Учебник по АРИЗ-85-В. Алгоритм решения изобретательских задач
Кроме того, необходимо проверить соответствие конфликтующей пары и технического противоречия. Если его нет, необходимо вернуться к шагу 1.2 (на Рис. 8 это показано в виде петли обратной связи) и скорректировать конфликтующую пару или техническое противоречие.
Рис. 8. Шаг 1.3 первой части АРИЗ-85-В
На рис. 8 обозначено:
1.2 – шаг первой части АРИЗ-85-В;
1.3.1—1.3.3 – это подшаги шага 1.3. Определение ТП:
Перейдем к рассмотрению задачи 1 о газопроводе.
Задача 1. Газопровод (продолжение)
1.3. Формулировка технического противоречия (ТП)
1.3.1. ТП1. Состояние 1, соответствующее 1.2.3.1 – преградитель с большими отверстиями (П>):
1.3.1.1. Словесная формулировка ТП1.
Преградитель с большими отверстиями свободно пропускает газ, но не задерживает огонь.
1.3.1.2. Графическое представление ТП1.
1.3.1.3. Проверить соответствие графической формулировки словесной.
«Прочитаем» по графическому представлению формулировку ТП1.
П> – означает «преградитель с большими отверстиями».
Над прямой стрелкой (указывающей полезное действие) написано «свободно пропускает».
Под волнистой стрелкой (указывающей нежелательное действие или эффект) написано «не задерживает».
Итак, получается: «Преградитель с большими отверстиями свободно пропускает газ, но не задерживает огонь».
Полное соответствие графической формулировки словесной.
1.3.2. ТП2. Состояние 2, соответствующее 1.2.3.2, преградитель с малыми отверстиями (П <):
1.3.2.1. Словесная формулировка ТП2.
Преградитель с малыми отверстиями задерживает огонь, но затрудняет прохождение газа.
1.3.2.2. Графическое представление ТП2.
1.3.2.3. Проверить соответствие графической формулировки словесной.
Проверка аналогична описанному в 1.3.1.3. Полное соответствие.
1.3.3. Проверка правильности выполнения шагов 1.3.1—1.3.2.
В данных формулировках полное соответствие так как мы тщательно выбрали конфликтующую пару.
Представим, что на шаге 1.2 конфликтующая пара была бы огонь‒ преградитель или преградитель‒газ, тогда на данном шаге пришлось бы скорректировать конфликтующую пару.
Такие возвраты необходимы для точной формулировки противоречий и выявления первопричин.
Иногда в условиях задачи дано только изделие, инструмента нет, поэтому нет явного ТП. В этих случаях ТП получают, условно рассматривая два состояния (изделия), хотя одно из них заведомо недопустимо.
Задача 2. Наблюдение микрочастиц
Как наблюдать невооруженным глазом микрочастицы, взвешенные в образце оптически чистой жидкости, если эти частицы настолько малы, что свет обтекает их?
ТП1: Если частицы малы, жидкость остается оптически чистой, но частицы невозможно наблюдать невооруженным глазом.
ТП2: Если частицы большие, они хорошо наблюдаемы, но жидкость перестает быть оптически чистой, а это недопустимо.
Условия задачи, казалось бы, заведомо исключают рассмотрение ТП2: изделие менять нельзя!
Действительно, в дальнейшем мы будем рассматривать ТП1, но ТП2 даст дополнительные требования к изделию: маленькие частицы, оставаясь маленькими, должны стать большими.
3.5. Выбор конфликтующей пары
Перейдем к рассмотрению шага 1.4 – выбора конфликтующей пары. На этом шаге мы выбираем ту из конфликтующих пар, которая лучше позволяет выполнить основную функцию системы, указанную на шаге 1.1.1.
Технология выбора достаточно проста:
1.4.1. Уточнить основную функцию системы, указанную на 1.1.1.
Процесс анализа задачи на шагах 1.1‒1.3 может уточнить задачу или показать ее с другой стороны, и возникнет необходимость в незначительном (но, может быть, существенном) уточнении основной функции.
