Алгоритм решения изобретательских задач

                            Алгоритм решения изобретательских задач 
 
 

АРИЗ – комплексная  программа алгоритмического типа, основанная на законах развития технических  систем и предназначенная для  анализа и решения изобретательских задач. 

ТРИЗ - уникальный инструмент для:

поиска нетривиальных  идей,

выявления и  решения многих творческих проблем,

выбора перспективных  направлений развития систем, в частности, техники, технологии и снижения затрат на их разработку и производство,

развития творческого  мышления,

формирования творческой личности и коллективов. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Содержание 

1 Введение

2 Основные понятия  и определения АРИЗ 

2.1 Понятие о  противоречиях 

2.1.1 Поверхностное  противоречие

2.1.2 Углубленное  противоречие

2.1.3 Обостренное противореиче

2.1.4 Цепочка противоречий

2.2 Идеальный  конечный результат 

2.2.1 Идеальная  техническая система

2.2.2 Идеальное  вещество

2.2.3 Идеальная  форма

2.2.4 Идеальный  процесс

2.3 Основная линия  решения задач по АРИЗ

2.4 Логика АРИЗ

2.5 Вспомогательные понятия АРИЗ

2.6 Практика по  формулированию противоречий 

2.6.1 Условия задач

2.6.2 Разбор задач  по основной линии АРИЗ

3 Структура АРИЗ 

3.1 Общие сведения

3.2 Первая часть

3.3 Вторая часть

3.4 Третья часть

3.5 Четвертая  часть

3.6 Пятая часть

3.7 Шестая часть

3.8 Седьмая часть

3.9 Восьмая часть

3.10 Девятая часть

4 Анализ задачи 

4.1 Основные понятия  и структура первой части АРИЗ

4.2 Формулировка  мини-задачи

4.3 Формулировка  конфликтующей пары

4.4 Формулировка  углубленного противоречия

4.5 Выбор конфликтующей пары

4.6 Усиление конфликта

4.7 Формулировка  модели задачи

4.8 Представление  вепольной модели задачи

5 Анализ модели  задачи 

5.1 Основные понятия  и структура второй части АРИЗ

5.2 Определение  оперативной зоны

5.3 Определение  оперативного времени

5.4 Определение вещественно-полевых ресурсов

6 Определение  ИКР и ОП 

6.1 Основные понятия  и структура третьей части  АРИЗ

6.2 Формулировка  идеального конечного результата - ИКР

6.3 Усиленная  формулировка ИКР

6.4 Формулировка  обостренного противоречия

6.5 Формулировка ИКР-2

6.6 Применение  системы стандартов

7 Мобилизация  и применение вещественно-полевых  ресурсов 

7.1 Основные понятия  и структура четвертой части  АРИЗ

7.2 Применение  метода ММЧ

7.3 Шаг назад  от ИКР

7.4 Применение  преобразованных ВПР

8 Применение  информационного фонда

8.1 Основные понятия  и структура пятой части АРИЗ

8.2 Использование  системы стандартов

8.3 Использование  задач-аналогов

8.4 Использование  типовых преобразований

8.5 Применение  технологических эффектов

9 Изменение и  / или замена задачи

10 Анализ способа  устранения ОП 

10.1 Основные  понятия и структура седьмой  части АРИЗ

10.2 Контроль  решения

10.3 Оценка решения

10.4 Определение  новизны и подзадач

11 Развитие полученной  идеи 

11.1 Основные  понятия и структура восьмой  части АРИЗ

11.2 Согласование полученного решения

11.3 Использование  полученной системы по новому  назначению

12 Литература

13 Ссылки

14 Авторство

15 См. также

16 Ссылки 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение

Алгоритм решения  изобретательских задач (АРИЗ) – раздел теории решения изобретательских задач – ТРИЗ, предназначенный для решения нестандартных (с точки зрения ТРИЗ) задач повышенной сложности. (С понятием "стандартные" и "нестандартные" задачи можно ознакомиться в статье "Структура и фукнции ТРИЗ"). 

АРИЗ разработан Генрихом Альтшуллером и представляет собой алгоритмическую программу для детального анализа задачи с пошаговым продвижением к решению. 

