О СТРУКТУРЕ УКАЗАТЕЛЯ ФИЗЭФФЕКТОВ

Проблема наболевшая, работа идет очень медленно, мучительно, с большими затратами времени. Людей мы теряем, как на войне. В 1982 году, когда мы готовили серию статей для "Техники и науки", нас работало примерно человек 10 над этой проблемой. Сегодня я пока остался один.

Сейчас, по моему глубокому убеждению, сложилась ситуация открывательская. Ситуация похожа на то, что было за год или два до открытия периодического закона Менделеевым. Чем непохожа? Тем, что тогда работало несколько десятков химиков в Европе и Америке. У нас, к сожалению, такого нет и это удивительно. Возможно вы не в курсе того, что это за проблема, что за открывательская задача. Об этом я и хочу рассказать. В прошлом году в Петрозаводске мне не удалось этого сделать за то короткое время, которое мне было отведено Митрофановым Волюславом Владимировичем.

Все началось 20 лет назад, когда впервые, это было в 1966 году, среди 28 тогдашних приемов появился один странный прием - переход к магнитным и электромагнитным полям. Среди тех эвристических приемов, которые были в ходу в различных методиках, появился первый прием - физический. Этот прием подсказал патентный фонд - все более увеличивалось количество таких изобретений. Это был повод задуматься. Начала собираться картотека других физических и химических приемов. В 1969 году Генрих Саулович поручил одному из своих учеников - В.Гутнику - собрать картотеку более расширенную и проанализировать. В.Гутник собрал более 300 карточек изобретений с физическим уклоном, ушел в армию и на этом дело остановилось. Эстафету принял в 1971 году Ю.В.Горин - физик из Баку. Работа была продолжена на более профессиональном уровне, собрана хорошая картотека, насчитывающая уже 500 отборных изобретений. И на основе этой картотеки был создан первый указатель физэффектов для изобретателей.

Надо сказать, что нечто подобное пытались создавать и другие, и не только у нас в стране, но указатели составлялись чистыми физиками, а если работали методологи технического творчества, то и они брали просто, то что есть в физике, - физические свойства. Никто не рассматривал технические применения физики, никого не интересовали изобретательские хитрости применения физики, никто не понимал еще, что это такое. Заслуга Г.С.Альтшуллера в том, что он дал эту идею, подобрал людей, и началась разработка настоящего указателя физэффектов для изобретателей. Первая редакция 1971 года была опубликована в 1973 году на ротапринте, ее взяла за основу обнинская группа, которая в 1977 году предложила свой вариант.

Параллельно в нашей стране появились другие желающие заниматься столь интересным новым делом. Например, Половинкин тоже взяв, но без разрешения, указатель Ю.В.Горина, начал переделывать его и возвращать его от первой редакции к нулевой? Я не знаю как ее назвать. Потому что он начал делать ее, как ему представлялось, более научной более полезной. Я вам говорю свое мнение о книге изданной в 1985 году. Он пришел к следующему. На карточке написано название физэффекта, затем идет краткое описание и литература. Это все. Нужен ли такой указатель ФЭ? Безусловно нужен, это полезные сведения. Нам представляется, что такой указатель полезен конструктору, но изобретателю нужна другая физика - физика в препарированном виде. Нужен рецепт изобретательского применения физэффектов, причем такого, чтобы произошел скачок в развитии технической системы. В прошлом году Половинкин опубликовал в докладах Академии наук статью о формировании банка физэффектов, где он указывает, что у него есть уже 2 тыс. загнанных в машину физэффектов, которые можно листать на экране дисплея. Семь-восемь лет назад тризовцы начали заниматься химией, а затем и геометрией, видимо, к этому придет Половинкин и его школа.

