Учебник по АРИЗ-85-В. Алгоритм решения изобретательских задач
До использования ВПР осуществляют моделирование маленькими человечками (ММЧ) и делают «Шаг назад от ИКР».
2.6. Пятая часть
Пятая часть АРИЗ предназначена для разрешения ФП. Для этой цели используется информационный фонд (стандарты на решение изобретательских задач, задачи-аналоги, технологические эффекты, приемы). Если решение найдено, то переходят к седьмой части и проверяют его, а затем продолжают решение по 6—9 частям.
2.7. Шестая часть
Основная цель шестой части АРИЗ – переход от физического решения к техническому. Для этого необходимо сформулировать технический способ осуществления физического решения, разработать конструктивное воплощение и технологическую реализацию. Если решение не получено, то рекомендуется вернуться к первой части (на рис. 1 это показано в виде петли обратной связи), заново сформулировать ТП и решать задачу. Если и в этом случае решение не получено, то снова формулируют модель задачи, выбрав другое АП. При необходимости такое возвращение совершают несколько раз с последующим переходом к надсистеме (системе более высокого ранга).
2.8. Седьмая часть
В седьмой части алгоритма осуществляется анализ полученного решения и определение его пригодности для конкретных производственных условий, т. е. проводится оценка решения (ОР). Один из приемов оценки решения – это сравнение его с ИКР. Степень близости полученного решения к ИКР определяет качество полученного решения.
В результате оценки решения могут возникнуть две ситуации: полученное решение приемлемо или неприемлемо (удовлетворяет или не удовлетворяет требованиям ИКР и задачедателя).
В первом случае идею решения развивают с помощью восьмой части и оценивают ход решения в девятой части АРИЗ.
Когда решение по каким-то причинам не устраивает, то целесообразно вернуться к первой части (петля обратной связи на рис. 1) и сформулировать другую модель задачи.
Если решение годится, то следует проверить (по патентным данным) его формальную новизну, а также выявить и записать подзадачи, возникающие при технической разработке полученной идеи – изобретательские, конструкторские, расчетные, организационные подзадачи. Это так называемые вторичные задачи.
После этого развивают идею решения и оценивают ход решения в соответствии с восьмой и девятой частями АРИЗ.
2.9. Восьмая часть
В восьмой части АРИЗ идея решения развивается по трем направлениям.
I. Первое направление. Первоначально определяется соответствие полученного решения надсистеме рассматриваемой ТС. Такое соответствие зависит от уровня полученного решения:
1. Принципиально новое – «пионерское» решение (например, изобретение самолета, радио, лазера, компьютера и т. п.).
– Такие решения, как правило, требуют изменить надсистему.
2. Не принципиально новое – «не пионерское».
– Если решение «не пионерское», то оно подстраивается под систему и её надсистему. Прежде всего следует выяснить взаимосвязи разработанной ТС с другими системами, надсистемой и внешней средой и обеспечить такой процесс их взаимодействия, чтобы не вызывать взаимных отрицательных явлений. Это осуществляется в соответствии с ЗРТС, например, согласованием параметров, форм, связей, веществ и полей вновь создаваемой системы с надсистемой и окружающей средой. Кроме того, осуществляется согласование процессов по времени, в частности согласование ритмики работы.
Если при этом выявляются какие-то недостатки, то они устраняются. Часто устранение этих недостатков является новой задачей (вторичной задачей), которая тоже может быть решена по АРИЗ.
После этого решение дорабатывается конструктивно, технологически, разрабатываются мероприятия по использованию полученного решения.
II. Второе направление – это развитие идеи решения, использование полученного решения по новому назначению – для выполнения других функций, для других систем.
III. Третье направление – применение полученной идеи решения для решения других задач. Так появляются новые стандарты на решение изобретательских задач.
Таким образом, на выходе восьмой части мы получаем развитие идеи (РИ) и дополнительные решения (ДР).
2.10. Девятая часть
Цели девятой части – совершенствование навыков пользования АРИЗ и усовершенствование самого АРИЗ. Такая операция проводится путем сопоставления идеального хода решения задачи по всем шагам АРИЗ с реальным ходом ее решения.
