Триз. противоречие. Образование для новой эры

Ревенков А.В.

В развитии технических систем в соответствии с законами диалектики происходит чередование этапов количественного роста и качественных скачков. В процессе количественного роста в результате неравномерного развития характеристик технической системы появляются противоречия.

Противоречие - проявление несоответствия между разными требованиями, предъявляемыми человеком к системе, и ограничениями, налагаемыми на нее законами природы, социальными, юридическими, и экономическими законами, уровнем развития науки и техники, конкретными условиями применения и т. п.

Пример 6.1. При проектировании пассажирского самолета с более высокой скоростью, чем прототип, можно уменьшить площадь крыла (при том же полетном весе). Это связано с тем, что с увеличением скорости увеличивается скоростной напор и, следовательно, для создания той же подъемной силы крыла , где С yкр - коэффициент подъемной силы крыла, ρ - плотность воздуха, Ν - скорость полета, S kp - площадь крыла,

Можно уменьшить площадь крыла S kp . Это желательно сделать, так как чем меньше площадь крыла, тем меньше сопротивление трения и, следовательно, меньше расход горючего.

Но при уменьшении площади крыла падает подъемная сила при малых скоростях полета. Поэтому нужно увеличить посадочную скорость самолета, а это приведет к увеличению длины разбега и торможения и, следовательно, к потребности увеличить взлетно-посадочную полосу, что недопустимо.

На начальных этапах развития, когда требования относительно невысоки, а система обладает большими ресурсами, такие противоречия разрешаются путем компромисса: отыскиваются варианты конструкции, обеспечивающие приемлемые значения обеих конкурирующих характеристик. Но количественный рост продолжается, происходит накопление и обострение противоречий. Эти противоречия разрешаются в результате качественных скачков - создания принципиально новых технических решений.

Если технический объект создан, то весьма часто ставится задача увеличения его главной полезной функции (ГПФ). Для этого, как правило, требуется усилить какое-либо свойство одного из элементов этого технического объекта. Однако при усилении одних свойств элемента нарушается взаимодействие (согласованность) с другими элементами технической системы, возникает противоречие, то есть источником противоречий является совершенствование, развитие технических объектов.

6.1. Административное противоречие

Решение любой технической задачи начинается с анализа проблемы. Результатом этого анализа является постановка и формулировка задачи, которую нужно решать.

В проблеме обычно описывается необходимость создания некоторого технического объекта (ТО) для удовлетворения определенной потребности, приводится соответствующая аргументация этой необходимости, описываются функции, которые должен выполнять этот ТО; требования, которые к нему предъявляются.

Каждый потребитель той или иной продукции характеризуется определенными свойствами. Анализ свойств потребителей позволяет определить некоторый набор требований, которым должна удовлетворять продукция, предназначенная для удовлетворения возникшей потребности.

Каждый вид продукции можно охарактеризовать набором определенных свойств. Часть этих свойств определяют потребительные свойства продукции (рис. 6.1).

Поэтому прежде, чем создавать тот или иной продукт, необходимо, с одной стороны, сформулировать требования, которым он должен удовлетворять, с другой стороны, оценить технические возможности создания продукта с требуемыми свойствами.

Рис. 6.1

Если есть потребность в создании продукции с определенными потребительными свойствами, но неизвестно как ее удовлетворить, то возникает проблемная ситуация (ПС).

Описание ПС - это формулирование потребностей, функций, которые нужно выполнить. Проблема заключается в том, что на этом этапе не видно путей, как реализовать выполнение этой функции.

Проблемная ситуация возникает, если нет соответствия между требованиями, предъявляемыми потребителями, и имеющимися техническими возможностями. Например, создание телевизора с объемным изображением, создание искусственного спутника Земли со сроком активного существования 10 лет и др. То есть первоначальная формулировка проблемы часто носит социально-технический характер и в общем случае выражается в терминах: цель, потребность, функция, нежелательные эффекты.

Г.С. Альтшуллер назвал такие проблемные ситуации административным противоречием . Анализ развития множества ТС показал, что совершенствование их характеристик обычно связано с преодолением противоречий, выявляющихся по мере эксплуатации этих систем. Возникает потребность что-то изменить, улучшить, причем претензии к работе системы обычно формулируются в виде довольно расплывчатых пожеланий типа: "хочется, чтобы было лучше...", "нужно что-то сделать" и т. д., проблем много: нужно что-то сделать, но что?

Этому виду противоречий соответствует изобретательская ситуация, включающая в себя целый клубок задач, из которых нужно выбрать именно ту, которую следует решать в первую очередь. Каким образом выделить первоочередную задачу среди прочих?

Г.С. Альтшуллер в работе "Найти идею" отмечал: "Такие противоречия отражают сам факт возникновения изобретательской задачи, точнее - изобретательской ситуации. Они автоматически даются вместе с ситуацией, но они ни в какой мере не способствуют продвижению к ответу".

Таким образом, административные противоречия только обозначают проблему и в ряде случаев дают некоторое обоснование ее возникновения.

6.2. Техническое противоречие

В первоначальной формулировке проблемы формулируются некоторые потребности, функции, которые необходимо выполнить.

В зависимости от вида проблемной ситуации (ПС) ее можно разрешить двумя способами (рис. 6.2):

Рис. 6.2

существенно изменить рассматриваемую систему или ее взаимодействие с надсистемой (НС) таким образом, чтобы отпала необходимость в этой потребности, в выполнении этой функции - ПС 1 ; в этом случае формулируется проблема по изменению НС;

дополнить существующую техническую систему некоторым устройством, которое позволило бы удовлетворить сформулированную потребность - ПС 2 (см. пример на рис 6.2).

Проблемы могут быть разные.

Например, мы не знаем, как технически реализовать выполнение потребной функции.

Или мы в принципе знаем, какое устройство нужно создавать для выполнения потребной функции, но при этом появляются нежелательные эффекты.

Нежелательный эффект, во-первых, связан с тем, что за реализацию функции, которую он должен выполнять, надо "платить". Из стремления же к идеальному решению следует, что полезная функция должна выполняться, но затрат на ее реализацию не должно быть.

Пример 6.2. По трубопроводу перекачивают газ. Необходимо обеспечить постоянный массовый расход газа при заданном перепаде давлений на входе и выходе трубопровода. Однако температура газа на входе в трубопровод меняется. Следовательно, массовый расход газа тоже будет изменяться.

Таким образом, возникает проблема. Массовый расход газа должен быть постоянным для управления некоторым процессом, но он не может быть постоянным, так как изменяется температура газа. При этом в систему нежелательно вводить сложные устройства, которые осуществляли бы функцию регулирования.

Во-вторых, нежелательные эффекты могут проявляться в виде вредных свойств (функций), которые возникают при функционировании технического объекта. Например, мы создаем некоторый технологический процесс, а он оказывает вредное воздействие на человека (электромагнитные излучения, вибрации и т. д.) или загрязняет окружающую среду и др.

То есть проблемная ситуация (ПС 2) заключается в том, что функцию выполнять надо, ибо в этом есть потребность, а нежелательных эффектов при этом быть не должно.

Такие проблемы часто возникают на начальном этапе создания ТО, когда намечается некоторый план решения проблемы, то есть при формировании идеи, принципа действия ТО для реализации ГПФ или попытке улучшить некоторые функциональные характеристики технического объекта.

Г.С. Альтшуллер отмечал, что каждой задаче, входящей в изобретательскую ситуацию, соответствует свое техническое противоречие (ТП) . Суть ТП сводится к тому, что при улучшении известными путями одного свойства (параметра) системы недопустимо ухудшается другой параметр.

Любая продукция, предназначенная для удовлетворения потребностей, характеризуется многими свойствами: экономичностью, надежностью, эргономичностью, эстетичностью, патентоспособностью, транспортабельностью, безопасностью, экологичностью, технологичностью и т. д. Для некоторых видов продукции весьма важными показателями являются масса конструкции, плотность компоновки, энергоемкость, мощность, производительность, время срабатывания механизмов, точность отработки параметров и т. д.

Все эти показатели условно можно разделить на две группы: показатели, характеризующие степень (уровень) выполнения техническим объектом ГПФ , и показатели, характеризующие факторы расплаты за выполнение ГПФ.

Стремление улучшить одни характеристики продукции часто приводит к ухудшению других. По крайней мере, на этапе анализа проблемы и постановки задачи не видно путей, как сделать так, чтобы при улучшении одних свойств не ухудшались бы другие, тоже весьма важные.

В проектно-конструкторских и технологических задачах обнаруживается противоречивость многих свойств, например, точность и производительность в технологии обработки материалов; масса, надежность и стоимость; устойчивость и управляемость технических объектов и др.

Например, один из способов увеличения надежности летательных аппаратов (потребность) - создание резервных систем и агрегатов. А это приводит к увеличению массы аппарата, что недопустимо, так как увеличиваются затраты на выполнение задания (ГПФ).

Нежелательные эффекты могут быть связаны с тем, что улучшение некоторых потребительных свойств приводит к усложнению ТО и, следовательно, к увеличению факторов расплаты.

Ситуация, когда попытки улучшить одну характеристику (или часть) системы приводит к ухудшению другой ее характеристики (или части), называется техническим противоречием (ТП).

