изобретательской задачи в общем виде. Говорят, что при этом задача решена на 99%. Для конкретного решения задачи следует знать физические, химические, геометрические и иные эффекты (информационный фонд). Бывает и так, что на данный момент замкнуть решение задачи не удается. Ну не открыли еще такого эффекта!
Откроют. За вашей спиной законы развития технических систем! Гораздо обиднее будет, если искомый эффект уже открыт, а вы о нем просто не знаете. Невозможно «перелопатить» все источники информации. Да и память свою следует пожалеть. Здесь вам помогут указатели физических, геометрических, химических, биологических эффектов, наработанные энтузиастами от ТРИЗ. Различные версии таких указателей можно найти в интернет-ресурсах.
ЛИТЕРАТУРА
1. Политехнический словарь/ Редкол.: А.Ю. Ишлинский и др. – 3 изд., - М.: Сов. Энциклопедия, 1989.
2. Из истории технологий печатных плат // Электроника-НТБ, - 2004, № 5.
3. Http://www.pcbfab.ru/article.php?id=21
4. Галецкий Ф.П. Этапы развития печатных плат в ИТМ и ВТ им. С.А. Лебедева // Экономика и производство. – 2001, № 1.
5. Галецкий Ф.П. Технология изготовления двадцатислойных печатных плат с проводниками 100мкм // Экономика и производство. – 2000, № 12.
6. Http://www.ats.net/deutsch/technologie/technologieplatform.html
7. Http://www.urazaev.narod.ru
8. Медведев А. М. Оборудование для производства печатных плат. По стендам «Экспо-Электроники 2002» // Электронные компоненты. – 2002, № 3.
9. Печатный монтаж – задача государственная // Электроника-НТБ. – 2004, № 2.
10. Белевцев А.Т. и др. Печатные схемы в приборостроении, вычислительной технике и автоматике. М., Машиностроение, 1972.
11. Макаров В., Рушихин А. Применение планарных трансформаторов и плат на алюминиевой подложке в импульсных источниках электропитания // Силовая электроника, - 2004, № 1.
ТРИЗ В
ЭЛЕКТРОНИКЕ:
В МИРЕ ИЗМЕРЕНИЙ
Владимир Уразаев, E-mail: urazaev@yandex.ru
В кабинет к врачу входит больной.
Доктор,
бросив на него взгляд:
-
Склероз, диабет.
Удивленный
больной:
-
Доктор, а как вы это узнали?
Доктор:
- У вас брюки расстегнуты, а рядом пчела кружится.
Появление в начале статьи этого анекдота не случайно:
Во-первых, большая часть статьи посвящена изобретательским похождениям автора в области ядерного магнитного резонанса (ЯМР), который находит применение в различных областях техники, в том числе и в медицине.
Во-вторых, содержание анекдота прекрасно иллюстрирует прогноз развития измерительной техники, который выдает нам теория решения изобретательских задач (ТРИЗ). Лучшее измерение – то, в котором… отсутствует измерение.
ВОКРУГ ТРУБЫ
На берегу ночной реки сидел одинокий Змей Горыныч и слаженно пел хором…
Метод ЯМР основан на резонансном поглощении энергии электромагнитного поля радиоволнового диапазона химическими соединениями, содержащими водород. С явлением ядерного магнитного резонанса хорошо знакомы те, кто проходил обследование в медицинских клиниках на ЯМР-томографах. Мое же знакомство с аббревиатурой ЯМР произошло в стенах НИИ.
В те годы, когда в моде были слова перестройка и конверсия, мой НИИ решил круто изменить тематику работ. Было принято решение разработать автоматизированную систему контроля и управления работой нефтяных скважин. Изюминкой этой системы должен был стать ЯМР-датчик, измеряющий состав жидкости (нефте-водяной эмульсии) непосредственно в устье нефтяной скважины.