Название "алгоритм решения изобретательских задач" (см. история развития АРИЗ)[2] впервые  использовано в приложении к "Экономической газете" . Аббревиатура АРИЗ впервые применена в книге "Алгоритм изобретения" 1969 г. [4][11]. В дальнейшем модификации АРИЗ включали указание на год создания, например, АРИЗ-71, АРИЗ-77... Последняя модификация АРИЗ, разработанная Г. С.Альтшуллером - АРИЗ-85-В. 

АРИЗ включает три основные компоненты:

программу,

информационное  обеспечение,

методы управления психологическими факторами.

Программа АРИЗ представляет собой последовательность операций по выявлению и разрешению противоречий (см. основную линию решения задач по АРИЗ), анализу исходной ситуации и выбору задачи для решения, синтезу решения, анализу полученных решений и выбору наилучшего из них, развитию полученных решений, накоплению наилучших решений и обобщению этих материалов для улучшения способа решения других задач. Структура программы и правила ее выполнения базируются на законах и закономерностях развития техники.

Информационное  обеспечение питается из информационного  фонда, который включает систему  стандартов на решение изобретательских задач; технологические эффекты (физические, химические, биологические, математические, в частности, наиболее разработанных из них в настоящее время – геометрические); приемы устранения противоречий; способы применения ресурсов природы и техники.

Методы управления психологическими факторами необходимы вследствие того, что программа АРИЗ предназначена не для компьютера, а задачи решаются человеком. При решении изобретательских задач у решателя возникает [психологическая инерция], которой необходимо управлять. Кроме того, эти методы позволяют [развитие творческого воображения|развить творческое воображение], необходимое для решения сложных изобретательских задач.

 

Рис. 1. Структурния  схема ТРИЗ для функции решения  задач 
 
 

АРИЗ-85-В достаточно сложный инструмент. Не рекомендуется его применять без предварительного изучения основ ТРИЗ и основательной проработки видов противоречий, основной линии решения задач по АРИЗ и логики АРИЗ. 
 
 
 

При решении  задач по АРИЗ не спешите, тщательно  обдумывайте и записывайте формулировку каждого шага. Обязательно записывайте все соображения, возникающие по ходу решения задачи. Помните, что АРИЗ – инструмент для мышления, а не вместо мышления. 

Прежде чем  приступать к решению задач по АРИЗ, проверьте: может быть, ваша задача решается по стандартам на решение изобретательских задач [3]. АРИЗ - инструмент для решения нестандартных задач. 

Подробнее это  описано в статье "Структура  и фукнции ТРИЗ" (см. рис.1). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Основные понятия  и определения АРИЗ

К основным понятиям АРИЗ относятся: противоречия и идеальный  конечный результат (ИКР).

[править]

Понятие о противоречиях

Различные технические  средства создавались и создаются  для удовлетворения тех или иных потребностей человека. 

Потребности растут значительно быстрее возможностей их удовлетворения, что и является своего рода источником технического прогресса. 

Проектирование  новых объектов чаще всего подразумевает  улучшение тех или иных технических  параметров системы. 

Сложные изобретательские задачи (неизвестных типов) требуют нетривиального подхода, так как улучшение одних параметров системы приводит к недопустимому ухудшению других параметров. Возникают противоречия. 

Прежде всего, уясним, что такое противоречие и  какие его виды присущи техническим  системам. «Противоречие — взаимодействие противоположных, взаимоисключающих сторон и тенденций предметов и явлений, которые вместе с тем находятся во внутреннем единстве и взаимопроникновении, выступая источником самодвижения и развития объективного мира и познания». (Большая Советская Энциклопедия, Изд. 3-е – М.: Советская Энциклопедия, 1975, т. 21 с. 132)[4]. 

Противоречие  чаще всего возникают при попытке  что-то изменить в системе. 

Улучшая систему, одну ее часть (подсистему), свойство или  параметр, мы невольно ухудшаем другие. Так возникают противоречия. 

Обычно эти  противоречия пытаются сгладить. Чуть-чуть улучшить один параметр и чуть-чуть ухудшить другой, находя компромиссные  решения, но при этом не устраняется  первопричина возникновения противоречия. Это временное решение, через некоторое время вновь придется возвращаться к этой задаче. 

Более правильно  разрешить имеющееся противоречие. Для этого мы должны выявить противоречия и причины их возникновения, а  затем разрешить их, получая решение. 

Решение задач по АРИЗ представляет собой последовательность по выявлению и разрешению противоречий, причин, породивших данные противоречия и устранению их использованием информационного фонда. Так выявляются причинно-следственные связи, суть которых - углубление и обострение противоречий. 

