It may not be inapt to liken the attainment of the North Pole to the winning of a game of chess, in which all the various moves leading to a favorable conclusion had been planned in advance, long before the actual game began. It was an old game for me—a game which I had been playing for twenty-three years, with varying fortunes. Always, it is true, I had been beaten, but with every defeat came fresh knowledge of the game, its intricacies, its difficulties, its subtleties, and with every fresh attempt success came a trifle nearer; what had before appeared either impossible, or, at the best, extremely dubious, began to take on an aspect of possibility, and, at last, even of probability. Every defeat was analyzed as to its causes in all their bearings, until it became possible to believe that those causes could in future be guarded against and that, with a fair amount of good fortune, the losing game of nearly a quarter of a century could be turned into one final, complete success.
The North Pole, by Robert E. Peary
Everything had been translated a long time ago! Every time you think you’re on top of things for once, someone farts in your face from above. The trick is to keep moving regardless of circumstances so one day you’ll brap in someone else’s face and Samsung will suck my sung! That’s my inspirational quote of the day.
- The principle of splitting.
a. Divide the object into independent parts.
b. Make the object modular.
c. Increase the degree of modularity of the object.
Example. The cargo ship is divided into sections of the same type. If necessary, the ship can be made longer or shorter.
- The principle of separation.
Separate the “interfering” part (the “interfering” property) from the object or, conversely, select the only necessary part or the desired property.
Unlike the previous technique, in which it was about dividing an object into identical parts, here it is proposed to divide the object into different parts.
Example. Usually, on small pleasure craft and boats, electricity for lighting and other needs is generated by a generator powered by a rowing engine. To obtain electricity in the parking lot, it is necessary to install an auxiliary electric generator driven by an internal combustion engine. The engine naturally creates noise and vibration. It is proposed to place the engine and generator in a separate capsule located at some distance from the boat and connected to it by a cable.
- The principle of local quality.
a. Move from a homogeneous structure of the object or the external environment (external influence) to a heterogeneous one.
b. Different parts of the object must perform different functions.
c. Each part of the object must be in the conditions most favorable for its operation.
Example. To combat dust in mine workings, water is supplied to the tools (working bodies of drilling and loading machines) in the form of a cone of small drops. The smaller the droplets, the better the fight against dust, but small droplets easily form fog, which makes it difficult to work. Solution: a layer of large droplets is created around the cone of small ones.
- The principle of asymmetry.
a. Move from the symmetrical shape of the object to the asymmetric one.
b. If the object is already asymmetric, increase the degree of asymmetry.
Example. The shockproof car tire has one sidewall of increased strength — for better resistance to impacts on the curb stone of the sidewalk.
- The principle of unification.
a. To connect homogeneous or objects intended for adjacent operations.
b. To combine homogeneous or adjacent operations in time.
Example. Dual microscope-tandem. One person is working with the manipulator, and the second person is completely engaged in monitoring and recording.
- The principle of universality.
The object performs several different functions, which eliminates the need for other objects.
Example. The handle for the briefcase simultaneously serves as an expander (a. s. No. 187,964)
- The “matryoshka”/nesting doll principle.
a. One object is placed inside another, which, in turn, is located inside a third, etc
b. One object passes through a cavity in another object.
Example. “An ultrasonic concentrator of elastic vibrations consisting of half-wave segments bonded together, characterized in that in order to reduce the length of the concentrator and increase its stability, the half-wave segments are made in the form of hollow cones inserted one into the other” (A. S. No. 186 781). In A. S. No. 462 315, the same solution is absolutely the same it is used to reduce the dimensions of the output section of the transformer piezoelectric element. In the device for drawing metal according to A. S. No. 304 027, the “matryoshka” is made up of cone lugs.
- The principle of anti-weight.
a. Compensate for the weight of the object by connecting with another object with lifting force.
b. Compensate for the weight of the object by interaction with the environment (mainly due to aero- and hydrodynamic forces).
Example. “A centrifugal brake-type rotary wind turbine speed controller mounted on the vertical axis of the rotor, characterized in that in order to maintain the speed of rotation of the rotor in a small range of revolutions with a strong increase in power, the regulator loads are made in the form of blades providing aerodynamic braking” (a. s. No. 167 784).
It is interesting to note that the contradiction is clearly reflected in the claims of the invention, overcome by the invention. With a given wind force and a given weight of cargo, a certain number of revolutions is obtained. To reduce it (with increasing wind strength), you need to increase the weight of cargo. But the loads are rotating, it’s hard to get close to them. And now the contradiction is eliminated by the fact that the loads are given a shape that creates aerodynamic braking, i.e. the loads are made in the form of a wing with a negative angle of attack.
The general idea is obvious: if it is necessary to change the mass of a moving body, and the mass cannot be changed for certain reasons, then the body must be given the shape of a wing and, by changing the inclination of the wing to the direction of movement, receive additional force directed in the right direction.
- The principle of preliminary anti-action.
If, according to the conditions of the task, it is necessary to perform some action, it is necessary to perform an anti-action in advance.
Example. “A method of cutting with a cup cutter rotating around its geometric axis during the cutting process, characterized in that in order to prevent vibration, the cup cutter is preloaded with forces close in magnitude and directed opposite to the forces arising during the cutting process” (a. s. No. 536 866).
