Алгоритмы решения изобретательских задач

На основе ТРИЗ Г.С. Альтшуллером разработан ряд алгоритмов решения изобретательских задач (АРИЗ). Рассмотрим из них два наиболее распространенных: АРИЗ-77 и АРИЗ-85.

АРИЗ-77 включает следующие этапы и подэтапы.

ЧастьI. Выбор задачи

1.1. Определить конечную цель решения задачи:

а) какую характеристику объекта надо изменить?

б) какие характеристики объекта заведомо нельзя менять при решении задачи?

в) какие расходы снизятся, если задача будет решена?

г) каковы (примерно) допустимые затраты?

д) какой главный технико-экономический показатель надо улучшить?

1.2. Проверить обходной путь. Допустим, что задача принципиальнонерешима: какую другую задачу надо решить, чтобы получить требуемый конечный результат?

а) переформулировать задачу, перейдя на уровень надсистемы, в которую входит данная в задаче система;

б) переформулировать задачу, перейдя на уровень подсистем (веществ), входящих в данную в задаче систему;

в) на тех уровнях (надсистема, система, подсистема)переформулировать задачу,заменив требуемое действие (или свойство) обратным.

1.3. Определить, решение какой задачи целесообразнее - первоначальной или одной из обходных. Произвести выбор (при выборе должны быть учтены факторы объективные (каковы резервы развития данной в задаче системы) и субъективные (на какую задачу взята установка минимальную или максимальную)).

1.4. Определить требуемые количественные показатели.

1.5. Увеличить требуемые количественные показатели, учитывая время, необходимое для реализации изобретения.

1.6. Уточнить требования, выдвинутые конкретными условиями, в которых предполагается реализации изобретения:

а) учесть особенности внедрения, в частности допускаемую степень сложности решения;

б) учесть предлагаемые масштабыприменения.

1.7. Проверить, решается ли задача прямым применением стандартов на решение изобретательских задач. Если ответ получен, перейти к шагу 5.1. Если ответа нет, перейти к шагу 1.8.

1.8. Уточнить задачу, используя патентную информацию:

а) каковы (но патентным данным) ответы на задачи, близкие к данной?

б) каковы ответы на задачи, похожие на данную, но относящиеся к ведущей отрасли техники?

в) каковы ответы на задачи, обратные данной?

1.9. Применить оператор РВС (размеры, время, стоимость):

а) мысленно меняем размеры объекта от заданной величины до 0. Как теперь решается задача?

б) мысленно меняем размеры объекта от заданной величины до ∞. Как теперь решается задача?

в) мысленно меняем время процесса (или скорость движения объекта)

от заданной величины до 0. Как теперь решается задача?

г) мысленно меняем время процесса (или скорость движения объекта) от задан­ной величины до ∞. Как теперь решается задача?

д) мысленно меняем стоимость (допустимые затраты) объекта или процесса от заданной величины до 0. Как теперь решается задача?

е) мысленно меняем стоимость (допустимые, затраты) объекта или процесса от заданной величины до ∞. Как теперь решается задача?

Часть 2. l. Построение модели задачи

2.1. Записать условия задачи, не используя специальные термины.

2. 2. Выделить и записать конфликтующую пару элементов. Если по условиям задачи дан только один элемент, перейти к шагу 4.2.

Правило I. В конфликтующую пару элементов обязательно должно входить изделие.

Правило 2. Вторым элементом пары должен быть элемент, с которым непосредственно

взаимодействует изделие (инструмент или второе изделие).

Правило 3. Если одни элемент (инструмент) но условиям задачи может иметь два состояния, надо взять то состояние, которое обеспечивает наилучшее осуществление главного производственного процесса (основной функции всей технической системы, указанной в задаче).

Правило 4. Если в задаче есть пары однородных взаимодействующих элементов

(А₁, А₂,... и Б₁, Б2,...), достаточно взять одну пару (А₁ и Б₂).

2.3. Записать два взаимодействия (действия, свойства) элементов конфликтующей пары: имеющееся и то, которое надо ввести (или полезное и вредное).

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

Часть 3. А нализ модели задачи

3.1. Выбрать из элементов, входящих в модель задачи, тот, который можно легко изменять, заменять и т. д.

Правило 5. Технические объекты легче менять, чем природные.

Правило 6. Инструменты легче менять, чем изделия.

Правило 7. Если в системе нет легко изменяемых элементов, следует указать «внешнюю среду».