Испытания, проведенные на скважине, показали, что система в целом работоспособна. Электроника работает. Оставался открытым лишь вопрос: «А соответствует ли действительности то, что она выдает?» Методика измерений отрабатывалась в лаборатории на неподвижной жидкости. Реальные условия были иными. А внутрь трубы, где под давлением до 40 атм. одновременно несутся нефть, вода, газ, песок… не заглянешь. Необходимо было выяснить хотя бы то, как влияет скорость потока на результаты измерений. Для этого нужно было сделать… копию нефтяной скважины. Такая установка заняла бы как минимум целую комнату, а количество нефти, необходимое для экспериментов, измерялось бы в кубометрах. Поскольку нефть на месторождениях Татарстана, где проводились испытания, богата сероводородом, ближайшие перспективы меня не радовали.
Каким же образом был найден простой выход из этой непростой ситуации? Алгоритм решения этой изобретательской задачи такой:
1. Исходная изобретательская ситуация.
Для исследования ЯМР в потоке необходимо собрать громоздкую экспериментальную установку. Это сопряжено со значительными материальными, трудовыми, временными и иными затратами. Как обойтись без создания такой установки?
2. Выделяем из бесконечного множества возможных задач конкретную изобретательскую задачу и формулируем ее техническое противоречие:
ТП 1. Если диаметр трубы, охватываемой датчиком, большой, то в зоне измерения датчика находится много жидкости, амплитуда сигнала ЯМР велика и точность измерений достаточна, но при этом для обеспечения большой скорости потока необходим большой расход жидкости и, следовательно, необходима громоздкая экспериментальная установка.
ТП 2. Если диаметр трубы, охватываемой датчиком, маленький, то для обеспечения больших скоростей потока достаточно миниатюрной экспериментальной установки, но при этом в зоне измерения находится мало жидкости, амплитуда сигнала ЯМР невелика и соответственно точность измерений недостаточна.
Основным ТП выбираем ТП 1, поскольку главная задача для любого средства измерения - обеспечение высокой точности измерений.
3. Формулируем физическое противоречие задачи.
ФП. Диаметр трубы должен быть большим, чтобы обеспечивалась максимальная амплитуда сигнала ЯМР, и диаметр трубы должен быть маленьким, чтобы эксперименты можно было проводить на миниатюрной экспериментальной установке.
4. Разрешаем физическое противоречие.
Для разрешения этого противоречия используем сочетание двух приемов-антагонистов: «дробление объекта на независимые части» и «объединение однородных объектов». Объект (трубу) сначала разделяем на множество мелких частей (трубок), а затем эти части объединяем вновь, но уже иначе.
В зоне, охватываемой магнитом датчика, вместо одной трубы находится пучок трубок. Трубки соединены гибкими шлангами таким образом, что жидкость последовательно проходит через них, многократно совершая свой путь внутри магнита. Таким образом, количество жидкости в зоне измерения, а, следовательно, и амплитуда сигнала ЯМР, получаются лишь ненамного меньше чем в реальном датчике. Расход же жидкости, при прочих равных условиях, меньше, чем на реальной скважине во столько раз, во сколько раз площадь сечения одной трубки меньше площади сечения трубы в реальном датчике.
Экспериментальная установка «запела хором» уже через несколько дней. Она разместилась на рабочем столе и для проведения экспериментов потребовалась всего лишь бутылка нефти (1).
КАК НАЙТИ ИГОЛКУ В СТОГЕ СЕНА
Бомж видит, что в грязи валяется рубль. Он говорит:
- Хм, буду я еще какой-то рубль из грязи поднимать!
Достает из кармана стольник, бросает его и говорит:
- А вот 101 рубль можно и
поднять!
«Иголку» пришлось искать, при разработке
настольной модификации ЯМР-релаксометра, предназначенного также для измерения
состава нефте-водяных эмульсий. В этом приборе реализован импульсный метод ЯМР.
Метод отличается довольно простым аппаратурным оформлением и позволяет получать
кривые ядерной магнитной релаксации.
Амплитуда сигнала ЯМР убывает по экспоненциальному закону:
(1)
где: А - амплитуда сигнала ЯМР,
А0 – начальная амплитуда сигнала ЯМР,
t - время,
Т – время релаксации ядерной намагниченности.
