Существует ли теория изобретательства?

Существует ли теория изобретательства?

Изобретательство – особый вид творчества, приводящий к получению нового решения задачи (относящейся к продукту или способу в любой области), и дающий положительный технический результат. Конечно, имеются общие признаки, присущие всем видам творчества, такие как замысел (в изобретательстве – постановка задачи), нахождение новой идеи (решение задачи), разработка идеи (сущность изобретения). Однако все эти параллели ничего полезного изобретателю не дают.

Имеется целый ряд предложений, которые не могут быть объектами патентных прав. К ним относятся решения, противоречащие общественным интересам и принципам гуманности, открытия и математические методы, игры и программы для ЭВМ и т. д.

Чем же можно характеризовать изобретение? Это – техническое решение задачи, отличающееся существенной новизной и, как правило, полезностью. Решаемая задача носит не познавательный, а утилитарный характер, т. е. отвечает практическим потребностям. Критерием существенной новизны обычно служит неочевидность технического решения или возникающего эффекта для специалистов данной области техники. Под полезностью понимают целесообразность и возможность применения в настоящее время или в обозримом будущем. Основополагающим объектом изобретений являются продукт и способ. К продуктам относятся устройства (схемы, конструкции, изделия), вещества, штаммы микроорганизмов, линии клеток растений и животных, генетические конструкции. Способ – это процесс осуществления действий над материальным объектом средствами материального характера.

Как создаются изобретения? Пожалуй, никто доподлинно вам не ответит на этот вопрос. Так же как никто не знает, как рождаются симфонии или шедевры живописи. Есть изобретатели, которые способны метафорически выразить словами переливы творческого мышления, сопутствующие появлению именно того решения, которого так долго искал. Вот пример (Г. Бабат): «Бредёшь, отыскивая… тропинку, попадаешь в тупик, приходишь к обрыву… И когда, наконец, после стольких мучений доберёшься до вершины… то видишь, что шёл глупо, бестолково, в то время как ровная широкая дорога была так близка». Изобретательство существует по крайней мере столько, сколько существует человечество, ибо способы разжигания огня и приготовления пищи можно также причислить к изобретательским методам. С древних времён изобретатели искали решения технических задач путём перебора возможных вариантов. Один вариант отбраковывали по какой-то причине, второй вариант – по другой причине, наконец, n-й вариант также имел недостатки, но они для данной задачи оказались малосущественными, и этот n-й вариант становился решением задачи. Метод проб и ошибок долгое время вёл человечество по пути технического прогресса. Однако по мере накопления опыта появились эвристические подходы к решению возникающих задач. Надо сказать, что эвристика во многих случаях использует приёмы логического мышления. Применение эвристических методов сокращает время решения задачи по сравнению с методом ненаправленного перебора вариантов, но не всегда приводит к желаемому результату. В целом эвристические подходы бывают полезными не только при решении творческих, в том числе изобретательских, задач, но даже в математике, когда отсутствуют или малоэффективны методы решения, опирающиеся на точные математические модели. Существуют специалисты, появляющиеся главным образом в изобретательской среде, которые развивают эвристические подходы в изобретательском деле. По их мнению, имеются пять уровней творчества. Примерные границы этих уровней описываются так: первый уровень находится в пределах одной профессии, второй – в пределах одной отрасли, третий – в пределах одной науки (например, механическая задача решается механически, радиотехническая задача – радиотехническими методами), четвёртый – за пределами данной науки (например, механическая задача решается радиотехническими методами), пятый уровень – за пределами современной науки (Г. С. Альтшулер «Алгоритм изобретения» Моск. рабочий, 1973 г.). Совершенно очевидно, что если на первых двух уровнях число перебираемых вариантов характеризуется единицами или десятками, то на высших уровнях эти числа возрастают до десятков и сотен тысяч. Эвристика может сократить эти цифры. Но что она всегда это делает, утверждать беспочвенно. Вот почему крупные или тем более великие изобретения (четвёртый и особенно пятый уровни) делаются не одним человеком, а множеством людей, а иногда – несколькими поколениями. Деление изобретений на уровни оказывается полезным при классификации значимости или сравнительном анализе предлагаемых новшеств. Но надо иметь в виду, что сами границы между уровнями представляются весьма относительными, т. к. порою трудно отыскать грань между профессией и отраслью, а ещё трудней бывает найти различия между отраслью и наукой.

