Методы и средства теории решения изобретательских задач

Задачи, которые сегодня относятся  к нетиповым, завтра, после выявления еще не известных закономерностей, могут тоже стать типовыми.

Стандарты на решение изобретательских задач появились как особо  сильные сочетания приемов и  физических эффектов и составили первую, еще немногочисленную группу стандартов. К этой группе были присоединены правила преобразования технических систем, вытекающие из законов развития. Возникла система стандартов, регулярно дополняемая и совершенствуемая. Современная система, включающая 76 стандартов, приведена в [6. прил. 4].

Все стандарты разбиты на 5 классов. Порядок их расположения отражает направление развития технических систем.

Класс 1 - построение и разрушение вепольных моделей - включает ряд конкретных преобразований по достройке и разрушению веполей в зависимого от тех или иных ограничений, приведенных в условиях исходных задач.

Класс 2 - развитие веполышх моделей - описывает способы, позволяющие путем сравнительно небольших усложнений существенно повысить эффективность работы соответствующей модели технической системы.

Класс 3 - переход к надсистеме и на микроуровень - продолжает линию стандартов  класса 2 на форсирование вепольных моделей. Стандарты классов I и 3 базируются на использовании законов развития технических систем, в том числе законов развертывания - свертывания, повышения динамичности и управляемости, перехода на макроуровень, согласования и рассогласования и т.д.

Класс 4 - стандарты на обнаружение и измерение систем - составляю! особый комплекс, поскольку решение таких задач имеет ряд характерных особенностей. Но в целом направление развития измерительных систем соответствует общим законам развития, вследствие чего стандарты этого класса имеют много общего со стандартами классов 1 - 3.

Класс 5- стандарты на применение стандартов - имеет важное значение для получения эффективных решений изобретательских задач. Многие задачи могут быть решены "с позиции силы" - прямым введением в систему дополнительных веществ и полей. Такие решения бывают малоэффективны. Для получения изобретения высокого уровня нужно преодолеть противоречие, вещество (или поле) должно быть введено и не должно быть введено Пятый класс стандартов показывает пути преодоления таких противоречий. Применение большинства стандартов 1 - 4 классов приводит, по сути дела, к развертыванию технической системы. Пятый класс стандартов предназначен для свертывания полученных моделей.

Порядок применения стандартов следующий

Следует определить, какого рода предлагаемая задача: на изменение или измерение (обнаружение). Если задача на изменение, то нужно построить исходную вепольную модель исхода из условий задачи. Если исходная модель - неполный веполъ, то необходимо обратиться к стандартам подкласса 11, если вредный веполь - к стандартам подкласса 1.2, если неэффективный - к стандартам классов 2 и 3. Если задача на измерение, следует использовать стандарты класса 4.

Найдя решение, проверить, нельзя ли свернуть полученную модель с помощью стандартов класса 5. К этому же классу нужно  обращаться в случаях, если в условиях задачи имеется запрет па введение веществ или полей

Следует подчеркнуть, что система  стандартов проста, логична, позволяет на высоком уровне решать 10-20% сложных современных задач. Кроме того, стандарты могут быть использованы для прогнозирования, частичного решения нестандартных задач, для развития полученных решений.

Пример использования стандартов.

Задача. При осаждении металлов электролизом из водных растворов возникает проблема отделения осадка (продукции) от катода (инструмента). Операция эта весьма трудоемкая и производится вручную Как быть ?

Задача на изменение. Исходная вепольная модель: В1 - катод, В2 слой осажденного металла, Л - вредное поле "прилипания" металла к катоду. Необходимо обратиться к подклассу 1.2. По стандарту 1.2.2 между катодом и слоем осажденного на катоде металла должна быть прослойка - легко образующаяся, электропроводная, легко разрушающаяся Такую прослойку получают, покрывая катод рыхлым губчатым слоем осаждаемого металла, который наносят электролитически в режиме предельного тока.

Алгоритм решения изобретательской задач (АРИЗ).

Система стандартов в нынешнем виде, по мнению авторов ТРИЗ, позволяет уверенно решать около 70% изобретательских задач и еще в 10 - 15% случаев заметно облегчает путь к ответу. Однако остается еще значительное количество нетиповых, многоходовых задач, не поддающихся решению за 1 прием и требующих постепенной обработки шаг за шагом. Для их решения используется программа, использующая все методы и средства ТРИЗ (законы развития технических систем, вепольный анализ, стандарты, информационный фонд), которая называется алгоритмом решения изобретательских задач (АРИЗ).

