От АРИЗ - к теории решения изобретательских задач

С появлением первых модификаций АРИЗ началось становление теории решения изобретательских задач (ТРИЗ). Соотношение между АРИЗ и теорией примерно такое, как между самолетом и авиацией, между автомобилем и автотранспортом.

Теория воплощена в АРИЗ, хотя, конечно, не сводится к нему. В следующих главах нам придется в равной мере касаться конкретных механизмов АРИЗ и общих положений теории, они взаимосвязаны.

Несколько слов о терминах. Они неоднозначны, поэтому договоримся об их содержании.

П р и е м - одинарная (элементарная) операция. Прием может относиться к действиям человека, решающего задачу, например «используй аналогию». Прием может относиться и к рассматриваемой в задаче технической системе, например «дробление системы», «объединение нескольких систем в одну». Приемы, так сказать, скалярны, не направлены: неизвестно, когда тот или иной прием хорош, а когда плох. В одном случае аналогия может навести на решение задачи, а в другом - увести от него. Приемы не развиваются (хотя набор приемов можно, конечно, пополнять и развивать).

М е т о д - система операций, предусматривающая определенный порядок их применения. Например, метод мозгового штурма включает ряд операций по комплектованию групп «генераторов идей» и «критиков», по проведению штурма, по отбору идей. Методы обычно основаны на каком-то одном принципе, постулате. Так, в основе мозгового штурма лежит предположение, что решение задачи можно получить, дав выход из подсознания неуправляемому потоку идей. Методы развиваются весьма ограниченно, оставаясь в рамках исходных принципов. В этом же смысле будем использовать и слово «методика».

Т е о р и я - система многих методов и приемов, предусматривающая целенаправленное управление процессом решения задач на основе знания законов развития объективной действительности.

Грубо говоря, прием, метод и теория образуют цепь типа «кирпич - дом - город» или «клетка - орган - организм». В этой иерархии АРИЗ находится на границе метода и теории.

Работа над АРИЗ была начата в 1946 году [10-19]. Впрочем, самого понятия «АРИЗ» тогда еще не было, проблема ставилась иначе: «Надо изучить опыт изобретательского творчества и выявить характерные черты хороших решений, отличающие их от плохих. Выводы могут быть использованы при решении изобретательских задач».

Почти сразу удалось обнаружить, что решение изобретательской задачи оказывается хорошим (сильным), если оно преодолевает техническое противоречие, содержащееся в поставленной задаче, и, наоборот, плохим (слабым), если ТП не выявлено или не преодолено.

Далее выяснилось нечто совершенно неожиданное: оказалось, что даже самые сильные изобретатели не понимают, не видят, что правильная тактика решения изобретательских задач должна состоять в том, чтобы шаг за шагом выявлять ТП, исследовать его причины и устранять их, тем самым устраняя и ТП. Столкнувшись с открытым, кричащим о себе ТП и увидев, что задачу удалось решить благодаря его устранению, изобретатели не делали никаких выводов на будущее, не меняли тактику и, взявшись за следующую задачу, могли потратить годы на перебор вариантов, даже не пытаясь сформулировать содержащееся в задаче противоречие...

Рухнули надежды извлечь из опыта больших (великих, крупных, опытных, талантливых) изобретателей нечто полезное для начинающих: большие изобретатели работали тем же примитивным методом проб и ошибок.

Начался второй этап работы, проблема теперь звучала так: «Надо составить программу планомерного решения изобретательских задач, годную для всех изобретателей. Эта программа должна быть основана на пошаговом анализе задачи, чтобы выявлять, изучать и преодолевать технические противоречия. Программа не заменит знаний и способностей, но она предохранит от многих ошибок и даст хорошую тактику решения изобретательских задач».

Программы решения изобретательских задач были еще далеки от нынешнего АРИЗ, но с каждой новой модификацией они становились четче и надежнее, постепенно приобретая характер программ (предписаний) алгоритмического типа. Были составлены первые таблицы применения приемов устранения технических противоречий. Главным материалом для исследований стала патентная информация, описания изобретений. Начали проводиться учебные семинары, постепенно накапливался опыт обучения АРИЗ.