Например, в технологии производства мероприятия, направленные на повышение производительности обработки, часто приводят к ухудшению качества продукции. (Если один из двух вариантов технологии при лучшем качестве позволяет обеспечить и бoльшую производительность, то он вытесняет второй вариант; в этом случае проблемной ситуации нет.)

Техническое противоречие появляется часто тогда, когда разработчик пытается каким-либо известным ему способом улучшить один из параметров качества (или функциональное свойство) объекта, но это приводит к недопустимому ухудшению другого, тоже весьма важного параметра качества (или функционального свойства).

Пример 6.2. Увеличение числа инструментов в слесарном наборе улучшает возможности дифференцированного воздействия на изделие, но ухудшает условия работы с набором, который становится более громоздким.

Для улучшения функционального свойства весьма часто рассматривается изменение одного из параметров технической системы, который существенно влияет на это функциональное свойство.

Пример 6.3. Чем больше литейный уклон на модели отливаемого изделия, тем легче извлечь ее из песчаной формы при формовке, но при этом нежелательно увеличиваются припуски металла (дополнительные его объемы), которые приходится в дальнейшем устранять механической обработкой литой заготовки.

Для этой проблемы можно сформулировать технические противоречия в двух вариантах.

ТП-1: Увеличивая литейный уклон, мы облегчаем процесс формования, но при этом увеличиваются затраты на обработку резанием.

ТП-2: Уменьшая литейный уклон, мы снижаем затраты на обработку, но при этом усложняется процесс формования.

Техническое противоречие можно представить в виде схемы, показанной на рис. 6.3.

Рис. 6.3

Формулирование технических противоречий - это конкретная реализация более общего приема поиска решения - переформулирование условий задачи. Это модель задачи, в которой раскрываются положительные и нежелательные эффекты или явления в рассматриваемой предметной области.

При этом возникает проблема, как, сохранив или даже улучшив положительные стороны (эффекты) в создаваемом ТО, не допустить появления нежелательных эффектов.

Формулировка ТП позволяет вычленить положительные и нежелательные эффекты для того, чтобы провести анализ причин появления нежелательных эффектов, и тем самым активизирует мышление на поиск возможных направлений решения проблемы.

Пример 6.4. ТП: Уменьшая время на изучение конкретной темы, мы добиваемся того, что можем более широко информировать обучаемых, но при этом уровень знаний и умений по этой теме понижается.

Пример 6.5. ТП: Декларируя истины, мы даем материал сжато и энергично, но при этом снижается способность обучаемых к самостоятельному поиску знаний.

Пример 6.6. ТП: Необходимо повысить производительность токарной обработки заготовки.

Анализ доступных ресурсов позволяет наметить два мероприятия, которые будут приводить к появлению нежелательных эффектов, связанных, с одной стороны, с увеличением затрат и, с другой стороны, с ухудшением качества получаемой детали (табл.1).

Таблица 6.1

Пример появления нежелательных эффектов при попытке решить поставленную проблему В приведенной таблице можно увидеть следующие противоречия.

ТП-1: Для повышения производительности труда нужно увеличить скорость резания. Но при этом увеличивается температура резца. Период стойкости инструмента уменьшается и, следовательно, увеличиваются затраты на обработку.

ТП-2: Для повышения производительности труда нужно увеличить скорость резания. Но при этом увеличивается температура заготовки. В материале заготовки происходят структурные изменения и, следовательно, снижается качество детали.

ТП-3: Для повышения производительности труда нужно увеличить подачу инструмента (глубину резания на каждом проходе резца). Но при этом увеличивается шероховатость поверхности и, следовательно, снижается качество детали.

6.3. Физическое противоречие

Как видно из последнего приведенного примера, предлагаемые мероприятия, направленные на повышение производительности токарной обработки, приводят к появлению ряда НЭ.

Проведенный анализ позволяет обнаружить и конкретизировать противоречивость свойств при взаимодействии компонентов рассматриваемой технической системы.

Из анализа табл. 6.1 можно сформулировать следующие противоречия.

Скорость резания должна быть большая для повышения производительности обработки, и она не должна быть большая, так как при этом увеличится температура резца.

Скорость резания должна быть большая для повышения производительности обработки, и она не должна быть большая, так как при этом увеличится температура заготовки.

Подача должна быть большая для повышения производительности обработки, и она не должна быть большая, чтобы не увеличивалась шероховатость поверхности.

Таким образом, для того, чтобы разрешить ТП, формулируются частные задачи, в которых предъявляются несовместимые требования к свойствам отдельных компонентов или взаимодействию между компонентами рассматриваемого объекта.

Совокупность таких требований Ю.В. Горин предложил назвать физическим противоречием (в 1973 г.), подчеркивая, что отношения противоречия перенесены на уровень физических свойств и отношений элементов системы.

Г.С. Альтшуллер отмечал: "Стремясь убрать конфликтующие, противоречивые отношения между внешними сторонами технической системы, получим противоречие на уровне внутреннего функционирования системы. Такое противоречие, в отличие от технического, называется физическим противоречием (ФП).

Сформулированные в примере 6.7 ФП позволяют наметить минизадачи и, тем самым, определить область поиска возможных решений (табл. 6.2).

Таблица 6.2

Пример 6.7. Для получения рельефной поверхности на крупногабаритных оболочках, например, для образования усилений в местах сварки на днищах топливных баков (ТБ), для получения вафельного силового набора на обечайках ТБ (места А на рис. 6.4) применяется операция избирательного размерного химического травления.

Рис. 6.4

Излишки материала удаляются в щелочных растворах. Места, которые не должны подвергаться травлению (поз. А рис. 6.4), покрываются лаком.

Проблемная ситуация заключается в том, что необходимо весьма точно нанести защитный лак на участки, которые не должны подвергаться травлению. Лак должен иметь хорошую адгезию к металлу, чтобы в процессе обработки не было подтравливания материала под покрытием.

Если лак наносить по трафарету, то не удается получить точный контур. Поэтому было принято решение наносить лак на всю поверхность, а затем по шаблону чертилкой делать разметку, скальпелем надрезать покрытие и удалять лак с тех участков, которые должны подвергнуться химической обработке.

Но это решение привело к следующей проблеме. Защитное покрытие должно иметь хорошую адгезию к металлу для того, чтобы не было подтравливания материала под краями покрытия в процессе химической обработки и можно было бы получить точный контур, и покрытие должно иметь слабую (плохую) адгезию , чтобы после нанесения покрытия и его разметки (по шаблону) можно было бы легко удалить часть покрытия (в местах, где должно происходить травление).

Сформулируем ФП:

Лак должен иметь хорошую адгезию, чтобы не было подтравливания; лак должен иметь плохую адгезию, чтобы его можно было легко удалить с участков, подлежащих травлению.

Формулировка ФП - это предельно обостренная и лаконичная формулировка задачи, выраженная часто в парадоксальной форме, обладающая эвристической ценностью.

Кроме того, в этой формулировке необходимо указывать, почему, для какой цели к рассматриваемому объекту предъявляются эти противоречащие требования.

Таким образом, при формулировке ФП нужно раскрыть физическую природу конфликта, объяснить, почему требования, отраженные в постановке задачи, являются противоречащими, и для чего нужно удовлетворить обоим противоречащим требованиям.

Пример 6.8. Из некоторого города в другой надо доехать (на автомобиле) быстро, чтобы успеть к некоторому событию. Но ехать быстро нельзя, так как дорога плохая, и это опасно.

Ехать надо быстро и в то же время медленно. Два противоречащих свойства процесса, которые обусловлены разными требованиями: необходимостью успеть вовремя и безопасностью. Поэтому физическое противоречие можно сформулировать следующим образом.

ФП: Скорость должна быть большая, чтобы успеть, и скорость должна быть маленькая, чтобы доехать.

Таким образом, ФП - это ситуация, когда к объекту или его части предъявляются противоположные (несовместимые) требования. Оно строится по схеме: объект должен обладать свойством Р и, вместе с тем, иметь противоположное свойство анти-Р .

Например. Материал стальной детали, например железнодорожных рельсов, должен быть твердым и прочным (P 1), чтобы хорошо сопротивляться статическим нагрузкам и износу, и должен быть пластичным (P 2), чтобы хорошо сопротивляться ударным воздействиям, приводящим к выкрашиванию поверхностного слоя металла в зоне контакта с колесом. Применение операции термообработки увеличивает прочность и твердость, но при этом снижается пластичность. Свойства прочность и пластичность характеризуют различные качественные стороны материала, но они находятся в отношении противоположности. Для стальной детали они несовместимы.

6.4. Эвристическая ценность противоречий

В физических противоречиях требования, которые предъявляются к объекту, могут являться следствием различных целей, которые ставит перед собой инженер. Эти разные цели и приводят к необходимости реализации в техническом объекте несовместимых свойств (Р и анти-Р) .

Кроме того, физические противоречия могут быть связаны с тем, что требуемое свойство не представляется возможным реализовать, так как этому мешает проявление объективных законов природы. То есть научное основание наблюдаемого явления (которое является нежелательным) не согласуется с требованиями, которые предъявляются к рассматриваемому объекту.