Если условно изобразить первую редакцию Ю.В.Горина, то на каждый физэффект дается как правило один пример, на некоторые ФЭ было 3-5 примеров. ФЭ - прямое применение в изобретательской задаче. В указателе Половинкина берутся физические функции ФЭ, и что с ними делать дальше непонятно, есть две тысячи эффектов и их надо перебирать в поисках нужного. Что сделал Ю.В.Горин для облегчения выхода на нужный ФЭ. Во-первых брались не физические, а технические функции ФЭ. Нас не интересует, на сколько градусов повернется биметаллическая пластина, какой состав биметалла. Нас интересует другое: как применить эффект биметалла в различных изобретательских ситуациях. В указателе Ю.В.Горина была таблица, в которой указывалось какие ФЭ могут выполнять ту или иную техническую функцию. Это, конечно, облегчало работу. Первая редакция УФЭ сыграла большую роль. Если анализировать уровень патентного фонда не 1966 года, а сегодняшний, причем не только по СССР, то бросается в глаза одна закономерность - более половины изобретательских задач решены с прямым применением ФЭ. Вся сложность в том, как его найти. Но в этих 50% не нужно знать ни ТРИЗ, ни стандартов - прямое применение физики. Для себя мы считаем это задачами первого или второго уровня, но те, кто приходят на занятия, с жадностью хватаются за такие указатели.

Свою роль эта редакция сыграла, и теперь видно, что это тупиковый путь. Если поверить в то, что существует 2-5 тыс. ФЭ, хотя неизвестно, считал их кто-нибудь или нет. В химии, на мой взгляд, можно найти примерно столько же, плюс биологические эффекты, которые все чаще и чаще начинают использоваться в технике, прибавить геометрические эффекты. Общая сумма будет минимум 10 тысяч. 10 000 эффектов объединить в одну многотомную энциклопедию, а потом ее листать... Это очень сложно, это просто никому не нужно.

Первая спасительная мысль - загнать все это в спасительную память машины. Но что с ней делать дальше, никто не знает. Как найти нужный эффект? Здесь никакая машина не поможет. Что такой путь ошибочен, поняли в начале 80-х годов.

Генрих Саулович предложил другой путь. Анализ патентного фонда показал, что один и тот же ФЭ может быть использован не просто в разных областях техники, в разных задачах, но в конкретных ситуациях он проявляет себя так необычно, что ни в каком учебнике физики не найдешь такого применения.

Например, если в воду погрузить два конуса, один острием вниз, а другой наоборот, то который из них окажет большее давление на дно? Так сразу и не сообразить. По каждому ФЭ можно найти примерно 50-100 таких подэффектов, их никто никогда не собирал, никто в мире не занимался таким анализом. Под руководством Генриха Сауловича в начале 80-х годов образовался микроколлектив, который создал вторую редакцию УФЭ. С нее началась публикация в "ТиН". Там же потом пошла третья редакция.

Вторая редакция состояла вот в чем. Эффект и вокруг него рой подэффектов, и все это вокруг, все вместе. Подэффекты - это технические применения ФЭ, хитрости его применения. Они были выявлены при анализе мирового патентного фонда. Технические функции физэффекта - это способ представления свойств ФЭ, во второй редакции они представлялись как сумма подэффектов. В первой редакции по изобретательской задаче била только одна стрелка, как здесь показано, а их может быть масса. Один из подэффектов мог подойти для получения сильного решения. Здесь эти возможности открывались. Это, что касается представления. В поиске нужного эффекта, к сожалению, ничего не изменилось. Тот же принцип таблицы: каждая статья, каждая микроглава кончалась небольшой табличкой. Способ крайне не эффективен. Предполагалось сделать по всем опубликованным материалам одну общую таблицу, но не получилось.

Тут же начала вырастать третья редакция. В ее основе идея Генриха Сауловича - так называемая "елочка". Мы уже поняли что не имеет смысла разделять на физические, химические и т.д. эффекты - все это в мире перемешано и отделить их друг от друга очень непросто. Эффект представляет собой вот такую елочку. Что это такое? В "ТиН" было две статьи, по капиллярно-пористым материалам, (КПМ) там елочка была приведена, но не нарисована, а вторая статья, уже с рисунком, по озону. Что это обозначало? Во-первых было показано, это очень важно, что любой эффект (физический, химический) привязан к веществу. Начали понимать, что не поля главное, все равно любое поле генерируется веществом. Техносфера - все это вещество. Развивая техносферу, мы развиваем вещество, а не поля. Физико-химию привязали к вещественным структурам, это КПМ и озон.