И снова обнаружилось нечто неожиданное. Оказалось, что при решении задач высших уровней нужны знания, обязательно выходящие за пределы специальности, которую имеет изобретатель; производственный опыт навязывает бесплодные пробы в привычном направлении; единственной «способностью», ощутимо влияющей на ход решения, является «способность» придерживаться АРИЗ и использовать его информационное обеспечение.

Отсюда неизбежно вытекал вывод: ни знания, ни опыт, ни способности («природный дар») не могут служить надежной основой для эффективной организации творческой деятельности. Нет людей, которые могли бы регулярно, одну за другой, решать задачи высших уровней благодаря своим знаниям, опыту и способностям. Если «цена» задачи 100 000 проб, никто не сможет решить ее в одиночку.

Приступая к решению изобретательской задачи высшего уровня, человек должен располагать знаниями о всей технике, о всей физике, о всей химии. Между тем объем знаний у человека в миллионы раз меньше. Решая задачу, человек должен уметь правильно перерабатывать имеющуюся информацию (допустим, она имеется в полном объеме). «Правильно перерабатывать» - значит осуществлять цепь последовательных действий, управляя этими действиями так, чтобы они вели к решению задачи. Вместо этого человек использует примитивный перебор вариантов, руководствуясь старыми представлениями и личным (а потому случайным) опытом.

Человек не умеет эффективно решать изобретательские задачи высших уровней. Поэтому ошибочны все гипотезы, которые прямо или косвенно исходят из того, что, исследуя творческий процесс, можно выявить эффективные приемы, методы, эвристики и т. п. Ошибочны все методики и методы, основанные на стремлении активизировать творческое мышление, поскольку это попытки хорошо организовывать плохое мышление.

Таким образом, второй этап, начавшийся с мысли о том, что изобретателям надо дать полезный вспомогательный инструмент, завершился выводом о необходимости перестройки изобретательского творчества, изменения самой технологии производства изобретения.

Программа теперь стала рассматриваться как самостоятельная, не зависимая от человека система решения изобретательских задач. Мышление должно следовать этой системе, управляться ею - и тогда оно будет талантливым.

Возникла необходимость поставить операции, производимые в алгоритме решения изобретательских задач, на объективную основу, обосновать их объективными законами развития технических систем.

Формула третьего этапа была такой: «Изобретения низших уровней - вообще не творчество. Изобретения высших уровней, делаемые методом проб и ошибок, - это плохое творчество. Нужна новая технология решения изобретательских задач, позволяющая планомерно решать задачи высших уровней. Эта технология должна основываться на знании объективных законов развития технических систем.»

К началу третьего этапа стала складываться система общественных школ изобретательского творчества. В 1978 г. таких школ было уже около 100 (в Москве, Ленинграде, Баку, Волгограде, Горьком и других городах). Разработка теории, испытания и совершенствование АРИЗ, организация обучения стали коллективным трудом, в котором активно участвовала большая группа исследователей. Совместными усилиями удалось укрепить информационное обеспечение АРИЗ, в частности составить «Указатель применения физических эффектов и явлений». Было положено начало так называемому вепольному анализу, связавшему процесс решения задачи с некоторыми фундаментальными законами развития технических систем и позволившему наметить пути планомерного отыскания физических эффектов, необходимых для решения задачи.

Как и на втором этапе, основным материалом для работы была патентная информация. Но ее изучение велось теперь не столько для выявления новых приемов и сведения их в таблицу устранения технических противоречий, сколько для исследования общих закономерностей развития технических систем. Знание этих закономерностей позволяло вносить коррективы в АРИЗ и вепольный анализ, а система школ и институтов изобретательского творчества давала возможность быстро и надежно проверять на практике новые выводы, предположения, гипотезы.

