ОТ СОБИРАНИЯ ГЕОМФОРМ— К ИХ КОНСТРУИРОВАНИЮ

«геометрического знания» инженера, изобретателя, рационализатора нужно составить Указатель ГЭ. Но как его сделать?

Опыт такой работы есть. Это создание отечественной теории решения изобретательских задач (ТРИЗ) Г. С. Альтшуллером. Здесь нужно руководствоваться тремя простыми, но, как показывает практика, не всегда учитываемыми разработчиками и преподавателями методов технического творчества требованиями:

а)              исследование должно быть основано на большом массиве технической и патентной информации;

б)              необходимо учитывать существование качественно различных уровней решения технических задач;

в)              рекомендации должны быть опробованы на значительном количестве задач высших уровней[†].

Рассмотрим эти требования подробнее. Дело в том, что начиная с 1960 г. в СССР на каждые сто тысяч изобретений приходится 15—20 не самых тривиальных, где упоминается спираль или винтовая линия. А для каждой из форм типа эллипсоида, гиперболоида, параболоида эта цифра не превышает 2—3. Значит, создавать Указатель ГЭ на основе сплошного просмотра даже нескольких десятков тысяч изобретений — бессмысленно. Нужны на порядок большие объемы. Эта работа была проведена (и продолжает проводиться) авторами. Всего при подготовке рукописи было просмотрено более 1 200 ООО формул изобретений и патентов как отечественных, так и зарубежных.

Практическое опробование рекомендаций Указателя ГЭ производится в общественных школах и институтах изобретательства, в ряде институтов повышения квалификации, при проведении работ по функционально-стоимостному анализу.

Теперь следующий вопрос: как лучше организовать Указатель ГЭ? Ознакомимся с этим на примере формирования одного пункта Указателя.

Есть старинный способ, с помощью которого довольно просто снять с пальца туго сидящее кольцо. Со стороны кисти под кольцо просовывается нитка и наматывается на палец плотно виток за витком, начиная от кольца, через сустав, до кончика пальца. Затем, взявшись за конец, просунутый под кольцо, нитку начинают сматывать. Кольцо благодаря перемещающемуся вместе с ним местному сжатию пальца легко сходит...

А вот а. с. 899277: «Устройство для прессования пористых изделий с отверстием». Раньше для получения отверстия в гранулы, подготовленные для штамповки, вставляли стержень требуемого диаметра. После штамповки и спекания гранул его вынимали,

точнее — пытались вынуть. В действительности коробились и ломались пористые изделия, так как при вытаскивании к стержню, а соответственно и к ним прикладывались значительные усилия... Упомянутым авторским свидетельством защищена идея: на стержень наматывается спираль, а после прессования сматывается виток за витком. При этом не происходит порчи самих изделий. Как и в примере со снятием кольца усилие прикладывается не ко всей конструкции, а лишь к ее части, на которую приходится гораздо меньше связей с веществом изделия. Заметим, что этим способом можно изготавливать и криволинейные отверстия.

Обратимся к другой области техники: изготовлению асбоцементных деталей. Их укатывают специальным катком, наподобие асфальтового. Но в отличие от асфальта асбоцемент налипает на каток, а следовательно, укатываемая поверхность получается с выбоинами и вмятинами. Решение задачи изложено в описании а. с. 188874: на катке одним концом закреплена спираль, а другой ее конец свободен и несколько раз огибает каток. При перекатывании катка спираль локально деформируется, резко изменяет свою кривизну и сбрасывает налипший материал... Отметим, что решения, аналогичные приведенным, зафиксированы также в а. с. 174974, 334006, 558736, 1040066, 1068291, 1082504.

О чем это говорит? О том, что, проанализировав ряд изобретений, можно выявить некоторый общий принцип, как говорят специалисты по методам технического творчества,— функцию.

В настоящем Указателе ГЭ разделы выполнены по принципу: «Геометрическая форма — ее технические функции». Сводная таблица, помещенная в конце указателя, выполнена по обратному принципу: «Техническая функция — реализующие ее геомформы». Покажем на примере, как пользоваться этой таблицей. Допустим, нам требуется найти форму, позволяющую изменять ограничиваемый ею объем в несколько раз. Открываем «Сводную таблицу возможных применений ГЭ», находим функцию — регулирование объема, рядом отсылка — 5.12, 10.7. Читаем эти пункты Указателя ГЭ и узнаем, что нам может помочь телескопирование спирали из рулона и (или) скручивание однополостного гиперболоида вращения. Если же захотим ознакомиться с техническими подробностями этих решений, то необходимо обратиться к литературе, список которой приводится в каждом разделе.