Сейчас в работе "Подвиги на молекулярном уровне" будут опубликованы еще несколько статей. В сборник "Нить в лабиринте" включили две трети материалов, одну треть выбросили. Я сейчас не помню, какие статьи остались.

Напомню о том, как развиваются капиллярно-пористые материалы. Сначала сплошное вещество, вещество с полостью, вещество перфорированное - много полостей, вещество макропористое, потом капиллярно-пористое и т.д. Все меньше и меньше, и меньше. На каждой ступени развития вещества можно наложить множество других эффектов, причем чем глубже мы спускаемся на микроуровень в глубь вещества, тем больший эффект получается при меньших энергетических затратах. Легче вывести вещество из равновесия и преобразовать его на микроуровне, чем на макроуровне. Энергетически это более выгодно.

По третьей редакции указателя эффектов. Способ представления свойств эффекта - вещественно-полевая структура - изобретательская задача - развитие технической системы.

Смотрите, как интересно повернулся ход развития указателя: начали с одной задачи, пришли к механизму развития технических систем. Это только одна сторона. Ясно и другое - мы очень сильно сворачиваем информацию. Вместо того, чтобы вокруг КПМ рассказывать еще о 30 ФЭ, мы все свели в один кусок, в одну вещественно-полевую структуру - КПМ. Это более свернутая, более компактная, более удобная для работы изобретателя структура.

Поиски реализации нужного эффекта.
Первый шаг - определить имеющуюся в оперативной зоне вещественно-полевую структуру.
Второй шаг - определить, на какой ступени развития находится вещественно-полевая структура в данной вашей задаче.
Третий шаг - переведите ее на следующую ступень. Настолько просты и удобны вещественно-полевые структуры. Слушателями это было воспринято с большим энтузиазмом. Пожалуй это был наиболее крупный шаг в применении ФЭ для решения задач.

Но если быть до конца честным, то и здесь многое не получилось. Предполагалось с самого начала, что таких структур будет 50-100, с трудом выжали 8 вещественно-полевых структур. Разработчиков, желающих заниматься тяжелым черновым трудом, сидя в библиотеке и вылавливая по крохам нужную информацию из десятков и сотен тысяч описаний не нашлось. Это намного труднее, чем заниматься всемирно-историческими процессами загибов и разгибов. Это первое.

Второе. Нам не удалось сделать справочник вещественно-полевых структур. Это важнейшая работа на сегодня. Мое сегодняшнее выступление преследует цель - набрать взвод, полк, дивизию разработчиков по указателям эффектов. Катастрофически не хватает людей. Практическая конкретная работа, и сразу же виден результат. Это самое главное, что может получить творческая личность.

Вещественно-полевые структуры все-таки работают не так как хотелось бы. Чего-то не хватает в ТРИЗ, в решательных инструментах (АРИЗ, система стандартов) для прямого выхода на эти структуры. Человек решает по АРИЗу и про эти структуры не вспоминает, нет шагов, нет механизма подвода к вещественно-полевым структурам. Может быть, сегодня даже рано создавать такие механизмы, если бы таких структур было около 50, это другой разговор.

Мне кажется, что вещественно-полевые структуры вообще не принадлежат АРИЗ, не принадлежат стандартам. Скорее всего они заиграют, когда будет ТРТС (теория развития технических систем). Мы будем развивать ТС, не решая частные изобретательские задачи. Посмотрите, ведь при работе с вещественно-полевыми структурами нет ни противоречий, никаких наших самых известных механизмов, инструментов. Используй вещественно-полевую структуру - и все. Конечно весь этот механизм потребуется, но когда? Когда вы столкнетесь с тем, что вам надо применить капиллярно-пористый материал, а вы не можете его применить потому, что он ухудшает что- то другое. Но само развитие полученной идеи вы получаете без применения какого-либо инструментария.

Что будет в четвертой редакции? Теперь ясно, что нужно вводить химэффекты и геомэффекты, биологическими эффектами еще никто не занимается. Группа, занимающаяся геомэффектами, как мне кажется, еще находится на уровне первой редакции. Еще нет структур, подэффектов и т.д. Может быть, имеет смысл подогнать указатель геомэффектов под предлагаемые для ФЭ структуры.