Пример 6.9. Рассмотрим ламповый усилитель. Катод радиолампы должен иметь постоянную термоэлектронную эмиссию (P 1). Однако применение переменного электрического тока (от трансформатора) для подогрева катода приводит к тому, что термоэлектронная эмиссия изменяется (P 2) в соответствии с частотой электрического тока: в громкоговорителе слышен фон (50 Гц), а это недопустимо.

Требуемую функцию (постоянство термоэлектронной эмиссии) надо осуществить, не усложняя систему. Но при этом возникает техническое противоречие, которое можно сформулировать в двух вариантах.

ТП-1: Если для подогрева катода применить постоянный электрический ток, то термоэлектронная эмиссия будет постоянной, но при этом усложняется вся система (надо устанавливать выпрямитель).

ТП-2: Если для подогрева катода применить переменный электрический ток, то вся система упрощается (не надо устанавливать выпрямитель), но термоэлектронная эмиссия не будет постоянной и, следовательно, не обеспечится качество усилителя.

Из этих формулировок видно, что изменяемым параметром (см. рис. 6.3) является электрический ток.

Из этого ТП можно сформулировать следующее ФП.

ФП-1: Электрический ток должен быть переменным, чтобы не усложнять всю систему, и он не должен быть переменным для обеспечения постоянства электронной эмиссии.

Из этого ФП можно сформулировать следующее ИКР.

Катод, который подогревается переменным электрическим током, сам обеспечивает постоянство электронной эмиссии.

Но этому ИКР мешает физическая особенность протекающего процесса.

ФП-2: Электронная эмиссия должна быть постоянной для качественной работы радиолампы, но она должна быть переменной, так как катод подогревается переменным электрическим током.

В этом ФП описываются несовместимые свойства, которыми должен обладать катод при его взаимодействии с другими компонентами радиолампы и надсистемой, то есть при воздействии на него переменного электрического тока.

Рис. 6.5

Таким образом, в физических противоречиях дается описание свойств, которыми должны обладать компоненты системы, чтобы достичь тех целей, которые ставит перед собой разработчик.

Потребность в улучшении (усилении) некоторого функционального свойства Ф 1 влечет за собой необходимость придания одному из компонентов ТС технической характеристики (свойства) Р . Но это ухудшает другое тоже важное функциональное свойство Ф 2 (рис. 6.5).

Свойства Р и не-Р характеризуются на качественном уровне, например, адгезия: большая и маленькая (пример 6.8) скорость: большая и маленькая (пример 6.9), материал: прочный и пластичный, электрический ток: постоянный и переменный (пример 6.10).

Таким образом, ФП отражает ситуацию, в которой к физическому состоянию зоны конфликта предъявляются взаимно противоположные требования.

Для ТП, приведенного в примере 6.4, физическое противоречие можно сформулировать в следующем виде.

ФП: Литейный уклон должен быть большим для удобства формования, и уклон должен быть маленьким, чтобы уменьшить затраты на обработку резанием.

Физическое противоречие представляет собой два несовместимых по истинности высказывания. Как сделать так, чтобы они оказались совместимыми?

Обратимся к законам логики.

Закон непротиворечия гласит, что два противоположных высказывания не могут быть одновременно истинными в одно и то же время и в одном отношении. При этом предполагается соблюдение закона тождества, заключающегося в том, что в рассуждении каждое понятие должно употребляться в одном и том же смысле, в том же содержании признаков.

Закон непротиворечия не будет нарушаться, если утверждение или отрицание относятся к разному времени или изменились какие-либо другие условия. Или же в них понятие, которое является субъектом суждения, рассматривается в разных отношениях. Или же в этих суждениях разные субъекты, то есть рассматриваются разные понятия.

Таким образом, если субъекты высказываний будут разные, то о законе непротиворечия говорить не приходится, так как суждения, участвующие в формулировке ФП, становятся несравнимыми. Следовательно, они перестают быть несовместимыми.

Поэтому можно предложить следующие приемы разрешения противоречий.

Смысл этого приема заключается в том, что при функционировании объекта в одни промежутки времени проявляется одно свойство, например P , а в другие промежутки времени - другое противоположное свойство не-P .

Поскольку субъекты суждения разделены во времени, то в формулировке ФП они представляют собой разные понятия. Следовательно, высказывания, составляющие ФП, становятся несравнимыми и перестают быть противоречащими.

Практическая реализация этого приема весьма часто сводится к введению в систему, например вещества, на определенное время. Это вещество должно обеспечить получение нужного свойства в заданный период времени, а когда оно выполнит свою функцию, оно должно пропасть.

Естественно, возникает проблема, как это организовать. Какими свойствами должно обладать это вещество? Какие поля можно ввести в систему (или найти в ТС или компонентах, с которыми взаимодействует рассматриваемый технический объект), чтобы это вещество проявило нужные свойства?

Для этого нужно посмотреть, какие другие свойства можно обнаружить в системе в эти моменты времени и как их можно для этого использовать.

Таким образом, формулировка ФП активизирует мышление и дает некоторые направления поиска решения.

Пример 6.10. В промышленности распространен способ определения площадок контакта поверхностей при помощи растертых на минеральных маслах красок. Краску наносят на одну поверхность, затем эту поверхность вводят в соприкосновение с другой поверхностью. По распределению пятен краски на этой второй поверхности судят о качестве контакта. Слой краски составляет порядка 5-6 мкм. Для более точного определения зоны контакта поверхностей необходимо применение более тонкого слоя краски. Однако тонкий слой не позволяет четко видеть границы пятна краски.

ТП: При уменьшении толщины краски повышается точность контроля, но ухудшается индикация (обнаружение) результата.

ФП: Слой краски должен быть тонким для повышения точности и он должен быть толстым для обнаружения.

Здесь можно воспользоваться известным приемом переформулирования условий задачи - заменить некоторые термины, желательно более общими, чтобы избавиться от вектора психологической инерции, расширить область поиска возможных решений. В частности, во второй части ФП мысль: "толстым для обнаружения" заменить "контрастным для обнаружения" . Это будет более общая и более точная формулировка, так как толстый слой нужен для контрастности.

Из формулировки ФП видно, что в рассматриваемом технологическом процессе можно выделить два этапа: испытание - приведение площадок в соприкосновение и контроль - момент обнаружения границ пятен краски.

Следовательно, рассматриваемые свойства должны быть различные в разные моменты времени. Значит, нужно использовать прием разрешения противоречия во времени.

Естественно возникает вопрос: какие вещества и (или) поля можно ввести в технологический процесс, чтобы разрешить это противоречие во времени?

Отсюда можно наметить путь решения задачи. Слой краски должен быть тонким в момент испытания, а при контроле пятно краски становится контрастным.

Какие вещества и поля можно ввести в систему, то есть какие физико-технические эффекты можно использовать для решения этой частной задачи?

Можно ввести вещество, которое вступит в химическую реакцию с нанесенным слоем краски, можно ввести в краску люминофор и применить ультрафиолетовое облучение и др.

Действительно, если пытаться ввести в систему вещество, то оно должно определенным образом взаимодействовать с веществами и полями, которые имеются в рассматриваемом техническом объекте. Значит, поиск решения заключается в том, что сначала формулируются свойства, которыми должно обладать это вещество, а потом с учетом определенных ограничений осуществляется поиск самого вещества.

Второй весьма часто применяемый способ разрешения ФП во времени основан на использовании закона динамизации. Действительно, если объект должен иметь различные свойства в разные моменты времени, значит, он должен как-то изменяться и быть легко управляем. Противоречие, описанное в примере 6.1, разрешено введением элементов механизации (закрылки, предкрылки). При посадке самолета форма крыла меняется таким образом, что увеличиваются и коэффициент подъемной силы, и площадь крыла.

Складывающиеся устройства: нож, зонтик, стул, убирающееся шасси самолета, телескопическая удочка - все эти технические решения были разработаны потому, что нужно было разрешить ФП.

Пример. Шариковая ручка должна оставлять след на бумаге, но не должна оставлять следы на одежде, не пачкать карман. Противоречие разрешается во времени либо введением еще одного вещества (шариковая ручка с колпачком), либо за счет динамизации (убирающийся стержень).

Разделить противоречащие свойства в пространстве

Практическая реализация этого приема заключается в том, чтобы разнести в пространстве противоречащие свойства, которыми должен обладать рассматриваемый объект.

Пример 6.11. Еще раз вернемся к рассмотрению проблемы повышения свойств стальных изделий. Для того, чтобы металлическая деталь обладала хорошей износостойкостью нужно, чтобы она имела высокую твердость. Это достигается применением термически упрочняемого материала и процессами упрочняющей термической обработки. Но в таком состоянии материал, как правило, имеет низкую ударную вязкость, то есть подвержен хрупкому разрушению при ударных нагрузках.

Твердость нужна для износостойкости, то есть только в поверхностном слое.

В хрупком материале возникшая трещина развивается практически мгновенно, а в вязком материале происходит медленное разрушение при значительной пластической деформации.

При ударных нагрузках вязкий материал деформируется, а хрупкий ломается. В работающей машине процесс развития пластической деформации может быть обнаружен по изменению характера ее работы. Поэтому высокая ударная вязкость материала конструкции является одним из способов обеспечения безопасности эксплуатации техники.