- The principle of preliminary action.
a. Perform the required action in advance (in full or at least partially).
b. Arrange the objects in advance so that they can come into effect without spending time on delivery and from the most convenient place.
- The principle of a “pre-placed pillow”.
Compensate for the relatively low reliability of the facility with pre-prepared emergency means.
Example. “A method of processing inorganic materials, for example fiberglass, by exposure to a plasma beam, characterized in that in order to increase the mechanical strength of inorganic materials, a solution or melt of salts of alkaline or alkaline earth metals is pre-applied” (a. s. No. 522 150). Substances that “heal” microcracks are applied in advance. There is a. s. No. 456 594, according to which a ring is placed on the branch of the tree (before cutting), compressing the branch. The tree, feeling the “pain”, directs nutrients and healing substances to this place. Thus, these substances accumulate before cutting the branch, which contributes to rapid healing after cutting.
- The principle of equipotence.
Change the working conditions so that you do not have to raise or lower the object. Example. “A device has been proposed that eliminates the need to lift and lower heavy molds. The device is made in the form of a set-top box attached to the press table with a roller” (a. s. No. 64679).
- The principle of “on the contrary”.
a. Instead of the action dictated by the conditions of the task, perform the opposite action.
b. Make the moving part of the object or the external environment stationary, and the stationary part — moving.
c. Turn the object “upside down”, turn it out.
Example. A. S. No. 156133: the filter for catching dust is made of magnets, between which a ferromagnetic powder is located. Seven years later, a. s. No. 319,325 appeared, in which the filter is turned out: “An electromagnetic filter for mechanical purification of liquids and gases containing a magnetic field source and a filter element made of granular magnetic material, characterized in that in order to reduce specific electricity consumption and increase productivity, the filter element is placed around the magnetic field source and forms external closed magnetic circuit”.
- The principle of spheroidality.
a. Move from straight parts to curved, from flat surfaces to spherical, from parts made in the form of a cube or a parallelepiped to ball structures.
b. Use rollers, balls, spirals.
b. Switch from rectilinear to rotational motion, use centrifugal force.
Example. The device for welding pipes into a pipe grid has electrodes in the form of rolling balls.
- The principle of dynamism.
a. The characteristics of the object (or the external environment) should change so as to be optimal at each stage of work.
b. Divide the object into parts that can move relative to each other.
c. If the object as a whole is stationary, make it movable, moving.
Example. “A method of automatic arc welding with a ribbon electrode, characterized in that in order to widely regulate the shape and size of the welding bath, the electrode is bent along its generatrix, giving it a curved shape, which is changed during welding” (A. S. No. 258 490).
- The principle of partial or redundant action.
If it is difficult to get 100% of the desired effect, you need to get “a little less” or “a little more” — the task can be significantly simplified.
The technique is already familiar from task 34: the cylinders are painted with excess, which is then removed.
- The principle of transition to another dimension.
a. Difficulties associated with the movement (or placement) of an object along a line are eliminated if the object acquires the ability to move in two dimensions (i.e. on a plane). Accordingly, the tasks associated with the movement (or placement) of objects in one plane are eliminated when moving to a space of three dimensions.
b. Use a multi-storey layout of objects instead of a single-storey one.
c. Tilt the object or put it “sideways”.
d. Use the reverse side of this area.
d. Use optical streams falling on the adjacent area or on the reverse side of the existing area. Reception 17a can be combined with receptions 7 and 15b. It turns out a chain that characterizes the general trend of development of technical systems: from a point to a line, then to a plane, then to a volume and, finally, to the combination of many volumes.
Example. “A method of storing the winter supply of logs on the water by installing them in the water area of the raid, characterized in that in order to increase the specific capacity of the water area and reduce the volume of frozen wood, logs are formed into bundles with a width and height in cross-section exceeding the length of the logs, after which the formed bundles are installed in a vertical position” (A. S. No. 236 318).
- The use of mechanical vibrations.
a. To bring the object into oscillatory motion.
b. If such a movement is already taking place, increase its frequency (up to ultrasonic).
b. Use a resonant frequency.
d. Use piezovibrators instead of mechanical vibrators. d. Use ultrasonic vibrations in combination with electromagnetic fields.
Example. “A method of sawn-free cutting of wood, characterized in that in order to reduce the effort of introducing the tool into the wood, cutting is carried out with a tool whose pulsation frequency is close to the natural oscillation frequency of the wood being cut” (A. S. No. 307,986).
- The principle of periodic action.
a. Move from continuous action to periodic (pulse).
b. If the action is already performed periodically, change the frequency.
c. Use pauses between pulses for another action.
Example. “A method of automatic control of the thermal cycle of contact spot welding, mainly of parts of small thicknesses, based on the measurement of thermo-EMF, characterized in that in order to increase the accuracy of control during welding with pulses of increased frequency, thermo-EMF is measured in the pauses between welding current pulses” (a. s. No. 336 120).
- The principle of continuity of useful action.
a. Work continuously (all parts of the facility must work at full load all the time).
b. Eliminate idle and intermediate moves.
Example. “A method for processing holes in the form of two intersecting cylinders, for example, bearing cage sockets, characterized in that in order to increase processing productivity, it is carried out with a drill (countersink), the cutting edges of which allow cutting both in the forward and reverse stroke of the tool” (a. s. No. 202582).
- The principle of slip.
Conduct the process or its individual stages (for example, harmful or dangerous) at high speed.