И всё же эвристические подходы к изобретательскому делу совершенствуются. В целом они основываются на применении диалектической логики к решению технических задач. При этом они используют как сильные свойства человеческого мышления (интуиция, воображение, знание основополагающих законов), так и слабые его стороны (инерция). Важное значение имеет накопленный опыт. Я, например, старался проверять возникшие идеи путём проведения иногда простых, а в некоторых случаях «хитроумных» экспериментов. Если экспериментирование по каким-то причинам невозможно, привлекаю надёжный математический аппарат. Стараюсь учитывать все нюансы данной задачи. Если проведённые выкладки дают желаемый результат, идея хотя бы в теоретическом плане значима. Конечно, со временем вырабатываются и некие приёмы, подходы к решению задач. Слово «шаблон» обычно воспринимается в негативном ключе. Но вот что говорил актёр театра Сатиры Лепко: «Штампы вовсе не помеха в творчестве, наоборот, это рабочее орудие артиста. Весь вопрос в широте набора этих штампов. Слабый актёр – три или четыре штампа… Сильный, талантливый – пятьдесят штампов, сто, может быть». Знание типовых приёмов, «штампов» может увеличить отдачу изобретателя.

Существует ли теория изобретательства? Если теорию понимать как систему научных знаний, дающую целостное представление о закономерностях изобретательства и отношениях его с действительностью, то не существует. Что же имеется? На основе сочетания логики, интуиции и опыта разработана тактика движения, шаг за шагом, от постановки задачи до её технического решения. Выбранная тактика продвижения к цели, а её называют иногда алгоритмом изобретательства, может уменьшить число возможных переборов вариантов, облегчить поиск, установить направление переходов, но обеспечить с вероятностью единица получение желаемого результата, конечно, не может. Вместе с тем выработку неких общих принципов рассмотрения и подходов к решению изобретательских задач следует признать делом, заслуживающим внимания. Как представляют себе авторы построение алгоритма решения изобретательских задач? Прежде всего, он начинается с постановки задачи, затем следует определить идеальный конечный результат, Важнейшей частью алгоритма является выявление технического противоречия между получением требуемого результата и сохранением другого существенного свойства системы. Анализ технического противоречия и варианты его устранения должны приблизить изобретателя к желаемому результату.

Итак, нужно правильно поставить задачу. Нельзя сужать задачу, обеспечив достаточно общую её постановку, например, путём формулировки аналогичных задач в других отраслях техники.

При определении идеального конечного результата изобретатель мысленно строит ряд моделей, из которых выбирает ту, которая обладает идеальными свойствами, улучшающими объект, но предельно упрощённая. При этом изобретатель исключает из рассмотрения возможности и пути достижения идеального конечного результата.

Опытные изобретатели говорят: вы не станете изобретателем, если не научитесь отчётливо видеть противоречия в вещах. Техническое противоречие толкуется в понятиях диалектической логики как взаимодействие противоположных сторон предметов и явлений, находящихся во внутреннем единстве и выступающих источником движения и развития. Изобретатель ищет противоположные свойства, тем самым выявляет техническое противоречие. Выигрывая в одном, он, возможно, проигрывает в другом, менее существенном. Но в целом предлагаемое решение устраняет техническое противоречие, что предопределяет движение в правильном направлении, т. е. в направлении технического прогресса.

Попробуем найти технические противоречия и способы их устранения в области радиолокационной практики. Начнём с недавних (по историческим меркам) примеров. Всего 50–55 лет назад для увеличения точности и разрешающей способности (РС) по дальности использовалось укорочение (уменьшение длительности) излучаемых СВЧ-импульсов. Других реализуемых путей тогда не было видно и, чтобы, скажем, получить точность и РС по дальности порядка единиц метров в сантиметровом диапазоне волн приходилось формировать импульсы длительностью в сотые доли мксек. Но при этом необходимо было обеспечить требуемую дальность до цели, а это означает, что одновременно с уменьшением длительности импульса должна возрастать пиковая мощность излучающего генератора. И здесь мы подходим к проблеме предельных возможностей в достижении пиковых мощностей СВЧ-источников излучения. Более того, трудности усугубляются с укорочением длины волны РЛС. Наряду с необходимостью обеспечения требуемых пиковых мощностей СВЧ-генераторов возникает опасность электрических пробоев в подводящих энергию фидерных линиях (волноводах). Мы со всеми этими проблемами постоянно сталкивались, но особого напряжения они достигли, когда мы подошли к нижней границе миллиметрового диапазона (работа «СПРУТ»).

Итак, для увеличения дальности РЛС необходимо расширение длительности излучаемых импульсов, а для повышения точности и разрешающей способности по дальности – уменьшение этой длительности. Налицо техническое противоречие. Как разрешить это противоречие? Предложение состояло в том, чтобы увеличить ширину спектра импульсного сигнала по сравнению с простой импульсной последовательностью. Сделать это можно путём частотной или фазовой модуляции, а также путём фазовой или частотной манипуляции, причём в пределах самих импульсов. В результате таких действий произведение ширины спектра и длительности импульса N = ?fT, в отличие от простых импульсов, становится существенно больше единицы.

