ТРИЗ для профи и не только. Законы развития технических систем. Том 1. Издание 3-е, исправленное и дополненное

Рисунок 34. Лазерный дальномер

Итак, три изобретения приблизительно одного уровня, но… о пенициллине знают все, и он сыграл выдающуюся роль в развитии человечества, об имплантатах знают многие, и многие используют их, а лазерные измерители почти неизвестны для широкого круга лиц.

В чем же отличие? От чего зависят традиционные представления о значимости изобретения?

Дело в том, что основное значение для общества имеет не столько уровень изобретения, как важность потребности, которую удовлетворяет новая системе или технология.

2.2. Роль характеристик Потребности при создании и внедрении изобретений.

О потребностях написано много книг и проведено много исследований. Но нам, с точки зрения оценки перспектив внедрение и оценки изобретений, интересны только некоторые аспекты этого. 15

2.2.1. Влияние значимости потребности для человека и общества

Можно предложить много вариантов разделения потребностей по важности для человека и общества. В этой книге я предлагаю один из них: 16

– Жизненно необходимые потребности (потребности существования)

К этой категории относится то, что обеспечивает жизнь и здоровья человека – лекарства, полноценное питание и другие потребности, относящиеся к группе потребностей первого уровня по Маслоу.

– Важные потребности

К этой категории относятся потребности, оказывающие существенное влияние на качество жизни человека, но не являющиеся жизненно необходимыми. Например, протезирование зубов, обладание автомобилем, наличие собственного комфортного жилья. К важным общественным потребностям относятся обеспечение обороноспособности, охраны общественного порядка, поддержания работоспособной инфраструктуры на базовом уровне (связь, стратегические дороги, системы энергоснабжения, коммунальные сети и т.п.).

– Избыточные платежеспособные потребности

К этой категории относится значительная часть духовных потребностей, которые люди готовы оплачивать из доходов, превышающих необходимые для обеспечения жизненно важных потребностей. К таким потребностям относятся путешествия, спорт, театр, социальные сети (которые, к слову, для некоторых людей становятся важными потребностями).

– Вспомогательные потребности общества

К вспомогательным потребностям общества можно отнести потребности, которые обеспечивают повышение качества жизни, но не являются жизненно важными. Например, меры по улучшению экологии, улучшение содержания национальных парков, дополнительные меры в области образования и здравоохранения, не относящиеся к базовой структуре. То есть то, что финансируется из избыточных доходов общества по остаточному принципу.

Локальность и относительность понятия важности потребности

Понятие важности потребности локально и зависит от конкретных условий. Например, вопросы водоснабжения в России имеют большое значение, но источников воды достаточно. В Израиле, Сирии, Иордании вопрос водоснабжения – жизненно важный вопрос для этих государств. Вопросы защиты экологии становятся жизненно важными для Китая, где загрязнения во многих местах становятся критически опасными для населения, но не являются важными для большей части стран Африки.

Изобретение дешевой и надежной установки миниГЭС для генерации электроэнергии в удаленных от электрических сетей домах – важное изобретение для владельцев таких домов, но совершенно бесполезное в больших мегаполисах.

В зависимости от важности и актуальности проблемы можно оценить, какие ресурсы и кем могут быть выделены для ее решения, а значит выбирать стратегию работы по развитию новой системы.

2.2.2. Роль области распространения потребности на влияние изобретения в обществе

Сфера применения технической системы, зависит от потребности, которую она удовлетворяет. Чем шире применение, тем больше рынок и, как следствие, заинтересованность во внедрении новой технической системы.

По сфере распространения потребности можно классифицировать как:

– потребности для ограниченного круга пользователей, которые возникают в узкой области;

Пример

Кучевое выщелачивание золота

В отвалах полиметаллических руд остаётся небольшое содержание золота. Есть потребность извлекать его.

Учеными разработана новая технология добычи золота из отвалов или месторождений с низким содержанием золота. Золотосодержащую породу складывают в кучи на перфорированные трубы, проложенные внизу куч. После этого сверху начинают поливать кучи растворами, содержащими цианиды. Золото растворяется, и растворы собираются внизу, а затем отводятся из труб в специальные реакторы, где из растворов извлекается золото.