Принципиальное изменение основной функции, как правило, приводит к постановке новой задачи. Поэтому в первую очередь рекомендуется довести анализ первоначально поставленной задачи до конца, а потом перейти к решению вновь поставленной.
1.4.2. Выбрать из технических противоречий (ТП1 и ТП2), описанных на шаге 1.3, вид ТП, соответствующий уточненной основной функции.
1.4.3. Уточнить состояние инструмента в выбранной конфликтующей паре.
После того как решение задачи доведено до конца, целесообразно выбрать другое состояние инструмента и еще раз провести анализ задачи с этим состоянием инструмента. Не исключено, что мы можем получить другое решение.
Структурная схема шага 1.4 первой части АРИЗ-85-В показана на рис. 9.
Рис. 9. Шаг 1.4 первой части АРИЗ-85-В
На рис. 9 обозначено:
1.4.1—1.4.3 – подшаги шага 1.4. Выбор конфликта:
Перейдем к рассмотрению задачи 1 о газопроводе.
Задача 1. Газопровод (продолжение)
1.4. Выбор конфликтующей пары.
1.4.1. Основная функция.
Вернемся к шагу 1.1.1 и посмотрим, как там описана основная функция системы. В данной задаче описаны две основные функции. В подобных случаях следует идти по двум направлениям. Могут быть получены два принципиальных решения или одно, удовлетворяющее сразу двум направлениям. Хотя чисто формально можно говорить только о главной функции газопровода – пропускать газ.
а) Для работы газопровода важно, чтобы газ проходил свободно, без препятствий.
б) Для нормальной работы преградителя – предотвращение распространения огня.
В дальнейшем будем идти по двум направлениям.
1.4.2. Выбрать из описанных на 1.3 вид ТП, соответствующий 1.4.1.
а) газ проходит без препятствий в ТП1 (формально мы должны выбрать это ТП);
б) огонь не распространяется в ТП2.
1.4.3. Состояние инструмента.
а) отверстия большие (П>) – формально мы должны выбрать это состояние;
б) отверстия малые (П <).
3.6. Усиление конфликта
На шаге 1.5 усиливают конфликт. Наиболее часто это делают путем устремления состояния инструмента к пределу и, соответственно, усиливая противоположные действия.
Усиление должно быть таким, чтобы гарантировать 100% выполнения полезного действия. Этим, как правило, мы добиваемся и 100% нежелательного эффекта. Такое состояние и называется усиленным (предельным) конфликтом.
Правило 3. Часто задачи содержат конфликты типа «много элементов» и «мало элементов», «сильный элемент» —«слабый элемент» и т. д. Конфликты типа «мало элементов» при усилении надо приводить к одному виду – «ноль элементов» («отсутствующий элемент»).
Теперь мы знаем, каким образом можно добиться максимума полезного действия. Далее мы будем выявлять возможность устранения нежелательного эффекта.
Этот шаг необходим и для снятия психологической инерции.
Обычно мы ищем компромисс. «Чуть-чуть улучшим одно, немного ухудшим другое…». Поэтому появляется желание сгладить противоречие, сформулированное на шаге 1.4. В таком случае мы снова приходим к исходной ситуации. Чтобы не сбиваться с логики АРИЗ и не возвращаться назад, мы еще больше усиливаем конфликт, доходя до его предельного состояния.
Этот шаг схематически представлен на рис. 10.
Рис. 10. Шаг 1.5 первой части АРИЗ-85-В
На рис. 10 обозначено:
1.5 – шаг первой части АРИЗ-85-В;
КП – конфликтующая пара;
УК – усиленный конфликт.
Перейдем к рассмотрению задачи 1 о газопроводе.
Задача 1. Газопровод (продолжение)
1.5. Усилить конфликт, указав предельное состояние (действие) элементов.
а) Отверстия в преградителе очень большие – равны внутреннему диаметру трубы – преградитель отсутствует.
