Глава 5. Основы теории решения

Изобретательских задач

Понятие об основных приёмах АРИЗ

С конца 1940-х годов в СССР началась разработка теории решения изобретательских задач (ТРИЗ). Другое название АРИЗ – алгоритм решения изобретательских задач. Автором является Г. С. Альтшуллер. Термин «алгоритм» в узком понимании обозначает набор правил, предписаний, позволяющих решать конкретных задач из некоторого числа однотипных задач.

В 1956 г. вышла первая статья Альтшуллера с изложением основ нового метода. С тех пор изданы десятки книг, сотни статей, многие переведены за рубежом. Сотни его учеников по всей стране стали пропагандировать ТРИЗ, переложив на ЭВМ.

 

АРИЗ – инструмент анализа и поиска нетиповых задач. Алгоритм – это система правил, совокупность и последовательность действий при решении определенного круга задач. Когда возникает техническая задача, в ее основе обязательно есть какое-либо противоречие. Само решение задачи при этом предполагает поиск, уточнение и устранение этого противоречия.

Техническому противоречию свойственна такая парадоксальная особенность: при попытке улучшить одну часть (элемент) технической системы непременно ухудшается другая. Под системой понимается целостное единствомножества связанных между собой  элементов, обладающих в совокупности взаимообусловленными свойствами, не сводящимися к свойствам отдельных элементов. Обычно причиной технического противоречия становится физическое противоречие.

Физическое противоречие имеет место тогда, когда объект должен находиться в одном физическом состоянии,чтобы удовлетворять какомк –либо техническому требованию, и ВТО же время не должен находиться в этом состоянии, чтобы удовлетворять общему требованию задачи.

Правила АРИЗ

Правило первое. АРИЗ – инструмент для мышления, а не вместо мышления. Не спешите, тщательно обдумывайте формулировку каждого шага, обязательно записывайте все соображения, возникающие по ходу решения задачи.

Правило второе. АРИЗ – инструмент для нестандартных задач. Проверьте: может быть, ваша задача решается уже знакомыми методами?

В основу АРИЗа положена гипотеза о закономерностях развития технических систем (ТС), причем будем считать синонимами понятия: ТС, объект техники, технический объект. АРИЗ включает:

1. Типовые (Стандартные) решения – перечень конкретных рекомендаций по решению технических задач.

2.   Собственно АРИЗ – программу, алгоритм анализа и поиска решений нетоповых задач. Последовательность, направленность и активизация мышления достигаются при этом ориентировкой на идеальный конечный результат (ИКР), т. е. идеальное устройство, способ.

3. Информационный фонд: эвристические приёмы технического творчества. В АРИЗе используются 40 основных приёмов (принципов) разрешения ТП.

4. Очень сильные инструменты, названные вспомогательным анализом (ВА) и методом маленьких человечков (ММЧ). Энергетическое (полевое) воздействие может быть тепловым, электромагнитным, гравитационным, механическим и т. д.

АРИЗ ориентирует на эффективное решение задач с наименьшими затратами, минимальной переделкой ТС, экономически. Оправданными затратами на внедрения найденного технического решения.

Покажем на примере, в чём отличительная сущность действий человека на АРИЗ от обычной мыслительной работы над одной и той же задачей.

Приступая к решению проблемы, человек ориентируется на идеальный конечный результат (ИКР). Представление об ИКР определяет направление поиска в создании нового объекта, машины, процесса и т.п.Сравнение ИКР с реальным техническим объектом позволяет выявить техническое противоречие, которое требуется разрешить (устранить).

Суть метода АРИЗ и состоит в том, чтобы, сравнив идеальное и реальной состояние объекта, выявить техническое противоречие или его причину – физическое противоречие и устранить (разрешить) их с помощью алгоритма уже существующей последовательности действий при решении подобных поисковых задач.

Приведем упрощенный вариант процедур АРИЗ. 1

Выбор задачи.

· Определить конечную цель решения задачи.

