Алгоритм решения изобретательских задач

Основные понятия АРИЗ

Для облегчения решения изобретательских задач существует много приемов, методов и способов, обобщенных в алгоритме решения
изобретательских задач.

Алгоритм решения изобретательских задач (АРИЗ) - комплексная
программа алгоритмического типа, основана на законах развития
технических систем и предназначена для анализа и решения
изобретательских задач (поиска новых технических решений) [1-7].

Основой АРИЗ является программа последовательных операций, которая
позволяет переходить от расплывчатой, неопределенной исходной
ситуации к четко поставленной задаче, затем к упрощенной модели задачи и выявлению противоречия, и, наконец, к устранению противоречия с помощью скрытых ресурсов системы, физических эффектов, приемов и принципов, а также стандартов на решение изобретательских задач. В соответствии с [1-4] АРИЗ - пошаговая
инструкция, в которой можно выделить 3 части:

1.Программа АРИЗ - последовательность операций по выявлению и разрешению противоречий, анализу исходной ситуации и выбору задачи для решения, синтезу решения, анализу полученных решений и выбору наилучшего из них, 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.

2.Информационное обеспечение, включает в себя систему стандартов на решение изобретательских задач; технологические эффекты (физические, химические); приемы устранения противоречий; способы применения ресурсов природы и техники.

3.Методы управления психологическими факторами, ведь программа АРИЗ предназначена для использования человеком. Помимо преодоления психологической инерции, технология позволяет развивать творческое воображение необходимое для решения сложных изобретательских задач.

АРИЗ - сложный изобретательский инструмент. Основные понятия АРИЗ приведены на рис. 5.1.

Рис. 5.1. Основные понятия АРИЗ

В АРИЗе используются многие термины и определения, которые рассмотрены ранее: техническая система (ТС), админи-стративное, техническое и физическое противоречия (АП, ТП, ФП), главная полезная функция (ГПФ), идеальный конечный результат (ИКР).

Кроме этого, используется понятие вещественно-полевые ресурсы (ВПР) и метод моделирования "маленькими человечками" (ММЧ). ВПР - это вещества и поля, которые уже имеются или могут быть легко получены по условиям задачи внутри системы, в надсистеме и подсистеме. Суть ММЧ состоит в том, что конфликтующие требования схематически представляют в виде условного рисунка, на котором действует большое число "маленьких человечков". Человечки выполняют необходимыеизменения и действия в модели задачи. Благодаря этому снимается психологическая инерция, фокусируется работа воображения.

Таким образом, процесс решения изобретательской задачи в АРИЗе - это последовательность операций по выявлению, уточнению и преодолению технического противоречия. Направленность поискадостигается ориентировкой на ИКР. Категориальный аппарат АРИЗ достаточно прост и базируется на двух основных понятиях: противоречиях и ИКР. Рассмотрим их детально и проиллюстрируем примерами [1-3].

Противоречие - взаимодействие противоположных, взаимо-исключающих сторон и тенденций, предметов и явлений, которые вместе с тем находятся во внутреннем единстве. В случае с ТРИЗ и АРИЗ решение проблемы строится на последовательности по выявлению и разрешению противоречий, устранению их причин. АРИЗ апеллирует к трем видам противоречий, благодаря которым выявляются причинно-следственные связи. Их определение необходимо для понимания сути решения задачи, поэтому рассмотрим их детальнее.

Поверхностное или административное противоречие (АП) - противоречие между потребностью и возможностью ее удовлетворения. Г.С. Альтшуллер называет это противоречие административным, поскольку оно часто формулируется администрацией или заказчиком и содержит отсылку к проблеме: «Надо увеличить скорость работы, но неизвестно как» или «Имеется брак в производстве, его нужно устранить, но неясно как это сделать» и т. д. АП сопряжено либо с устранением нежелательного эффекта (НЭ) - того, что нас не устраивает в ТС, либо с необходимостью создания чего-то нового, но еще непонятно как. Пример: снимая горячую кастрюлю с плиты, можно обжечься. Как устранить этот недостаток?

Углубленное или техническое противоречие (ТП) - это противоречие между определенными частями, качествами или параметрами системы. Противоречие называется техническим, т.к. для решения задачи нужно изменить технические характеристики объекта. ТП возникает при улучшении одних частей (качеств или параметров) системы с учетом недопустимости ухудшения других, когда полезное действие, вызывает одновременно и вредное. Обычно приходится искать компромисс, то есть чем-то жертвовать ради решения (скоростью работы, габаритами и т. д.). Таким образом, ТП представляет собой причину возникновения АП, усиливая его. Пример: кастрюля должна нагреваться, ведь только так возможно приготовление еды. Это вступает в противоречие с потребностью снимать кастрюлю руками.