Тем самым производится оценка хода решения задачи.
После получения решения достаточно легко представить идеальный ход решения, ибо «с вершины» полученного решения легче увидеть наиболее быстрый, легкий и точный путь, который ведет к этому решению. При сравнивании реального решения с идеальным легче обнаружить просчеты и неточности, допущенные при решении. Следует тщательно разобраться в причинах этих ошибок, запомнить их и учесть при решении других задач. За счет такого анализа совершенствуется методика решения, значительно эффективнее и быстрее происходит ее освоение.
Иногда ошибки совершаются из-за несовершенства самого АРИЗ. Такие ошибки собираются и систематизируются, чтобы устранить недостатки АРИЗ, которые привели к этим ошибкам. Так постепенно совершенствуется АРИЗ.
Рассмотрим подробно каждую часть АРИЗ.
Глава 3. Часть 1. Анализ задачи
3.1. Основные понятия и структура первой части АРИЗ
Цель этой части перейти от исходной ситуации «ИС» к модели «М» задачи. Таким образом, первая часть преобразует туманную (расплывчатую) ситуацию «ИС» в четко построенную и предельно простую модель задачи «М», что изображено на рис. 2.
Рис. 2. Функция 1-й части АРИЗ-85-В
На рис. 2 обозначено:
1 – номер части АРИЗ-85-В;
ИС – изобретательская задача;
М – модель задачи.
Исходная ИС, как правило, содержит несколько АП (1):
Где
ИС – изобретательская ситуация;
АП – административное противоречие.
Выбор задачи из изобретательской ситуации сводится практически к оставлению одного административного противоречия (АП). Этот процесс рассматривался в разделе «Выбор задачи» в предыдущих АРИЗ и отсутствует в АРИЗ-85-В.
В первой части АРИЗ-85-В осуществляется переход от АП к ТП. Схематически это изображено на рис. 3.
Рис. 3. Функция 1-й части АРИЗ-85-В
На рис. 3 обозначено:
1 – номер части АРИЗ-85-В;
АП – изобретательская задача или административное противоречие;
ТП – техническое противоречие.
Что же представляет собой модель задачи? Она, как и любая модель, должна представлять основную суть задачи.
Модель задачи (М) это совокупность КП и ТП. Для наглядности представим модель задачи в виде условного выражения (2):
Где
М – модель задачи;
КП – конфликтующая пара;
ТП – техническое противоречие.
В свою очередь, КП состоит из изделия или объекта (О) и инструмента (И). Представим это в виде (3):
Где
КП – конфликтующая пара;
О – объект (изделие);
И – инструмент.
Элементы конфликтующей пары могут быть сдвоены, например, действие одного инструмента направлено на два объекта (или две части объекта), или объект обрабатывается сразу двумя инструментами (или разными частями инструмента).
Детальная технология выявления модели задачи описана в тексте АРИЗ-85-В. Общая последовательность показана на рис. 4. Она следующая:
– на шаге 1.1 из административного противоречия (АП) формулируется мини-задача (МЗ);
– на шаге 1.2 выявляют конфликтующую пару (КП);
– на шаге 1.3 определяют техническое противоречие (ТП);
– на шаге 1.4 выбирают состояние конфликта (СК);
– на шаге 1.5 усиливают конфликт (УК);
– на шаге 1.6 вводится икс-элемент и формулируют модель задачи (М);
– на шаге 1.7 строят структурную (вепольную) модель задачи (СМ) и применяют стандарты.
Рис. 4. Анализ задачи
На рис. 4 обозначено:
1.1‒1.7 – шаги 1-й части АРИЗ-85-В:
Необычность решения задач по АРИЗ заключается в усилении конфликта, а не в его сглаживании. Это осуществляется для того, чтобы у решателя не появился соблазн поиска компромисса, т. е. чтобы он не поступился определенными качествами конфликтующих требований. Усиление конфликта приводит к выявлению более глубоких причин, породивших техническое противоречие.