Начальная амплитуда сигнала пропорциональна количеству ядер водорода в веществе а, следовательно, и количеству вещества. Время релаксации ядерной намагниченности зависит от химической природы вещества, молекулярной подвижности, температуры, содержания парамагнитных примесей и др. Чем больше молекулярная подвижность вещества – тем больше время релаксации.
Для многокомпонентных систем уравнение (1) принимает вид:
(2)
где: n – число компонент.
Задача определения состава таких систем сводится к математическому разложению релаксационной кривой на экспоненты, отвечающие отдельным компонентам.
Практическое применение нашел метод разложения релаксационной кривой на составляющие, основанный на переходе в полулогарифмические координаты (ln A = f(t)) и последующем выделении экспонент, начиная с экспоненты с максимальным временем релаксации (линейная регрессия).
Метод дает приемлемую точность в ограниченном диапазоне соотношений компонент и соотношений их времен релаксации. Так при близких временах релаксации компонент (вода и нефть), а также в тех случаях, когда содержание компоненты с максимальным временем релаксации (вода) невелико, ошибка измерения в несколько раз превышает измеряемую величину. Такая ситуация часто возникает при измерении состава нефте-водяных эмульсий (2). Как быть?
За частоколом формул часто очень трудно бывает разглядеть суть дела. Попробуем перейти к упрощенной модели задачи. Если очень-очень отвлечься от реальности, то поставленную задачу можно сравнить с задачей поиска иголки в стоге сена. Отличие лишь в том, что одна задача на измерение, а другая на обнаружение. Но, чем меньше измеряемая величина, тем ближе эти задачи друг к другу.
Что же общего? Проведем аналогию. Вода – иголка. Нефть – сено.
Вода и нефть так же, как иголка и сено сопоставимы «по размерам» (имеют близкие времена релаксации). Поэтому их трудно отделить друг от друга.
Иголка – одна. Воды также очень мало. Поэтому их трудно еще и найти.
Что нужно сделать, чтобы найти иголку в стоге сена? Воспользуемся «гениальным» решением бомжа. А точнее используем сочетание двух изобретательских приемов: «сделать заранее» и «сделать чуть больше, чем нужно». К иголке можно заранее прикрепить что-то, например, еще много-много таких же иголок.
Как это решение адаптировать к решению нашей задачи? Не так уж и сложно:
1. В нефте-водяную эмульсию, содержащую небольшое количество воды, добавляем известное (заранее отмеренное) количество обычной водопроводной, а еще лучше дистиллированной воды. При этом содержание воды и содержание нефти в нефте-водяной эмульсии становятся сопоставимыми. Кроме того, по закону аддитивности существенно увеличивается соотношение времен релаксаций воды и нефти. (У водопроводной, а тем более, у дистиллированной воды время релаксации гораздо больше, чем в той воде, которая содержится в эмульсии). Состав такой смеси уже можно измерить с достаточной точностью.
2. Проводим измерение состава этой смеси.
3. Из измеренного содержания воды вычитаем заранее добавленное количество воды и получаем содержание воды в исходной нефте-водяной эмульсии.
В результате этих манипуляций измерение несколько усложняется. Идеальность решения можно повысить, если совместить в одном приборе ЯМР-релаксометр и весы. Оказалось, что в зарубежных приборах, изготавливаемых фирмами “Bruker”, “Oxford Instrument” наше пожелание уже предугадали.
По пути повышения идеальности можно пойти и еще дальше. Достаточно вспомнить о том, что измеряемая начальная амплитуда сигнала ЯМР – есть величина, пропорциональная количеству вещества. Если вместо одного проводить два измерения (до добавки воды и после добавки воды), то количество добавленной воды будет пропорционально разности начальных амплитуд сигнала ЯМР в этих двух замерах. И о весах можно просто забыть (3).