· Проверить обходной путь. Допустим, что задача нерешаема. Надо поставить другую задачу, чтобы получить требуемый конечный результат.

· Определить, какой вариант постановки задачи целесообразнее.

· определить требуемые количественные показатели.

· Уточнить требования, вызванные конкретными условиями, в которых предполагается реализация изобретения.

· Уточнить задачу, используя патентную информацию.

Применить оператор «размер, время, стоимость» - РВС.

Построение модели задачи.

· Записать условия задачи, не используя специальные термины.

· Выделить и записать конфликтующую пару элементов. При этом в конфликтующую пару обязательно должно входить изделие и элемент, с которыми оно взаимодействует. Таких пар несколько, но достаточно взять одну, элементы которой находятся в том состоянии, которое обеспечивает наилучшее осуществление производственного процесса.

· Записать два взаимодействия элементов конфликтующей пары – имеющееся и то, которое надо ввести6 Полезное и вредное.

· Записать стандартную формулировку модели задачи, указав конфликтующую пару и техническое противоречие.

3. Анализ модели задачи

· Выбрать из элементов, входящих в модель задачи, тот, который можно легко изменить и т.д.         

· -Записать стандартную формулировку ИКР. Элемент сам устраняет вредное взаимодействие, сохраняя способность выполнять полезное взаимодействие.

· Выделить ту зону элемента, которая не справляется с требуемым по ИКР комплексом двух взаимодействий.

· Сформулировать противоречивые физические требования, предъявляемые к состоянию выделенной зоны элемента конфликтующими взаимодействиями.

· Записать стандартные формулировки физического противоречия.

4. Устранение физического противоречия.

· Рассмотреть простейшие преобразования выделенной зоны элемента, т.е. разделение противоречивых свойств (в пространстве, во времени и т.д.).Если получен физический эффект, перейти к процедуре 5, если нет, то перейти к процедуре 2.

· Использовать таблицу типовых моделей задач и вепольных преобразований. Если получен физический ответ, перейти к процедуре 4, если нет, перейти к процедуре 3.

· Использовать таблицу применения физических эффектов и явлений. Если получен физический ответ, перейти к процедуре 5, если нет, перейти к процедуре 4.

· Использовать таблицу основных приемов устранения технических противоречий. Если до этого получен физический ответ, использовать таблицу для его проверки.

· Перейти от физического ответа к техническому: сформулировать способ и дать схему устройства, осуществляющего этот способ.

  Предварительная оценка полученного решения.

· Провести предварительную оценку

· Проверить формальную новизну   

· Проверить формальную новизну полученного решения

· Выяснить, какие подзадачи могут при технической разработке полученной идеи.. Записать возможные подзадачи – изобретательские, конструкторские, расчетные, организационные.

Развитие полученного ответа

· Определить, как должна быть изменена надсистема, в которую входит измененная система.

· Проверить, может ли измененная система применяться по-новому.

· Использовать полученный ответ при решении других технических задач.

Анализ хода решения.

· Сравнить реальный ход решения с теоретическим. Если есть отклонения, записать их.

Конкретизировать и упорядочить различные процедуры (этапы) АРИЗ позволяют специальные приемы моделирования ситуаций: операторы РВС (размеры, время, стоимость), метод маленьких человечков, вепольный анализ.

                       

Операторы РВС

Составляющие   РВС (размеры, время, стоимость)прямо подсказывают, что нужно сделать с условием задачи.

  А. Мысленно меняем размеры объекта от заданной величины до бесконечности. Как теперь решается задача?

  В Мысленно меняем размеры объекта от заданноя величины до нуля. Как теперь решается задача?

  С. Мысленно меняем время протекания процесса (или скорость движения объекта) от заданной величины до нуля. Как теперь решается задача?

 

1. 2. Вепольный анализ в решении задач

Название этого инструмента АРИЗ сложено из двух слов «вещество и «поле». В природе все вещества или элементы находятся в постоянной взаимосвязи. Обозначим, например вещества В1 В2. Между ними действует энергетическое поле П, которое воздействует на эти вещества. Для удобства решения задач разработана специальная символика (Рис. 13.) вепольного анализа.

