Общие принципы решения задач
Любая вещь, созданная человеком, — это результат какого-либо технического решения или изобретения. Опыт творческого труда поколений новаторов собран в десятках миллионов патентов, хранящихся в патентных библиотеках.
В основе любого технического решения лежит некий принцип. Принципов значительно меньше, чем изобретений. Есть множество историй о том, как изобретатели случайным образом находили некий принцип и переносили его на решаемую задачу. Наблюдая за открыванием дверей в трамвае, изобретатель видит в них принцип разворачивания сложенной конструкции и создаёт новое устройство для спуска спасательных шлюпок на воду. Разбирая игрушки своего ребёнка, изобретатель берёт в руки надувного клоуна, осознаёт принцип использования пневмоконструкций и вдруг понимает, как сделать уникальное приспособление для станка… Если такие принципы специально выделить из массива сделанных ранее изобретений, то они могут стать приёмами-подсказками при решении новых изобретательских задач.
Но как ограниченное количество приёмов-подсказок можно использовать для решения бесконечного количества разнообразнейших изобретательских задач? Для того чтобы приёмы стали действительно эффективными, понадобился новый подход к описанию самих изобретательских задач, к сворачиванию информации.
Приёмы устранения технических противоречий
Такой новый подход появился в рамках ТРИЗ. Изобретательские задачи в ТРИЗ стали представляться как выявленные противоречия. При этом оказалось, что огромное количество разнообразных задач можно свести к ограниченному количеству противоречий. И обобщённые принципы (приёмы-подсказки) стали подходами к устранению противоречий.
Так, поиск разрешения противоречия между прочностью конструкции и её весом дал идею местного увеличения толщины, то есть рёбер жёсткости. Гребень на шлеме воина Римской империи, шпангоуты парусных кораблей или силовой набор корпуса ракеты: все эти решения являются примерами применения одного принципа. Этот принцип звучит так: используйте неоднородное строение конструкции для достижения обеих поставленных целей — и высокой прочности, и малого веса конструкции. Такой обобщённый принцип уже может служить изобретательским приёмом для решения изобретательских задач, содержащих противоречие между прочностью и весом конструкции.
Для поиска таких принципов Г. С. Альтшуллер проанализировал огромный массив изобретений из патентного фонда. В результате были выявлены 40 приёмов, с помощью которых может быть устранено множество противоречий.
Приёмы устранения технических противоречий — это инструмент решения изобретательских задач, представляющий собой обобщённые рекомендации по устранению противоречий, основанные на систематизированном опыте изобретателей.
Особенности применения приёмов
Для примера рассмотрим приём «Принцип перехода в другое измерение». Он предлагает:
• изменить направление ориентации (направление движения) объекта, например, наклонить объект или положить его «на бок»;
• использовать многоэтажную компоновку объектов вместо одноэтажной;
• устранить трудности, связанные с размещением или движением объекта по линии, размещением (перемещением) объекта в двух измерениях (то есть на плоскости). Соответственно трудности, связанные с размещением или движением объекта в одной плоскости, устранить переходом к пространству трёх измерений.
Именно так: от контакта в точке к контакту по линии, развиваются рабочие органы технических систем. Эти изменения хорошо видны на примере эволюции средств для промышленной ловли рыбы. От крючка с наживкой (обработка в точке) к леске с укреплёнными на ней многочисленными крючками (обработка по линии). И далее — сеть (это уже обработка по плоскости) и кошельковый невод, обеспечивающий захват всей рыбы, находящейся в объёме.
Примерно так же развиваются и рабочие органы станков — от обработки в одной точке у токарного станка до современной объёмной штамповки, позволяющей добиться высочайшей производительности.
Рассмотрим пример применения этого приёма.
На аэродроме авиационного завода скопилось много изготовленных, но ещё не принятых заказчиком самолётов. В связи с приближением осенней непогоды самолёты потребовалось обязательно укрыть в ангаре, но оказалось, что он может принять только две трети всех машин. На плане ангара проверяли различные варианты их размещения, но приемлемого решения не было. И всё-таки с помощью принципа перехода в другое измерение оно было найдено. Конечно, самолёты не стали подвешивать под крышу ангара, ставить вертикально или громоздить друг на друга. У самолётов просто сдули шины на одном из шасси. Все самолёты наклонились на одно крыло, и появилась возможность расположить их так, что крылья разных машин в плане совпали. Все самолёты поместились в ангаре.
Рис. 15
Рис. 16
Применение приёма не отменяет необходимости думать. Приём не даёт самого́ решения, а задаёт некий вектор, направление такого «думания». Увидеть идею решения, представить особенности его реализации на основе предлагаемого принципа должен решатель. Поэтому работа с приёмами должна быть скрупулёзной. Надо внимательно, под самыми разными углами зрения проанализировать рекомендации, заложенные в приёмах.
Таблица выбора приёмов устранения ТП
Как выбрать нужный для решения задачи приём из всего списка приёмов? Их последовательное применение (так называемый перебор вариантов) занимает много времени. Для ускорения отбора приёмов под конкретную задачу Г. С. Альтшуллер в 60-х годах XX века разработал специальный поисковый аппарат — таблицу выбора приёмов устранения технических противоречий.
Таблица состоит из тождественных друг другу горизонтальной и вертикальной осей, включающих перечень из 39 ключевых характеристик технических систем. Конфликтные отношения между ними и составляют суть большинства технических противоречий, встречающихся на практике. В ячейки таблицы вписаны номера приёмов из списка.