3.2. Записать стандартную формулировку ИКР (идеального конечного резуль­тата): «Элемент (указать элемент выбранный на шаге 3.1) сам устраняет вредное воздействие (указать какое), сохраняя способность выполнять полезное воздействие.

Правило 8. В формулировке ИКР всегда должно быть слово «сам» («сама», «само»).

3.3. Выделить ту зону элемента (указанного в шаге 3.2.), которая непосредственно не справляется с требуемым по ИКР комплексом двух взаимодействий. Что в этой зоне - вещество, поле?

3.4. Сформулировать противоречивые физические требования, предъявляемые к состоянию выделенной зоны элемента конфликтующими взаимодействиями (действиями, свойствами):

а) для первого действия (указать. полезное взаимодействие или то взаимодействие, которое надо сохранить) необходимо (указать физическое состояние: быть нагретой, подвижной, незаряженной и т. д.);

б) для второго действия (указать вредное взаимодействие или то взаимодействие, которое надо устранить) необходимо (указать физическое состояние: быть холодной, неподвижной, незаряженной и т.д.)

Правило 9. Физические состояния, указанные в подпунктах «а» и «б», должны быть взаимно противоположными.

З.5. Записать стандартную формулировку физического противоречия: выделенная зона элемента (указать) должна быть и (указать состояние, обозначенное на шаге 3.4а), чтобы выполнять полезное взаимодействие (указать), и должна быть (указать состояние, обозначенное на шаге 3.4 б), чтобы предотвращать вредное воздействие (указать).

Часть 4. Устранение физического противоречия

4.1. Рассмотреть простейшие преобразования выделенной зоны:

а) разделение противоречивых свойств в пространстве;

б) разделение противоположных свойств во времени;

в) разделение противоречивых свойств путем использования переходных состояний, при которых сосуществуют или попеременно появляются противоречивые свойства;

г) разделение противоречивых свойств перестройкой структуры (частицы выделенной зоны наделяются имеющимся свойством, а вся выделенная зона в целом наделяется требуемым (конфликтующим) свойством).

Правило 10. Рассматриваются только те преобразования, которые соответствуют ИКР (т. е. осуществляются сами но себе).

4.2. Использовать таблицу типовых моделей задач и вепольных. преобразований.

4.3. Использовать таблицу применения физических эффектов и явлений.

4.4. Использовать таблицу основных приемов устранения технических противо­речий.

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

Часть 5. Предварительная оценка полученного решения

5.1. Провести предварительную оценку полученного решения, Контрольные вопросы:

1. Обеспечивает ли полученное решение выполнение главного требования ИКР («Элемент сам...»)?

2. Какое физическое противоречие устранено (и устранено ли) полученным решением?

3. Содержит ли полученная схема хотя бы один хорошо управляемый элемент? Какой именно? Как осуществляется управление?

4. Годится ли решение, найденное для «одноцикловой» модели задачи, для реальных условий со многими «циклами»?

Если полученное решение не удовлетворяет хотя бы одному из контрольных вопросов, вернуться к шагу 2.1.

5.2. Проверить (по патентным данным) формальную новизну полученного решения.

5.3. Какие подзадачи могут возникнуть при технической разработке полученной идеи? Записать возможные подзадачи изобретательские, конструкторские, рас­четные, организаторские.

Часть 6. Развитие полученного ответа

6.1. Определить, как должна быть изменена подсистема, и которую входит измененная система.

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

6.3. Использовать полученный ответ при решении других технических задач:

а) рассмотреть возможность использования идеи, обратной полученной;

б) построить таблицу «расположение частей - агрегатные состояния изделия» или таблицу «использованные поля — агрегатные состояния изделия» и рассмотреть возможные перестройки ответа по позициям этих таблиц.

Часть 7. Анализ хода решения

7.1. Сравнить реальный ход решения с теоретическим (по АРИЗ). Если есть отклонения, записать.

7.2. Сравнить полученный ответ с табличными данными (таблица вепольных преобразований, таблица физических эффектов, таблица основных приемов). Если есть отклонения, записать.

АРИЗ-85 включает следующие этапы и подэтапы.

Часть I. Анализ задачи

Основная цель — переход от расплывчатой изобретательской ситуации к четкой, прямо» схеме (модели) задачи.

1.1. Записать условия мини-задачи (без специальных терминов) по следующей форме. Техническая система (указать назначение) включает (перечислить основные части системы). Техническое противоречие (указать). Необходимо при минимальных изменениях в системе получить (указать результат, который должен быть получен).