б) Отверстия в преградителе очень маленькие – в пределе равны нулю – преградитель сплошная стена (без отверстий).
3.7. Формулировка модели задачи
Переходим к рассмотрению шага 1.6, на котором формулируется модель задачи. Для этого:
1.6.1. Уточняют конфликтующую пару для состояния, выбранного на шаге 1.5.
1.6.2. Составляют усиленную формулировку конфликта.
1.6.3. Вводится икс-элемент, который должен не допустить (или устранить) нежелательный эффект и сохранить полезное действие инструмента (или не мешать ему).
Следует задать вопрос: Что должен сделать вводимый для решения задачи икс-элемент (что он должен сохранить и что он должен устранить, улучшить, обеспечить и т. д.)?
Икс-элемент может впоследствии представлять собой что угодно – какой-то механизм, часть имеющихся элементов в системе или надсистеме, внешнюю среду, физическое, химическое или математическое превращение, и т. д.
Икс-элемент – это воображаемый абстрактный искомый элемент, помогающий устранить нежелательный эффект.
Следует отметить, что икс-элемент не должен заменять инструмент. Он должен только не мешать инструменту осуществлять полезное действие. Таким образом, к икс-элементу предъявляются два требования:
1. Устранить нежелательный эффект.
2. Не мешать инструменту выполнять полезное действие.
На дальнейших шагах необходимо выявить свойства, которыми должен обладать икс-элемент.
После выполнения шага 1.6 следует снова вернуться к шагу 1.1 (на Рис. 11 это показано в виде петли обратной связи) и проверить, соблюдается ли логика АРИЗ для построения модели задачи. Такой возврат позволит уточнить все шаги и сформулировать модель задачи более точно.
Рис. 11. Шаг 1.6 первой части АРИЗ-85-В
На рис. 11 обозначено:
1.6.1‒1.6.3 – подшаги шага 1.6. Выбор конфликта:
Перейдем к рассмотрению задачи 1 о газопроводе.
Задача 1. Газопровод (продолжение)
1.6. Записать формулировку модели задачи.
1.6.1. Конфликтующая пара
а) Газ, огонь и преградитель с очень большими отверстиями (отсутствующий преградитель);
б) Газ, огонь и преградитель с очень маленькими отверстиями (сплошная стенка).
1.6.2. Усиленная формулировка конфликта
а) Преградитель с очень большими отверстиями (отсутствующий преградитель П>>) совсем не мешает прохождению газа, но совсем не задерживает огонь.
б) Преградитель с очень маленькими отверстиями (сплошная стенка П <<) совсем не пропускает огонь, но не пропускает и газ.
1.6.3. Функции Х-элемента.
а) Икс-элемент не пропускает (задерживает) огонь, не мешая прохождению газа.
б) Икс-элемент позволяет газу свободно проходить, не мешая преградителю в виде сплошной стенки задерживать огонь.
3.8. Представление вепольной модели
Рассмотрим последний шаг в первой части АРИЗ.
На шаге 1.7 составляется структурная (вепольная) модель задачи и проверяется возможность применения системы стандартов.
Модель представляют в виде вепольной структуры, используя закономерности развития веполей и систему стандартов, преобразуют эту модель и получают решение.
Таким образом, проводится первоначальный вепольный анализ существующей системы, в результате которого может быть получено решение.
Если задача не решена, перейти ко второй части АРИЗ. Если задача решена, можно перейти к седьмой части АРИЗ (рис. 12), хотя и в этом случае рекомендуется продолжить анализ со второй части – возможно получение других решений.
Рис. 12. Шаг 1.7 первой части АРИЗ-85-В
На рис. 12 обозначено:
1.7 – шаг 1.7 первой части АРИЗ-85-В;
2 и 7 – номера частей АРИЗ-85-В;
М – модель задач;
СМ – структурная модель;
СР – структурное решение.
Вернемся к рассмотрению задачи 1 о газопроводе.