Для этого в  АРИЗ рассматриваются три вида противоречий:

Поверхностное противоречие (ПП)

Углубленное противоречие (УП)

Обостренное противоречие (ОП). 

Г. Альтшуллер их назвал соответственно:

Поверхностное – административным противоречием (АП);

Углубленное –  техническим противоречием (ТП);

Обостренное –  физическим противоречием (ФП).

[править]

Поверхностное противоречие 

ПОВЕРХНОСТНОЕ ПРОТИВОРЕЧИЕ (ПП) - противоречие между  потребностью и возможностью ее удовлетворения. 

Его достаточно легко выявить. Оно часто задается администрацией или заказчиком и формулируется в виде: "Надо выполнить то-то, а как неизвестно", "Какой-то параметр системы плохой, нужно его улучшить", "Нужно устранить такой-то недостаток, но не известно, как", "Имеется брак в производстве изделий, а причина его не известна". 

В связи с  тем, что такое противоречие, как  правило, формулируется руководством (администрацией) оно у Г. Альтшуллера  и называется административным противоречием (АП). 

Таким образом, поверхностное противоречие (ПП) выражается или в виде нежелательного эффекта (НЭ) - что-то плохо, или в виде необходимо создать что-то новое, но неизвестно каким образом. 

Покажем, как  формулируется поверхностное противоречие. 

Задача 1.1. Авиадвигатели 

Перед конструкторским бюро А.Н.Туполева была поставлена задача создания к концу 50-х годов нового пассажирского самолета на 170 мест с большой дальностью полета. Для этого потребовалось авиадвигатели на суммарную мощность 50 тыс. л.с. У самого мощного из имеющихся в СССР двигателей ТВ-2 было всего 6 тыс. л.с. (Техника и Наука, № 9, 1982, с.24-27). Как быть? 

Это типичное ПП в виде нежелательного эффекта. 

Задача 1.2. Скорость судна 

Необходимо увеличить  скорость судна, а как - неизвестно. 

ПП в виде создание нового. 

Задача 1.3. Мощный двигатель 

Хочется, чтобы  автомобиль имел более мощный двигатель. 

ПП в виде создание нового. 

Задача 1.4. Кастрюля 

Можно обжечься, когда берешь горячую кастрюлю с  плиты. Как устранить этот недостаток? 

ПП в виде нежелательного эффекта.

[править]

Углубленное противоречие 

УГЛУБЛЕННОЕ ПРОТИВОРЕЧИЕ (УП) - это противоречие между определенными  частями, качествами или параметрами  системы. 

УП возникает  при улучшении одних частей (качеств  или параметров) системы за счет недопустимого ухудшения других, т.е. полезное действие, вызывает одновременно и вредное. 

УП можно рассматривать  и как введение или усиление полезного  действия, либо устранение или ослабление вредного действия вызывает ухудшение (в частности, недопустимое усложнение) одной из частей системы или всей системы в целом. 

УП представляет собой причину возникновения  поверхностного противоречия, углубляя его. В глубине одного ПП, чаще всего, лежит несколько УП. 

Как правило, улучшая  одни характеристики объекта, мы резко  ухудшаем другие. Обычно приходится искать компромисс, то есть чем-то жертвовать. 

При решении  технических задач, изменяют технические  характеристики объекта, поэтому Г. Альтшуллер углубленное противоречие назвал техническим противоречием (ТП). 

Техническое (углубленное) противоречие возникает в результате диспропорции развития различных частей (параметров) системы. При значительных количественных изменениях одной из частей (параметров) системы и резком "отставании" другой (других) ее частей возникает ситуации, когда количественные изменения одной из сторон системы вступают в противоречие с другими. Разрешение такого противоречия часто требует качественного изменения этой технической системы. В этом и проявляется закон перехода количественных изменений в качественные [5][6]. 

Продолжим рассмотрение задач, формулируя углубленное (техническое) противоречие.

 

Рис. 2. Сдвоенный  двигатель самолета

 

Рис. 3. Самолет  ТУ 114 

Задача 1.1. Авиадвигатели (продолжение). 