Example. “A method of processing wood in the production of veneer by heating, characterized in that in order to preserve natural wood, it is heated by a short-term exposure to a gas flame flame with a temperature of 300-600 ° C directly during the manufacture of veneer” (a. s. No. 338 371).
- The principle of “turning harm into benefit”.
a. Using harmful factors (in particular, harmful environmental effects) to obtain a positive effect.
b. Eliminate the harmful factor by adding with other harmful factors.
b. Strengthen the harmful factor to such an extent that it ceases to be harmful.
Example. “A method for restoring the flowability of frozen bulk materials, characterized in that in order to accelerate the process of restoring the flowability of materials and reduce the labor intensity, the frozen material is exposed to low temperatures” (A. S. No. 409,938).
- The principle of feedback.
a. Enter feedback.
b. If there is feedback, change it.
Example. “A method for automatically regulating the temperature regime of firing sulfide materials in a fluidized bed by changing the flow of the loaded material as a function of temperature, characterized in that in order to increase the dynamic accuracy of maintaining a set temperature value, the material supply is changed depending on changes in the content of sulfur dioxide in the exhaust gases” (a. s. No. 302 382).
- The “intermediary” principle.
a. Use an intermediate object that transfers or transmits an action.
b. Attach another (easily removable) object to the object for a while.
Example. “A method of calibration of devices for measuring dynamic stresses in dense media under static loading of a sample of a medium with a device embedded inside it, characterized in that in order to increase the accuracy of calibration, the loading of a sample with a device embedded inside it is carried out through a fragile intermediate element” (a. s. No. 354 135).
- The principle of self-service.
a. The object must serve itself by performing auxiliary and repair operations.
b. Use waste (energy, substances).
Example. In an electric welding gun, the welding wire is usually supplied by a special device. It is proposed to use a solenoid powered by welding current for wire feeding.
- The principle of copying.
a. Instead of an inaccessible, complex, expensive, inconvenient or fragile object, use its simplified and cheap copies.
b. Replace an object or a system of objects with their optical copies (images). Use a zoom change (increase or decrease copies).
c. If visible optical copies are used, switch to infrared or ultraviolet copies.
Example. “A visual textbook on geodesy, made in the form of an artistic panel written on a plane, characterized in that for the purpose of subsequent geodetic survey from the panel of the image of the terrain, it is made according to the data of the total station survey and is equipped with miniature geodetic rails at characteristic points of the terrain” (a. s. No. 86560).
- Cheap fragility instead of expensive durability.
Replace an expensive object with a set of cheap objects, while sacrificing some qualities (for example, durability).
Example. A single-use mousetrap: a plastic box with a bait; the mouse enters the trap through a cone-shaped hole; the walls of the hole are unbent and do not allow it to come out again.
- Replacement of the mechanical circuit.
a. Replace the mechanical circuit with optical, acoustic or “smell”.
b. Use electric, magnetic and electromagnetic fields to interact with the object.
c. Move from stationary fields to moving, from fixed to time-varying, from non-structural to having a certain structure.
d. Use fields in combination with ferromagnetic particles.
Example. “A method for applying metal coatings to thermoplastic materials by contact with metal powder heated to a temperature exceeding the melting point of the thermoplastic, characterized in that in order to increase the adhesion strength of the coating to the substrate and its density, the process is carried out in an electromagnetic field” (a. s. No. 445 712).
- The use of pneumatic and hydraulic structures.
Instead of solid parts of the object, use gaseous and liquid: inflatable and hydro-filled, air cushion, hydrostatic and hydro-reactive.
Example. To connect the propeller shaft of the vessel with the hub of the screw, a groove is made in the shaft, in which an elastic hollow container (a narrow “air bag”) is placed. If compressed air is supplied to this container, it will inflate and press the hub against the shaft (a. s. No. 313 741). Usually, in such cases, a metal connecting element was used, but the connection with the “air bag” is easier to make: there is no need for an exact fit of the mating surfaces. In addition, such a connection smoothes shock loads. It is interesting to compare this invention with the invention published later by A. S. No. 445 611 for a container for transporting fragile products (for example, drainage pipes): there is an inflatable shell in the container, which presses the products and prevents them from beating during transportation. Different fields of technology, but the tasks and solutions are absolutely identical. In a. s. No. 249 583, the inflatable element works in the grip of a crane. In a. s. No. 409 875 — presses fragile products in the device for sawing. There are a great many such inventions. Apparently, it’s just time to stop patenting such proposals, and introduce a simple rule into design textbooks: if you need to delicately press one object against another for a while, use an “air bag”. This, of course, does not mean that the whole technique of 29 will cease to be inventive.
An “air bag” pressing one part against another is a typical vepol in which the “bag” plays the role of a mechanical field. In accordance with the general rule of the development of vepole systems, a transition to a fepole system should be expected. Such a transition really happened: in A. S. No. 534 351, it was proposed to introduce a ferromagnetic powder into the “air bag”, and to use a magnetic field to strengthen the clamping. And again, the imperfection of the patenting form led to the fact that not the universal idea of controlling the “air bag” was patented, but a private improvement of the grinding “air bag”…
- Use of flexible shells and thin films.
a. Use flexible shells and thin films instead of conventional structures
b. Isolate the object from the external environment using flexible shells and thin films.