Быть может, кто-то скажет, что существует еще более идеальное решение: искомый результат можно получить за доли секунды, используя методы нелинейной регрессии, современное программное обеспечение и компьютер. Увы, оказалось, что с использованием методов нелинейной регрессии можно с достаточной точностью обсчитывать релаксационные кривые только двух - трехкомпонентных систем, состоящих из индивидуальных химических соединений. Нефть же – смесь бесконечного множества химических соединений. Использование нелинейной регрессии для разложения релаксационной кривой нефте-водяной эмульсии оказалось неэффективным.
В следующей задаче техническая система также была переведена из неудобного для измерения состояния в удобное, но другим способом.
И СНОВА О ПЕЧАТНЫХ ПЛАТАХ
В бар входит посетитель и, указывая на мертвецки пьяного
человека, говорит бармену:
- Мне, пожалуйста, то же
самое…
Изоляционные характеристики эпоксидной смолы в стеклотекстолите (подложке печатной платы) определяются многими факторами и, в первую очередь, степенью отверждения эпоксидной смолы. Как ее измерить? Моя попытка использовать для этого ЯМР-релаксометр увенчалась неудачей. Время релаксации водорода в эпоксидной смоле было очень маленькими, и прибор его просто не видел.
Для решения изобретательской задачи вновь был использован типовой прием разрешения технических противоречий, на тот раз прием «использовать посредника».
В качестве «посредника» может быть использована любая жидкость, содержащая атомы водорода и находящаяся в контакте со стеклотекстолитом. Вариант: та самая жидкость, которую посетитель просил у бармена.
Дело в том, что релаксационные характеристики жидкости определяются характером ее взаимодействия с эпоксидной смолой. А этот характер в свою очередь определяется характеристиками полимерной сетки эпоксидной смолы, а, следовательно, и завершенностью реакции полимеризации. Следовательно, о степени отверждения эпоксидной смолы можно судить по изменению времени релаксации этой жидкости и/или по скорости изменения ее времени релаксации. Время релаксации жидкостей лежит в диапазоне, удобном для измерения на ЯМР-релаксометре. Поэтому измерение можно проводить с высокой точностью.
ТРИЗ рекомендует не останавливаться на достигнутом. Не остановился… и нашел, что этот метод измерения позволяет оценивать не только степень сшивки эпоксидной смолы, но и не менее важный с технической точки зрения показатель – регулярность ее полимерной сетки. Получилось очень интересное и полезное применение метода ЯМР для специалистов занимающихся разработками новых базовых материалов для печатных плат. А если посмотреть со стороны, то область практического использования таких методик уходит далеко за пределы, ограничиваемые контуром печатной платы.
ЧТО НОВЕНЬКОГО?
- Папа, почему этот фильм нельзя смотреть детям?
- Сиди тихо…Сейчас сам
увидишь.
Законы развития технических систем неумолимы. Шестеренки вытесняются электронными устройствами. Такая замена происходит сейчас в области измерения расхода газов. Механические счетчики не выдерживают конкуренции со своими электронными братьями (4). Электронные счетчики значительно меньше по размерам, не искажают интерьер кухни, работают бесшумно и т.д. Достоинств не перечесть.
В электронных модификациях газовых счетчиков чаще всего используется известный нам из физики пьезоэлектрический эффект (5). Пьезокристалл (чувствительный элемент датчика) воспринимает давление движущегося газа и преобразовывает его в электрический сигнал, пропорциональный расходу газа.
Разработчикам электронных блоков для бытовых газовых счетчиков предъявляются очень жесткие требования. Блок должен иметь автономное питание. Более того, элементы питания должны прослужить без замены много-много лет. Традиционные методы (использование элементов питания большой емкости и/или микроконтроллеров с пониженным энергопотреблением) не решают эту задачу, да еще и приводят к увеличению цены счетчика. Как быть?
Подход к решению изобретательских задач может быть разным. Можно шагать от технического противоречия, что мы делали ранее, а можно и от идеального конечного результата (ИКР). Формулируем идеальный конечный результат для данной задачи.