В конкретной задаче физическое противоречие заключается в том, что: "Деталь должна быть твердой для обеспечения высокой износостойкости, и деталь не должна быть твердой, чтобы иметь высокую ударную вязкость" .

Формулировка этого ФП сама "подсказывает", что его можно разрешить разделением этих свойств в пространстве - твердой деталь должна быть только в поверхностном слое.

Решение: материал детали не упрочняется термической обработкой (малое содержание углерода), а поверхностный слой цементируется (науглероживается) и производится термообработка - закалка.

Высказывания в ФП перестают быть противоречащими, так как в них меняются субъекты. Теперь уже одна часть рассматриваемого объекта обладает свойством Р , а другая - противоположным свойством не-Р .

Таким образом, чтобы понять, можно ли разрешить противоречие в пространстве или во времени, нужно проанализировать требования, которые приводят к противоречащим свойствам, выяснить, в чем различие этих требований.

Для разрешения ФП в пространстве можно либо использовать свободное (пустое) пространство в ТО, либо ввести в систему вещество-разделитель.

Следует отметить еще одну важную особенность этого этапа решения задачи.

Формулировка ФП - это модель задачи. И как всякая модель она позволяет выделить существенные стороны решаемой задачи, сконцентрировать на них свое внимание, понять какие вещественно-полевые, пространственные и временные ресурсы можно использовать для решения проблемы.

Формулирование ФП раскрывает еще два важных аспекта решаемой задачи. Эта модель дает возможность выявить оперативную зону и оперативное время .

Оперативная зона (ОЗ) - это пространство, в пределах которого возникает конфликт.

Оперативное время (ОВ) - это момент времени, когда конфликт возникает, а также время до появления конфликта, когда в ТО происходят процессы, подготавливающие этот конфликт.

Определение оперативной зоны и оперативного времени позволяет конкретизировать поставленную задачу.

В примере 6.12 ОЗ - это все тело детали, ОВ- технологический процесс, в котором формируются рассматриваемые свойства, то есть, процессы термообработки.

В примере 6.11 ОЗ - сопрягаемые площадки, ОВ - от момента испытания до момента контроля.

Рассматривая противоречащие высказывания как диалектическое противоречие, естественно заключить, что для его разрешения нужно найти (синтезировать) такое решение, которое позволило бы избавиться от НЭ и сохранить или, еще лучше, усилить нужное свойство. То есть нужно создать объект с новыми свойствами, исключающими рассматриваемое противоречие (речь идет не о поиске компромиссного решения). Поэтому для разрешения противоречия естественно воспользоваться приемами, которые позволяют изменять системные свойства рассматриваемых объектов.

Из приведенных примеров видно, что разрешение противоречий в пространстве и во времени, как правило, сопровождалось введением в систему веществ и полей, то есть, введением компонентов и связей, которые приводили к изменению системных свойств ТО.

Изменение системных свойств ТО возможно так же и за счет других структурных изменений.

Введение, удаление связей, изменение характера связей между компонентами системы

Пример 6.12. В радиоприемнике сила радиосигнала (особенно коротких волн) на антенне значительно изменяется. Это обусловлено в основном взаимным наложением радиоволн, приходящих в точку приема различными путями. Это сказывается на выходном сигнале - явление фединга-замирания.

ФП: Сила выходного сигнала должна быть постоянной для удобства прослушивания передач, но она не может быть постоянной из-за явления фединга-замирания.

ОЗ - все радиоприемное устройство от антенны до громкоговорителя;

ОВ - моменты времени, когда изменяется сила сигнала на антенне.

Разрешение ФП

Изменение связей в усилительном устройстве: введение отрицательной обратной связи - устройство, называемое автоматическим регулятором усиления.

Для разрешения ФП в примере 6.10 в катод было введено вещество. В каналах тонкого фарфорового цилиндрика помещена вольфрамовая нить - нагреватель. Нить накаливается переменным электрическим током, и ее тепло передается фарфоровому цилиндрику и нанесенному на него никелевому слою. Электрического контакта между катодом и нагревателем нет. Термоэлектронная эмиссия стала постоянной.

В примере 6.7 решения минизадач 1, 2, 4, приведенных в табл. 6.2, основаны на введении в систему дополнительных компонентов.

Системные свойства ТО могут быть изменены также еще одним приемом, основанным на системном подходе.

Количественные изменения в компонентах или во взаимодействиях между ними, которые привели бы к качественным изменениям.

Количественные изменения весьма часто приводят к качественным изменениям и, следовательно, оказывают существенное влияние на системные свойства объекта.

Например, при нагреве жидкости до определенной температуры происходит ее испарение, при нагреве ферромагнетика до определенной температуры, называемой точкой Кюри, происходит скачкообразное изменение магнитных свойств.

Закалка сталей основана на том, что при охлаждении при определенной температуре происходит изменение кристаллической решетки железа. При этом изменяется растворимость углерода в железе (сталь - это твердый раствор углерода в железе). Но здесь применен еще один прием - количественные изменения. При быстром охлаждении фиксируются те структуры, которые устойчивы при высокой температуре.

Следует отметить, что в технических решениях, как правило, используется сразу не менее двух приемов. Например, введение компонента в систему часто приводит и к разделению противоречащих свойств в пространстве; для того, чтобы разделить противоречащие свойства во времени или ввести количественные изменения во взаимодействие компонентов, иногда приходится вводить в систему еще один компонент в виде вещества или поля.

Таким образом, для разрешения ФП целесообразно, в первую очередь, проанализировать те требования, которые приводят к появлению несовместимых свойств, проверить, действительно ли необходимо совмещать противоречащие свойства в одной и той же точке пространства и в один и тот же момент времени, то есть рассмотреть, нельзя ли разрешить противоречие в пространстве или во времени.

Пример 6.13. Период колебания маятника (например, часов - "ходики") должен быть постоянным при изменении окружающей температуры (рис. 6.6, а).

Но поскольку температура воздуха меняется, то это сказывается на точности хода часов. Это связано с тем, что с изменением температуры изменяется длина маятника и, следовательно, период его колебаний.

Рис. 6.6

ФП: Период колебания маятника должен быть постоянным, но он не может быть постоянным, так как при изменении температуры изменяется длина маятника. Стержень металлический и при изменении температуры изменяется его длина.

ОВ - то время функционирования объекта, когда происходит изменение температуры;

ОЗ - точка подвеса, стержень, точка расположения центра масс груза, то есть вся система в целом.

ОЗ и понимание физических законов, которым подчиняется функционирование объекта, позволяют наметить пути решения задачи.

Период колебания маятника зависит от длины стержня и силы тяжести: , где L - длина маятника; g - ускорение силы тяжести.

Естественно, возникает задача, как управлять этими параметрами. При этом надо стремиться к получению идеального технического решения, то есть ТО должен управлять собой сам.

Здесь следует отметить еще одно важное обстоятельство. Технические и физические противоречия часто возникают именно после формулировки идеального технического решения, идеального конечного результата.

В данном случае объект должен сам управлять своими параметрами, для..., но он не может этого сделать, так как у него нет для этого ресурсов . Это тоже можно рассматривать как физическое противоречие.

Значит, эти ресурсы нужно найти. И ориентировку в поиске ресурсов дает представление об оперативной зоне, оперативном времени и компонентах надсистемы, с которыми связан рассматриваемый ТО.

Нужно устройство, которое хорошо бы реагировало на изменение температуры и изменяло бы длину маятника или силу притяжения груза (mg).

Какие вещества и поля можно ввести в систему?

6.5. Заключение

Таким образом, административные (АП), технические (ТП) и физические (ФП) противоречия - это модели задач.

Из приведенных примеров видно, что:

Административные и технические противоречия носят содержательный характер, а по форме они представляют собой описание проблемной ситуации.

Административные противоречия только формулируют проблему в терминах: цель, потребность, функция, нежелательные эффекты .

В ТП противоречие связано с функционированием ТО в целом при выполнении им главной полезной функции (ГПФ). В нем определяется изменяемый параметр, который существенным образом влияет на функциональные свойства технического объекта. Формулировка ТП позволяет обозначить направления решения проблемы.

В ФП , как правило, речь идет о компонентах ТО и их взаимодействиях.

В отличие от АП и ТП в физическом противоречии формулируются требования, приводящие к несовместимым свойствам, которыми должен обладать объект. Раскрывая суть конфликта, формулировка ФП обладает эвристической ценностью и позволяет наметить приемы поиска решения задачи.

Задачи и обстоятельства, в которых они возникают, могут быть самые разные. Дать рекомендации на все случаи невозможно. Поэтому весьма важным является систематизация приемов, их свертывание в компактный набор, который при необходимости можно было бы развернуть.

Г.С. Альтшуллер предложил 11 приемов разрешения физических противоречий, применение которых будет рассмотрено при изучении алгоритма решения изобретательских задач. Но чтобы ими воспользоваться, нужно уметь выявить и сформулировать физические противоречия.

Кроме того, не надо забывать, что знание законов техники весьма часто позволяет целенаправленно выйти на нужный прием разрешения противоречий.