Технология достаточно эффективна, хотя и имеет очень ограниченное применение.

Пример

У некоторых людей возникает аритмия, то есть сердце бьется неравномерно (учащенно или неритмично). Это опасно для здоровья и жизни этих людей. Для борьбы с этой болезнью с 1958 года больным стали вшивать имплантируемый кардиостимулятор, который стабилизирует работу сердца. К счастью, потребность в этом хоть и важная, но возникает нечасто.

Рисунок 35. Имплантируемый кардиостимулятор

– потребности для широкого круга пользователей;

Пример

Свежевыжатые соки очень полезны. С этим никто не спорит, но не все готовы тратить время и силы на их домашнее приготовление. И все же потребность в свежем соке (особенно для детей) можно отнести к потребности для широкого круга пользователей.

Рисунок 36. Соковыжималка для овощей

Пример

Достаточно часто возникает потребность в перевозке жидких нефтепродуктов, например, доставка топливной солярки для домашних бойлеров. Для перевозки нефтепродуктов используются автоцистерны, которые широко применяются во всех странах мира.

Рисунок 37. Автоцистерна

– массовые потребности;

Пример

С возрастом зрение у большинства людей портится, и, с 40—45 лет, большинство людей пользуется очками. Коррекция зрения – массовая потребность, которая удовлетворяется в настоящее время, в основном, с использованием очков или линз.

Пример

Есть легенда, что когда изобретатель принес проект пулемета, один из генералов спросил: «А, зачем так много пуль, чтобы убить одного человека?».

Достаточно быстро выяснилось, что плотность огня – важнейший фактор на поле боя. За годы Великой Отечественной войны советская армия израсходовала 17 миллиардов патронов. Каждый солдат, каждый офицер имел личное оружие.

Потребность в патронах – массовая.

Рисунок 38. Патрон

Пример

Ездить летом в автомашинах, особенно в южных регионах, жарко. Положение спас автокондиционер, который сейчас устанавливается в каждом автомобиле. С учетом того, что только в США производится ежегодно более 17 миллионов автомобилей – это массовая потребность.

Кстати, это сейчас он стоит около 200 долларов и помещается в моторном отсеке. А первые автокондиционеры, установленные на автомобиле «Packard» в 1939 году, стоили приблизительно как треть автомобиля и занимали около половины багажника! В то время это была система для элиты. То есть имела очень ограниченный спрос.

– массовые потребности, приводящие к изменениям в смежных областях;

Пример

Потребность в доступных транспортных средствах привела к созданию Генри Фордом конвейерного производства.

Рисунок 39. Модель Ford-T была настолько популярной, что нередко ее можно увидеть в США и сейчас (модель Ford-T 1915 года)

Создание конвейерного производства автомобилей радикально изменило американское общество. Автомобиль стал доступен массовому потребителю. Форд начал давать кредиты на покупку автомобилей своим рабочим, сформировав для себя значительный рынок. Рабочие, купив автомобиль, перестали быть территориально привязанными к заводу. Они могли поселяться на значительном расстоянии от заводов. Это позволило начать массовое строительство городов-спутников, что стимулировало строительную отрасль. Банки начали финансировать ипотечное строительство, что развило целое направление в банковском секторе.

Будучи завязанными на собственности, рабочие более ответственно подходили к своей работе (кредиты то надо выплачивать!). Начала меняться ментальность общества.

Радикальные изменения произошли в сельском хозяйстве. Если раньше фермеры могли обслуживать магазины в радиусе не более 15—20 километров (лошадь больше проходить не могла, и продукты портились в дороге!), то автомобили позволили существенно расширить радиус возможного ведения сельского хозяйства. Снизившаяся стоимость машин позволяла доставлять быстро продукты в магазины с более дальнего расстояния.

Итак, появление конвейерного производства в автомобилестроении привнесло радикальные изменения в общество.

Пример

Консервирование. Первоначально консервирование было создано для обеспечения армии продуктами во время боевого похода. Но с удешевлением технологии консервирования появились массовые потребности в сохранении продуктов на длительный период. Это позволило выращивать продукты питания на удаленных расстояниях, обеспечивать хранение быстропортящихся продуктов на длительный период. Практически это радикально изменило сельскохозяйственное и пищевое производство. Потребность в таре привело к разработке многих технологий в области упаковки (полимерная тара, изготовление белой жести, бумагоделательное производство), а также разработке систем упаковочного оборудования.