Для АРИЗ свойственно постепенное сужение анализируемой области (области рассмотрения) в системе. Вначале рассматривается изобретательская ситуация с различными направлениями решения. Далее выбирается одно направление и формулируется административное противоречие (АП) со многими элементами и конфликтами. Затем из всех элементов отбирают только два элемента – конфликтующую пару, с двумя состояниями инструмента. Дальнейшее сужение области рассмотрения происходит за счет выбора одного состояния инструмента, реализующего главную полезную функцию, и перехода от пары элементов к одному, который и будет в дальнейшем исследоваться. Заранее этот элемент не известен, поэтому его принято называть икс-элемент. В результате решения икс-элемент может быть чем угодно, каким-то изменением в системе, не только вещественным, но и полевым. Например, изменение давления, температуры, электрических параметров, агрегатного состояния, сигнала или изменение данных и т. п.
Следует отметить, что после выбора одного из двух состояний инструмента второе его состояние исключается из дальнейшего рассмотрения. «Вцепившись» в одно состояние инструмента, необходимо в процессе решения задачи добиться, чтобы при этом состоянии инструмента появилось положительное свойство, присущее другому его состоянию.
Часто бывает полезно после решения задачи вернуться к рассмотрению другого состояния инструмента и еще раз осуществить анализ по шагам АРИЗ.
Рассмотрим каждый шаг первой части по отдельности
3.2. Формулировка мини-задачи
На шаге 1.1 формулируется мини-задача.
Напомним, что основная цель при решении мини-задачи – не изменять существующую техническую систему (или сделать минимальные изменения). Она должна оставаться практически без изменений или упроститься, но лишиться недостатков (должен быть устранен нежелательный эффект) или в системе должно появиться новое необходимое (требуемое) свойство.
Таким образом, при решении мини-задачи мы вводим дополнительные требования: результат должен быть получен «без ничего». Тем самым происходит обострение конфликта и заранее отсекаются пути, ведущие к компромиссным решениям.
Формулировать мини-задачу следует без специальных терминов, чтобы избавиться от психологической инерции, навязанной этими терминами. Термины относятся к любым частям системы. Они навязывают применение традиционных технологий, характерных для данного объекта (термина).
Рекомендуется любой термин заменять более общим понятием, объектом, выполняющим более общую функцию (п. 1.3.1).
В мини-задаче (шаг 1.1) формулируются:
1.1.1. Назначение и основная функция системы.
1.1.2. Состав системы (перечень основных элементов системы).
1.1.3. Нежелательный эффект (недостатки системы).
1.1.4. Ожидаемый результат (результат, который должен быть получен при минимальных изменениях в системе).
В перечне элементов следует указать не только технические части, но и природные, взаимодействующие с техническими.
Структурная схема шага 1.1 показана на рис. 5.
Рис. 5. Шаг 1.1 первой части АРИЗ-85-В
На Рис. 5 обозначено:
1.1.1—1.1.4 – это подшаги шага 1.1. Формулировка мини-задачи:
Рассмотрим формулировку мини-задачи на примере.
Рассмотрим формулировку мини-задачи на примере.
Задача 1. Газопровод
В магистральных газопроводах возникают пожары.
Как не допустить распространения огня?
Формулировка задачи в таком виде представляет собой изобретательскую ситуацию. Эта задача может быть решена, используя многие направления:
– создать устройство, которое предотвращало бы распространение огня в газопроводе;
– разработать систему тушения огня;
– другие направления.
Чтобы перейти от изобретательской ситуации к задаче, необходимо выбрать одно из направлений, а затем сформулировать конкретное административное противоречие (АП) и уточнить условия задачи.
Выберем первое направление – предотвращение распространения огня. Для этого рассмотрим одну из существующих технологий предотвращения распространения огня в магистральных газопроводах с помощью огнепреградителя.
Огнепреградители представляют собой поперечные керамические вставки с отверстиями. Такие вставки частично предотвращают распространение огня, но затрудняют прохождение газа по трубопроводу. Как уменьшить сопротивление потоку газа?