ИКР: Электронный блок сам должен обеспечивать длительную работоспособность в автономном режиме.
В пределах электронного блока никаких
дополнительных источников энергии не находим. Внутренние ресурсы системы пусты,
есть только энергопотребление. Переходим в надсистему. В надсистеме
(трубопроводе) энергии несоизмеримо больше, чем требуется для подзарядки элементов питания. Это механическая
энергия движущегося газа.
Следующий шаг.
Механическую энергию потока газа нужно превратить в электрическую энергию. Для этого можно использовать внутренние ресурсы системы (электронного блока). А решение – проще некуда. Пьезокристалл этим уже и так занимается, обеспечивая основную функцию прибора – измерение. Почему бы ему, не забрать у газового потока чуть больше энергии и направить ее на подзарядку элементов питания электронного блока?
Решение идеально для разработчиков и изготовителей. Можно отказаться от дорогих импортных комплектующих. Решение идеально для потребителей – по сути дела «вечный двигатель». Но вечных двигателей в природе, к сожалению, не существует. Все расходы перекладываются на «хрупкие» плечи богатенького дядюшки – Газпрома. Он этого просто и не заметит. Схемная реализация этого решения, думаю, не так уж и сложна. Кто будет первым?
ЛИТЕРАТУРА
1. Уразаев В.Г. Путешествие в страну ТРИЗ. Записки изобретателя. - М.: Солон Пресс, 2003.
2. Аксельрод С.М., Неретин В.Д. Ядерный магнитный резонанс в нефтегазовой геологии и геофизике. – М.: Недра, 1990.
3. Уразаев В.Г. Пат. РФ № 2085921. Способ измерения состава двух- или трехкомпонентных жидкостей. Приоритет от 01.09.95. Опубл. 27.07.97.
4. Http://www.elara.ru/product/1.html
5. Электроника: Энциклопедический словарь/ Гл. ред. В.Г. Колесников, - М.: Сов. энциклопедия, 1991.
ТРИЗ В
ЭЛЕКТРОНИКЕ:
ЗИГЗАГ
Владимир Уразаев, E-mail: urazaev@yandex.ru
У МЕНЯ ЗАЗВОНИЛ ТЕЛЕФОН
Современная Япония занимает лидирующее положение в электронике. Наиболее динамично развивающаяся область электроники – сотовая связь. Лучшие умы денно и нощно разрешают технические противоречия, возникающие в процессе этого развития. Более подробно об одном из них:
Техническое противоречие (ТП):
ТП 1. Если громкость звука сотового телефона велика, хорошо слышно на шумной улице, но не совсем комфортно себя чувствуешь в тихой комнате.
ТП 2. Если громкость звука сотового телефона мала, то наоборот, хорошо разговаривать в тихой комнате, но, увы, ничего не слышно на улице.
Физическое противоречие (ФП):
ФП. Звук у телефона должен быть громким, чтобы хорошо слышать на шумной улице, и должен быть тихим, чтобы не травмировать барабанные перепонки в тихой комнате.
В первых моделях сотовых телефонов владелец сам переключал уровень громкости телефона. Чуть позже эту функцию передали автоматике. И обоих случаях противоречивые требования разрешались во времени. Только идеальность второго решения была чуть выше. А самое идеальное решение (на сегодняшний день?) появилось не так уж и давно. Для передачи звука было предложено использовать… кость. Внешние звуковые помехи при этом отсекаются, и необходимость в регулировке силы звука отпадает. Изобретатели из страны восходящего солнца использовали в качестве «посредника» между телефоном и ухом указательный палец. Телефон изготавливается в виде браслета, надеваемого на запястье. А для того, чтобы поговорить по телефону, достаточно прикоснуться указательным пальцем к уху.
Современная Япония – еще и лидер в области созидания никому не нужных изобретений (1). Общество изобретателей бесполезных изобретений «Чиндогу» насчитывает около 50000 человек. Потенциальными обладателями антинобелевской премии изобретены несгораемая сигарета, непромокаемый пакетик для чая, фонарик, который светит только днем… и, наконец, зубная щетка на пальце. По мнению изобретателей, зубная щетка, совмещенная с указательным пальцем, обладает максимальной чувствительностью.