Задача 1. Газопровод (продолжение)
1.7. Применение вепольного анализа.
Изобразим для начала полную вепольную схему (4).
а) Преградителя нет
Где:
В1 – газ;
В2 – преградитель (отсутствующий);
П1 – давление газа, создающее поток;
П2 – огонь.
Давление (П1) перемещает газ (В1) – хорошее действие (прямая стрелка). Отсутствующий преградитель (В2) не мешает газу (В1) свободно проходить – хорошее действие (прямая стрелка). Отсутствующий преградитель (В2) не задерживает огонь (П2) – вредная связь, обозначенная волнистой стрелкой.
В данном веполе В1 и П1 не несут эвристической нагрузки, поэтому их нет смысла рассматривать.
Преобразуем веполь. Теперь вепольная структура будет иметь вид (5)
Где
В2 – преградитель (отсутствующий) – преградитель с очень большими отверстиями;
П2 – огонь.
Отсутствующий преградитель (В2) не задерживает огонь (П2) – вредная связь (волнистая стрелка).
Система невепольная – ее необходимо достроить до веполя (6).
Где:
В2 – преградитель (отсутствующий) – преградитель с очень большими отверстиями;
П2 – огонь;
В3 – введенное вещество, задерживающее огонь (икс-элемент).
Икс-элемент (В3) задерживает огонь (П2) – хорошее действие (прямая стрелка). Между икс-элементом (В3) и преградителем (В2) пока не понятно, какая связь – прямая линия (нет действия, поэтому нет стрелки).
Может быть представлена и другая вепольная структура (7).
Где:
В2 – преградитель (отсутствующий) – преградитель с очень большими отверстиями;
П2 – огонь;
В1 – газ.
Огонь (П2) сжигает газ (В1) – вредная связь (волнистая стрелка).
Необходимо ввести еще одно поле П3 (8).
Где:
В2 – преградитель (отсутствующий) – преградитель с очень большими отверстиями;
П2 – огонь;
В1 – газ;
П3– поле, задерживающее огонь (икс-элемент).
б) Преградитель сплошной (9).
Где
В1 – газ;
В2 – преградитель (стенка);
П1 – давление газа, создающее поток;
П2 – огонь.
Сплошной преградитель (В2) не пропускает газ (В1) – вредная связь (волнистая стрелка). Сплошной преградитель (В2) задерживает огонь (П2) – хорошее действие (прямая стрелка). В данном веполе огонь (П2) не несет эвристической нагрузки, поэтому его нет смысла рассматривать. Вепольная структура будет иметь вид (10).
Где
В1 – газ;
В2 – преградитель (стенка);
П1 – давление газа, создающее поток.
Приведем возможные вепольные преобразования
Необходимо ввести еще одно вещество В3 (11).
Где
В1 – газ;
В2 – преградитель (стенка);
П1 – давление газа, создающее поток;
В3 – вещество, которое должно способствовать прохождению газа (икс – элемент).
Это новое вещество может быть модификацией уже имеющихся веществ В1 и В2 (12).
Где
В1 – газ;
В2 – преградитель (стенка);
П1 – давление газа, создающее поток;
В3 – вещество, которое должно способствовать прохождению газа (икс-элемент), которое может быть сделано или из В1 (газа) или из В2 (преградителя) или из их модификаций (В1», В2»). Очевидно, что идеальнее В3 сделать из газа.
Глава 4. ЧАСТЬ 2. АНАЛИЗ МОДЕЛИ ЗАДАЧИ
4.1. Основные понятия и структура второй части АРИЗ
Цель второй части АРИЗ – выявить имеющиеся в системе ресурсы, которые можно использовать для решения задачи. В этой части определяют оперативные параметры, рассматривая ОЗ икс-элемента, ОВ и часть вещественно-полевые ресурсы (ВПР), находящихся в оперативной зоне. Среди этих ресурсов могут быть любые из оперативных параметров.