Это формулировка задачи.
Практически сейчас сформулировано АП в виде нежелательного эффекта – затруднение прохождения газа.
Теперь сформулируем мини-задачу, которая рассматривается на шаге 1.1 АРИЗ-85-В.
1.1. Записать условие мини-задачи (без специальных терминов).
Огнепреградитель – специальный термин. В дальнейшем будем его называть преградитель.
1.1.1. Основная функция системы.
Для газопровода основная функция – проводить газ (двигать газ).
Для преградителя – предотвращение распространения огня (остановка огня).
1.1.2. Состав системы.
Труба, газ, преградитель, пламя.
1.1.3. Нежелательный эффект.
Преградитель затрудняет прохождение газа.
1.1.4. Ожидаемый результат.
Необходимо при минимальных изменениях в системе сделать так, чтобы преградитель не затруднял прохождение газа.
3.3. Определение конфликтующей пары
Перейдем к рассмотрению шага 1.2, на котором формулируется конфликтующая пара.
Из определения конфликтующей пары следует, что необходимо указать изделие и инструмент.
Рассмотрим требования к выбору конфликтующей пары.
Требование 1. Пара должна состоять из изделия и инструмента.
Требование 2. Должна рассматриваться пара, в которой элементы выполняют полезную функцию (желаемый результат) и имеют связанные с этим нежелательные эффекты.
Требование 3. Исходя из закона увеличения степени идеальности системы, в конфликтующую пару должны входить изделие и та часть инструмента, которая непосредственно обрабатывает изделие. Инструмент тем идеальнее, чем его меньше.
Бывают случаи, когда трудно однозначно выбрать инструмент, особенно если приходится выбирать из нескольких. В этих случаях для выбора конфликтующей пары следует построить таблицу взаимодействий элементов, своего рода «турнирную» таблицу (табл. 1).
Таблица 1. Таблица взаимодействия элементов
Можно воспользоваться и другим методом.
Из состава системы постепенно мысленно убирают по одному элементу, считая при этом, что все остальные связи остались.
Если при этом конфликт исчез, то такой элемент является одним из компонентов конфликтующей пары. Так постепенно перебирают все элементы.
В конфликте могут участвовать и более двух элементов, например два инструмента или сдвоенный инструмент. Возможны случаи сдвоенных изделий.
Например, даны два разных инструмента, которые должны одновременно действовать на изделие, причем один инструмент мешает другому. Или даны два изделия, которые должны воспринимать действия одного и того же инструмента: одно изделие мешает другому или инструмент на одно изделие действует хорошо, а на другое – плохо.
Рассмотрим правила.
Правило 1. Если инструмент по условиям задачи может иметь два состояния, надо указать оба состояния.
Правило 2. Если в задаче есть пары однородных взаимодействующих элементов, достаточно взять одну пару.
Для инструмента желательно указать два предельных состояния (мало – много, сильный – слабый, проводник – диэлектрик, дешевый – дорогой, быстро – медленно и пр.). Если указать второе состояние инструмента затруднительно, то или специально выдумывается второе предельное состояние, или задача решается только с одним состоянием инструмента. Выявление двух предельных состояний инструмента позволяет глубже разобраться в задаче, глубже ее обострить.
Структурная схема шага 1.2 показана на рис. 6.
Рис. 6. Шаг 1.2 первой части АРИЗ-85-В
На рис. 6 обозначено:
1.2.1—1.2.3 – подшаги шага 1.2. Формулировка конфликтующей пары:
Продолжим разбор задачи 1 о газопроводе.
Задача 1. Газопровод (продолжение)
1.2. Сформулировать конфликтующую пару.
Для определения конфликтующей пары составим таблицу взаимодействия элементов системы (табл. 2). Основными элементами системы являются: труба, газ, преградитель, пламя.
Помните, что конфликтующая пара должна обязательно содержать элемент, выполняющий главную функцию системы.