ОТ УЛЫБКИ СТАНЕТ МИР СВЕТЛЕЙ
Что же еще за исключением нетрадиционного использования указательного пальца объединяет эти оригинальные технические решения?
Улыбка!
Улыбку вызывают «новые русские», для которых между «мобилой» и указательным пальцем нет большой разницы. Улыбку вызывают и горе-изобретатели бесполезных изобретений.
Почему же появляется улыбка? И вообще, почему изобретение доменной печи – не смешно, а изобретение сотового телефона – смешно?
Заглянем в энциклопедический словарь: «Юмор (от англ. humor) – особый вид комического, сочетающий насмешку и сочувствие, внешне комическую трактовку и внутреннюю причастность к тому, что представляется смешным» (2).
Насмешка и сочувствие… Сочетание несочетаемого… Психологическое противоречие?
Следовательно, чтобы в изобретении появилась «капелька юмора», оно должно содержать не только техническое противоречие, но и психологическое противоречие. Изобретение доменной печи никогда не будет смешным, если в нем (вокруг него) не появится противоречие из области психологии.
Сделаем следующий шаг. Отвлечемся от технической стороны этих изобретений и перейдем к тому, что останется… к анекдоту?
ФИЗИКИ И ЛИРИКИ
«Когда деревья были большими» в студенческой среде была популярной тема «физики и лирики». Лирики (гуманитарии) упрекали физиков (технарей) за то, что они ничего не смыслят в области гуманитарных наук. В МГУ даже состоялось своеобразное соревнование (предвестник КВН?). Лирики безнадежно проиграли. Формула воды оказалась для них загадкой. Физики же, как это ни странно, знали, кто написал роман «Анна Каренина».
Продолжим их славные традиции?
Так что же такое анекдот? Гуманитарии говорят, что это небольшой рассказ с неожиданной концовкой. Так ли она неожиданна?
Основа анекдота - психологическое противоречие (противоречие между насмешкой и сочувствием). Если смотреть глубже – это попытка совместить несовместимое (добро и зло, смех и слезы, любовь и ненависть и т.д.). Не правда ли, что все это очень похоже на формулировку (содержание) физического противоречия, известного нам из теории решения изобретательских задач (ТРИЗ)?
В технике чтобы сделать изобретение недостаточно сформулировать техническое противоречие, нужно его еще и разрешить. Для чего используются различные типовые приемы, их комбинации и другие «инструменты» ТРИЗ.
Так же и в юморе. Психологическое противоречие необходимо, но явно недостаточно. Чтобы анекдот был смешным, психологическое противоречие должно быть еще и разрешено.
Каким образом это можно сделать (это делается)? Простейшее решение - заимствовать приемы разрешения противоречий из техники. Если бы отправной точкой рассуждений были не изобретения, а анекдоты, эта фраза видимо звучала бы наоборот. Подарим иной вариант развития темы лирикам, а сами пойдем (поедем) от техники.
ПОЕХАЛИ?
Сделать наоборот
Чаще всего «неожиданная» концовка анекдота достигается в результате использования приема «сделать наоборот».
Студент украинец пишет маме письмо: «Вышли сало.
Здравствуй мама!»
Следствие: если хочешь быть или хочешь казаться остроумным, действуй по принципу наоборот. Это лучшее (единственное?) решение для людей с полной или частичной потерей чувства юмора. Вероятность попадания в цель резко повышается. На отрицательных аспектах такого творчества останавливаться не будем.
Другие приемы разрешения противоречий
В «патентном фонде» оригинальных юмористических решений используется большая часть приемов разрешения противоречий, известных нам из ТРИЗ, например:
«сделать заранее»
-
У меня родилась дочь, и я приглашаю вас это дело отметить. Но вы сами
понимаете, какое сейчас время, как сейчас трудно… Короче, приходите уже
пьяными.