ТРИЗ для «чайников»

Приемы устранения технических противоречий

Лев Хатевич Певзнер

Редактор Надежда Станиславовна Сотникова

ISBN 978-5-4485-7523-5

Создано в интеллектуальной издательской системе Ridero

ВВЕДЕНИЕ

Я познакомился с ТРИЗ в 1982 году на семинаре, который проводили Г. С. Альтшуллер, В. М. Петров и В. М. Герасимов. После месяца обучения нам показалось, что мы всесильны, что мы способны решать любые задачи. Но действительность быстро приземлила нас. Задачи почему-то не решались. То, что казалось панацеей, не «лечило» наши конкретные диагнозы.

Позднее я понял – не произошло ничего неожиданного. Самая хорошая скрипка не звучит без скрипача, и даже суперсовременный самолет сам не делает фигуры «высшего пилотажа». Так и с ТРИЗ – это сильный инструмент, но только в руках профессионалов. А профессионалом можно стать только после 5-10 лет плотной работы со всеми инструментами ТРИЗ. Таких специалистов в СССР было несколько десятков человек, да и сейчас немногим больше. Но зато каждый способен решить практически любую изобретательскую задачу.

Особенно эффектно это происходило на обучающих семинарах по заказам предприятий. Неподготовленному человеку трудно поверить, что ТРИЗ-профессионалы могут в течение часа решить проблему, над которой группа инженеров билась несколько месяцев или даже лет. Инженеры предприятий встречали нас всегда с большим недоверием, особенно на таких сильных предприятиях, как НГМК или Уралмаш. Все, что мы им показывали в первые дни, вызывало недоверие: понятно, тут у вас все подготовлено, вот и получается, а попробуйте-ка реальную задачу решить.

Сразу мы не соглашались, ведь чтобы создать напряжение – нужна пауза. Но на третий день семинара мы предлагали дать любую практическую задачу, стоящую перед предприятием. Всем слушателям становилось ясно, что тут заготовки быть не может, и вся группа со злорадством ждала оглушительного провала. Ведь задача, которая потребовала несколько лет работы лучших специалистов предприятия и на которую у них был «контрольный ответ», не может быть решена человеком со стороны, да еще в течения часа-полутора. И вот тут провалиться было нельзя! Но мы и не проваливались. Как правило, всегда находилось решение, которое часто было гораздо более эффектным, чем заготовленный заказчиками «контрольный ответ». Трудно поверить, что это возможно, но это так! Поэтому после таких «показательных выступлений» контакт с группой налаживался очень быстро. Так было на всех моих семинарах. Исключение составил семинар в Норильске, где я в составе команды Б. Злотина участвовал в обучении сразу трех групп инженеров. Надо сказать, что инженерный корпус НГМК был самым сильным из всех, с кем мне приходилось работать. Это были молодые и очень умные ребята. Они быстро сообразили, что мы действительно умеем решать задачи и… начали активно эксплуатировать нас! За этот семинар мы решили для каждой группы наших слушателей по 10-12 реальных задач по производству. Это, разумеется, входило в стоимость семинара и, я уверен, комбинат вернул все свои затраты на семинар только за счет этих решений.

Основной проблемой ТРИЗ является то, что этот сильный инструмент очень не прост в освоении и применении. Поэтому, даже прослушав серьезный курс ТРИЗ, инженеры не могут сразу эффективно применять его. Именно это и препятствовало быстрому распространению ТРИЗ, поскольку у рядового инженера нет времени на освоение новых навыков. Как разрешить это проблему – сделать сильный инструмент доступным широкому кругу инженеров? Ведь зачастую у меня были семинары всего от 12 до 40 часов, что явно недостаточно. Как убедить рядового инженера, что ТРИЗ эффективен? Как дать ему инструмент, чтобы он сразу мог пользоваться им?

Я любил вести обучение в виде беседы со слушателями, когда просто рассказывал основные инструменты ТРИЗ, иллюстрируя все примерами из своей практики, шутками и анекдотами. Так проще понимать материал и принимать его (ведь, как говорят, «в каждой шутке есть только доля шутки, а все остальное – правда»). А заодно просил слушателей самим попробовать сразу применять изложенный материал к своим производственным проблемам и обсуждал с ними их проблемы и задачи.

В этой книге мы рассмотрим 20 основных приемов устранения технических противоречий, которые я выбрал как наиболее эффективные и часто применяемые. На основе более чем 30-летнего опыта работы я исключил часть приемов, которые используются редко, а часть приемов перегруппировал и объединил для удобства работы.

В отличие от традиционного изложения приемов, я подробно раскрою подприемы каждого из них, а также расскажу о типовых применениях этих приемов, подкрепив каждый пункт примером (задачей-аналогом). Это позволит тебе, Читатель, увидеть как общие аналогии (приемы), так и более конкретные аналогии, а значит найти больше интересных решений.

В этой книге будут изложены два инструмента – алгоритм выявления противоречия и приемы.

Понимание изобретательской задачи как противоречия в системе позволяет быстро выбрать метод решения, а зачастую и решить ее сразу, без привлечения специальных инструментов ТРИЗ. А использование приемов устранения технических противоречий часто подсказывает аналогии, которые могут наводить на решение. Эти материалы, с моей точки зрения, позволяют быстро перейти к практическому использованию ТРИЗ. Эти инструменты доступны рядовым инженерам, имеющим общую техническую подготовку, минимальные знания и опыт работы с инструментами ТРИЗ. Для работы достаточно просто читать излагаемый материал и примерить его на свои проблемы.

Глава 1. БАЗОВЫЕ ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Собственно говоря, комплекс инструментов ТРИЗ основывается на двух базовых философских сентенциях:

1. Весь материальный мир развивается по объективным законам диалектики, и техника, как часть материального мира подчиняется этим законам.

2. Законы развития техники объективны – их можно познать и осознанно использовать для развития техники.

Пример-шутка

К одесситу подходит приезжий

– Скажите, если я пойду по этой улице там, в конце будет вокзал?

– Знаете, он там будет, даже если вы туда не пойдете.

Рис. 1. Знаете, он там будет, даже если вы туда не пойдете

Из этих двух положений вытекают очень важные следствия:

– если есть общие закономерности развития техники, значит, есть и общие подходы к решению изобретательских задач в различных областях науки и техники; эти закономерности можно выявить и использовать;

– на основании общих философских подходов можно разработать конкретные закономерности (вплоть до приемов, микростандартов), позволяющие прогнозировать развитие техники в разных областях, на основе общих закономерностей, выявленных в одной из них.

Что такое правильно поставить задачу?

Из основных положений ТРИЗ следует, что развитие техники идет по пути развития, обострения и разрешения противоречий, на основе основного закона диалектики – закона единства и борьбы противоположностей. Поэтому при развитии техники и решении задач следует в первую очередь выявлять противоречие, препятствующее развитию технической системы или решению изобретательской задачи.

Говорят, что правильно поставить задачу – наполовину решить ее. В технике правильно поставить задачу – это выявить ключевое техническое противоречие из общей изобретательской ситуации, которое мешает развитию системы или решению задачи.

Дело в том, что задачи, которые ставятся перед изобретателями, строго говоря, не являются техническими задачами. Как правило, мы сталкиваемся даже не с задачей, а с изобретательской ситуацией.

Изобретательская ситуация – это то, как мы видим проблему внешне. И хотя часто, кажется, что проблема поставлена точно и определенно, но реально это не так. В изобретательской ситуации часто бывает смешано несколько задач, а иногда вообще ставится не та задача, которую надо решать!

Почти всегда в описании проблемной ситуации присутствует избыточная информация (зачастую просто неверная или субъективная информация!), которая не имеет отношение к проблеме, но сильно затрудняет понимание ее сути и решение. Иногда же наоборот, границы задачи неоправданно заужены, что мешает найти решение. И часто правильно понять проблему – почти эквивалентно решению задачи. Именно поэтому крайне важно бывает понять, что мешает нам решить ту или иную задачу, то есть выявить техническое противоречие.

В предыдущих статьях мы выяснили, что один из ключевых моментов решения какой-либо творческой задачи – это увидеть противоречие и правильно его сформулировать. предлагает три вида формулировки противоречий, из которых только два будут являться творческой изобретательской задачей.

Наглядно продемонстрировать ребенку эффективность правильной постановки изобретательской задачи Вы можете, если, например, в житейских ситуациях или при чтении, не спеша и останавливаясь по ходу повествования для размышлений, будете направлять мысли ребенка по разным путям постановки задачи.

Рассмотрим на примере сказки «Машенька и медведь» .

Административное противоречие : «Объект (или систему) нужно изменить, но как – не известно».
Машенька хочет вернуться домой. Возможно ли это?
Это самая «слабая» формулировка. Решение возможно путем перебора вариантов, что занимает много времени и не всегда приводит к самому лучшему результату. Но помогает выявить проблему.

Техническое противоречие : «Если …. , то «+» ….., но «-» …. А если наоборот, то «+» ….., но «-» ….»
Если Машенька убежит от медведя, то она освободится, но может заблудиться в лесу. Если же Машенька не будет убегать, то она будет жива и здорова, но никогда не попадет домой.
Здесь уже явно прослеживается противоречие: или-или. Рассуждения помогут придти к выводу, что постараться освободиться нужно, так как желание Машеньки – вернуться домой, но убегать тоже опасно. Такая постановка задачи отсечет некоторые варианты (убежать, пока медведь спит, выпрыгнуть из окошка и т.п.) но нахождение решения будет тоже довольно затруднительно.