Обостренное или физическое противоречие (ФП) - предъявление диаметрально противоположных свойств (например, физических) к определенной части ТС. Противоречие называется физическим, т. к. изучение причин, породивших ТП приводит к необходимости выявления противоречивых физических свойств системы. Оно необходимо для определения причин, породивших ТП, другими словами, является дальнейшим его углублением. Это нужно для выявления первопричины. Для многих незнакомых с АРИЗ такая формулировка звучит непривычно, ведь ФП подразумевает, что часть ТС должна находиться сразу в двух взаимоисключающих состояниях: быть холодной и горячей, подвижной и неподвижной и т.д. Пример: кастрюля должна быть горячей, чтобы готовить в ней еду, и холодной, чтобы снимать ее руками. Но достаточно, чтоб горячим было только дно и стенки. А вот ручки можно сделать из теплоизоляционного материала. Так мы приходим к решению.

Идеальный конечный результат (ИКР) - решение, которое мы хотели бы видеть в своих самых смелых мечтах, когда возможно абсолютно все. ИКР - идеальная система, КПД которой равен 100 %. Альтшуллер предположил, что самое эффективное решение проблемы - такое, которое достигается «само по себе», только за счет уже имеющихся ресурсов. Он определял идеальный конечный результат (ИКР) как ситуацию когда: «Некий элемент (Х-элемент) системы или окружающей среды сам устраняет вредное воздействие, сохраняя способность выполнять полезное» [1-4]. Способ достижения ИКР схематично показан на рис. 5.2.

Рис. 5.2. Схема получения ИКР

ИКР достигается за счет создания идеальной технической системы (ИТС). Существуют 3 способа получения ИТС: за счет идеального процесса (ИИ), идеального вещества (ИВ) и идеальной формы (ИФ).

Идеальный процесс (ИИ) - получение результатов без процесса, то есть мгновенно. Сокращение процесса изготовления изделий - цель любой прогрессивной технологии.

Идеальная техническая система (ИТС) - это система, которой нет, а ее функции выполняются, другими словами, цели достигаются без средств. Эта система может быть обеспечена за счет идеального процесса, идеального вещества или идеальной формы с использованием ранее рассмотренного закона повышения степени идеальности системы.

Идеальное вещество (ИВ) - вещества нет, а функции его (прочность, непроницаемость, электрическое сопротивление и т. д.) остаются. Этим объясняется современная тенденция использовать все более легкие и более прочные материалы.

Идеальная форма (ИФ) - обеспечивает максимум полезного эффекта, например, прочность при минимуме используемого материала.

В качестве примера применения идеального процесса можно привести задачу о рациях для альпинистов, для идеального вещества задачу о лампочке для лунохода а в качестве идеальной формы ранее рассмотренный пример о движителе для транспортного средства (см. раздел 3) [3, 4]. Таким образом, суть АРИЗ заключается в том, чтобы на основе сопоставления идеального и реального состояния ТС выявить противоречие и устранить его.

Составляющие АРИЗ

Алгоритм решения изобретательских задач (АРИЗ) состоит из нескольких элементов [1-3]. Рассмотрим упрощенный вариант АРИЗ, который может быть использован студентами.

I этап. Определение типа задачи. Вначале нужно определить к

какому типу задач относится наша: она исследовательская или изобретательская? Исследовательская задача требует описания нового
явления, неизвестного ранее и непонятного. Изобретательская же имеет
дело с известным нам явлением, которое нужно изменить или устранить.
Очевидно, что такие задачи решаются проще, поэтому нужно уметь
переводить исследовательскую задачу в изобретательскую. Чтобы сделать это, нужно к условию задачи поставить вместо вопроса «почему (как) это происходит?» вопрос: «как это делать?» Для этого записать формулировку обращенной задачи по схеме: «Система (указать назначение) включает (перечислить входящие в систему элементы). Необходимо при заданных условиях (указать) обеспечить получение (указать наблюдаемое явление)».

II этап. Противоречия и ИКР. На данном этапе нужно сформулировать противоречия и идеальный конечный результат. Бывают случаи, когда четкое определение этих двух составляющих уже наталкивает на приемлемый результат. Например, задача: как поступить гостинице, чтоб гости не крали вещи? Противоречие - кражу допустить нельзя, но и следить за вещами и проверять багаж съезжающих невозможно. ИКР - даже в случае кражи гостиница не должна нести убытков. Решается все просто - стоимость вещей в номере изначально включается в стоимость проживания.