«непрерывность полезного действия»
- Скажи мне, Джимми, ты подглядываешь иногда в замочную
скважину, когда мы с твоей сестрой сидим одни вот здесь на диване?
- Да, бывает, но только тогда, когда туда не заглядывают
мама или сестра Бетти.
«использовать предварительно напряженное состояние»
У
меня дед – долгожитель. Пойдет, бывало, в лес, встретит кукушку и спрашивает:
-
Кукушка, кукушка, сколько мне лет жить осталось?
А
она в ответ:
-
Много, много, только на горло не дави!
«использовать обратную 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».
И так далее.
Комбинация приемов разрешения противоречий
Интересные решения можно получить, если для разрешения психологического противоречия использовать сочетание нескольких приемов:
«разрешить противоречивые требования в пространстве + самообслуживание»
Судья перед началом заседания говорит
адвокатам противоборствующих сторон:
- Господа! Вы оба дали мне взятки. Вы,
господин Леон, дали мне 15 тысяч долларов. А вы, господин Кампос, 10 тысяч.
Судья порылся в карманах, достал чек на 5
тысяч, вручил его господину Леону и сказал:
- Ну, все, теперь можно судить по закону!
Игра слов
Объявление в бюро переводов:
«Специально для новых русских!!! Высокопрофессиональный
перевод времени с зимнего на летнее и обратно».
Анекдоты, основанные на игре слов, на первый взгляд, стоят особняком. Где же здесь приемы? Заменим словосочетание «игра слов» на словосочетание «универсализация значения слов» и проблема будет решена.
Психологические приемы разрешения противоречий
Судья. Никак не могу поверить, что такой солидный и
представительный мужчина мог избивать такую хрупкую и маленькую женщину, как
ваша жена.
Джонс. Но она ругает и пилит меня до тех пор, пока я не
потеряю терпение.
Судья. А что она говорит?
Джонс. Она кричит: « На, бей меня, я тебя не боюсь!
Давай, давай, ударь меня хоть раз, и я потащу тебя к этому плешивому старому
дурню – судье».
Судья. Дело прекращается.
Психологическое противоречие может разрешаться психологическими методами, которые в технике по известным причинам неработоспособны. Решение близко к идеальному, поскольку результат достигается без использования каких либо дополнительных ресурсов (само собой). И, если какой-то ваш поступок по смыслу так же близок к идеальному, не удивляйтесь, что он будет воспринят еще и с улыбкой.
Итак, с «анатомией» анекдота, кажется, все ясно. Противоречие - ключевое слово не только в технике, но и в юморе. «Неожиданные» решения (концовки) можно находить по стандартам, причем практически по тем же самым стандартам, что и в технике.
Какие же еще общие «инструменты» используются «физиками» и «лириками»?
Психологическая инерция
Для изобретателей психологическая инерция – зло. Они всеми правдами и неправдами пытаются от нее уйти. А для анекдотоклепателей – это золотая жила:
- Чем вчера закончилась твоя встреча с женой?
- О, она встала передо мной на колени.
- И что она сказала?
- Вылезай из под кровати, подлый трус!
Оператор РВС
Оператор РВС одинаково полезен и тем и другим. Аркадий Гайдар не имеет к нему никакого отношения, хотя психологическая инерция и подталкивает нас к этому. РВС расшифровывается как «размер, время, стоимость». Оператор РВС предназначен для ухода от этой самой психологической инерции. Изменяя размер, время или стоимость чего-либо в технической системе от нуля до бесконечности, можно расшатать сложившийся стереотип и получить разнообразные варианты оригинальных технических решений.
Таким же образом можно генерировать и оригинальные юмористические решения. Так, если реакцию человека на некорректное поведение собеседника уменьшать, приближая к нулю, может получиться такой анекдот:
- Если вы еще раз плюнете мне в стакан, я уйду!