Каким должен быть указатель эффектов - одна из важнейших составляющих информационного фонда ТРИЗ. Я собрал здесь пять концепций, или подходов, к построению четвертой редакции.

Первая. Моно-, би-, поли-. Генрих Саулович опубликовал ее в "Найти идею", говорил на Новосибирском семинаре 1985 года. Что это такое? Смысл в том, чтобы применить этот переход для организации физэффектов. Почему именно моно-, би-, поли-? По очень простой причине, я не могу говорить за Генриха Сауловича, но мне так кажется, - нет закономерностей, выделенных на основе самих физэффектов. Раз ничего такого нет, то приходится использовать то, что есть рядом, то, что выявлено для технических систем. Поскольку есть уверенность, что этот переход всеобщая закономерность, то можно попробовать применить его для организации фонда эффектов.

Поясняю, что это такое. Моно- - обычное падение в гравитационном поле, какое-то тело падает. Тогда что такое би-? Падение плюс горизонтальное движение - маятник падает и горизонтально движется. Поли- - это уже к одной половинке синусоиды пристраивается вторая - получается синусоидальное движение. Таких примеров можно привести еще много по другим эффектам. Мне кажется, что это искусственный подход, который ничего не даст указателю эффектов. Давайте представим, что мы весь указатель организовали по такому принципу. Речь здесь идет не просто о вещественно-полевых ресурсах, а о сочетании с физэффектом. Мы получим библиотеку таких сочетаний, намного большую, чем просто указатели эффектов. Я не вижу дальнейшего пути развития. Что делать дальше? Будут ли бесконечны такие структуры, пока неизвестно. Если бы что-нибудь удалось получить по указанной закономерности, ясно, что в случае удачи мы сможем развивать ТС без решения технических задач. Собственно это и является целью ТРТС. Которой пока не существует, но которая для этого и создается.

Вторая концепция - концепция идеального вещества. Она описана в работе по идеализации технических систем, авторы И.М.Кондраков и я. Нам кажется, что вещество ТС поглощает подсистемы, технические системы, надсистемы - все это уходит в глубь вещества все дальше и дальше. Те полезные функции, которые мы нашли, которые мы придумали, которыми мы пытаемся наделить ТС, приспосабливая, привинчивая, прикрепляя буферную подсистему - это временный ход, это черновик идеального вещества, мы все равно потом выбросим эту буферную подсистему и заставим выполнять нужную нам функцию то вещество, которое у нас уже есть, а если его нет, то заменим на него имеющиеся. Процесс идеализации вещества уходит в глубь функций, это прослежено на истории тепловых труб и другой техники. Что здесь утверждается? Если посмотреть со стороны вещества, то процесс идет так: вещество простое превращается в идеальное вещество первого порядка, второго, третьего и т.д.... Вполне возможно, что кончаться это будет живым веществом - наиболее сложным, наиболее идеальным, фантастически точно воплощающим физэффекты.

Приведу пример. Через мембрану рибосомы живой клетки переносятся вещества за счет броуновского движения молекул. Вот вам вечный двигатель, клетка никакой энергии не тратит на перенос молекул через мембрану. Пока в технике ничего похожего и близко нет.

Третья концепция - физ- химэффекты как единство противоположностей. Источником этой идеи тоже был Генрих Саулович. Когда-то он активно пропагандировал идею идеального кирпича. Интересная концепция. О ней говорилось на двух петрозаводских семинарах. Она описана в "Найти идею". Но она пока остановилась, неизвестно, что с ней дальше делать. Суть в чем. Надо попытаться составить модель условного кирпича, вещества или просто куска вещества-пространства-времени, в котором мы могли бы "нажимая на кнопки" получать нужный нам физэффект. Это пока, на мой взгляд, далекая цель, настолько далекая, что не видно, как к ней двигаться. Это задача, требующая очень серьезного решения.

