Как выбрать задачу - 2

А.Кудрявцев

На следующем занятии решение начали с привычной всем аналитической стадии.

Шаг 2.1.

Задача

Для получения продукта "Ф" необходимо смешать компоненты "А" и "В", но необходимое для реакции количество "А" не успевает прореагировать с "В" до начала его разложения. Как смешать "А" и "В" за 1 секунду без избыточного количества "А"?

(В комментарии к задачам третьего выпуска сборника учебных задач (Волгоград, 1979 год) были даны некоторые разьяснения, позволяющие проследить дальнейший ход решения этой задачи. Привожу их ниже)

Техническое противоречие (ТП)

А) Обеспечение полного (100%) использования неустойчивого вещества "В" за счет использования избыточного количества устойчивого вещества "А" приводит к загрязнению конечного продукта "Ф".

Б) Улучшение чистоты конечного продукта "Ф" за счет уменьшения количества вещества "А" (до нормативного для реакции синтеза) ведет к недопустимым потерям непрореагировавшей части вещества "Ф".

Изменяемый элемент (ИЭ)

Вещества "А" и "В" нельзя менять, выбираем Внешнюю седу (ВС)

Из второй формулировки ТП следует, что требуется заставить все молекулы (частицы) вещества "В" одновременно вступить в реакцию. И для этого их необходимо как-то разделить предварительно, чтобы они не мешали друг другу. Так же следует поступить с веществом "А". Это действие должна совершить ВС.

ИКР: ВС сама способствует соединению разнородных веществ, предотвращая соединение частиц одного вещества.

Физическое пртиворечие (ФП)

Выделенная зона ВС должна быть, чтобы препятствовать соединению однородных частиц вещества и ее не должно быть, чтобы не препятствовать соединению разнородных веществ.

Решение: При решении ответ стал очевиден после четкой формулировки ИКР: частицы "А" и "В" надо заряжать электрическими зарядами разных знаков.

Интерес представляет обзор последующих событий, произошедших вокруг этой задачи.

В задачнике, который подготовила Волгоградская школа ТРИЗ, задача была помещена на почетное первое место. Во многом этому способствовало наличие анализа ситуации по первой части АРИЗ-77 - количество таких примеров тогда было катастрофически недостаточным. Заканчивался разбор скромным упоминанием о том, что оформляется заявка на авторское свидетельство.

ТРИЗовским сообществом разбор был встречен в целом позитивно. Предложение использовать поля в качестве инструмента отвечает основному направлению развития систем, повышению идеализации через переход инструмента на микроуровень.

Появились даже ссылки на решение этой задачи в некоторых изданиях, она приводилась уже как пример решенной задачи, как иллюстрация именно использования электростатических полей в качестве инструмента для соединения компонентов при химическом синтезе.

Однако, в реальности ситуация была совсем не радужной. Заявка на изобретение так и не была подана, эксперименты затянулись и привели к неожиданным для меня выводам. Чистота продукта на выходе из ректификационной колонны была увеличена до требуемого по регламенту, но сделано это было совсем на других принципах. Параллельно всему шло строительство второй ректификационной колонны, то есть народные деньги сберечь также не удалось.

Об этих событиях мы и поговорим.

Сразу после получения идеи об использовании электростатики в качестве средства соединения разнородных молекул, в учебной группе также произошла поляризация. Мнения по поводу решения резко разделились. Молодые инженеры и технологи были потрясены открывающимися перспективами, а народ посолиднее был настроен скептически. Общий настрой этой части населения я тогда охарактеризовал словами А. Платонова из рассказа "Лампочка Ильича": "Изобретатели… Землю липистричеством мазать хотят, дожжу пущать. Да только ни хрена не выйдет, тут иностранец нужон". На производстве к этому времени уже был принят свой план работ по повышению качества продукта. Основная ставка делалась на него. Нашу идею руководство комбината посчитало авантюрой, но проверять ее не запретило.

Нужны были решающие эксперименты.

Они проводились на базе нашей лаборатории. План работ включал в себя несколько пунктов. Во первых, нужно было наладить установку, обеспечивающую распыл и "электризацию" жидкости. Эти работы проводились на дистиллированной воде. Эжектор распылял воду, факел распыла охватывало металлическое кольцо, на которое подавалось высокое напряжение. Несмотря на элементарную принципиальную схему, сил и времени этот этап отнял очень много. Поиски оптимального места размещения высоковольтного электрода потребовали разработки и проведения внутренней подпрограммы исследований. Так, самостоятельной подзадачей (и довольно сложной в практической реализации) стало решение вопроса об измерении уровня электризации капель в распыле.

Уже на этой стадии работ произошли некоторые конфликты, пока внутрилабораторного характера. Распыляемые облака воды мигрировали по лаборатории и передавали заряд на шкафы, стенды, мебель, даже на комнатные растения. Сотрудников било током при соприкосновении с самыми неожиданными предметами, например оконными стеклами. Поэтому работы было настоятельно рекомендовано перенести на вечернее время или выходные дни.