Дополнительный эффект можно получить, если еще и уйти в запредельные (отрицательные) значения:
Жена говорит мужу:
- Дорогой! Я сейчас иду к соседке на пять минут, а ты каждые полчаса мешай кашу.
Аналогия
Пожалуй, это самый простой способ созидания смешного. Но, иногда, и он дает прекрасные результаты:
Запись в дневнике:
«С утра трясутся
руки с похмелья. Стал расстегивать пижаму – отлетели пуговицы. Взялся за
портфель – отпала ручка. Боюсь идти в туалет».
ПРИЕХАЛИ…
От «анатомии» юмора мы незаметно перешли к еще более интересной теме – его созиданию. Как генерировать юмор? Каковы алгоритмы созидания смешного? Размышления на эту тему – на сайте (3). Мы же закончим зигзаг лишь некоторыми интересными выводами:
1. Структура анекдотов аналогична структуре изобретений. И в тех, и в других имеются противоречия, а для разрешения противоречий используются аналогичные методы и приемы.
2. Есть возможность переносить оригинальные решения из техники в юмор и, наоборот, из юмора в технику. И в шутку и всерьез можно проводить повышение квалификации технических специалистов на концертах с участием Хазанова. Посещать концерты «новых русских бабок» не советую. Может получиться обратный эффект.
3. У изобретателя должно быть чувство юмора, и, наоборот, человек с чувством юмора, может стать изобретателем.
4. И, наконец, Япония – потенциально самая веселая страна, а в области техники на радость всем большое будущее ожидает Россию.
ЭПИЛОГ
В нескольких
статьях мне, конечно же, не удалось
сделать развернутое жизнеописание ТРИЗ. Остались без внимания стандарты
на решение изобретательских задач. Почти ничего не было сказано о разработке
алгоритмов решения изобретательских задач (АРИЗ). Простейший алгоритм не в
счет. Не упоминалось о современных программных продуктах, имеющих отношение к
ТРИЗ (TechOptimaiser, IdeationSoftware, Goldfire Innovator и др.) (4, 5). И так далее.
Была лишь сделана попытка, надеюсь удачная, показать возможности ТРИЗ на примерах ее практического использования в области электроники и не только. Много примеров приведено из собственной практики автора. Говорят, что автобиографические описания творческого процесса обычно сверхсубъективны (6). А может быть наоборот сверхубедительны?
Людей, увлекающихся ТРИЗ, называют «тризавитыми» или «тризанутыми» (7). Теория решения изобретательских задач, как и любая теория, имеет свои достоинства и свои недостатки. Если бы я сказал иначе, то это дало бы повод конвертировать слово «тризанутые» в слово «шизанутые» и, более того, вступило бы в противоречие с идеями самой ТРИЗ. Самое главное ТРИЗ – это реально работающий инструмент, который в умелых руках может показать удивительные результаты. Почему только в умелых? Сошлюсь на чужие мысли: «…ТРИЗ не только усиливает интеллект, но с таким же успехом усиливает и глупость» (8).
И в заключение о хорошем. Если в поисковой системе Yandex набрать слово «ТРИЗ», то в ваше распоряжение будет предложено примерно 700 ссылок на сайты или около 70000 страниц. Да еще почти столько же, если использовать латинскую графику – «TRIZ». ТРИЗ живет, развивается, осваивает новые территории. Быть может, и на сайтах российских предприятий вскоре появится объявление: «Требуется ТРИЗ-специалист».
ЛИТЕРАТУРА
1. Http://www.membrana.ru/articles/inventions/2002/06/04/033000.html
2. Советский энциклопедический словарь // Гл. ред. А.М. Прохоров. – 4-е изд. – М.: Сов. Энциклопедия, 1989.
3. Http://www.urazaev.narod.ru
4. Http://www.invention-machine.com
5. Http://www.ideationtriz.com
6. Gordon W. Sinectics: The Development of Greative Capacity. - New
York, 1961.
8.Http://www.matriz.ru/?/Konferentsii_MA_TRIZ/Konferentsiya_MA_TRIZ_2003/Razdel_4/material_9/