Стоит отметить, что оценка широты области реализации потребности может изменяться. С удешевлением технической системы, доступ к ее использованию расширяется, и круг пользователей возрастает. На широту применения новой системы или технологии влияют и другие факторы.

Пример

Экзоскелеты – новые устройства, которые сейчас проходят испытания. Рынок для экзоскелетов (устройств, способных помогать человеку, повторяя биомеханику человека для пропорционального увеличения усилий при движениях) – инвалиды-колясочники, солдаты и рабочие, поднимающие тяжести на производстве.

Сегодня изобретение находится в начале второго этапа S-образной кривой. Компания «Ekso Bionics», разработавшая экзоскелет EksoVest, проводит полупромышленные испытания 75 экзоскелетов на 15 фабриках компании Ford.

По оценке компании рабочие на конвейере поднимают руки около миллиона раз в год. Часто это приводит к травмам плечевого пояса. Испытания покажут эффективность инновации.

Напомним, что сегодня эта система находится в начало развития, и она достаточно дорогая. Однако со временем, когда система станет дешевле, рынок обещает стать массовым. Речь идет не только о экзоскелетах рабочих, но и о экзоскелетах для пожилых людей.

Не секрет, что самая массовая травма для таких людей – перелом шейки бедра, которая может даже привести к смерти человека (именно так погибла великая российская актриса Людмила Гурченко.) В будущем все пожилые люди смогут носить экзоскелеты, которые защитят их от падения. А это уже массовый рынок для десятков и сотен миллионов.

Рисунок 40. Экзоскелет и солдат в экзоскелете

Оценивая значение изобретения для общества надо понимать, что чем шире оно применяется, тем большее значение для общества оно имеет. Если оно к тому же позволяет проводить изменения в смежных областях, то роль изобретения существенно возрастает.

2.2.3. Новизна потребности

Быстрота внедрения изобретений зависит как от объективных факторов, так и от субъективных. Одним из таких субъективных факторов является новизна потребности, которую удовлетворяет изобретение. Психологическая инерция часто становится существенным барьером для внедрения таких изобретений. Часто задержки при внедрении связаны с тем, что люди не осознают или не полностью осознают наличие потребности. Срабатывает принцип «А нам и без этого неплохо!».

По новизне потребности условно делятся на:

– ; например, потребность в освещении жилища. Люди освещали еще свою пещеру кострами, затем появились лучины, свечи, керосиновые лампы, электрический свет. Проблем при внедрении таких изобретений, как правило, не возникает (разве, что трудности реализации при нынешнем уровне развития техники, см. п.2.3.). Люди готовы принимать новые решения, если они удовлетворяют знакомую им потребность и экономически оправданы. Известные потребности

Следует отметить, что чем более известна и понятна потребность для широких кругов общества, тем легче будет проходить внедрение изобретения или новой системы. Тем большие средства будут выделены на их реализацию. Достаточно вспомнить какие огромные средства выделяются на зеленую энергетику и электромобили. Зачастую гораздо большие, чем это было бы рационально делать на момент внедрения.

. Традиционным основанием (аргументом) для торможения внедрения новых систем и технологий, реализующих известную потребность, является их более высокая стоимость по сравнению с имеющимися. Но и оно преодолевается со временем. Замечание

Пример

Самое дешевая система отопление квартиры – печка или камин, отапливаемые дровами. Она использовалась многие века. Но сейчас мало кто использует ее, поскольку она неудобная. Все остальные системы – газовая, солярка, центральное отопление – более дорогие, хотя и создают больший комфорт. Правда, для того, чтобы это произошло, понадобилось существенное снижение стоимости всех этих систем, чтобы они стали доступными для значительной части населения.

Самой удобной системой отопления является электрическая, хотя, на сегодня, это самый дорогой вид отопления. Впрочем, нет сомнений, что со временем, электрическое отопление станет основным видом обогрева помещений.