Физическое противоречие : «Объект должен быть… (свойство), чтобы выполнить… (функцию). И объект должен быть … (противоположное свойство), чтобы выполнить… не/анти (функцию)» или «Должно выполняться… (действие), чтобы задача была решена, и должно выполнятся … (не действие) – потому что это реальность»
Машеньке нужно освободиться от медведя, чтобы попасть домой. И Машеньке нужно оставаться с медведем, потому что медведь знает дорогу к ее дому
Это уже постановка изобретательской задачи.

Такая формулировка позволяет сразу перейти ко второму шагу в алгоритме решения противоречий — Более подробно о Идеальном конечном результате мы поговорим в следующих статьях, а пока определим, что ИКР – это ситуация, когда нужное решение осуществляется максимально эффективно с минимальными затратами. В нашем примере ИКР выглядит так:
Медведь сам приводит Машеньку домой.
Согласитесь, что определение ИКР значительно сужает поиск вариантов решения.

Следующий шаг: выявить имеющиеся Ресурсы. Ресурсы – это все, что может быть полезным при решении нашей задачи. Причем желательно использовать те ресурсы, которые уже есть в данной ситуации или наиболее «дешевые».
Конечно, самый «дешевый» вариант – уговорить медведя. Но результат маловероятен – медведю нравится, что Машенька заботится о его жилище и составляет ему кампанию. Поэтому рассматриваем те ресурсы, которое есть в распоряжении Машеньки и могут быть использованы для решения противоречия.

Если после выдвижения Идеального Конечного Результата и выявления Ресурсов решение не находится, нужно применить Приемы разрешения противоречий.
О всех приемах я напишу в следующей статье, а пока познакомлю вас с приемом, которым воспользовалась Машенька:

Прием объединения.
Если необходимое действие невозможно совершить с одним объектом, то их производят с несколькими объектами, которые можно:
- соединить,
- объединить,
- поместить один в другой.

Завершающим шагом в решении творческой задачи будет анализ принятого решения с позиции идеальности: насколько сложно будет осуществить решение; не требуются ли сторонние ресурсы, и если требуются, то насколько они затратны; нет ли нежелательных побочных эффектов.

С точки зрения решения противоречий Машенька смогла использовать идеальный вариант – медведь сам донес ее до дома при использовании имеющихся в ее распоряжении ресурсов.

Таким образом, алгоритм решения противоречий представляет собой следующие шаги:
1. Сформулировать творческую задачу и идеальный конечный результат.
2. Определить имеющиеся ресурсы.
3. Найти возможные варианты решения с опорой, в первую очередь, на имеющиеся ресурсы. При затруднении использовать приемы решения противоречий.
4. Проанализировать решение с позиции идеальности.

Особенно эффективно использование алгоритма решения противоречий, когда ребенок попадает в затруднительную ситуацию. Не спешите давать готовый ответ, лучше наводящими вопросами проведите его по алгоритму и позвольте ребенку почувствовать себя первооткрывателем, изобретателем, творцом.

Из личного опыта: при одевании на прогулку оказалось, что у одной девочки подготовительной группы оторвалась завязка на вязаной шапке. Что делать? Шапка будет спадать с головы при подвижных играх, ей может надуть в уши и т.п. На группе иголки держать запрещено, к кастелянше я сбегать не могу. Формулирую задачу – девочке нужно идти на прогулку, потому что вся группа сейчас пойдет гулять. И ей нельзя идти гулять, так как шапка плохо держится на голове. ИКР – шапка сама держится на голове. Дети с удовольствием подключились к поискам решения с опорой на доступные ресурсы. Было выдвинуто множество вариантов, некоторые довольно фантастические (например, приклеить шапочку к голове), другие, в принципе, выполнимые, но отвергнутые самой девочкой (например, повязать шапку шарфом). В конце концов, было найдено оптимальное решение: оставшаяся завязка была продета в одну из петель шапки и завязана. Так как мы с детьми уже второй год занимались по технологии ТРИЗ, то на поиск и нахождение решения потребовалось всего несколько минут.
Попробуйте и вы при создавшейся затруднительной ситуации помочь ребенку самому найти решение. Поделитесь в комментариях, получилось ли найти лучшее решение, какие затруднения были, какое, может быть, неожиданное для вас решение нашел ваш ребенок.

ТРИЗ учит решать изобретательские задачи. Известные - с помощью Информационного фонда , неизвестные - с помощью АРИЗ. Алгоритм решения изобретательских задач (АРИЗ) является, пожалуй, самым популярным и действенным элементом (и инструментом) теории Альтшуллера. Алгоритмы представляют собой подробное и достаточно трудоемкое описание последовательности изобретательского процесса, которое может взять на вооружение каждый человек, чья деятельность связана с творчеством. Но при этом стоит отметить, что важно не только знание, но и понимание алгоритмов, а также практика работы с ними. Автор методики писал: «АРИЗ - инструмент для мышления, а не вместо мышления».

Поскольку АРИЗ занимает важное место в теории изобретательских задач, в этом уроке мы попробуем дать ответ на вопрос: какие алгоритмы ТРИЗ используются для поиска наиболее подходящих решений и как с ними эффективно работать?

Что такое АРИЗ?

Алгоритмом Г. С. Альтшуллер назвал свою методику в широком, а не узком, математическом смысле. Алгоритм решения изобретательских задач не требовал жесткой точности, как, например, алгоритм извлечения квадратного корня из целого положительного числа. Он отличался гибкостью: разные задачи могли решаться разными путями, зависящими не только от условий задачи, но и от знаний, опыта и способностей самого изобретателя.

АРИЗ - это комплексная программа алгоритмического типа, основанная на законах развития технических систем и предназначенная для анализа и решения изобретательских задач.

Это своеобразная пошаговая инструкция, в которой можно выделить 3 части (по книге В. Петрова «Алгоритм решения изобретательских задач»):

Программа АРИЗ - последовательность операций по выявлению и разрешению противоречий, анализу исходной ситуации и выбору задачи для решения, синтезу решения, анализу полученных решений и выбору наилучшего из них, накоплению наилучших решений и обобщению этих материалов для улучшения способа решения других задач. Структура программы и правила ее выполнения базируются на законах и закономерностях развития техники.
Информационное обеспечение , включает в себя систему стандартов на решение изобретательских задач; технологические эффекты (физические, химические, биологические, математические, в частности, наиболее разработанных из них в настоящее время - геометрические); приемы устранения противоречий; способы применения ресурсов природы и техники.
Методы управления психологическими факторами, ведь программа АРИЗ предназначена для использования человеком. Помимо преодоления психологической инерции, технология позволяет развивать творческое воображение необходимое для решения сложных изобретательских задач.

Основные понятия АРИЗ

Категориальный аппарат АРИЗ достаточно прост и базируется на двух основных понятиях: противоречиях и идеальном конечном результате. Рассмотрим их детально и проиллюстрируем примерами.

Противоречия. Противоречие - взаимодействие противоположных, взаимоисключающих сторон и тенденций, предметов и явлений, которые вместе с тем находятся во внутреннем единстве. В случае с ТРИЗ и АРИЗ решение проблемы строится на последовательности по выявлению и разрешению противоречий, устранению их причин. АРИЗ апеллирует к трем видам противоречий, благодаря которым выявляются причинно-следственные связи. Их определение необходимо для понимания сути решения задачи, поэтому рассмотрим их детальнее.

Поверхностное противоречие (ПП) - противоречие между потребностью и возможностью ее удовлетворения. Классическая теория Г. С. Альтшуллера называет это противоречие административным (АП), поскольку оно часто формулируется администрацией или заказчиком и содержит отсылку к проблеме: «Надо увеличить скорость работы, но неизвестно как» или «Имеется брак в производстве, его нужно устранить, но неясно как это сделать» и т.д. Поверхностное противоречие (ПП) сопряжено либо с устранением нежелательного эффекта (НЭ) - того, что нас не устраивает в технической системе, либо с необходимостью создания чего-то нового, но еще непонятно как. Пример: снимая горячую кастрюлю с плиты, можно обжечься. Как устранить этот недостаток?

Углубленное противоречие (УП) - это противоречие между определенными частями, качествами или параметрами системы. УП возникает при улучшении одних частей (качеств или параметров) системы с учетом недопустимости ухудшения других, когда полезное действие, вызывает одновременно и вредное. Обычно приходится искать компромисс, то есть чем-то жертвовать ради решения (скоростью работы, габаритами и т. д.). Таким образом, углубленное противоречие представляет собой причину возникновения поверхностного противоречия, усиливая его. Г. С. Альтшуллер, указывая, что для решения задачи нужно изменить технические характеристики объекта, называл это противоречие техническим (ТП). Пример: кастрюля должна нагреваться, ведь только так возможно приготовление еды. Это вступает в противоречие с потребностью снимать кастрюлю руками.

