Алгоритмом решения изобретательских задач

Одной из научно обоснованных и хорошо зарекомендовавших себя в практике массового технического творчества является методика программного решения технических задач, созданная изобретателем Г.С.Альтшуллером. Он назвал ее алгоритмом решения изобретательских задач. Методика основана на учении о противоречии. Алгоритм – это комплекс последовательно выполняемых действий (шагов, этапов), направленных на решение изобретательской задачи (понятие "алгоритм" используется здесь не в строгом математическом, а более широком смысле). Процесс решения рассматривается как последовательность операций по выявлению, уточнению и преодолению технического противоречия. Последовательность, направленность и активизация мышления достигаются при этом ориентировкой на идеальный конечный результат, то есть идеальное решение, способ, устройство.

Совершенствуемый технический объект рассматривается как целостная система, состоящая из подсистем, взаимосвязанных элементов, и одновременно являющаяся частью надсистемы, состоящей из взаимосвязанных систем. Перед решением прямой задачи, связанной с техническим объектом, производят поиск задач в надсистеме (обходные задачи) и выбирают наиболее приемлемый путь.

Стратегия поиска технического решения по алгоритму решения изобретательских задач (рисунок 9) состоит в следующем. Формулируют исходную задачу в общем виде. Учитывая действие вектора психологической инерции и технические решения в данной отрасли и других областях техники, проводят уточнение исходной задачи.

Излагают условия задачи, состоящие из перечисления элементов технической системы и нежелательного эффекта, производимого одним из

элементов. Затем формулируют по определенной схеме идеальное техническое решение. Оно служит ориентиром, в направлении которого идет процесс решения задачи (при формулировке идеального технического решения не нужно задумываться над тем, как он будет достигнут).

В сравнении идеального

технического решения

ЗИ – исходная задача; ВИ – вектор психологической с реальным техническим

инерции; ЗО – обработанная задача; ИКР – идеальное объектом выявляется

техническое решение техническое противоречие,

Рисунок 9. Схема поиска технического решения по а затем его причина –

алгоритму решения изобретательских задач физическое противоречие

(на рисунке 9 противоречие между идеальным техническим решением и обработанной задачей может быть проиллюстрировано расстоянием между ними на плоскости поискового поля).

Понятие о техническом противоречии основано на том, что всякая техническая система, машина или процесс характеризуется комплексом взаимосвязанных параметров: вес, мощность и т.д. Попытка улучшить один параметр при решении задачи известными способами неизбежно приводит к ухудшению какого-либо другого параметра. Так, увеличение прочности конструкции может быть связано с недопустимым увеличением веса, увеличение производительности – с недопустимым ухудшением качества, повышение точности – с недопустимым увеличением расходов и т.д.

Смысл алгоритма решения изобретательских задач состоит в том, чтобы путем сравнения идеального и реального выявить техническое противоречие или его причину – физическое противоречие – и устранить (разрешить) их, перебрав относительно небольшое число вариантов.

Вепольный анализ

Дальнейшим развитием алгоритма решения изобретательских задач является теория решения изобретательских задач, предложенная Г. Альтшуллером, в которой используется упрощенная схема функционирования технической системы.

Упрощенную схему функционирования технической системы или ее части представляют в виде как взаимодействующее между собой два «вещества», обозначаемых буквой В. Первое вещество, подвергающееся какому-то воздействию называют изделием В₁, второе, воздействующее на изделие В₁, – инструментом В₂. Посредником между ними всегда является некое поле П, энергия которого обеспечивает или воздействие В₁ на В₂, или определяет состояние В₁ и В₂. Эти три компонента – В₁, В₂ и П – необходимы и достаточны для получения полезного эффекта. Такая условно минимальная система названа веполем, производная от слов «вещество» и «поле». Для того чтобы оперировать с веполем при решении изобретательских задач (применять вепольный анализ), необходимо иметь в виду следующее.

1) Под «веществом» условно понимаются любые объекты независимо от степени их сложности, например, от шплинта и гайки до космического корабля. Так, например, при рассмотрении задачи о повышении скорости движения ледокола во льдах за одно «вещество» принимают лед (В₁), а за другое – ледокол (В₂).

2) Понятие «поле» охватывает не только поля электромагнитные, гравитационные слабых и сильных взаимодействий, но и любые другие виды взаимодействия между веществами, например, механическое, тепловое, акустическое и др. В примере с ледоколом полем П считают механическое взаимодействии ледокола на лед. В случае показа взаимных связей между В₁, В₂ и П строят так называемую вепольную формулу (модель), в которой связи, воздействие, результат воздействия изображают графически (рисунок 11).

а б в г д е ж

Рисунок 11. Графическое изображение видов связи, взаимодействий

На рисунке 1а показан переход от условий задачи (дано) к результату (получено). Взаимодействие вещества друг на друга (взаимодействие) показывается как на рисунке 1б. Воздействие одного компонента на другой изображается как на рисунке 1в. Действие или взаимодействие, которое нужно ввести по условиям задачи изображается как на рисунке 1г. Неудовлетворительное действие или необходимость изменения взаимодействия показывается как на рисунке 1д. Разрушение связи изображается как на рисунке 1е. Связь веществ и поля показывается как на рисунке 1ж.

В качестве примера рассмотрим две вепольные формулы (рисунок 12).

а б

Рисунок 12. Изображение вепольного поля

Такое изображение наглядно показывает характер взаимодействия всех трех компонентов системы.

Формула на рисунке 12а означает: вещество В₁, воздействуя на вещество В₂, преобразует его так, что в результате образуется поле, например, тепловое, электромагнитное (видимый свет) или какое-то другое.

По формуле на рисунке 12б поле П₁ преобразуется веществом В₂ в новое поле П₂, при этом вещество В₂ связано с веществом B₁ (например, перемещает­ся вместе с ним).

Для обозначения процесса решения изобретательской задачи и управления им с помощью вспольной формулы намечается ход необходи­мых преобразований системы, осуществляемых для получения нужного результата. Однако следует помнить, что вепольные формулы (модели) от­ражают не строение технической системы, а лишь структуру задачи, на­правление (ориентир), способ (прием) ее решения.

При испольном моделировании используется два основных правила преобразования веполей с целью разрешения противоречий.

Правило достройки истин применяется, когда встречается не не­полная система, в которой не хватает вещества или поля. В этом случае решение задачи сводится к достройке системы до полного веполя, т.е. к введению в нее вещества или поля, или того и другого.

Правило разрушения веполя применяется в тех случаях, когда не­обходимо устранить вредное взаимодействие объектов. Тогда их нужно разъединить, например, поместив между ними третье вещество, являющее­ся либо новым в этой технической системе, либо видоизменением одного из двух имеющихся веществ, либо их сочетанием.