По выходным в лаборатории визжал эжектор, жили своей таинственной жизнью заряженные облака и пахло утренней свежестью.

Уже на этой стадии стало ясно, что легкой победы не предвидится. Даже повышение напряжения на электродах до запредельных для наших условий 30 киловольт, не давало требуемого эффекта. Постепенно пришло осознание того, что даже мелкая капля - это макрообъект. Наши теоретики считали и доказывали, что размещение на капле заряда дает возможность изменять траекторию только на расстояниях в несколько миллиметров от капли - антагониста. А учитывая значительные скорости, на которых капли пролетают мимо друг друга, можно получить оценки повышения эффективности всего в несколько процентов. Более заметен эффект распушения струи, происходящий в связи с отталкиванием друг от друга летящих рядом капель.

Если же учесть, что распыл жидкости сам по себе уже создает значительно меньшие плотности распределения условных объемов вещества (капель) в пространстве, чем при их плотной упаковке в собственно жидкости, то становится ясным, что предложенный принцип не может быть эффективно использован для решения конкретной задачи.

Несмотря на такую "теоретическую" обреченность было решено опыты продолжать и после отработки установки на дистиллированной воде перейти к экспериментам на реальных компонентах. Вернее, на одном - долгоживущем и наименее вредном для здоровья человека. Тем не менее эксперименты пришлось перенести из лаборатории на открытую площадку.

Окончательно погубило данную идею то обстоятельство, что компонент, представлявший собой довольно сложное химическое соединение, активно взаимодействовал с воздухом в процессе распыла. Окисленный, он становился для нас неинтересным. Примерно по той же причине не устраивало использование водяного пара. Переход промышленного эжектора на работу от азота или углекислого газа, по расчетам экономиста должен был разорить комбинат в самое ближайшее время. (Оставалось еще несколько возможных путей получения факела вещества. Например, распыление черз фильт под действием высокого давления, или создание мелких капель ультразвуком. Но первую из этих альтернатив загубили технологи производства, а от второй пришлось отказаться самим - реально достигнутые в лаборатории объемы распыления были на пару порядков меньше, чем требуемые по условиям 300 кубических сантиметров в секунду.)

После этой стадии эксперименты по электростатическому соединению разнородных компонентов были прекращены.

Всего этого достаточно для размещения данного описания задачи в рубрике "Контрольный гвоздь". Если бы не одно обстоятельство - цех примерно в то же самое время вышел на производство продукта требуемой чистоты. Основную роль в этом сыграл технолог производства (вышеупомянутая девушка в желтой кофте), однако присутствовали и скромные усилия нашей лаборатории.

Программа повышения качества продукта включала в себя следующие пункты:

Определение в реакции синтеза минимально достаточной избыточности долгоживущего компонента. (При проведении скрупулезного анализа технических условий настораживала "круглая цифра" - долгоживущего компонента требовалось добавлять в 20 раз больше). Решено было проверить - может быть достаточно и 19,5 ? В реальности оказалось, что достаточно иметь коэффициент превышения в 15 - 17. Это уже чуть облегчило работу ректификационной колонны.

Следующим направлением работ было определение условий, при которых продляется "жизнь" короткоживущего компонента. Оказалось, что существует набор внешних условий (температура, давление), при которых компонент живет свыше четырех секунд, а возможности для эффективного синтеза на следующей стадии еще не потеряны. Это позволило снизить коэффициент избыточности сразу в несколько раз - до пяти. С таким соотношением уже вполне могло справиться имеющееся на производстве оборудование.

Обеспечение скрупулезного соблюдения этих условий в реальных цеховых условиях потребовало реализации большого количества мероприятий, часто мелких и очень технически не интересных. Их выполнение растянулось на много месяцев. За это время была установлена вторая ректификационная колонна и цех начал давать план в условиях первоначального регламента. А работа по обеспечению нового регламента все продолжалась…

И только через полтора года задача была решена окончательно. Вторую ректификационную колонну отключили от схемы и использовали в других целях.

Я привожу этот разбор и рассказываю о событиях, которые происходили вокруг и за кадром для того, чтобы еще раз обратить внимание решателей, использующих методы, на два очень важных обстоятельства:

Во первых, предварительная работа с исходной ситуацией является критически важной и никогда не может считаться законченной.

Во вторых, выход на стандарное средство решения не может сам по себе гарантировать успешности и эффективности. Обязательно необходима адаптация принципа к конкретной ситуации, оценка возможностей и ограничений. Методы могут эффективно работать только в ситуации полной ясности о всем комплексе реально влияющих факторов. Без углубленной и детальной проработки особенностей ситуации, использование методов вместо победного марша может быстро превратиться в отступление по всем фронтам.