– , то есть понимание потребности есть, но люди не понимают важности этой потребности, ее перспективы. Например, сначала самолеты были забавной игрушкой для цирковых аттракционов на ипподроме, и только спустя несколько лет после начала эры авиации, их стали использовать военные. Да и то, только в разведывательных целях. Теперь же без авиации не обходится ни один человек. Недооцененные потребности

Как правило, недооценка потребности связана с:

– Высокой стоимостью ее реализации на первом этапе (это вынуждает нас подходить к изобретению по принципу «да зелен виноград еще»). Человек отказывается от реализации потребности, подсознательно занижая ее значение (или не понимая ее значение).

– Низкой эффективностью системы, реализующей потребность, в силу несовершенства конструкции или технологии на первом этапе.

Пример

Нефть – жидкая смесь углеводородов разного состава. В зависимости длины молекул при ректификации, получаются разные фракции – бензин, керосин, газойль, мазут.

Основным продуктом нефтеперегонки в XIX веке был керосин, который активно использовался в керосиновых лампах для освещения. Остальные продукты нефтепереработки спросом не пользовались и просто сжигались, или сливались в реки и овраги. Поэтому процесс крекинга – разложения тяжелых углеводородов на более легкие фракции – изобретенный В. Г. Шуховым и С. П. Гавриловым в 1891 году особого интереса не вызвал. Ситуация радикально изменилась в начале XX века с развитием автомобилестроения и авиации. Потребность в бензине с 1900 до 1912 раз выросла в 115 раз и продолжала стремительно расти. Вот тогда-то и вспомнили российское изобретение. Уже в 1913 году американец У. Бартон получил американский патент, а в 1916 году запустил первую установку крекинга. К 1920 году работали уже 800 установок. На них выход бензина из нефти увеличивался в несколько раз.

Рисунок 41. Установка крекинга нефти, США, 1944.

Пример

Дезинфекция. Все знают, что надо мыть руки после контакта с больным, потому что в больнице много инфекций. Но как сделать, чтобы врачи и персонал чаще мыли руки? Ведь не могут же они постоянно бегать в туалет к раковине и мыть руки!? Появление санитайзеров решило эту проблему. Они висят у входа в каждую палату в больнице, и в коридорах. Это позволяет персоналу больницы часто дезинфицировать руки.

Толчком для создания санитайзеров является изобретение геля, содержащего от 60 до 95% смеси изопропилового, этилового спиртов и пропанола.

Рисунок 42. Санитайзер

Алгоритм поиска изобретений для реализации таких потребностей включает:

– допущение того, что цена (затраты на систему, вещество или технологию) может быть резко снижена; оценка того, что дает повышение реализации потребности (см. раздел 3, тенденция удешевления);

– появление дополнительной информации о важности реализации этой потребности, после получения которой начинается активный поиск новых систем.

Обычно изобретения, реализующие эти виды потребности, являются изобретениями первого и второго уровня, которые позволяют выйти на новый принцип действия, новую S-кривую.

– ; например, еще 200 лет назад потребности в генерации электричества, и в электрических сетях не было. Просто никто не знал, что такое электричество, и как его можно использовать. Неосознанные потребности

Пример

Середина XIX века. В просвещенной Европе свирепствует родильная лихорадка. В родильных домах смертность достигает 50%. Акушер из Вены Игнац Земмельвейс выдвинул гипотезу, что ее причина – инфекция, которую заносят врачи, которые принимают роды. В то время врачи принимали роды вернувшись из морга после вскрытия, наспех вытерев руки платком. Он предложил простую технологию – перед манипуляциями с роженицами обеззараживать руки в растворе хлорной извести. Несмотря на статистику в его больнице (снижение смертности в 7 раз!), врачи не могли поверить в то, что они являются причиной смерти тысяч рожениц. Открытие Земмельвейса и технология антисептирования были признаны и внедрены уже после его смерти.

Рисунок 43. Игнац Земмельвейс (1815—1865)

– Зависимость сложности внедрения изобретений от его новизны

Разумеется, легче всего внедряются изобретения, реализующие осознанные потребности. Тут преимущества, которые дает изобретение понятно всем, и нет необходимости что-либо доказывать. Поэтому изобретения любого уровня внедряются с большим энтузиазмом.