Example. “A method of forming aerated concrete products by pouring the raw material mass into a mold and subsequent exposure, characterized in that, in order to increase the degree of swelling, a gas-tight film is placed on the raw material mass poured into the mold” (a. s. No. 339 406).
- Application of porous materials.
a. Make the object porous or use additional porous elements (inserts, coatings, etc.).
b. If the object is already porous, pre-fill the pores with some substance.
Example. “An evaporative cooling system for electric machines, characterized in that in order to eliminate the need for a cooling agent to be supplied to the machine, the active parts and individual structural elements are made of porous materials, for example, porous powder steels impregnated with a liquid cooling agent, which evaporates during operation of the machine and thus provides short-term, intensive and uniform cooling” (a.with. No. 187 135).
- The principle of color change.
a. Change the color of the object or the external environment.
b. Change the degree of transparency of the object or the external environment.
c. To observe poorly visible objects or processes, use coloring additives.
d. If such additives are already used, use phosphors.
Example. US Patent No. 3,425,412: a transparent bandage that allows you to observe the wound without removing the bandage.
- The principle of uniformity.
Objects interacting with this object must be made of the same material (or similar in properties).
Example. “A method for obtaining a permanent mold by forming a working cavity in it according to the standard by casting, characterized in that in order to compensate for the shrinkage of the product obtained in this form, the standard and the mold are made of a material identical to the product” (a.s. No. 456 679).
- The principle of waste and regeneration of parts.
a. The part of the object that has fulfilled its purpose or has become unnecessary must be discarded (dissolved, vaporized, etc.) or modified directly during the work.
b. Consumable parts of the facility must be restored directly during operation.
Example. “A method for studying high-temperature zones, mainly welding processes, in which a probe-light guide is introduced into the study zone, characterized in that in order to improve the possibility of studying high-temperature zones during arc and electroslag welding, a melting probe-light guide is used, which is continuously fed into the study zone at a speed not less than the speed of its melting” (A. S. No. 433 397).
- Changing the aggregate state of the object.
This includes not only simple transitions, for example from a solid state to a liquid, but also transitions to “pseudo-states” (“pseudo-liquid”) and intermediate states, for example, the use of elastic solids.
Example. German Patent No. 1,291,210: the braking section for the runway is made in the form of a “bath” filled with a viscous liquid on which a thick layer of elastic material is located.
- Application of phase transitions.
Use phenomena that occur during phase transitions, such as volume changes, heat release or absorption, etc.
Example. “A plug for sealing pipelines and necks with different cross-section shapes, characterized in that, in order to unify and simplify the design, it is made in the form of a glass into which a low-melting metal alloy is poured, expanding during solidification and ensuring tightness of the connection” (a. s. No. 319 806).
- Application of thermal expansion.
a. Use thermal expansion (or compression) of materials.
b. Use several materials with different coefficients of thermal expansion.
Example. In a. s. No. 463423, it is proposed to make the roof of greenhouses from hinged hollow pipes, inside of which there is an easily expanding liquid. When the temperature changes, the center of gravity of the pipes changes, so the pipes themselves rise and fall. Of course, you can also use bimetallic plates mounted on the roof of the greenhouse.
- The use of strong oxidizing agents.
a. Replace ordinary air with enriched air.
b. Replace enriched air with oxygen.
c. To affect air or oxygen with ionizing radiation.
d. Use ozonated oxygen.
e. Replace ozonated (or ionized) oxygen with ozone.
Example. “A method for producing ferrite films by chemical gas transport reactions in an oxidizing medium, characterized in that in order to intensify oxidation and increase the uniformity of the films, the process is carried out in an ozone medium” (a. s. No. 261 859).
- The use of an inert medium.
a. Replace the usual medium with an inert one.
b. Conduct the process in a vacuum. This technique can be considered the antipode of the previous one. Example. “A method for preventing the burning of cotton in storage, characterized in that in order to increase the reliability of storage, cotton is treated with an inert gas during its transportation to the storage site” (a. s. No. 270 171).
- Application of composite materials.
Move from homogeneous materials to composite ones.
Example. “A medium for cooling metal during heat treatment, characterized in that, in order to ensure a given cooling rate, it consists of a suspension of gas in a liquid” (a. s. No. 187 060).
- Принцип дробления.
а. Разделить объект на независимые части.
б. Выполнить объект разборным.
в. Увеличить степень дробления объекта.
Пример. Грузовое судно разделено на однотипные секции. При необходимости корабль можно делать длиннее или короче.
- Принцип вынесения.
Отделить от объекта «мешающую» часть («мешающее» свойство) или, наоборот, выделить единственно нужную часть или нужное свойство.
В отличие от предыдущего приема, в котором речь шла о делении объекта на одинаковые части, здесь предлагается делить объект на разные части.
Пример. Обычно на малых прогулочных судах и катерах электроэнергия для освещения и других нужд вырабатывается генератором, работающим от гребного двигателя. Для получения электроэнергии на стоянке приходится устанавливать вспомогательный электрогенератор с приводом от двигателя внутреннего сгорания. Двигатель, естественно, создает шум и вибрацию. Предложено разместить двигатель и генератор в отдельной капсуле, расположенной на некотором расстоянии от катера и соединенной с ним кабелем.
- Принцип местного качества.
а. Перейти от однородной структуры объекта или внешней среды (внешнего воздействия) к неоднородной.
б. Разные части объекта должны выполнять различные функции.