Прежде чем выбрать приём, нужно сформулировать техническое противоречие, составляющее суть изобретательской задачи. Затем улучшаемая и ухудшающаяся характеристики, описанные в противоречии, адаптируются к характеристикам на осях таблицы. Так, если по условиям задачи требуется повысить точность работы прибора, то можно выбрать строку «точность измерений». Но можно, детально исследовав, от чего зависит точность, выбрать конкретную характеристику, которую надо улучшить в приборе, например «силу». На пересечении найденных строки (улучшаемой характеристики) и столбца (ухудшающейся при этом характеристики) находится ячейка, в которой обозначены номера приёмов.
Приёмы в каждой ячейке даны не в порядке их возрастания, а по частоте применения в исследованном массиве изобретений. Поэтому если необходимо найти как можно более простое и быстро внедряемое решение, приёмы следует использовать, начиная с первого из рекомендованных. Если же решение должно быть как можно более оригинальным, неожиданным, нужно начинать с последнего.
Подробно работа с таблицей приёмов устранения противоречий рассматривается в материалах для второго уровня аттестации.
Рис. 17. Фрагмент таблицы
Способы разрешения физических противоречий
После того как в ТРИЗ появился новый инструмент — ФП, анализ задач стал проводиться глубже. Физические противоречия наиболее чётко выражают суть стоящей перед изобретателем задачи. Естественно, что решением изобретательской задачи стало считаться разрешение ФП. Потребовались инструменты, помогающие изобретателю на этой стадии работы.
Были найдены основные способы разрешения противоречивых требований, определённых в ФП.
• В пространстве (одна часть ТС удовлетворяет одному требованию, а другая часть — другому).
ФП: объект должен быть горячим и холодным. Его можно разрешить в пространстве — одна часть (элемент) ТС горячая, а другая — холодная. Именно так разрешено противоречие в сковороде: рабочая поверхность горячая, а ручка — холодная.
• Во времени (в одно время элемент ТС удовлетворяет одному требованию, а в другое время — другому).
Стёкла очков должны пропускать много света, чтобы человек мог хорошо видеть в полутёмных помещениях, и они должны пропускать мало света, чтобы глазам было комфортно при ярком освещении. Очки «хамелеон» позволяют разрешить это противоречие во времени — они прозрачные и пропускают много света, если освещение слабое, и они тёмные, пропускают мало света, если освещение яркое.
• В отношениях (элемент должен обладать определённым свойством по отношению к одному объекту надсистемы и противоположным свойством по отношению к другому объекту надсистемы).
Москитная сетка непроницаема для насекомых, но проницаема для воздуха.
А что делать, если не удаётся разрешить противоречие? В этом случае нужно искать решение, при котором противоречие не возникает вообще.
Противоречие: корпус корабля должен быть узким, чтобы сопротивление воды было малым, и широким, чтобы иметь хорошую остойчивость. Это противоречие невозможно разрешить до конца — требования должны удовлетворяться в одно и то же время, в одном и том же месте… Но возможен переход на другой принцип работы — движение над водой. У судна на воздушной подушке этого противоречия нет.
Указанные выше общие способы устранения противоречий могут быть конкретизированы с помощью уже известных нам приёмов устранения технических противоречий. Так, принципы местного качества и перехода в другое измерение являются частными случаями общего подхода — разрешения противоречия в пространстве.
Упражнение 10
Приведите примеры, иллюстрирующие данные приёмы устранения ТП:
1. Принцип дробления:
а) разделить объект на независимые части;
б) выполнить объект разборным;
в) увеличить степень дробления объекта.
2. Принцип вынесения:
Отделить от объекта мешающую часть (мешающее свойство) или, наоборот, выделить единственно нужную часть (нужное свойство).
В отличие от предыдущего приёма, состоящего в делении объекта на одинаковые части, здесь имеется в виду разделение объекта на разные части.
3. Принцип местного качества:
а) перейти от однородной структуры объекта (или внешней среды, внешнего воздействия) к неоднородной;
б) разные части объекта должны иметь (выполнять) различные функции;
в) каждая часть объекта должна находиться в условиях, наиболее благоприятных для её работы.
5. Принцип объединения:
а) объединить однородные или предназначенные для смежных операций объекты;
б) объединить во времени однородные или смежные операции.
10. Принцип предварительного действия:
а) заранее выполнить требуемое действие (полностью или хотя бы частично);
б) заранее расставить объекты так, чтобы они могли вступить в действие без затрат времени на доставку и с наиболее удобного места.
15. Принцип динамичности:
а) характеристики объекта (или внешней среды) должны меняться так, чтобы быть оптимальными на каждом этапе работы;
б) разделить объект на части, способные перемещаться относительно друг друга;
в) если объект в целом неподвижен, сделать его подвижным, перемещающимся.
21. Принцип проскока:
Вести процесс или отдельные его этапы (например, вредные или опасные) на большой скорости.
22. Принцип «Обратить вред в пользу»:
а) использовать вредные факторы (в частности, вредное воздействие среды) для получения положительного эффекта;
б) устранить вредный фактор за счёт сложения с другими вредными факторами;
в) усилить вредный фактор до такой степени, чтобы он перестал быть вредным.
26. Принцип копирования:
а) вместо недоступного, сложного, дорогостоящего, неудобного или хрупкого объекта использовать его упрощённые и дешёвые копии;
б) заменить объект или систему объектов их оптическими копиями (изображениями). Использовать при этом изменение масштаба (увеличить или уменьшить копии);
в) если используются видимые оптические копии, перейти к копиям инфракрасным и ультрафиолетовым.