Вещественно-полевые ресурсы – это вещества и поля, которые уже имеются или могут быть легко получены по условиям задачи. ВПР бывают внутренние (внутрисистемные), внешние (внешнесистемные) и надсистемы (надсистемные). Выявление вещественно-полевых ресурсов удобно систематизировать с помощью таблицы (табл. 4).
Таблица 4. Выявление вещественно-полевых (ВПР) ресурсов
При решении мини-задачи в первую очередь желательно использовать внутренние ВПР. При развитии полученной идеи и при прогнозировании развития систем (макси-задачи), необходимо максимально использовать все виды ресурсов (п. 7).
Особо следует обратить внимание на ресурсы изделия. Как мы уже отмечали раньше, изделие – неизменяемый элемент. Изделие действительно нецелесообразно изменять при решении мини-задачи. Иногда изделие может:
– изменяться само;
– допускать расходование (т. е. изменение) какой-то части, когда его (изделия) в целом неограниченно много (например, ветер и т. д.);
– допускать переход в надсистему (кирпич не меняется, но меняется дом);
– допускать использование микроуровневых структур;
– допускать соединение с «ничем», т. е. с пустотой;
– допускать изменение на время.
Таким образом, изделие входит в ВПР лишь в тех сравнительно редких случаях, когда его можно легко менять, не меняя.
ВПР – это имеющиеся ресурсы. Их выгодно использовать в первую очередь. Если они окажутся недостаточными, можно привлечь другие вещества и поля. Анализ ВПР на шаге 2.3 является предварительным.
Итак, во второй части уточняются и конкретизируются параметры модели задачи, предельно сужая область исследования.
С другой стороны, выявляются остальные ресурсы в системе, надсистеме и окружающей среде. Расширяя область представления о задаче. Эти знания используются после точной формулировки задачи (выявление ОП) для получения решения.
Функция второй части АРИЗ – переход от модели задачи (М) к ее вещественно-полевым ресурсам (ВПР). Структурная схема представлена на рис. 13.
Рис. 13. Функция 2 части АРИЗ-85-В
Где
2 – номер части АРИЗ-85-В;
М – модель задачи;
ВПР – вещественно-полевые ресурсы.
Более детально последовательность выявления ВПР представлена структурной схемой, показанной на рис. 14.
Рис. 14. Вторая часть АРИЗ-85-В
Где 2.1‒2.3 – шаги 2-й части АРИЗ-85-В
Определения оперативной зоны и оперативного времени были даны в п. 6.8.
4.2. Определение оперативной зоны
ОЗ является частью измененного элемента, в пределах которого обеспечивается противоречивость требований, обуславливающих наличие конфликта. ОЗ частично или полностью располагается на поверхности изделия или проникает в него.
Однако такое проникновение возможно лишь тогда, когда оно (проникновение) не нарушает условий задачи. Геометрически ОЗ может включать и весь изменяемый элемент. При этом слова «часть элемента» означают составную часть, распределенную во всем пространстве (например, радиоволны – часть окружающего пространства – атмосферы). Если в ОЗ действуют какие-либо силы, то источники этих сил (устройства) могут находиться за пределами этой ОЗ.
Перейдем к рассмотрению конкретных шагов этой части АРИЗ.
Итак, на шаге 2.1 определяется оперативная зона – зона конфликта. Выполним этот шаг для рассматриваемой задачи.
Задача 1. Газопровод (продолжение)
Напомним, что мы на шаге 1.6 в модели задачи рассматривали два варианта преградителей:
а) отсутствующий;
б) сплошной.
2.1. Определить оперативную зону (ОЗ).
Для этой модели задачи оперативная зона – узкая часть внутреннего объема трубы или, еще более точно, – круг, вписанный в трубу.
В учебных целях для лучшего усвоения понятия оперативной зоны покажем ее предельные значения (область возможных значений). Предыдущая формулировка – это предельно широкое рассмотрение ОЗ. Посмотрим, как можно сформулировать предельно узкое значение ОЗ.