Третий этап продолжается и ныне. Но уже обнаруживается нечто новое, ведущее к дальнейшему изменению идейных установок теории и вступлению теории в четвертый этап развития. Становится очевидным, что главное не в том, что изобретение - это развитие технической системы. Задача - только одна из форм, в которой потребности развития технической системы обнаруживаются человеком. С помощью теории можно развивать технические системы планомерно, не дожидаясь, пока возникнут задачи.

Задачи

Мы еще не рассматривали механизмы АРИЗ, и пока в нашем распоряжении только обычный метод проб и ошибок. Попробуйте решить несколько задач перебором вариантов. В дальнейшем мы вернемся к этим задачам и посмотрим, что можно сделать, используя АРИЗ и теорию решения изобретательских задач. Для решения этих задач не нужны специальные знания.

Задача 5

Отрывок из детективного романа:

«- Я не убивал его, шериф, вы должны мне поверить, вы обязаны мне поверить!

- Я обязан верить только фактам, - возразил шериф. - Факты против тебя, парень. На той неделе ты угрожал Болтону, есть свидетели. Болтом убит выстрелом из кольта. Точно такого кольта, как у тебя. Пули мы не нашли, это так, но наш эксперт утверждает, что калибры совладают. К тому же у тебя нет алиби.

- Вы должны мне поверить! - с отчаянием произнес Ник. - Яне стрелял, клянусь вам. Вы же видите, мой пистолет совершенно чист...

Шериф улыбнулся.

- Убийство произошло двое суток назад, - сказал он. - У тебя было время, чтобы почистить оружие...»

Представьте себе, что вас пригласили в качестве эксперта. Нужно решить задачу с изобретательских позиций.

Задача 6

На заводе, выпускающем сельскохозяйственные машины, имеется небольшой полигон для испытания машин (например, плугов) на трогание с места, повороты и т. д. Однако «поворотливость» машин зависит от грунта. Появилась необходимость вести испытания на двухстах видах грунта. Строить двести полигонов нет возможности. Как быть?

Задача 7

Нужно с самолета измерить глубину реки через каждые 300-500 м на протяжении 100 км. Никакого специального оборудования на самолете нет, высадка людей исключена, измерение стадо провести предельно дешево. Точность измерения ±0,5 м. Скорость течения неизвестна. Как быть?

Задача 8

Металлический цилиндр обрабатывается изнутри абразивным кругом. В процессе работы круг истирается. Как измерять диаметр круга, не прерывая шлифовки и не выводя круг из «недр» цилиндра?

ПРИНЦИПЫ ВЕПОЛЬНОГО АНАЛИЗА

ВЕПОЛЬ - МИНИМАЛЬНАЯ ТЕХНИЧЕСКАЯ СИСТЕМА

Рассмотрим несколько изобретательских задач.

Задача 9

Нужен способ, позволяющий быстро и точно обнаруживать в холодильных агрегатах неплотности, через которые просачивается жидкость (фреон, масло, водоаммиачный раствор).

Задача 10

Как определять степень затвердевания полимерного состава при изготовлении изделий из полимеров? Непосредственно измерить («пощупать») невозможно.

Задача 11

Как контролировать интенсивность движения частиц сыпучего материала при псевдоожижении?

Задача 12

Нужно предложить легко извлекаемый клин.

Задачи относятся к разным отраслям техники и описывают разные ситуации, в каждой из которых свои трудности. В задаче 9 требуется быстро и точно отыскать маленькие капельки жидкости: «быстро» конфликтует с «точно». В задаче 10 надо ввести датчик в середину затвердевающей массы - и нельзя этого делать, поскольку датчик не должен там оставаться. В задаче 11 датчик можно поместить в сыпучий материал, но какой именно датчик? При одном и том же давлении сыпучие материалы могут двигаться с разной интенсивностью. Задача 12 заставляет сразу подумать о различных механизмах, встроенных в клин. Отчетливо видно техническое противоречие: выигрыш в силе, необходимой для извлечения клина, оплачивается усложнением устройства механизированного клина.