Чтобы получить требуемую суммарную мощность нужно  использовать 8 двигателей. При этом самые крайние двигатели располагаются на расстоянии 25 м от фюзеляжа, что недопустимо удлиняет крылья. Возникает углубленное противоречие между МОЩНОСТЬЮ самолета и недопустимым увеличением ДЛИНЫ крыла. 

Сформулируем  другое углубленное противоречие. Если перейти к спаренным двигателям на общую мощность 12 тыс. л.с., то нужно использовать воздушный винт диаметром 9 м, что приводит к необходимости поднять самолет над землей на 5 м. Углубленное противоречие в этом случае между МОЩНОСТЬЮ двигателей и большой ВЫСОТОЙ самолета. 

Такие виды УП могут  быть, в частности, устранены использованием приема 17 "Переход в другое измерение" [7]. 

А.Н.Туполев разрешил описанное противоречие следующим  образом. 

Он предложил  спарить двигатели в единый блок, а на одном валу блока расположить сразу два четырехлопастных воздушных винта, которые вращаются в разные стороны (рис. 2). Потребовалось всего 4 блока (по два на крыло), диаметр винта составил 5,2 м. Самолет не нужно поднимать на большую высоту. В результате был создан самолет ТУ-114 (рис. 3) с достаточно высокой скоростью полета до 870 км/час. 

Задача 1.2. Скорость судна (продолжение). 

Увеличение грузоподъемности судна связано с уменьшением  скорости хода. В свою очередь, увеличение скорости хода судна приводит к росту мощности двигателей, увеличению энергозатрат, что требует увеличения веса и габаритов силовой установки и запасов топлива. Чрезмерное их увеличение может привести к тому, что негде будет размещать полезный груз. В данном примере выявлены технические (углубленные) противоречия: ГРУЗОПОДЪЕМНОСТЬ - СКОРОСТЬ, СКОРОСТЬ - МОЩНОСТЬ, МОЩНОСТЬ - ЭНЕРГОЗАТРАТЫ, ЭНЕРГОЗАТРАТЫ - ВЕС и т.д. 

Задача 1.3. Мощный двигатель (продолжение). 

Увеличение мощности автомобиля приводит к повышенному  расходу бензина. 

Т.е. УП – увеличение мощности – расход вещества. 

Задача 1.4. Кастрюля (продолжение). 

Необходимость нагрева кастрюли при приготовлении  пищи вступает в противоречие с процедурой снятия кастрюли голыми руками? 

Т.е. УП – температура (приготовление пиши) – вредные факторы, генерируемые самим объектом (безопасность). 

Рассмотрим еще  задачи. 

Задача 1.5. Микросхема 

Обычно проводники в интегральных микросхемах (ИМС) делают из золота, имеющего самое малое  удельное сопротивление току, но недопустимо  плохую адгезию с материалом подложки. Как быть? 

Возникает углубленное  противоречие (УП) между ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬЮ  и АДГЕЗИЕЙ. 

Задача 1.6. Корпус яхты

"В конце  концов, конструкторы пришли к  выводу, что при проектировании  корпуса яхты необходимо добиваться  некоторого оптимального компромисса в соблюдении трех основных предпосылок:

минимального  сопротивления формы корпуса;

максимальной  остойчивости;

минимального  сопротивления трения.

Эти требования взаимопротиворечивы. Узкая длинная  яхта имеет малое сопротивление  формы, однако, как мало остойчивая, не может нести достаточно большой парусности. Повышение остойчивости путем увеличения веса балласта сопровождается одновременным увеличением осадки и, следовательно, увеличивает сопротивление трения. Увеличение остойчивости путем увеличения ширины корпуса вызывает увеличение сопротивления формы корпуса. Задача конструктора состоит в отыскании "золотой середины", в применении трех противоречивых условий конструирования". (Михай Чеслав. Теория плавания под парусами. - Л.: Судостроение, 1963, с. 43). 

Прежде чем  решать эти задачи рассмотрим еще  один вид противоречий, рассматривающийся  в АРИЗ.

[править]

Обостренное противореиче 
 

ОБОСТРЕННОЕ ПРОТИВОРЕЧИЕ (ОП) - предъявление диаметрально противоположных  свойств (например, физических) к определенной части технической системы. 

Оно необходимо для определения причин, породивших углубленное противоречие, т.е. является дальнейшим его углублением. Уточнение (углубление) противоречий может продолжаться и дальше для выявления первопричины. 