в. Каждая часть объекта должна находиться в условиях, наиболее благоприятных для ее работы.
Пример. Для борьбы с пылью в горных выработках на инструменты (рабочие органы буровых и погрузочных машин) подают воду в виде конуса мелких капель. Чем мельче капли, тем лучше идет борьба с пылью, но мелкие капли легко образуют туман, это затрудняет работу. Решение: вокруг конуса мелких создают слой из крупных капель.
- Принцип асимметрии.
а. Перейти от симметричной формы объекта к асимметричной.
б. Если объект уже асимметричен, увеличить степень асимметрии.
Пример. Противоударная автомобильная шина имеет одну боковину повышенной прочности — для лучшего сопротивления ударам о бордюрный камень тротуара.
- Принцип объединения.
а. Соединить однородные или предназначенные для смежных операций объекты.
б. Объединить во времени однородные или смежные операции.
Пример. Сдвоенный микроскоп-тандем. Работу с манипулятором ведет один человек, а наблюдением и записью целиком занят второй.
- Принцип универсальности. Объект выполняет несколько разных функций, благодаря чему отпадает необходимость в других объектах.
Пример. Ручка для портфеля одновременно служит эспандером (а. с. № 187 964)
- Принцип «матрешки».
а. Один объект размещен внутри другого, который, в свою очередь, находится внутри третьего, и т. д.
б. Один объект проходит сквозь полость в другом объекте.
Пример. «Ультразвуковой концентратор упругих колебаний, состоящий из скрепленных между собой полуволновых отрезков, отличающийся тем, что с целью уменьшения длины концентратора и увеличения его устойчивости полуволновые отрезки выполнены в виде полых конусов, вставленных один в другой» (а. с. № 186 781). В а. с. № 462 315 абсолютно такое же решение использовано для уменьшения габаритов выходной секции трансформаторного пьезоэлемента. В устройстве для волочения металла по а. с. № 304 027 «матрешка» составлена из конусных волок.
- Принцип антивеса.
а. Компенсировать вес объекта соединением с другим объектом, обладающим подъемной силой.
б. Компенсировать вес объекта взаимодействием со средой (преимущественно за счет аэро- и гидродинамических сил).
Пример. «Центробежный тормозного типа регулятор числа оборотов роторного ветродвигателя, установленный на вертикальной оси ротора, отличающийся тем, что с целью поддержания скорости вращения ротора в малом интервале числа оборотов при сильном увеличении мощности грузы регулятора выполнены в виде лопастей, обеспечивающих аэродинамическое торможение» (а. с. № 167 784).
Интересно отметить, что в формуле изобретения четко отражено противоречие, преодолеваемое изобретением. При заданной силе ветра и заданной массе грузов получается определенное число оборотов. Чтобы его уменьшить (при возрастании силы ветра) нужно увеличить массу грузов. Но грузы вращаются, к ним трудно подобраться. И вот противоречие устранено тем, что грузам придана форма, создающая аэродинамическое торможение, т. е. грузы выполнены в виде крыла с отрицательным углом атаки.
Общая идея очевидна: если нужно менять массу движущегося тела, а массу менять нельзя по определенным соображениям, то телу надо придать форму крыла и, меняя наклон крыла к направлению движения, получать дополнительную силу, направленную в нужную сторону.
- Принцип предварительного антидействия. Если по условиям задачи необходимо совершить какое-то действие, надо заранее совершить антидействие.
Пример. «Способ резания чашечным резцом, вращающимся вокруг своей геометрической оси в процессе резания, отличающийся тем, что с целью предотвращения возникновения вибрации чашечный резец предварительно нагружают усилиями, близкими по величине и направленными противоположно усилиям, возникающим в процессе резания» (а. с. № 536 866).
- Принцип предварительного действия.
а. Заранее выполнить требуемое действие (полностью или хотя бы частично).
б. Заранее расставить объекты так, чтобы они могли вступить в действие без затрат времени на доставку и с наиболее удобного места. - Принцип «заранее подложенной подушки».
Компенсировать относительно невысокую надежность объекта заранее подготовленными аварийными средствами.
Пример. «Способ обработки неорганических материалов, например стекловолокна, путем воздействия плазменного луча, отличающийся тем, что с целью повышения механической прочности на неорганические материалы предварительно наносят раствор или расплав солей щелочных или щелочноземельных металлов» (а. с. № 522 150). Заранее наносят вещества, «залечивающие» микротрещины. Есть а. с. № 456 594, по которому на ветвь дерева (до спиливания) ставят кольцо, сжимающее ветвь. Дерево, чувствуя «боль», направляет к этому месту питательные и лечащие вещества. Таким образом, эти вещества накапливаются до спиливания ветки, что способствует быстрому заживлению после спиливания.
- Принцип эквипотенциальности.
Изменить условия работы так, чтобы не приходилось поднимать или опускать объект. Пример. «Предложено устройство, исключающее необходимость поднимать и опускать тяжелые пресс-формы. Устройство выполнено в виде прикрепленной к столу пресса приставки с рольгангом» (а. с. № 64679). - Принцип «наоборот».
а. Вместо действия, диктуемого условиями задачи, осуществить обратное действие.
б. Сделать движущуюся часть объекта или внешней среды неподвижной, а неподвижную — движущейся.
в. Перевернуть объект «вверх ногами», вывернуть его.