Первые модификации АРИЗ появились в 50-е гг, XX в. С тех пор АРИЗ систематически совершенствуется. Последовательно были разработаны и опубликованы модификации АРИЗ-в 1959, 1961, 1964, 1965, 1968, 1971, 1977, 1982, 1985 гг. Были опробованы и промежуточные модификации. Например, были опробованы три модификации АРИЗ-71 (А, Б, В). Сегодня последней опубликованной модификацией является АРИЗ-85В. Каждая модификация АРИЗ включает три компонента [3]:

1.Основой АРИЗ является программа последовательных операций по выявлению и устранению противоречий. Программа позволяет шаг за шагом переходить от расплывчатой исходной ситуации к четко постайленной задаче, затем к предельно упрощенной модели задачи и анализу противоречий. В программе (в самой ее структуре, в правилах яо выполнению отдельных операций) отражены объективные законы развития технических систем.

2. Поскольку программу реализует человек, необходимы средства управления психологическими факторами: нужно гасить психологическую инерцию и стимулировать работу воображения. Значительное психологическое воздействие оказывает само существование и применение АРИЗ: работа по программе придает уверенность, позволяет смелее выходить за пределы уз кой специализации и, главное, все время ориентирует работу мысли в наиболее перспективном направлений. Но нужны и конкретные приемы, усиливающие воображение.

Важным психологическим приемом, позволяющим глубоко проникнуть в суть задачи, является требование формулировки задач без специальных  терминов, на языке, понятном даже ребенку. Еще одним эффективным способом подавления психологической инерции является "моделирование маленькими человечками" (ММЧ) - использование нарисованных, но определенным правилам условных картинок, на которых требуемое действие выполняется группой маленьких человечков, олицетворяющих те или иные реальные физические объекты. В сущности, в основе этих приемов лежат тоже объективные закономерности, но еще не вполне ясные. По мере развития АРИЗ психологические приемы превращаются в приемы преобразования задачи.

3. АРИЗ снабжен обширным и в то же время компактным информационным фондом. Основные составляющие этого фонда указатели физически» химических, Геометрических эффектов я. явлений.

Несколько слов о наиболее используемом фонде физических эффектов. Известно свыше наш тысяч физических эффектов и явлений - таких, напри мер, как кампания, муаровый эффект, пьезоэффект и др. Каждый эффект может служить ключом к большой группе изобретательских задач. Однако монадой специалист в лучшем случае знает 150 - 250 эффектов и явлений. Примем, поскольку физику изучают обычно не с точки зрения ее изобретательских возможностей, редко кто умеет творчески применить даже хорошо известные эффекты. В АРИЗ [6, прил. 6] информация о физических эффектах приведена в виде, облегчающем их применение для решения технических задач. Фонд представляет собой таблицу, в левой части которой приведен перечень 30 требуемых действий или свойств ТО (измерение, повышение н понижение температуры, управление движением жидкости, газа и т.д.), а в правой части - физическое явление, эффект, фактор, способ, с помощью которого этого действия можно достичь.

Современная модификация АРИЭ-85В [6, прил. 5] включает восемь частей: 1) анализ задачи; 2) анализ модели задачи; 3) определение ИКР и ФП, 4) мобилизация и применение вещественно-полевых ресурсов (ВИР);   5) применение информационного фонда; 6) изменение и (или) замена задачи. 7) применение полученного ответа; 8) анализ хода решения.

3. Рекомендации по использованию методов ТРИЗ

 Практика показала, что разные инструменты ТРИЗ обладают разной эффективностью в зависимости от уровня решения задач, требуют разного времени для усвоения и применения. Примерные оценки эффективности и областей применения различных методов ТРИЗ приведены на рис.

Приемы для устранения технических  противоречий (ЭП) - самый про стой для изучения и применения инструмент Для хорошего овладения им требуется 10-12 учебных часов и 10-20 часов самостоятельной работы. Сам процесс решения задачи для подготовленного специалиста занимает несколь ко часов.

Вепольный анализ и стандарты на решение изобретательских задач дли освоения требуют примерно такого же времени, в основном, на отработку техники построения вепольных формул и на тренировку в поиске необходимых для данной задачи стандартов. Затраты времени на процесс решения также невелики.