Четвертая концепция. Мне показалось, что проще и более эффективно сделать один маленький первый шаг. Что такое один физэффект? Я не утверждаю, что она принадлежит мне, возможно кто-то об этом еще говорил. Если взять обычное вещество, то оно нейтрально, в том смысле что все противоположные свойства перемешаны и это вещество как бы нейтрально. Пример: если магнитные домены в куске железа перемешаны, то мы имеем немагнитное железо. Если их перестроить полюсами в одну сторону, то получаем физэффект - магнит. То же самое с электретами. Если мы берем полимер, плавим его и сориентируем все молекулы плюсиками в одну сторону, минусиками в другую, после затвердевания мы получаем пленку с фантастическими свойствами. Из этого сейчас выросла целая отрасль техники - пленочная электромеханика.

Первое условие - развести противоположные свойства в разные стороны. Мы получаем не нейтральное, а равновесное состояние данного вещества, которое является потенциальным носителем физэффекта. Того физэффекта, того проявления эффекта, которое может сработать в данной ТС.

Как же запустить в работу данный ФЭ? Естественно, надо сместить точки равновесия, тогда физэффект заиграет, начнет работать. Представьте себе закон Архимеда: мы берем два вещества с одинаковым удельным весом и ничего не происходит, нас интересует разница.

Еще один момент по этому единству противоположностей. Если вещество с воплощенным в нем ФЭ вывести из равновесия, то это получается неполный веполь, в него встраивается поле изнутри. Неполный веполь это наиболее реакционно способный элемент технической системы. Он стремится сразу же достроиться, только успевай подсовывать в этот ФЭ то, что есть в оперативной зоне. Это интересный момент. Ведь полностью замкнутый веполь безразличен к окружающему, он не работает. А неполный веполь стремится вступить в реакцию, ему нужно достраиваться вторым веществом. Фотохромные материалы, электреты и т.д., любой хорошо работающий ФЭ - недостроенный неполный веполь.

И еще одна, пятая концепция, она возникла у нас в переписке с В.В.Митрофановым. С.С.Литвин эту идею подхватил и я хочу его попросить рассказать об этой пятой концепции.

С.С.Литвин:

Речь идет о концепции портрета нужного эффекта. Я объясню на задаче, хотя это проявилось не только на одной задаче. Когда мы формулируем ФП, то возникает вопрос о переходе к нужному ФЭ. Мы решали проблему снижения воздушных шумов электропылесоса, речь не о вибрационных шумах, с этим умеют бороться. Речь идет о воздушных вихрях. Чем сильнее поток воздуха, тем лучше работает пылесос: сильнее всасывание. Если уменьшить поток воздуха, шум снижается, но ухудшается и всасывание. Это ТП, ФП в этой задаче было такое: вихрь должен быть крупным для обеспечения турбулентности потока, что в свою очередь нужно для всасывания, и должен быть мелким, чтобы меньше шуметь. Вихрь - это возобновляемый ресурс, вихрей там полно.

Для портрета эффекта нужно:

1. Научная область. В какой области науки должен находиться предполагаемый эффект. Это можно определить по ФП. В примере это аэро- и гидродинамика.

2. Техническая область. Ведущая для данной научной области. Для примера это авиастроение и пневматика - струйная техника.

3. Объект. Что является объектом для предполагаемого эффекта? В примере два объекта: струи газа и вихри.

4. Технические функции будущего эффекта. В примере четко видно - нужно измельчать вихрь. Это техническая функция неизвестного мне пока эффекта.

5. Ограничения. Ограничения по нашей задаче - нельзя терять энергию потока. Т.е. измельчение должно осуществляться с малыми затратами энергии.

6. Ресурсы. В нашем случае это: воздух - вещественный ресурс; поток - энергетический ресурс; элементы воздушного тракта - надсистемный ресурс, они могут переформировывать поток.

7. Сводный портрет эффекта. На базе предыдущих шести пунктов. В данном случае он выглядит следующим образом. Необходим ФЭ, который используя энергию потока, возможно преобразованного, с малыми затратами энергии измельчит крупные вихри.

Вот, что мы получили в результате этого краткого анализа. Если вы с этим обратитесь к указателю Ю.В.Горина, то вы ничего не получите.