Для человека, незнакомого с АРИЗ, формулировка ОП звучит непривычно и даже дико - некоторая часть ТС должна находится сразу в двух взаимоисключающих (взаимопротивоположных) состояниях: быть холодной и горячей, подвижной и неподвижной, длинной и короткой, гибкой и жесткой, электропроводной и неэлектропроводной и т.д. 

Изучение причин, породивших углубленное (техническое) противоречие, в технических системах, как правило, приводит к необходимости  выявления противоречивых физических свойств системы, поэтому Г.Альтшуллер назвал это физическим противоречием.

 

Рис. 4. Судно  на подводных крыльях

 

Рис. 5. Судно  на воздушной подушке

 

Рис. 6. Полупогруженное  судно

 

Рис. 7. Экраноплан 

Продолжим разбор приведенных ранее задач и  сформулируем для них обостренные  противоречия (ОП). 

Задача 1.2. Скорость судна (продолжение). 

Уменьшить энергозатраты  можно, ликвидировав подводную часть  корпуса корабля. Но чтобы судно  держалось на плаву, подводная часть  корпуса необходима. 

Итак, обостренное  противоречие: подводная часть корпуса должна быть для обеспечения плавучести и не должна быть, чтобы не увеличивать энергозатраты при увеличении скорости. 

Были придуманы  суда на подводных крыльях (рис.4), суда на воздушной подушке (рис.5), полупогруженные  суда (рис.6) и экранопланы (рис.7). 
 

Задача 1.3. Мощный двигатель (продолжение). 

Бензина должно тратиться много, чтобы двигатель  имел возможность работать на полную мощность, и бензина должно тратиться  мало, чтобы не создавать лишние расходы. Таким образом, ОП – расход бензина должен быть большой и маленький. 

Придуманы эжекторные двигатели. 

Задача 1.4. Кастрюля (продолжение). 

Кастрюля должна быть горячей, чтобы осуществлялся  процесс варки, и должна быть холодной, чтобы ее было безопасно брать. 

Горячим должна быть внутренняя поверхность кастрюли. Холодной должны быть ручки, внешняя поверхность кастрюли и крышки. 

Частичные решения: ручки выполняются из теплоизоляционного материала или ручку теплоизолируют от поверхности кастрюли. Такое же решение и с ручкой от крышки. 

Немного лучшее решение, если дно кастрюли делать теплопроводным (металлическим), а стенки кастрюли делать теплоизоляционными, например, пластмассовыми или керамическими. Полное решение – внешний слой кастрюли и крышки покрывать теплоизоляционным слоем. Тогда в кастрюле будет дольше сохраняться тепло. Это же решение может быть применено и к чайнику (решение предложил Владимир Петров). 

Задача 1.5. Микросхема (продолжение). 

Сформулируем  обостренное противоречие (ОП). 

Чтобы проводник  в интегральной микросхеме (ИМС) имел маленькое сопротивление, он должен быть выполнен из золота, а чтобы проводник имел хорошую адгезию с подложкой, должен быть из другого материала. 

Более короткое и обостренное ОП можно сформулировать: материал проводника должен быть из ЗОЛОТА и НЕ ИЗ ЗОЛОТА. 

Типичное разрешение такого обостренного противоречия - использование  ПОСРЕДНИКА (прием 24 "Принцип посредника")[8]. 

Правило использования  посредника подробно рассматриваться  при изучении веполного анализа[9]. 

Видимо, Вы уже  догадались о решении. Сначала наносят подслой, имеющий хорошую адгезию с подложкой и с золотом, а затем на него напыляют золото. В качестве подслоя берут никель или титан (Степаненко И.П. Основы микроэлектроники. Учебное пособие. - М.: Сов. радио, 1980.-424 с.).

 

Рис. 8. Катамаран 

Задача 1.6. Корпус яхты (продолжение). В задаче с проектированием корпуса яхты обостренных противоречий несколько:

Для того чтобы  яхта двигалась с большей скоростью (имело малое сопротивление формы), корпус должен быть узким и длинным, а чтобы вынести большую парусность (быть остойчивой), корпус должен быть широкий. Это противоречие было разрешено изобретением катамарана (рис. 8) – два параллельных корпуса, соединенных вместе. Каждый корпус узкий, поэтому имеет малое сопротивление движению, а а оба корпуса вместе, расположенные на определенном расстоянии друг от друга – образуют широкий корпус, поэтому яхта остойчивая.