Обостренное противоречие (ОП) - предъявление диаметрально противоположных свойств (например, физических) к определенной части технической системы. Оно необходимо для определения причин, породивших углубленное противоречие, другими словами, является дальнейшим его углублением. Порой это нужно для выявления первопричины. Для многих незнакомых с АРИЗ такая формулировка звучит непривычно, ведь ОП подразумевает, что часть ТС должна находиться сразу в двух взаимоисключающих состояниях: быть холодной и горячей, подвижной и неподвижной и т.д. Изучение причин, породивших углубленное (техническое) противоречие приводит к необходимости выявления противоречивых физических свойств системы, поэтому Г. С. Альтшуллер назвал его физическим противоречием (ФП). Пример: кастрюля должна быть горячей, чтобы готовить в ней еду, и холодной, чтобы снимать ее руками. Но достаточно, чтоб горячим было только дно и стенки. А вот ручки можно сделать из теплоизоляционного материала. Так мы приходим к решению.

Идеальный конечный результат (ИКР) - решение, которое мы хотели бы видеть в своих самых смелых мечтах, когда возможно абсолютно все. ИКР - идеальная система, КПД которой равен 100%. Альтшуллер предположил, что самое эффективное решение проблемы - такое, которое достигается «само по себе», только за счет уже имеющихся ресурсов. Он определял идеальный конечный результат (ИКР) как ситуацию когда: «Некий элемент (X-элемент) системы или окружающей среды сам устраняет вредное воздействие, сохраняя способность выполнять полезное».

Идеальная техническая система - это система, которой нет, а ее функции выполняются, другими словами, цели достигаются без средств. Мы приводили пример такой ТС, описывая закон увеличения степени идеальности системы.
Идеальное вещество - вещества нет, а функции его (прочность, непроницаемость и т.д.) остаются. Этим объясняется современная тенденция использовать все более легкие и более прочные материалы.
Идеальная форма - обеспечивает максимум полезного эффекта, например, прочность при минимуме используемого материала.
Идеальный процесс - получение результатов без процесса, то есть мгновенно. Сокращение процесса изготовления изделий - цель любой прогрессивной технологии.

Таким образом, суть АРИЗ заключается в том, чтобы на основе сопоставления идеального и реального состояния ТС выявить противоречие и устранить его. Именно для этого важно, чтобы у изобретателя было развито ассоциативное мышление, которое можно тренировать в том числе и при помощи нашей игры "Цепочки ассоциаций".

Цепочки ассоциаций

Эта игра направлена на развитие ассоциативного мышления.

Сначала вам будет предложено закончить десять цепочек из 3 слов своей ассоциацией. Постарайтесь придумать такую ассоциацию, которая очень хорошо связана именно с предложенными словами, но никакими другими.

После заполнения цепочек вам нужно найти лишние элементы в построенных ранее цепочках. Нажмите «Старт» для начала игры.

Составляющие АРИЗ

Алгоритм решения изобретательских задач состоит из нескольких элементов. Здесь дан упрощенный вариант АРИЗ.

Этап 1. ТИП ЗАДАЧИ

Вначале нужно определить к какому типу задач относится наша: она исследовательская или изобретательская? Исследовательская задача требует описания нового явления, неизвестного ранее и непонятного. Изобретательская же имеет дело с известным нам явлением, которое нужно изменить или устранить. Очевидно, что такие задачи решаются проще, поэтому нужно уметь переводить исследовательскую задачу в изобретательскую. Чтобы сделать это, нужно к условию задачи поставить вместо вопроса «почему (как) это происходит?» вопрос: «как это делать?» Для этого записать формулировку обращенной задачи по схеме: «Система (указать назначение) включает (перечислить входящие в систему элементы). Необходимо при заданных условиях (указать) обеспечить получение (указать наблюдаемое явление)».

Этап 2. ПРОТИВОРЕЧИЯ И ИКР

На данном этапе нужно сформулировать противоречия и идеальный конечный результат. Бывают случаи, когда четкое определение этих двух составляющих уже наталкивает на приемлемый результат. Например, задача: как поступить гостинице, чтоб гости не крали вещи? Противоречие - кражу допустить нельзя, но и следить за вещами и проверять багаж съезжающих невозможно. ИКР - даже в случае кражи гостиница не должна нести убытков. Решается все просто - стоимость вещей в номере изначально включается в стоимость проживания.

Этап 3. РЕСУРСЫ

Ресурсами может быть все, что полезно для нахождения решения. Желательно, чтобы для этого использовались те ресурсы, которые уже присутствуют в проблемной ситуации, а также максимально дешевые ресурсы. Например, если грузовик буквально на сантиметр выше моста или дорожного перекрытия, разумнее спустить немного колеса и проехать, а не искать объездной путь.

Благодаря работе в направлении поиска полезных ресурсов созданы специальные справочники для ТРИЗ.

Этап 4. РЕШЕНИЕ

Применить приемы и принципы, созданные для поиска решений в ТРИЗ:

40 приемов устранения технических противоречий, сформулированные Г. С. Альтшуллером. Подробнее о них читайте в уроке, посвященном Информационному фонду ТРИЗ .
Операторы РВС (Р - размер, В - время, С - стоимость). Суть метода в том, что при применении оператора РВС снижается психологическая инерция мышления. Достигается это благодаря мысленному изменению параметров объекта, что позволяет взглянуть на него под другим углом.

Этап 5. АНАЛИЗ

Получив один или несколько вариантов решения задачи, нужно проанализировать их с позиции идеальности. Для этого нужно выяснить насколько сложно и дорого обойдется его реализация, задействованы ли все ресурсы системы, какие нежелательные эффекты возникли, как их минимизировать или устранить.

Схематичное представление АРИЗ

АРИЗ требует точной формулировки задачи, когда выявлены ПП, УП, ИКР, ОП согласно изображенной цепочке.

ПП → УП → ИКР → ОП → Р

С этими понятиями мы уже знакомились, когда говорили о терминологии, поэтому здесь лишь коротко объясним связь между ними для большей наглядности схемы.

В первую очередь формулируется поверхностное противоречие (ПП), которое логично выделяется из условия задачи. О нем, как правило, говорит сам заказчик. Зачастую ПП - это нежелательный эффект, который нужно устранить, предъявив к системе определенные требования. Так определяют углубленное противоречие (УП).

Дальше ТС представляется такой, какой она должна быть в результате устранения нежелательного эффекта - избавившейся от негативного фактора и сохранившей положительные качества. Таким образом формулируется ИКР. Когда разработана концепция идеального результата, он сравнивается с текущим состоянием системы, на основании чего ищутся причины ее несовершенства Эти причины и составляют ОП - обостренное противоречие, выявление и устранение которых приводит к решению проблемы.

Последовательность, описанная выше, характерна для основных модификаций АРИЗ. За время своего существования алгоритм развивался и продолжает развиваться в направлении формализации и детализации описанной последовательности.

Г. С. Альтшуллер в книге «Алгоритм изобретения» писал, что постоянно совершенствовал свой алгоритм, проведя за этой работой 25 лет. Каждую модификацию он проверял на практике, после чего корректировал АРИЗ. Но это не значит, что все предыдущие варианты, вплоть до последнего, не были рабочими. В свое время они успешно применялись изобретателями, а дальнейшие модификации учитывали все возрастающий опыт решения разнообразных задач, что поступательно делало АРИЗ более универсальным.

Ниже схематически представлены основные, но не все, модификации АРИЗ. Более детальное их описание и полный перечень можно найти в статье «История развития АРИЗ» в Викиучебнике.

Обозначения:

АП - административное противоречие.
ТП - техническое противоречие.
ТПу - усиленное техническое противоречие (предельное состояние).
ИКР - идеальный конечный результат.
ИКР1у - усиленная формулировка ИКР1.
ФП - физическое противоречие.
ФПмак - физическое противоречие на макроуровне.
ФПмик - физическое противоречие на микроуровне.
Р - решение

Этапы и примеры решения задач по АРИЗ-85-В

В процессе совершенствования, АРИЗ адаптировался под степень сложности задачи. Самые простые задачи решались с помощью основной цепочки АРИЗ (АП - ТП - ИКР - ФП - Р). Ее, к слову, некоторые современные последователи ТРИЗ считают наиболее удачной и понятной. Но более сложные задачи требовали и более подробного алгоритма для своего решения. АРИЗ-85-В, как последняя модификация, схематически представленный выше, отвечал данной задаче - он довольно детальный, хотя, по мнению отдельных теоретиков ТРИЗ, это также делает его громоздким.

АРИЗ-85-В достаточно сложный инструмент, поэтому не рекомендуется его применять без предварительного изучения основ ТРИЗ и основательной проработки видов противоречий, основной линии решения задач по АРИЗ и логики АРИЗ.

Все модификации АРИЗ имеют свои недостатки, на которые указывают и пытаются решить практики ТРИЗ. Например, конкретно в случае с АРИЗ-85-В части 6-8 недостаточно развиты и структурированы. Также имеется разрыв в логике с включением 4 части. В целом, еще предстоит разработать часть АРИЗ точно определяющую исходную изобретательскую ситуацию и все возможные пути решения задачи.

Как и всякий инструмент, АРИЗ дает результаты, во многом зависящие от умения пользоваться им. Не следует думать, что, прочитав текст алгоритма, можно сразу решать любые задачи. Прочитав описание приемов самбо, не стоит сразу выходить на соревнования. Так и с АРИЗ: единоборство с задачей требует практических навыков.