Пример. А. с. № 156133: фильтр для улавливания пыли сделан из магнитов, между которыми расположен ферромагнитный порошок. Через семь лет появилось а. с. № 319 325, в котором фильтр вывернут: «Электромагнитный фильтр для механической очистки жидкостей и газов, содержащий источник магнитного поля и фильтрующий элемент из зернистого магнитного материала, отличающийся тем, что с целью снижения удельного расхода электроэнергии и увеличения производительности фильтрующий элемент размещен вокруг источника магнитного поля и образует внешний замкнутый магнитный контур».
- Принцип сфероидальности.
а. Перейти от прямолинейных частей к криволинейным, от плоских поверхностей к сферическим, от частей, выполненных в виде куба или параллелепипеда, к шаровым конструкциям.
б. Использовать ролики, шарики, спирали.
в. Перейти от прямолинейного движения к вращательному, использовать центробежную силу.
Пример. Устройство для сварки труб в трубную решетку имеет электроды в виде катящихся шариков.
- Принцип динамичности.
а. Характеристики объекта (или внешней среды) должны меняться так, чтобы быть оптимальными на каждом этапе работы.
б. Разделить объект на части, способные перемещаться относительно друг друга.
в. Если объект в целом неподвижен, сделать его подвижным, перемещающимся.
Пример. «Способ автоматической дуговой сварки ленточным электродом, отличающийся тем, что с целью широкого регулирования формы и размеров сварочной ванны электрод изгибают вдоль его образующей, придавая ему криволинейную форму, которую изменяют в процессе сварки» (а. с. № 258 490).
- Принцип частичного или избыточного действия.
Если трудно получить 100% требуемого эффекта, надо получить «чуть меньше» или «чуть больше» — задача при этом может существенно упроститься.
Прием уже знаком по задаче 34: цилиндры окрашивают с избытком, который затем удаляют. - Принцип перехода в другое измерение.
а. Трудности, связанные с движением (или размещением) объекта по линии, устраняются, если объект приобретает возможность перемещаться в двух измерениях (т. е. на плоскости). Соответственно задачи, связанные с движением (или размещением) объектов в одной плоскости, устраняются при переходе к пространству трех измерений.
б. Использовать многоэтажную компоновку объектов вместо одноэтажной.
в. Наклонить объект или положить его «набок».
г. Использовать обратную сторону данной площади.
д. Использовать оптические потоки, падающие на соседнюю площадь или на обратную сторону имеющейся площади. Прием 17а можно объединить с приемами 7 и 15в. Получается цепь, характеризующая общую тенденцию развития технических систем: от точки к линии, затем к плоскости, потом к объему и, наконец, к совмещению многих объемов.
Пример. «Способ хранения зимнего запаса бревен на воде путем установки их на акватории рейда, отличающийся тем, что с целью увеличения удельной емкости акватории и уменьшения объема промороженной древесины бревна формируют в пучки, шириной и высотой в поперечном сечении превышающие длину бревен, после чего сформированные пучки устанавливают в вертикальном положении» (а. с. № 236 318).
- Использование механических колебаний.
а. Привести объект в колебательное движение.
б. Если такое движение уже совершается, увеличить его частоту (вплоть до ультразвуковой).
в. Использовать резонансную частоту.
г. Применить вместо механических вибраторов пьезовибраторы. д. Использовать ультразвуковые колебания в сочетании с электромагнитными полями.
Пример. «Способ безопилочного резания древесины, отличающийся тем, что с целью снижения усилия внедрения инструмента в древесину резание осуществляют инструментом, частота пульсации которого близка к собственной частоте колебаний перерезаемой древесины» (а. с. № 307 986).
- Принцип периодического действия.
а. Перейти от непрерывного действия к периодическому (импульсному).
б. Если действие уже осуществляется периодически, изменить периодичность.
в. Использовать паузы между импульсами для другого действия.
Пример. «Способ автоматического управления термическим циклом контактной точечной сварки, преимущественно деталей малых толщин, основанный на измерении термо-э.д.с., отличающийся тем, что с целью повышения точности управления при сварке импульсами повышенной частоты измеряют термо-э.д.с. в паузах между импульсами сварочного тока» (а. с. № 336 120).
- Принцип непрерывности полезного действия.
а. Вести работу непрерывно (все части объекта должны все время работать с полной нагрузкой).
б. Устранить холостые и промежуточные ходы.
Пример. «Способ обработки отверстий в виде двух пересекающихся цилиндров, например, гнезд сепараторов подшипников, отличающийся тем, что с целью повышения производительности обработки ее осуществляют сверлом (зенкером), режущие кромки которого позволяют производить резание как при прямом, так и при обратном ходе инструмента» (а. с. № 202582).
- Принцип проскока.
Вести процесс или отдельные его этапы (например, вредные или опасные) на большой скорости.
Пример. «Способ обработки древесины при производстве шпона путем прогрева, отличающийся тем, что с целью сохранения природной древесины прогрев ее осуществляют кратковременным воздействием факела пламени газа с температурой 300–600 °С непосредственно в процессе изготовления шпона» (а. с. № 338 371).
- Принцип «обратить вред в пользу».
а. Использовать вредные факторы (в частности, вредное воздействие среды) для получения положительного эффекта.
б. Устранить вредный фактор за счет сложения с другими вредными факторами.
в. Усилить вредный фактор до такой степени, чтобы он перестал быть вредным.