 

- веполь в общем виде   - общая взаимосвязь (нормальная) - направленное действие - вредное воздействие -б бездействие разрушение свя Обозначение вещества -Поле на выходе и входе   Рис 13. Условные обозначения

    Для примера рассмотрим задачу.

Задача 1.3. Восстановление веполя. В интереснейшей книге "Злой дух Ямбуя" ав­тор, Г.Федосеев, описывает старого охотника, с которым случи­лась беда - он оглох. В тайге это верная смерть. Чтобы собака об­наружила зверя, ее надо отпустить, но ее лай он не услышит. Ее надо видеть, а для этого держать при себе. Противоречие! Но Карарбах (так звали охотника) голодал, думал и, наконец, решил его.

Рис. 13. К задаче «Восстановление веполя»

1 - акустическое поле П, создаваемое собакой Bi

2 - его действие на охотника Вг; 3 - движение охотника на звук

Ответ: Запишем условия. Собака В1 создает акустическое поле П, которое действует на охотника В₂, благодаря чему он идет к собаке (рис.13 а). Имеется веполь, все в порядке. Но вот охотник потерял слух, перестал слышать лай собаки. Поле П есть, но оно не воспринимается. Покажем это волнистой стрелой (рис.13 6). Веполь разрушен. П не действует на В1, поэтому он не идет к B2.

Нужно восстановить веполь. Старый охотник стал брать двух собак. Одну отпускал, а вторую держал, привязанной к поя­су. Она и тащила его на лай первой, приводила к зверю.

Метод маленьких человечков

Суть метода маленьких человечков состоит в том, чтобы представить объект (машину, или деталь, процесс) в виде скопления множества маленьких человечков. Которые все видят, понимают, чувствуют и могут действовать. Данный метод сохраняет достоинства эмегатии (наглядность, простор, одушевление) и не имеет присущих ей недостатков.

Приведем пример решения задач с применением методамаленькихчеловечков (ММЧ), но сначала определим правила применения приёма:

1. Выделить часть объекта по условию задачи и представить эту часть в виде «толпы» маленьких человечков.

2. Разделить МЧ на группы по условиям задачи: действующие, перемещающейся и т.д.

3. Рассмотреть полученную модель задачи (можно выполнить серию рисунков) и перейти к разрешению противоречия («так должно было быть» или «стало»).

4. Перейти к техническому ответу.

Дозатор жидкости сделан в виде качалки. В левой части до­затора емкость, которая при накоплении наклоняется влево и жидкость сливается. При этом левая часть становиться легче и дозатор возвращается в исходное положение. К сожалению, дозатор работает неточно: выливается не вся жидкость. Как только часть жидкости выльется, облегченная емкость уходит вверх - по­лучается "недолив". Как его устранить?

         Используется метод моделирования маленькими человеч­ками. Учитель должен подготовить серию последовательных ри­сунков (рис. 14 а - ж), которую учащимся надо показывать в ди­намике, то есть или рисовать, показывая этапы, или демонстри­ровать кодограмму, поочередно открывая их. На качелях девочки (жидкость) и мальчики (противовес в правой части дозатора). Вот принят груз (рис. 14 в). Но как только две девочки спрыгнули, ле­вая часть качелей уходит вверх (рис. 14 г). Как сделать, чтобы все девочки успевали спокойно сойти? Ответ очевиден: пока девочки будут сходить, мальчики должны подвинуться к центру качелей (рис. 14 д), а потом вернуться в исходное положение. Теперь пе­рейдем от модели к реальной конструкции. Грузик с правой части дозатора должен легко перемещаться туда-сюда. Ясно, что лучше всего сделать грузик в виде шарика (рис. 14 ж)

                                                                              

 

 

Рис. 14. К задаче «Капризная качалка»