Мини-задачу получают из изобретательской ситуации, вводя ограничения:

«Все остается без изменений или упрощается, но при этом появляется требуемое действие (свойство) или исчезает вредное действие (свойство)».

При записи 1.1 следует указать не только технические части системы, но и природ­ные, взаимодействующие с техническими.

Технические противоречия составляют, записывая одно состояние элемента с объяснением того, что при этом хороню, а что плохо. Затем записывают противо­положное состояние этого элемента и вновь что хорошо, что плохо.

1.2. Выделить и записать конфликтующую пару элементов: объект и инструмент.

Правило 1. Если инструмент, по условиям задачи может иметь два состояния, их надо указать. Правило 2.Если в задаче есть пары однородных взаимодействующих элементов, достаточно взять одну пару.

П р и м е р. Объекты молния и радиоволны. Инструмент проводящие стержни (много стержней, мало стержней).

1.3. Составить графические схемы технических противоречий. Например, объекты — молния и радиоволны. Инструмент — проводящие стержни.

Молниеотводы полезно действуют на молнию, но вредно на радиоволны.

Молниеотводы не действуют на молнии, но и не вредят радиоволнам.

1.4. Выбрать из двух схем конфликта ту, которая обеспечивает наилучшее осуществление главного производственного процесса (основной функции технической системы, указанной в условиях задачи).

Указан, главный производственный процесс.

В задаче о защите антенны радиотелескопа главная функция системы — прием радиоволн. Поэтому выбрать следует техническое противоречие, при котором стержни не вредят радиоволнам. Выбирая одну из схем конфликта, согласно АРИЗу, выбирают и одно из двух противоположных состояний инструмента. Дальнейшее решение должно быть привязано именно к этому состоянию. Нельзя, например, подменять «малое количество проводников» каким-то оптимальным количеством.

1.5. Усилить конфликт, указав предельное состояние (действие) - элементов. Так, конфликты типа «мало элементов» при усилении надо приводить к одному виду «ноль элементов» («отсутствующий элемент»).

1.6. Записать, формулировку модели, указав конфликтующую пару; усиленную формулировку конфликта; что должен сделать вводимый для решения задачи икс-элемент (что он должен сохранить, и что должен устранить, улучшить, обеспечить и т. д.).

Так, в рассматриваемом примере необходимо найти такой икс-элемент, который, сохраняя способность отсутствующего проводника не создавать помех (антенна), обеспечивал бы защиту от молний. При этом икс-элемент не обязательно должен оказываться какой-то новой вещественной частью системы. Икс-элемент это изменение в системе, некий икс вообще. Он может быть равен, например, изменению температуры или агрегатного состояния какой-то части системы или внешней среды.

Часть 2. Анализ модели задачи

Цель второй части АРИЗ — учет имеющихся ресурсов, которые можно использовать при решении задачи: ресурсов пространства, времени, веществ и полей.

2.1. Определить оперативную зону (в простейшем случае — пространство, в пределах которого возникает конфликт, указанный в модели задачи). В примере задачи об антенне - это пространство, ранее занимаемое молниеотводом.

2.2. Определить вещественно-полевые ресурсы рассматриваемой системы, внешней среды и изделия. Составить список вещественно-полевых ресурсов. К вещественно-полевым ресурсам относятся вещества и поля, которые уже имеются или могут быть легко получены, по условиям задачи. Вещественно-полевые ресурсы бывают трех видов: 1. Внутрисистемные вещественно-полевые ресурсы - инструменты и изделия; 2. Внешнесистемныс ресурсы - среды, специфической именно для данной задачи, и общие для любой внешней среды; 3. Надсистемные вещественно-полевые ресурсы: отходы посторонней системы; очень дешевые посторонние моменты, стоимостью которых можно пренебречь.

При решении конкретной мини-задачи желательно получить результат при минимальном расходовании вещественно-полевых ресурсов. При развитии получаемого ответа и при решении задач на прогнозирование целесообразно задействовать максимум различных вещественно-полевых ресурсов.

В примере о защите антенны фигурирует «отсутствующий молниеотвод». Поэтому в вещественно-полевые ресурсы входят только вещества и поля внешней среды, в данном случае — воздух.