Нужно подчеркнуть, что с помощью Указателя ГЭ можно найти основной принцип, идею решения, а не саму требуемую конструкцию со всеми подробностями. Важно понимать место ГЭ в информа

ционном фонде ТРИЗ. В отличие от химических эффектов, позволяющих получать одни вещества из других с поглощением или выделением энергии, или физических эффектов, позволяющих преобразовывать один вид энергии в другой, ГЭ обычно перераспределяют уже имеющиеся потоки вещества и энергии. Создание Указателя ГЭ — важный, но промежуточный этап работы. Уже сейчас ясно, что дальнейшая работа по его развитию пойдет по следующим направлениям:

Указатель ГЭ

Веществен-              Синтез не-              Упорядоче-

но-полевые              классических              ние класси-

ресурсы и ГЭ              геомформ              фикации ГЭ

Остановимся на каждом из этих направлений.

Анализ патентного фонда показал, что, как ни странно, геометрия в технических системах развивается не в сторону «еще большей» геометрии, а в направлении синтеза с энергетикой, системой управления.

Разработанный одним из авторов «Геометрический пространственный оператор» как раз отражает преобразования традиционных форм в соответствии с физическими процессами в технической системе и внешней среде, позволяя полнее использовать ресурсы систем (подробнее см.: Викентьев И. Л. Геометрический пространственный оператор // Теория и практика обучения техническому творчеству. Челябинск. 1988. С. 51—53).

Следующее направление — вещественно-полевые ресурсы и ГЭ.

Дело в том, что форма — изобретательский ресурс, который есть практически всегда и который чрезвычайно редко используется эффективно. Обычно с помощью формы удается более оптимально перераспределить потоки вещества и энергии, уже имеющиеся в технической системе или внешней среде.

Подтвердим это примерами. Первый — исторический. Дорога, идущая по склону к воротам средневековой крепости в Таллинне,

выполнена так, что поднимающийся к ним путник вынужденно повернут к крепости правым боком. Это сделано с целью «выключить» правую руку нападающих, которой они вынуждены держать щит... Другой пример. При спуске корабля со стапеля последний может переуглубиться и удариться о дно акватории. Один из распространенных способов решения этой задачи заключается в прикреплении к корпусу корабля громоздких и дорогостоящих понтонов, обеспечивающих дополнительную плавучесть...

Синтез неклассических геометрических форм. Можно указать три основных механизма, через которые идет «размножение» форм:

а)              геомформацЬгеомформаг, причем одна из форм может быть полостью.

На фиг. 2.1 изображена конструкция «клин + клин», которая в отличие от ординарного клина позволяет осуществлять перемещение сразу по трем направлениям (а. с. 312974).

Задача: как контролировать гиперболический или параболический профиль? Нужно изготовить соответствующий шаблон... Прибегнуть к помощи станка с ЧПУ, дать заказ слесарю-лекальщику... По а. с/ 491462 предложено поступить гораздо проще: выполнить конус и вырезать из него пластинки. Если поверхность реза параллельна образующей — получаем параболу, если она перпендикулярна основанию — получаем гиперболу (фиг. 2.2);

б)              геомформа + вращательное и (или) поступательное движение. Оказывается, если круги или эллипсы установлены на оси наклонно и зеркально относительно друг друга, то зигзагообразность следа при их качении создаст дополнительный упор при перемещении транспортного средства — фиг. 2.3 (а. с. 414144, 573382);

в)              геомформа + физический (или химический) эффект. Примеров на сочетание геометрической формы с физическими эффектами приведено достаточно в самом Указателе, поэтому ограничимся ггоказом здесь лишь одного решения.

По а. с. 1116218 предложено рабочее колесо насоса (фиг. 2.4), где лопатками служит граница раздела между смачиваемыми и несмачиваемыми участками.

И последнее направление — проблема классификации геометрических эффектов.

В настоящее время она выполнена по функциональному признаку. Более оптимальный принцип классификации пока не найден. Впрочем, вопросы упорядочения классификации — извечная проблема для любой информационной системы, поскольку скорость «свертывания» информации обычно отстает от скорости ее накопления. Разработка Указателя ГЭ далеко не закончена, и мы приглашаем всех желающих принять в ней участие.

В заключение отметим, что наиболее полно математические свойства различных геометрических фигур изложены в [1] и [3]. В книгах [2] и [4] заинтересованный читатель найдет сведения по истории геометрии и узнает о ее связи с другими науками.

ЛИТЕРАТУРА Вирченко Н. А., Ляшко И. И., Швецов К. И. Графики функций: Справочник. Киев: Наукова думка, 1979. Л е в и т и н К. Е. Геометрическая рапсодия. М.: Знание, 1984.

Савелов А. А. Плоские кривые. Систематика, свойства, применение- Справочное руководство М.: Физматгиз, 1060. Д. П и д о у. Геометрия и искусство. М.: Мир, 1979.