У нас система для предотвращения огня в трубопроводе. Элемент, который это делает, – преградитель. Он преграждает огонь. Значит одну конфликтующею пару мы определили: преградитель – пламя. Отметим его знаком «+» в таблице.
Перейдем к рассмотрению других взаимодействий.
Труба формирует поток газа и делает это хорошо, поэтому между трубой и газом нет конфликта, поэтому в таблице мы поставим знак «‒». И вообще у нас задача связана с преградителем, а не с трубой, поэтому конфликт между трубой и пламенем мы не будем рассматривать (шаг 1.1.3).
Труба хорошо удерживает преградитель, поэтому между ними тоже нет конфликта, да и задача не о закреплении преградителя в трубе (шаг 1.1.3).
Пламя нагревает трубу, поэтому между трубой и пламенем имеется конфликт. В таблице мы поставим знак «+».
Преградитель мешает свободному прохождению газа – это конфликт, и в таблице мы поставили знак «+».
Пламя сжигает газ – это конфликт, и в таблице мы поставит знак «+».
Таблица 2. Таблица взаимосвязей элементов
Из табл. 2 видно, что имеются конфликты между:
1. трубой и пламенем (пламя нагревает трубу);
2. газом и преградителем (преградитель мешает свободному прохождению газа);
3. газом и пламенем (пламя сжигает газ);
4. преградителем и пламенем (преградитель задерживает пламя).
Наша задача связана с преградителем, поэтому конфликт между трубой и пламенем мы не будем рассматривать (шаг 1.1.3). То же самое относится к паре «газ‒пламя». Поэтому в таблице следует скорректировать взаимосвязи труба‒пламя и газ‒пламя. Исправим «+» на «‒».
Новая таблица будет выглядеть так (табл. 3).
Таблица 3. Скорректированная таблица взаимосвязей элементов
Итак, остались конфликтующие пары: газ‒преградитель и преградитель—пламя.
Главным элементом в данной системе является газ – именно для его передачи и создан газопровод. Поэтому газ является изделием.
Тогда преградитель и пламя являются инструментами. Так ли это? Давайте разберемся.
Инструмент должен обрабатывать изделие. Что в данном случае «обрабатывает» газ?
Преградитель не пропускает свободно газ (затрудняет его прохождение), т. е. является инструментом для газа – отрицательное свойство. Однако преградитель и не пропускает пламя. Значит пламя тоже изделие, «обрабатываемое» инструментом преградителем – положительное свойство.
Итак, в данной задаче два изделия – газ и огонь, и один инструмент – преградитель.
Теперь перейдем к описанию подшагов шага 1.2.
1.2.1. Изделие – газ (Г), огонь (О).
1.2.2. Инструмент – преградитель (П).
На следующем подшаге нам нужно выбрать два предельных состояния инструмента.
Преградитель может быть с большими и малыми отверстиями.
1.2.3. Состояния (действия) инструмента – преградителя (П).
1.2.3.1. Одно предельное состояние – преградитель с большими отверстиями (П>).
1.2.3.2. Противоположное предельное состояние – преградитель с малыми отверстиями (П <).
3.4. Формулировка технического противоречия
На шаге 1.3 – формулируют техническое противоречие (ТП).
Техническое противоречие формулируется для каждого предельного состояния инструмента.
Записывают одно состояние элемента системы с объяснением того, что при этом хорошо, а что – плохо. Затем точно так же записывают противоположное состояние этого же элемента. Для наглядности и уточнения словесной формулировки делается условное графическое представление (схема) конфликта для каждого из состояний инструмента, изображенная на рис. 7.
Рис. 7. Графическое представление технического противоречия (ТП)
Если они не соответствуют друг другу, то корректируется или словесная формулировка, или ее графическое представление.
Схемы типичных конфликтов приведены в тексте АРИЗ-85В [10].
Желательно, чтобы формулировки технических противоречий для противоположных состояний были обратными, т. е. положительное действие в одном состоянии (например, 1) должно быть отрицательным (нежелательным эффектом) в другом (например, нежелательный эффект 2) и наоборот.