Что общего в этих задачах?

Разумеется, все задачи содержат технические и физические противоречия. Но на этом видимое сходство заканчивается, потому что противоречия в задачах разные.

Сравним теперь изобретения, являющиеся решениями этих задач.

О т в е т к з а д а ч е 9: «Способ обнаружения неплотностей в холодильных агрегатах, заполняемых фреоном и маслом (преимущественно домашних холодильников), отличающийся там, что с целью повышения точности определения мест утечки в агрегат вместе с маслом вводят люминофор, освещают агрегат в затемненном помещении ультрафиолетовыми лучами и определяют места утечки по свечению люминофора в просачивающемся через неплотности масле» (а. с. № 277 805).

О т в е т к з а д а ч е 10: «Способ определения степени затвердевания (размягчения) полимерных составов, отличающийся тем, что с целью неразрушаемого контроля в состав вводят магнитный порошок и измеряют изменение магнитной проницаемости состава в процессе его затвердевания» (а. с. № 239 633).

О т в е т к з а д а ч е 11: «Акустический способ индикации псевдоожижения сыпучих материалов, отличающийся тем, что с целью непосредственного контроля начала и интенсивности движения частиц в среду сыпучего материала вводят металлический стержень - звукопровод, являющийся датчиком звуковых колебаний, которые преобразуются в электромагнитные» (а. с. № 318 404).

О т в е т к з а д а ч е 12: «Устройство для заклинивания, содержащее клин и клиновую прокладку, отличающееся тем, что с целью облегчения извлечения клина клиновая прокладка выполнена из двух частей, одна из которых легкоплавкая» (а. с. № 428119).

Попробуем сопоставить то, что дано в условиях задач, с тем, что получено в результате решения.

В условиях задачи 9 дано вещество (капелька жидкости). В решении введено второе вещество (люминофор) и поле (ультрафиолетовое излучение). Аналогичная ситуация и в задаче 10: дано вещество (полимер), введено второе вещество (ферромагнитный порошок) и поле (магнитное). Та же картина в двух других задачах: добавлено второе вещество (стержень, прокладка) и поле (акустическое, тепловое).

Получается, что каждый раз, когда дано одно вещество, приходится добавлять второе вещество и поле. Зачем?

Ответить на этот вопрос нетрудно: чтобы поле через второе вещество воздействовало на первое вещество или, наоборот, чтобы первое вещество через второе давало на выходе поле, несущее информацию.

В самом деле, очевидно, что нет поля, которое умело бы обнаруживать маленькие капельки фреона или масла. Но есть ультрафиолетовое излучение, которое легко обнаруживает даже ничтожные количества люминофоров, и вот мы вводим эту пару - поле и второе вещество, связывающее поле с первым (исходным) веществом.

Обозначим поле буквой П, первое вещество В₁, второе вещество - В₂. Связи будем обозначать стрелками. Тогда для задачи 9 можно написать схему решения (двойная стрелка направлена от «дано» к «получено»):

П B₁Þ B₁ ® B₂  

У задачи 10 такая же схема решения, но вещество В₂ само создает поле, зависящее от состояния В₂, которое, в свою очередь, зависит от состояния В₁. Соответственно схемы решения задач 11 и 12 запишем так:

  П B₁Þ B₁®B₂   П B₁Þ B₁ B₂

В решениях взятых нами задач присутствуют три «действующих лица»: вещество В₁, которое надо менять, обрабатывать, перемешать, обнаруживать, контролировать и т. д.; вещество В_{2 -} «инструмент», осуществляющий необходимое действие; поле П, которое дает энергию, силу, т. е. обеспечивает воздействие В₂ на В₁ (или их взаимодействие). Нетрудно заметить, что эти три «действующих лица» необходимы и достаточны для получения требуемого в задаче результата. Само по себе поле или сами по себе вещества никакого действия не производят. Чтобы сделать что-то с веществом В₁, нужны инструмент (вещество В₂) и энергия (поле П).