III этап. Используемые ресурсы. Ресурсами может быть все, что
полезно для нахождения решения. Желательно, чтобы для этого
использовались те ресурсы, которые уже присутствуют в проблемной
ситуации, а также максимально дешевые ресурсы. Например, если
грузовик буквально на сантиметр выше моста или дорожного перекрытия, разумнее спустить немного колеса и проехать, а не искать объездной путь. Благодаря работе в направлении поиска полезных ресурсов созданы специальные справочники для ТРИЗ.

IV этап. Решение задачи. Необходимо применить приемы и
принципы, созданные для поиска решений в ТРИЗ: 1) приемы устранения ТП, сформулированные Г. С. Альтшуллером; 2) операторы РВС (Р - размер, В - время, С - стоимость). Суть метода в том, что при применении оператора РВС снижается психологическая инерция мышления. Достигается это благодаря мысленному изменению параметров объекта, что позволяет взглянуть на него по-другому; 3) вепольный анализ, рассмотренный в разделе 4.

V этап. Анализ решения задачи. Получив один или несколько
вариантов решения задачи, нужно проанализировать их с позиции
идеальности. Для этого нужно выяснить насколько сложно и дорого
обойдется его реализация, задействованы ли все ресурсы системы, какие нежелательные эффекты возникли, как их минимизировать или устранить.

Общая схема АРИЗ

Решение изобретательской задачи осуществляется согласно
изображенной на рис. 5 блок-схеме. В первую очередь формулируется поверхностное противоречие (ПП), которое логично выделяется из условия задачи. О нем, как правило, говорит сам заказчик. Зачастую ПП - это нежелательный эффект, который нужно устранить, предъявив к системе определенные требования. Так определяют углубленное противоречие (УП). Дальше ТС представляется такой, какой она должна быть в результате устранения нежелательного эффекта - избавившейся от негативного фактора и сохранившей положительные качества [1-4].

Рис. 5.5. Блок схема АРИЗ

Таким образом, формулируется ИКР. Когда разработана концепция идеального результата, он сравнивается с текущим состоянием системы, на основании чего ищутся причины ее несовершенства. Эти причины и составляют ОП – обостренное противоречие, выявление и устранение которых приводит к решению задачи РЗ. Если после анализа полученного решения (АПР) результат - новая ТС окажется приемлемой для практического применения решение заканчивается, если нет, то решение производится снова по всему рассмотренному алгоритму, начиная с уточнения условия задачи. Последовательность, описанная выше, характерна для основных модификаций АРИЗ. За время своего существования алгоритм развивался и продолжает развиваться в направлении формализации и детализации описанной последовательности.

Модификации АРИЗ

Первые версии АРИЗ-56 и АРИЗ-61 были разработаны Г. С. Альтшуллером в 1956 и 1961 годах. В последующие годы АРИЗ получил дальнейшее развитие и совершенствование: появились версии АРИЗ-71, АРИЗ-77, АРИЗ-85В и др. [1-4].

Г. С. Альтшуллер писал, что постоянно совершенствовал свой алгоритм, проведя за этой работой 25 лет. Каждую модификацию он проверял на практике, после чего корректировал АРИЗ. Но это не значит, что все предыдущие варианты, вплоть до последнего, не были рабочими. В свое время они успешно применялись изобретателями, а дальнейшие модификации учитывали все возрастающий опыт решения разнообразных задач, что поступательно делало АРИЗ более универсальным.

В процессе совершенствования, АРИЗ адаптировался под степень сложности задачи. Самые простые задачи решались с помощью основной цепочки АРИЗ (АП - ТП - ИКР - ФИ - Р). Ее, к слову, некоторые современные последователи ТРИЗ считают наиболее удачной и понятной. Но более сложные задачи требовали и более подробного алгоритма для своего решения.

Описание последовательности шагов на примере разрешения сложных технических проблем с помощью АРИЗ-85-В - сложная и трудоемкая работа. Все модификации АРИЗ имеют свои недостатки, на которые указывают и пытаются решить практики ТРИЗ. Например, конкретно в случае с АРИЗ-85-В части 6-8 недостаточно развиты и структурированы. Также имеется разрыв в логике с включением 4 части. В целом, еще предстоит разработать часть АРИЗ точно определяющую исходную изобретательскую ситуацию и все возможные пути решения задачи.

Как и всякий инструмент, АРИЗ дает результаты, во многом зависящие от умения пользоваться им. Не следует думать, что, прочитав текст алгоритма, можно сразу решать любые задачи. Прочитав описание приемов самбо, не стоит сразу выходить на соревнования. Так и с АРИЗ: единоборство с задачей требует практических навыков.