Часть 3. Определение идеального решения и физического противоречия, мешающего достижению идеального решения

3.1. Записать формулировку первоначального варианта идеального решения:

икс-элемент, абсолютно не усложняя задачу и не вызывая вредных явлений, устраняет (указать вредное действие) в течение оперативного времени в пределах оперативной зоны (пространства, в пределах которого возникает конфликт, указанный в модели задачи), сохраняя способность совершать (указать полезное действие).

П р и м е р. Икс-элемент, абсолютно не усложняя систему и не вызывая вредных явлений, устраняет в течение оперативного времени «непритягивание» молнии отсутствующим проводящим стержнем, сохраняя способность этого стержня не создавать помех для антенны.

3.2. Усилить формулировку первоначального варианта идеального решения дополнительным требованием: в систему нельзя вводить новые вещества и поля, необходимо использовать вещественно-полевые ресурсы.

3.3. Записать формулировку физического противоречия на микроуровне: оператив­ная зона в течение оперативного времени должна (указать физическое макросостояние, например «быть горячей»), чтобы выполнять (указать одно из конфликтующих действий), и должна (указать противоположное физическое макросостояиие, например «быть холодной»), чтобы выполнять (указать другое конфликтующее действие или требование).

3.4. Записать формулировку физического противоречия па микроуровне: в опера­тивной зоне должны быть частицы вещества (указать их физическое состояние или действие), чтобы обеспечить (указать требуемое по 3.3 макросостояние), и не должны быть такие частицы (или должны быть частицы с противоположным состоянием или действием), чтобы обеспечить (указать требуемое по 3.3 другое макросостояиие).

П р и м е р. В столбце воздуха при разряде молнии должны быть свободные заряды, чтобы обеспечить электропроводность (для отвода молний), и не должны быть (в остальное время) свободные заряды, чтобы обеспечить электропроводность (из-за ^которой поглощаются радиоволны).

3.5. Записать формулировку уточненного идеального конечного результата:

оперативная зона (указать) в течение оперативного времени (указать) должнасамаобеспечить (указать, противоположны! физические макро- и микросостояния).

Чисть 4. Мобилизация и применение вещественно-полезных ресурсов

4.1. Метод моделирования «маленькими человечками»:

а) используя указанный метод, построить схему конфликта;

б) изменить схему «а» так, чтобы «маленькие человечки» действовали, не вызывая конфликта;

в) перейти к технической системе.

4.2. Если из условий задачи и известно, какой должна быть готовая система, и задача сводится к способу определения этой системы, может быть использован метод «шаг назад от идеального конечного результата».

Изображают готовую систему, а затем вносят в рисунок минимальное демонти­рующее изменение. Например, если в идеальном конечном результате две детали соприкасаются, то при минимальном отступлении от него между деталями надо показать, зазор. Возникает новая задача (микрозадача): как устранить дефект? Разрешение такой микрозадачи обычно не вызывает затруднений и часто подсказывает способ решения обшей задачи.

4.3. Определить, решается ли задача применением смеси ресурсных веществ.

4.4. Определить, решается ли задача заменой имеющихся ресурсных веществ. пустотой или смесью ресурсных веществ с пустотой.

4.5. Определить, решается ли задача применением веществ, производных от ресурсных (при применении смеси этих производных веществ с «пустотой»).

4.6. Определить, решается ли задача введением вместо вещества электрического поля или путем взаимодействия двух электрических полей.

4.7. Определить, решается ли задача применением пары «поле - добавка вещества, отзывающегося на поле».

Часть 5. Применение информационного фонда

Цель — использование опыта, сконцентрированного в информационном фонде ТРИЗ (теории решения изобретательских задач).

5.1. Рассмотреть возможность решения задачипо стандартам.

5.2. Рассмотреть возможность решения задачи поаналогии с еще нестандартнымизадачами, ранее решенными но АРИЗ.

5.3. Рассмотреть возможность устраненияфизического противоречия с помощьютиповых преобразований.

5.4. Применение указателя физических эффектов.

Часть 6. Изменение и (или) замена задачи

6.1. Если задача решена, перейти от физического ответа к техническому: сформулировать способ и дать принципиальную схему устройства, осуществляющего этот способ.

6.2. Если ответа нет, проверить не является ли формулировка 1.1 сочетанием нескольких разных задач. В этом случае следует изменить 1.1, выделить отдельные задачи для поочередного решения (обычно достаточно решить одну главную задачу).

6.3. Если ответа нет, изменить задачу, выбрав на шаге 1.4 другие технические противоречия.