Можно сказать иначе. В любой изобретательской задаче есть объект: в задаче 9 - капельки жидкости, в задаче 10 - полимер и т. д. Этот объект не может осуществлять требуемого действия сам по себе, он должен взаимодействовать с внешней средой (или с другим объектом). При этом любое изменение сопровождается выделением, поглощением или преобразованием энергии.

Два вещества и поле могут быть самыми различными, но они необходимы и достаточны для образования минимальной технической системы, получившей название веполь (от слов «вещество» и «поле»).

Вводя понятие о веполе, мы используем три термина: вещество, поле, взаимодействие (воздействие, действие, связь). Под термином «вещество» понимаются любые объекты независимо от степени их сложности. Лед и ледокол, винт и гайка, трос и груз - все это «вещества». Взаимодействие - всеобщая форма связи тел или явлений, осуществляющаяся в их взаимном изменении. Четкую характеристику взаимодействия дал Ф. Энгельс: «Взаимодействие - вот первое, что выступает перед нами, когда мы рассматриваем движущуюся материю в целом с точки зрения теперешнего естествознания. Мы наблюдаем ряд форм движения: механическое движение, теплоту, свет, электричество, магнетизм, химическое соединение и разложение, переходы агрегатных состояний, органическую жизнь, которые все - если исключить пока органическую жизнь - переходят друг в друга, обусловливают взаимно друг друга, являясь здесь причиной, там действием...» (К. Маркс, Ф. Энгельс. Соч., т. 20, с. 544).

Сложнее обстоит дело с определением понятия поля. В физике полем называют форму материи, осуществляющую взаимодействие между частицами вещества. Различают четыре вида полей: электромагнитное, гравитационное, поле сильных и слабых взаимодействий. В технике термин «поле» используют шире: это пространство, каждой точке которого поставлена в соответствие некоторая векторная или скалярная величина. Подобные поля часто связаны с веществами - носителями векторных или скалярных величин. Например, поле температур (тепловое поле), поле центробежных сил. Мы будем применять термин «поле» очень широко, рассматривая наряду с «законными» физическими полями и все- возможные «технические» поля - тепловое, механическое, акустическое и т. д.

В решении задачи 12 тепловое поле действует на В₂, меняя механическое взаимодействие между В₂ и В₁:

  П B₁ B₂

Может возникнуть вопрос: почему тепловое поле показано в формуле веполя, а механического поля взаимодействия между В₂ и В₁ в формуле нет? Разумеется, можно было бы записать и так:

     

где П₁ - тепловое поле, а П₂ - механическое поле.

В вепольных формулах обычно записывают только поля на входе и на выходе, т. е. поля, которыми по условиям данной задачи можно непосредственно управлять - вводить, обнаруживать, изменять, измерять. Взаимодействие между веществами указывают без детализации вида взаимодействия (тепловое, механическое и т. д.).

Принятые обозначения:

D - веполь (в общем виде);

- действие или взаимодействие (в общем виде, без конкретизации);

® - действие;

- взаимодействие;

- действие (или взаимодействие), которое надо ввести по условиям задачи;

~ - неудовлетворительное действие (или взаимодействие), которое по условиям задачи должно быть изменено;

П® - поле на входе: «поле действует»;

®П - поле на выходе: «поле хорошо поддается действию (изменению, обнаружению, измерению)»;

П' - состояние поля на входе;

П'' - состояние того же поля на выходе (меняются параметры, но не природа поля);

В' - состояние вещества на входе;

В'' - состояние вещества на выходе;

В' - В'' - «переменное» вещество, находящееся то в состоянии В', то в состоянии В''(например, под действием переменного поля);

- переменное поле.

В вепольных формулах вещества надо записывать в строчку, а поля сверху и снизу; это позволяет нагляднее отразить действие нескольких полей на одно и то же вещество.

Дата добавления: 2015-05-26