Эти методы дают в кедом решения  более высокого уровня, чем приема ЭП, хотя обе эти группы методов недостаточно эффективны при решении плохо поставленных .задач, когда имеется не изобретательская задача, а изобретательская ситуация.

 

 

 

 

 

Эффективность решения

Рис.3.1. Сравнительная эффективность разных методов ТРИЗ и метода проб и ошибок в решении задач разных уровней:

 а - метод проб и ошибок; б - приемы разрешения технических противоречий; в - вепольный анализ и стандарты на решение изобретательских задач, г - АРИЗ (кривая заканчивается пунктиром из-за недостатка опытных данных в области задач высшего уровня)

В последнем случае гораздо эффективнее АРИЗ. Для его практического освоения требуется гораздо больше времени и усилий - не менее 40-60 учебных часов и до 200 часов самостоятельной работы Решение задач с помощью АРИЗ также достаточно трудоемко - десятки, а порой и сотни рабочих часов. Тем, не менее с помощью этого метода могут быть решены задачи, которые десятилетия ждут своего решения.

Для облегчения выбора методов ТРИЗ могут быть предложены следующие рекомендации

1. Определить тип задачи: на изменение,  пли измерение системы, исследовательская  ( решается в последовательности, приведенной в [3, прил. 8]),

2.Построить исходную вепольную модель задачи и преобразовать ее в зависимости от вида исходной модели по стандартам классов !, 4. Рассмотреть возможность развития решения по стандартам классов 2, 3 и повышения его идеальности по стандартам класса 5. При необходимости могут быть привлечены указатели физических, химических и других эффектов

3.Если в задаче сформулировано техническое противоречие либо оно появилось при попытке решения, в том числе и по стандартам, рассмотреть возможность его устранения с помощью типовых приемов.

4. Решить задачу по АРИЗ.

Эффективным средством повышения  эффективности ТРИЗ является применение вычислительной техники. Группой специалистов по ТРИЗ пол руководством В.М. Цурикова (г. Минск) разработана интеллектуальная система поддержки изобретателя Изобретающая машина (ИМ). В основе системы лежит высокого уровня машинный Язык "Си ++" Конечно, ЭВМ сама задачи не решает. Она Предлагает решающему подходящие к той или иной конкретной задаче инструменты ТРИЗ, подсказывает задачи - аналоги, напоминает о физических, химических и других эффектах, доброжелательными вопросами помогает изменить задачу, оценить степень идеальности полученных решений. Применение ИМ позволяет не только быстро и эффективно решать задачи, но и резко ускоряет процесс освоения ТРИЗ. Сегодня на базе ИМ отрабатываются программы, целевые алгоритмы, предназначенные для отдельных типов задач, снабженные специально подобранным информационным фондом и т.п. Разработанные программы доказали свою эффективность, признаны во многих развитых странах и все более широко применяются.

4. Обзор ряда современных методов инженерного творчества

4.1. Методы фокальных объектов и гирлянд ассоциаций

Метод фокальных объектов "(МФО) основан на перенесении признаков  случайно взятых объектов на прототип, который лежит как бы в фокусе переноса. Применяют метод в следующем порядке:

1.Выбор фокального объекта. Например, часы.

2.Выбор 4 - 6 случайных объектов. Например, кино, змея, цветок, касса.

3. Составление списков признаков случайных объектов. Например, кино цветное , звуковое, широкоэкранное, объемное, высокой четкости.

4. Генерирование идей  путем присоединения к фокальному объекту признаков случайных объектов (широкоэкранные часы, объемные часы, звуковые часы и т.д.)

5. Оценка полученных идей и отбор полезных решений. Целесообразно для этого привлекать эксперта и совместно отобрать наиболее перспективные предложения.

Метод фокальных объектов достаточно прост и позволяет совершенствовать уже существующие технические объекты. Например, расширить функциональные возможности объекта, изменить форму и внешний вид Наибольший эффект дает метод при поиске нового ассортимента бытовых товаров и различных предметов потребления.

Непосредственным предшественником метода фокальных объектов является метод каталога, предложенный в 1926 г. профессором Берлинского университета Э.Кунце, согласно которому нужно наугад открыть любой каталог (словарь, книгу, журнал), взять любое слово и состыковать его с названием совершенствуемого объекта (прототипа). Например, если прототипом является "фреза", а случайным словом "снег”, то получается сочетание "снежная фреза". Это сочетание можно развить, используя ассоциации: ледяная фреза, холодная фреза, скользкая фреза.