Пример. «Способ восстановления сыпучести смерзшихся насыпных материалов, отличающийся тем, что с целью ускорения процесса восстановления сыпучести материалов и снижения трудоемкости смерзшийся материал подвергают воздействию низких температур» (а. с. № 409 938).
- Принцип обратной связи.
а. Ввести обратную связь.
б. Если обратная связь есть, изменить ее.
Пример. «Способ автоматического регулирования температурного режима обжига сульфидных материалов в кипящем слое путем изменения потока нагружаемого материала в функции температуры, отличающийся тем, что с целью повышения динамической точности поддержания заданного значения температуры подачу материала меняют в зависимости от изменения содержания сернистого газа в отходящих газах» (а. с. № 302 382).
- Принцип «посредника».
а. Использовать промежуточный объект, переносящий или передающий действие.
б. На время присоединить к объекту другой (легкоудаляемый) объект.
Пример. «Способ тарировки приборов для измерения динамических напряжений в плотных средах при статическом нагружении образца среды с заложенным внутри него прибором, отличающийся тем, что с целью повышения точности тарировки нагружение образца с заложенным внутри него прибором ведут через хрупкий промежуточный элемент» (а. с. № 354 135).
- Принцип самообслуживания.
а. Объект должен сам себя обслуживать, выполняя вспомогательные и ремонтные операции.
б. Использовать отходы (энергии, вещества).
Пример. В электросварочном пистолете сварочную проволоку обычно подает специальное устройство. Предложено использовать для подачи проволоки соленоид, работающий от сварочного тока.
- Принцип копирования.
а. Вместо недоступного, сложного, дорогостоящего, неудобного или хрупкого объекта использовать его упрощенные и дешевые копии.
б. Заменить объект или систему объектов их оптическими копиями (изображениями). Использовать при этом изменение масштаба (увеличить или уменьшить копии).
в. Если используются видимые оптические копии, перейти к копиям инфракрасным или ультрафиолетовым.
Пример. «Наглядное учебное пособие по геодезии, выполненное в виде написанного на плоскости художественного панно, отличающееся тем, что с целью последующей геодезической съемки с панно изображения местности оно выполнено по данным тахеометрической съемки и в характерных точках местности снабжено миниатюрными геодезическими рейками» (а. с. № 86560).
- Дешевая недолговечность взамен дорогой долговечности.
Заменить дорогой объект набором дешевых объектов, поступившись при этом некоторыми качествами (например, долговечностью).
Пример. Мышеловка одноразового действия: пластмассовая коробка с приманкой; мышь входит в ловушку через конусообразное отверстие; стенки отверстия разгибаются и не дают ей выйти обратно.
- Замена механической схемы.
а. Заменить механическую схему оптической, акустической или «запаховой».
б. Использовать электрические, магнитные и электромагнитные поля для взаимодействия с объектом.
в. Перейти от неподвижных полей к движущимся, от фиксированных к меняющимся во времени, от неструктурных к имеющим определенную структуру.
г. Использовать поля в сочетании с ферромагнитными частицами.
Пример. «Способ нанесения металлических покрытий на термопластичные материалы путем контакта с порошком металла, нагретым до температуры, превышающей температуру плавления термопласта, отличающийся тем, что с целью повышения прочности сцепления покрытия с основой и его плотности процесс осуществляют в электромагнитном поле» (а. с. № 445 712).
- Использование пневмо- и гидроконструкций.
Вместо твердых частей объекта использовать газообразные и жидкие: надувные и гидронаполняемые, воздушную подушку, гидростатические и гидрореактивные.
Пример. Для соединения гребного вала судна со ступицей винта в вале сделан паз, в котором размещена эластичная полая емкость (узкий «воздушный мешок»). Если в эту емкость подать сжатый воздух, она раздуется и прижмет ступицу к валу (а. с. № 313 741). Обычно в таких случаях использовали металлический соединительный элемент, но соединение с «воздушным мешком» проще изготовить: не нужна точная подгонка сопрягаемых поверхностей. Кроме того, такое соединение сглаживает ударные нагрузки. Интересно сравнить это изобретение с опубликованным позже изобретением по а. с. № 445 611 на контейнер для транспортирования хрупких изделий (например, дренажных труб): в контейнере имеется надувная оболочка, которая прижимает изделия и не дает им биться при перевозке. Разные области техники, но задачи и решения абсолютно идентичны. В а. с. № 249 583 надувной элемент работает в захвате подъемного крана. В а. с. № 409 875 — прижимает хрупкие изделия в устройстве для распиловки. Таких изобретений великое множество. Видимо, просто пора прекратить патентовать такие предложения, а в учебники конструирования ввести простое правило: если надо на время деликатно прижать один предмет к другому, используйте «воздушный мешок». Это, конечно, не значит, что весь прием 29 перестанет быть изобретательским.
«Воздушный мешок», прижимающий одну деталь к другой, — типичный веполь, в котором «мешок» играет роль механического поля. В соответствии с общим правилом развития вепольных систем следовало ожидать перехода к фепольной системе. Такой переход действительно произошел: в а. с. № 534 351 предложено внутрь «воздушного мешка» ввести ферромагнитный порошок, а для усиления прижима использовать магнитное поле. И снова несовершенство формы патентования привело к тому, что запатентована не универсальная идея управления «воздушным мешком», а частное усовершенствование шлифовального «воздушного мешка»…
- Использование гибких оболочек и тонких пленок.