6.4. Если ответа нет, вернуться к шагу 1.1 и заново сформулировать мини-задачу, отнеся ее к надсистеме. При необходимости такое возвращение совершают несколько раз с переходом к надсистеме и т. д.

Часть 7. Анализ способа устранения физического противоречия

Главная цель седьмой части - проверка качества полученного ответа. Физическое противоречие, должно быть устранено почти идеально без ничего.

7.1. Контроль ответа. Рассмотреть вводимые вещества и поля. Внести соответст­вующие поправки в технический проект.

7.2. Провести предварительную оценку полученного решения с помощью серии контрольных вопросов.

Если полученное решение не удовлетворяет хотя бы одному из контрольных вопросов, вернуться к 1.1.

7.3. Проверить (по патентным данным) формальную новизну полученного решения.

7.4. Какие подзадачи возникают при технической разработке полученной идеи? Записать возможные подзадачи — изобретательские, конструкторские, расчетные, организационные.

Часть 8. Применение полученного метода

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

8.2. Проверить, может ли измененная система (или иадсистема) применяться по-новому.

8.3. Использовать полученный ответ при решении других технических задач. (Если работа ведется не только ради решения конкретной задачи, то тщательное выполнение шагов 8.2 и 8.3 может стать началом разработки обшей теории, исходящей из полученного принципа.)

Часть 9. Анализ хода решения

9.1. Сравнить реальный ход решения задачи с теоретическим (по АРИЗ). Если есть отклонение, записать.

9.2. Сравнить полученный ответ с данными информационного фонда ТРИЗ (стандарты, приемы, физические эффекты). Если в информационном фонде нет подобного принципа, записать его в предварительный накопитель.

Содержание и задачи организационной подготовки производства

Организационная подготовка производства представляет собой совокупность процессов и работ, связанных с разработкой и осуществлением проекта организации производственного процесса изготовления нового изделия, системы оплаты труда, нормативной базы внутризаводского хозрасчета, материально-технического снабжения производства с целью создания необходимых условий для освоения новых конструкций техники заданного уровня качества при установленных сроках, объемах выпуска и минимальных издержках производства.

Организационная подготовка производства состоит из следующих этапов:

а) разработка проекта организации производственного процесса, охватывающая выбор форм организации производства в отдельных цехах и их специализации, а также связей между ними; определение потребностей в оборудовании и площадях; составление планировок цехов и участков; разработка проекта реконструкции и технического перевооружения цехов; разработка систем оперативно-производственного планирования;

б) разработка проекта технического обслуживания основного производства включает составление планов движения предметов труда в производственном процессе; выбор и установление необходимых транспортных средств и тары; разработка проектов вспомогательных процессов (ремонтного и инструментального обслуживания, организации складского хозяйства, выбор форм контроля качества новой продукции);

в) разработка проекта организации и оплаты труда предусматривает создание проекта разделения и кооперации труда, организации трудовых процессов, обслуживания рабочих мест, режима труда и отдыха; определение трудоемкости изделия и его составных частей; подготовку и комплектование кадров; выбор системы оплаты труда рабочих и специалистов и их премирования;

г) разработка проекта материально-технического обеспечения и сбыта продукции включает определение потребностей в отдельных видах материальных ресурсов; составление заказов на необходимое оборудование, оснастку, комплектующие изделия; поиск поставщиков и заключение с ними контрактов; налаживание контактов с будущими потребителями новой продукции;

д) формирование нормативной базы для внутризаводского хозрасчета предусматривает расчет нормативов материальных и трудовых затрат, календарно-плановых нормативов; определение себестоимости и цен на новые виды изделий; установление величины нормативов отдельных запасов и оборотных средств.

Для вновь вводимого в эксплуатацию предприятия ОПП осуществляется специализированными научно-исследовательскими или проектно-конструкторскими организациями. На действующих предприятиях эти работы выпол­няются техническими и экономическими службами. При этом для реализации отдельных проектов могут быть привлечены сторонние организации, напри­мер, строительные, пуско-наладочные, инжиниринговые фирмы.

ОПП включает инженерные и организационно-экономические работы, поэтому она относится к области инженерных разработок. Главная ее задача, безусловно, состоит в обеспечении готовности объединения или предприятия к созданию и освоению новых изделий. Одновременно на этом этапе решаются и проблемы социально-психологического характера (соз­дание условий для исключения психологического барьера в отношении к новой технике и заинтересованности всего коллектива работников в скорейшем ее внедрении), а также материального стимулирования выпуска но­вых конструкций машин и приборов.