Проверьте свои знания

Если вы хотите проверить свои знания по теме данного урока, можете пройти небольшой тест, состоящий из нескольких вопросов. В каждом вопросе правильным может быть только 1 вариант. После выбора вами одного из вариантов, система автоматически переходит к следующему вопросу. На получаемые вами баллы влияет правильность ваших ответов и затраченное на прохождение время. Обратите внимание, что вопросы каждый раз разные, а варианты перемешиваются.

7.05.2001

Противоречия с позиции ТРИЗ

Задача из прошлой рассылки о продаже квартиры вызвала у вас самые большие затруднения за все время. Здесь нет ничего удивительного. Это не учебная, а реальная задача, которую мне довелось решать в своей практике. Возможно, что давать ее было преждевременно, но мне хотелось уже сейчас показать вам разницу между реальной задачей и задачей учебной.
Дело в том, что умение решать учебные задачи еще не означает умение решать реальные практические задачи. Но, не научившись решать учебные, бесполезно браться за реальные.

В чем же разница между учебными и реальными задачами?
Самое главное различие заключается в том, что при постановке учебной задачи ее условие приходится давать в том виде, в котором она имеет смысл, как учебная. Что здесь имеется в виду. Прежде всего, то, что она более конкретна. Задача дана в готовом для решения виде. Ее не надо переформулировать. А это существенно упрощает ее решение. Известно, что правильная постановка задачи - это половина ее решения.
Практики, занимающиеся решением реальных задач, знают, какая дистанция существует между учебными и реальными задачами. На примере задачи о продаже квартиры мне и хотелось показать вам эту дистанцию.

Из тех предложений, что были вами присланы, я бы выделил только одно.
Предложено было использовать подставных "покупателей", которые звонили бы продавцу и возмущались по поводу той цены, которую он запросил за свою квартиру. Такая психологическая обработка, конечно, будет иметь результат, и продавец быстрее придет к решению снизить цену. В принципе - это неплохая идея. Но от ИКР она все же далека. И время, и силы на это придется потратить, да и клиент в результате в другую фирму может обратиться. Недостатков в этом решении не мало. Но это лучшее, что было вами предложено.

Понятно, что раскрывать свои решения в широкой рассылке мне не интересно. Решения некоторых таких задач я показываю на своих семинарах. Могу лишь сказать, что мое решение позволяет договориться о нормальной рыночной цене квартиры с 90% клиентов при первом же их визите в офис фирмы. Если кто-то пришлет мне идею такого решения, то в своем ответе я сообщу, что решение найдено.

А теперь обещанная глава о противоречиях из книги Г.С. Альтшуллера "Творчество как точная наука".

ПРОТИВОРЕЧИЯ АДМИНИСТРАТИВНЫЕ, ТЕХНИЧЕСКИЕ, ФИЗИЧЕСКИЕ

Сравним два изобретения. Первое: "Способ определения Параметров, недоступных прямому наблюдению (например, износостойкости), основанный на косвенном контроле, отличающийся тем, что с целью повышения точности определения искомых параметров по результатам косвенного контроля подбирают изделия в пары (серии) по принципу близости измеренных параметров в одном образце от каждой пары (серии), определяют искомый параметр, разрушая изделие, и распространяют полученный результат на оставшиеся изделия этой пары (серии) (а. с. N 188 097). Чтобы проверить изделия, предлагается весьма простое решение: сломать половину изделий и посмотреть... Правда, тут возникает противоречие: чем большую часть изделий мы сломаем, тем надежнее сможем судить об оставшихся. Второе изобретение: "Способ контроля и дефектоскопии однотипных изделий, имеющих скрытые дефекты, например, в виде пустот или инородных включений, отличающийся тем, что с целью упрощения процесса контроля изделие помещают в ванну с электропроводной жидкостью, пропускают через нее электрический ток, а затем воздействуют на жидкость магнитным полем для изменения ее кажущейся плотности до достижения безразличного положения в ней исправных изделий, и наличие дефектов определяют по изменению положения относительно дна ванны" (а. с. N 286 318). Очень похожая задача, но в решении нет противоречия - испытания проводят, не ломая изделий. Использован оригинальный прием: с помощью взаимодействия электрического и магнитного полей жидкость заставляют, как бы менять свою плотность, отчего помещенное в жидкость изделие тонет или всплывает (в зависимости от наличия или отсутствия дефектов).

Изобретательские задачи часто путают с задачами техническими, инженерными, конструкторскими. Построить обычный дом, имея готовые чертежи и расчеты, - задача техническая. Рассчитать обычный мост, пользуясь готовыми формулами, - задача инженерная. Спроектировать удобный и дешевый автобус, найдя компромисс между "удобно" и "дешево", - задача конструкторская. При решении этих задач не приходится преодолевать противоречия. Задача становится изобретательской только в том случае, если для ее решения необходимо преодолеть противоречие.

Не сталкиваемся мы с противоречиями и при решении задач первого уровня. Строго говоря, это задачи конструкторские, а не изобретательские. Юридическое понимание термина "изобретение" не совпадает с пониманием, так сказать, техническим, творческим. По-видимому, со временем юридический статус изобретения будет несколько изменен, и простые конструкторские решения перестанут считаться изобретениями. Во избежание путаницы будем пока пользоваться словосочетанием "изобретательская задача первого уровня", помня, однако, что подлинные изобретательские задачи второго и более высоких уровней обязательно связаны с преодолением противоречий.

В самом факте возникновения изобретательской задачи уже присутствует противоречие: нужно что-то сделать, а как это сделать - неизвестно. Такие противоречия принято называть административными (АП). Выявлять административные противоречия нет необходимости, они лежат на поверхности задачи. Но и эвристическая, "подсказывательная" сила таких противоречий равна нулю: они не говорят, в каком направлении надо искать решение.

В глубине административных противоречий лежат технические противоречия (ТП): если известными способами улучшить одну часть (или один параметр) технической системы, недопустимо ухудшится другая часть (или другой параметр). Технические противоречия часто указаны в условиях задачи, но столь же часто исходная формулировка ТП требует серьезной корректировки. Зато правильно сформулированное ТП обладает определенной эвристической ценностью. Правда, формулировка ТП не дает указания на конкретный ответ. Но она позволяет сразу отбросить множество "пустых" вариантов: заведомо не годятся все варианты, в которых выигрыш в одном свойстве сопровождается проигрышем в другом.

Каждое ТП обусловлено конкретными физическими причинами. Возьмем для примера такую задачу:

Задача

При полировании оптических стекол необходимо под полировальник (он сделан из смолы) подавать охлаждающую жидкость. Пробовали делать в полировальнике сквозные отверстия и различные поры для подачи жидкости, но "дырчатая" поверхность полировальника работает хуже сплошной. Как быть?

Техническое противоречие здесь уже указано: охлаждающая способность "дырчатого" полировальника вступает в конфликт с его способностью полировать стекло. В чем причина конфликта? "Дырка" хорошо пропускает охлаждающую жидкость, но, естественно, не может сдирать частицы стекла. Твердые участки полировальника, наоборот, способны сдирать частицы стекла, но не в состоянии пропускать воду. Следовательно, поверхность полировальника должна быть твердой, чтобы сдирать частицы стекла, и "пустой", чтобы пропускать охлаждающую жидкость. Это - физическое противоречие (ФП): к одной и той же части системы предъявляются взаимопротивоположные требования.

В физических противоречиях столкновение конфликтующих требований предельно обострено. Поэтому на первый взгляд ФП кажутся абсурдными, заведомо неразрешимыми. Как сделать, чтобы вся поверхность полировальника была сплошной "дыркой" и в то же время сплошным твердым телом?! Но именно в этом, в доведении противоречия до крайности, и проявляется эвристическая сила ФП. Поскольку одна и та же часть вещества не может быть в двух разных состояниях, остается развести, разъединить противоречивые свойства простыми физическими преобразованиями. Можно, например, разделить их в пространстве: пусть объект состоит из двух частей, обладающих разными свойствами. Можно разделить противоречивые свойства во времени: пусть объект поочередно обладает то одним свойством, то другим. Можно использовать переходные состояния вещества, при которых на время возникает что-то вроде сосуществования противоположных свойств. Если, например, полировальник сделать из льда с вмороженными в него частицами абразива, лед при полировании будет плавиться, обеспечивая требуемое сочетание свойств: полирующая поверхность остается твердой и в то же время сквозь нее везде как бы проходит холодная вода. Как видите, мои объяснения сути противоречия практически ни чем не отличаются от тех, с которыми вы только что познакомились. Разница в некоторых названиях. То, что я называл противоположностями, здесь называется техническим противоречием (ТП), а формально-логическое противоречие - физическим противоречием (ФП). При решении технических задач, такие названия более удобны. Но важны не названия. Практика показывает, что понимание сути противоречия дается не просто, и мои объяснения имели цель облегчить вам это понимание.

Теперь очередная задача (учебная). Ее решение есть на сайте. Пример этой задачи скоро пригодится нам для объяснения последующих материалов.

Задача о водопроводной трубе

Вы на даче откопали участок трубопровода. Предположим, что вам необходимо определить, в какую сторону течет по трубе вода.
Как это сделать?

До следующей встречи.