Однако не всякое расширение спектра приводит к желаемой цели. Необходима такая модуляция зондирующих импульсов и такая обработка принимаемых сигналов, чтобы на выходе образовались импульсы с длительностью ?₀, при которых отношение Т/?₀ было бы примерно равным N. Сигналы, отвечающие этим условиям, называются сложными. Мы ограничимся двумя возможными вариантами этих сигналов. При линейной частотной модуляции высокочастотного заполнения импульсов и применении согласованного фильтра в приёмнике на выходе последнего образуются сигналы в виде узких импульсов и боковых остатков, при этом коэффициент сжатия (укорочения) импульсов близок к величине N = ?fT.

Другой тип сложного сигнала СВЧ-импульсы с фазовой манипуляцией, состоящие из набора высокочастотных составляющих с длительностью ? << Т, примыкающих друг к другу и имеющих случайное, но дискретное значение начальной фазы (например, 0, ?). Обработка таких сигналов в приёмнике РЛС производится фильтровым или корреляционным способом.

Теперь обратимся к частотному методу определения дальности до цели. Если изучаемый сигнал представляет собой непрерывное колебание, а его частота меняется периодически по линейному закону (пилообразный закон ЧМ), то частота принимаемого от неподвижной цели сигнала изменяется по тому же закону, но с запаздыванием, пропорциональным дальности до цели. Отсюда следует, что, измеряя разность частот принимаемого и сильно ослабленного излучаемого сигнала, то есть, определяя частоту биений, можем получить на линейном участке ЧМ величину, пропорциональную дальности до цели. При движении цели возникает ошибка в определении дальности, вызванная появлением доплеровского эффекта. Эти ошибки возрастают на малых дальностях, а именно на этих малых дальностях наиболее выпукло проявляются преимущества частотного метода определения дальности над импульсным. Мы видим, что возникает техническое противоречие между необходимостью определения радиальных параметров движущейся цели (дальность, радиальная скорость) и точностью их измерения. Один из путей преодоления этого противоречия состоит в применении вместо пилообразной ЧМ симметричного треугольного закона изменения частоты излучаемого сигнала. Тогда, измеряя биения частот на одном и другом полупериодах изменения модулирующей частоты, мы получим частоту для определения дальности до цели в виде полусуммы парциальных частот биений, а для вычисления радиальной скорости цели используется полуразность указанных частот биений.

Наконец, рассмотрим ещё один вид противоречий, возникших на заре радиолокации, примерно 80 лет назад. Первые опыты по локации самолётов проводились в 1934 г. Б. К. Шембелем под руководством директора ЛЭФИ академика А. А. Чернышева. Была разработана радиоаппаратура под условным названием «Рапид», работавшая на волне 4,7 м при мощности 200 вт (непрерывное излучение). Излучающая часть была смонтирована на крыше здания ЛЭФИ и ориентировалась в направлении на приёмник, который перемещался в пределах 11–50 км от излучателя. Самолёт следовал по разным маршрутам, но пересекал трассу электромагнитного излучения. Определялась максимальная дальность от приёмника до самолёта. Нас в этой истории интересует наличие пространственного разноса передатчика и приёмника. Зачем он нужен?

Это объяснил в своей статье П. К. Ощепков, присутствовавший на испытаниях. Он писал: «Вынос приёмника в сторону от передатчика мотивировался тем, что при недостаточной интенсивности отражённого сигнала приёмник, расположенный непосредственно у радиоизлучающего устройства, будет подавлен прямым излучением передатчика и не сможет принять отражённый от самолёта сигнал. Принятые сигналы будут переданы на станцию излучения по радио или проводам». Итак, пространственный разнос для обеспечения развязки приём-передача. Но этот разнос был не совершенен, ибо давал до 10 км дальности, а требовал нескольких пунктов приёма и соответственного увеличения числа приёмных антенн. Создаётся техническое противоречие между необходимостью лоцирования в широком интервале дальностей и низким качеством развязок приём-передача. Разрешение противоречия – переходом к одноантенному варианту – шло долго и мучительно. Один из путей – переход на временную селекцию вместо пространственной, т. е. переход на импульсное излучение. Другой путь касался непрерывного сигнала и состоял в применении частотной селекции. Этот период разделился на два этапа: первый (довоенный) и второй этап, который дал более качественные результаты, но растянулся до 1950–1960 гг.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.