Изобретения, удовлетворяющие недооцененные потребности, внедряются гораздо труднее. Как правило, их внедрению способствует:

– снижение цены на удовлетворение потребности (что обеспечивает удешевление системы и расширение рынка);

– появление возможности удовлетворения других потребностей, и качественное улучшение свойств системы.

Труднее всего внедряются изобретения с неосознанными потребностями. Обычно это изобретения созданные на:

– основе открытий, то есть пионерные изобретения;

– изобретения второго уровня, связанных с использованием системы или технологии по новому назначению.

Именно это определяет подход к внедрению этих изобретений. Поиск начинается с определения функциональных ресурсов открытий и известных технических систем. То есть с попыток придумать, как могут быть использованы их разные свойства, чтобы создать новые, неизвестные ранее потребности у человека или общества.

Пример

Первоначально суть беспилотников сводилась к тому, чтобы обезопасить пилотов боевых самолетов при разведке или бомбардировке объектов противника. Именно поэтому первые серийные беспилотники были сделаны на основе истребителя-бомбардировщика F-4.

Однако анализ новых функций и возможностей беспилотника показал еще три серьезные ресурсные функции, которыми обладает новая система:

а. Беспилотные аппараты намного дешевле управляемых, и как следствие их можно поставить в серийное производство. Не опасаясь потерь «дорогостоящих» пилотов, можно создавать большие армады беспилотников, затрудняя работу систем ПВО – системы «стая»;

б. Поскольку нет потерь «дорогого» летчика, можно создавать беспилотники-камикадзе, которые гораздо эффективнее выполняют функцию бомбометания, чем возвращаемые аппараты;

в. У пилотируемого самолета есть серьезное ограничение при маневрировании. При маневре, вызывающем перегрузку в 10G, пилот теряет сознание. Отсутствие пилота резко повышает возможности маневрирования беспилотника-истребителя. Это существенно улучшает его боевые качества.

Все эти возможности сейчас учитываются при разработке беспилотников во многих странах. Меняется и тактика использования беспилотников.

2.3. Готовность уровня науки и техники к внедрению изобретения

К сожалению, новая потребность не всегда может быть реализована. Часто для ее реализации необходимо создания изобретений первого или второго уровня новизны. А для этого требуется уровень развития науки и техники, который еще не достигнут.

Еще в 1927 году писатель-фантаст Алексей Толстой предложил использовать световой луч, как оружие, способное разрезать толстый металл на расстоянии в десятки километров. Несколько десятилетий спустя были открыты лазеры. Они быстро совершенствовались, но даже спустя 100 лет техника не достигла того уровня, чтобы разрезать металл на расстоянии несколько километров.

Пример

Идея заряжать ружья не с дула, а с казенной части была разработана и запатентована французским инженером Маршалом Саксом еще 1731 году. В 1775—1776 года британец Фергюсон упростил конструкцию, изготовил и продемонстрировал образец казеннозаряжаемого ружья высокопоставленным военным чинам Великобритании. В то время, скорострельность 6 выстрелов в минуту, казалась фантастической. Ружье показали в 1776 году королю Генриху III, и Фергюссон получил патент N 1139. А на следующий год он погиб в боях с американскими повстанцами . Ружье отправили в музей и… забыли о нем! 17

Рисунок 44. Ружье Фергюссона

В 1812 году изобретатель Жан Паули предложил революционную для своего времени конструкцию казеннозарядного ружья. Для заряжания предлагалось поднять подвижный затвор, вставить патрон и закрыть затвор. После чего можно было осуществлять выстрел. Новое оружие, более безопасное и скорострельное показали Наполеону. Но оно показалось ему слишком дорогим в изготовлении и эксплуатации. И внедрение было отложено… на 50 лет!

Рисунок 45. Патент Паули 1812 года

Что же происходило? Все просто! И ружье Фергюссона, и ружье Паули опережали свое время. Технологии того времени не могли обеспечить массовое производство ружей для переоснащения армии. 4 известные британские оружейные фирмы изготавливали 100 ружей Фергюссона 6 месяцев! В этих условиях, о полном перевооружении армии не могло быть и речи.

К новой конструкции вернулись во второй половине XIX века, когда техника шагнула далеко вперед, а Самуэль Кольт придумал новую технологию сборки оружия.