а. Вместо обычных конструкций использовать гибкие оболочки и тонкие пленки.
б. Изолировать объект от внешней среды с помощью гибких оболочек и тонких пленок.
Пример. «Способ формирования газобетонных изделий путем заливки сырьевой массы в форму и последующей выдержки, отличающийся тем, что с целью повышения степени вспучивания на залитую в форму сырьевую массу укладывают газонепроницаемую пленку» (а. с. № 339 406).
- Применение пористых материалов.
а. Выполнить объект пористым или использовать дополнительные пористые элементы (вставки, покрытия и т. д.).
б. Если объект уже выполнен пористым, предварительно заполнить поры каким-то веществом.
Пример. «Система испарительного охлаждения электрических машин, отличающаяся тем, что с целью исключения необходимости подвода охлаждающего агента к машине активные части и отдельные конструктивные элементы выполнены из пористых материалов, например пористых порошковых сталей, пропитанных жидким охлаждающим агентом, который при работе машины испаряется и таким образом обеспечивает кратковременное, интенсивное и равномерное ее охлаждение» (а.с. № 187 135).
- Принцип изменения окраски.
а. Изменить окраску объекта или внешней среды.
б. Изменить степень прозрачности объекта или внешней среды.
в. Для наблюдения за плохо видимыми объектами или процессами использовать красящие добавки.
г. Если такие добавки уже применяются, использовать люминофоры.
Пример. Патент США № 3 425 412: прозрачная повязка, позволяющая наблюдать рану, не снимая повязки.
- Принцип однородности. Объекты, взаимодействующие с данным объектом, должны быть сделаны из того же материала (или близкого ему по свойствам).
Пример. «Способ получения постоянной литейной формы путем образования в ней рабочей полости по эталону методом литья, отличающийся тем, что с целью компенсации усадки изделия, полученного в этой форме, эталон и форму выполняют из материала, одинакового с изделием» (а.с. № 456 679).
- Принцип отброса и регенерация частей.
а. Выполнившая свое назначение или ставшая ненужной часть объекта должна быть отброшена (растворена, испарена и т. п.) или видоизменена непосредственно в ходе работы.
б. Расходуемые части объекта должны быть восстановлены непосредственно в ходе работы.
Пример. «Способ исследования высокотемпературных зон, преимущественно сварочных процессов, при котором в исследуемую зону вводят зонд-световод, отличающийся тем, что с целью улучшения возможности исследования высокотемпературных зон при дуговой и электрошлаковой сварке используют плавящийся зонд-световод, который непрерывно подают в исследуемую зону со скоростью не менее скорости его плавления» (а. с. № 433 397).
- Изменение агрегатного состояния объекта.
Сюда входят не только простые переходы, например от твердого состояния к жидкому, но и переходы к «псевдосостояниям» («псевдожидкость») и промежуточным состояниям, например использование эластичных твердых тел. Пример. Патент ФРГ № 1 291 210: участок торможения для посадочной полосы выполнен в виде «ванны», заполненной вязкой жидкостью, на которой расположен толстый слой эластичного материала. - Применение фазовых переходов. Использовать явления, возникающие при фазовых переходах, например изменение объема, выделение или поглощение тепла и т. д.
Пример. «Заглушка для герметизации трубопроводов и горловин с различной формой сечения, отличающаяся тем, что с целью унификации и упрощения конструкции она выполнена в виде стакана, в который заливается легкоплавкий металлический сплав, расширяющийся при затвердевании и обеспечивающий герметичность соединения» (а. с. № 319 806).
- Применение теплового расширения.
а. Использовать тепловое расширение (или сжатие) материалов.
б. Использовать несколько материалов с разными коэффициентами теплового расширения.
Пример. В а. с. № 463423 предложено крышу парников делать из шарнирно-закрепленных пустотелых труб, внутри которых находится легко расширяющаяся жидкость. При изменении температуры меняется центр тяжести труб, поэтому трубы сами поднимаются и опускаются. Разумеется, можно использовать и биметаллические пластины, укрепленные на крыше парника.
- Применение сильных окислителей.
а. Заменить обычный воздух обогащенным.
б. Заменить обогащенный воздух кислородом.
в. Воздействовать на воздух или кислород ионизирующими излучениями. г. Использовать озонированный кислород.
д. Заменить озонированный (или ионизированный) кислород озоном.
Пример. «Способ получения пленок феррита путем химических газотранспортных реакций в окислительной среде, отличающийся тем, что с целью интенсификации окисления и увеличения однородности пленок процесс осуществляют в среде озона» (а. с. № 261 859).
- Применение инертной среды.
а. Заменить обычную среду инертной.
б. Вести процесс в вакууме. Этот прием можно считать антиподом предыдущего. Пример. «Способ предотвращения загорания хлопка в хранилище, отличающийся тем, что с целью повышения надежности хранения хлопок подвергают обработке инертным газом в процессе его транспортировки к месту хранения» (а. с. № 270 171). - Применение композиционных материалов.
Перейти от однородных материалов к композиционным. Пример. «Среда для охлаждения металла при термической обработке, отличающаяся тем, что с целью обеспечения заданной скорости охлаждения она состоит из взвеси газа в жидкости» (а. с. № 187 060).
Danny DeTour 