Какие источники позволяют работать с портретом дальше? Если портрет эффекта, уже имеющегося в указателе, то портрет облегчает работу. В противном случае два источника, как было в нашем случае: первое - общая информация о физике, об открытиях ученых; второе - техническая область. В пункте 2. мы указывали - авиастроение и пневматика. При обращении к специалистам этих областей бывает достаточно задать вопрос: "Как мне получить то-то?" Когда мы обратились с портретом эффекта к специалисту, он нам сразу указал на 212-ое открытие Советского Союза, оно пока не имеет названия. Смысл эффекта - если имеется струя жидкости или газов, то при отведении части этой струи через ультразвуковой свисток создаются ультразвуковые колебания. Этот ультразвуковой поток воздействует на основной поток и, в зависимости от частоты, он либо укрупняет вихри, либо измельчает их. Это не модулятор, это ближе к резонансным явлениям. Открытие сравнительно недавнее ему 8 лет, недавно в ИРе была публикация. Мы не знали этого эффекта, тем не менее по портрету мы на него достаточно четко вышли. По этой задаче было получено два решения. Одно по открытию 212, а другое с эффектом Коанда, который каждый из вас знает как эффект чайника. Оба решения в мировом "пылесосостроении" аналогов не имеют.

Что касается открытия, речь идет о том, что ультразвук, причем очень малый энергетический поток, воздействует на основной поток, измельчает вихри, и шум основного потока снижается.

Ю.П.Саламатов:

Мы сейчас стоим в тумане, где-то близко, но не знаем, куда идти дальше. Ясно, что надо не только придумывать концепции, но нужно и набивать большой портфель физ- химэффектов. Нужно идти дальше. В заключение хочу сказать, что хотелось показать вам интересную научную задачу.

Вопросы

Здесь рассматривалась тенденция перехода от какого-то рода взаимодействий к следующим указателям, где эффекты предстают уже в виде ТС. Если это так, то возможно ли применение к ним всего аппарата свертывания, и других аппаратов ТРИЗ?

Что-то, какие-то отдельные штрихи, наверное, можно применять. Но все, наверное, нет. Это ведь не ТС, это идея, понятие, это не всегда материально. Мы можем сворачивать вещество, ТС, но какие-то системные механизмы можно применить. Я не вижу прямых путей использования всех механизмов ТРИЗ для указателя физико-химических эффектов.

Б.Л.Злотин:

Возникает вопрос - почему на двух эффектах линия моно- би- поли- работает, а на других не работает? Похоже, что дело вот в чем. Таблицу Менделеева удалось построить когда было выявлено понятие элемент и отделено от сложных веществ. Мы же пользуемся понятием ФЭ пришедшим к нам от физиков, которые его четко не определили, это сборная солянка. Генрих Саулович очень четко зацепил два простых эффекта: притяжение и инерция. Большинство тех эффектов, которые мы знаем, состоит из нескольких эффектов. Тот же закон Архимеда состоит из трех эффектов: гравитационное притяжение, эффект разной плотности у разных тел, закон Паскаля о равномерной передаче давления в жидкости. В системе эти три эффекта дают закон Архимеда. Если каждый из эффектов разбить на несколько подэффектов то их получится намного меньше, из них построены все законы. Представляется интересным выделить вот такие элементарные эффекты, а дальше начнут работать линии развития ТС, потому, что они приложимы именно к чистым эффектам. Мы рассмотрели в таком плане примерно 10 эффектов.

С.С.Литвин:

Надо разрешать физическое противоречие с помощью физического эффекта. У нас в противоречии фигурируют физические параметры, и в эффекте главные действующие лица те же физические параметры. Представляется, что это направление интересно.

И второе. Прозвучала интересная концепция о возможности развития технических систем без решения изобретательских задач. Очень важная мысль: можно развивать технику непосредственно используя эффекты. Оказывается, что разные законы развития техники реализуются разными эффектами. Например, определенная группа эффектов умеет повышать динамичность, а другая нет. Может быть, имеет смысл провести такую группировку эффектов?

Ю.П.Саламатов:

Ни в коем случае, не согласен с этим.

В.М.Петров:

Мы совсем забыли о линии, которая была приведена в одной из первых работ Генриха Сауловича на эту тему. Теполи - просто эффект - биэффект - далее фазовые переходы первого и второго рода. Это интересная линия, но о ней как-то не говорят.

Ю.П.Саламатов:

В тех эффектах, которыми мне приходилось заниматься, такой линии я больше не встречал. Может, кому-нибудь повезет.