5.1. Понятие о противоречиях
5.1.1. Общие понятия
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 параметров системы.
Сложные изобретательские задачи (неизвестных типов) требуют нетривиального подхода, так как улучшение одних параметров системы приводит к недопустимому ухудшению других параметров. Возникает противоречие.
Противоречие — это одно из основных понятий ТРИЗ .
В ТРИЗ рассматриваются три вида противоречий:
— поверхностное противоречие (ПП);
— противоречие требований (ПТ);
— противоречие свойств (ПС).
5.1.2. 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 или нужно устранить такой-то недостаток, но не известно, как», «Имеется брак в производстве изделий, а причина его не известна» и т. д. Это самое поверхностное противоречие .
Задача 5.1. Автобус
Условие задачи
Автобус должен перевозить много пассажиров. Как это сделать?
Это типичное поверхностное противоречие (ПП).
5.1.3. Противоречие требований
ПРОТИВОРЕЧИЕ ТРЕБОВАНИЙ (ПТ) — это противоречие между определенными частями, качествами или параметрами системы.
ПТ возникает при улучшении одних частей (качеств или параметров) системы за счет недопустимого ухудшения других.
Оно представляет собой причину возникновения поверхностного противоречия (ПП), углубляя его. В глубине одного ПП, чаще всего, лежит несколько ПТ.
Как правило, улучшая одни характеристики объекта, мы резко ухудшаем другие. Обычно приходится искать компромисс, то есть чем-то жертвовать.
Противоречие требований 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 возникают ситуации, когда количественные изменения одной из сторон системы вступают в противоречие с другими.
Продолжим рассмотрение задачи об автобусе.
Задача 5.1. Автобус (продолжение)
Разбор задачи
Чтобы перевозить много пассажиров, автобус должен быть вместимым, т. е. больших размеров. Однако большой автобус плохо маневрирует.
Таким образом, можно сформулировать техническое противоречие (ПС).
ПТ: Противоречие между вместимостью автобуса и маневренностью.
5.1.4. Противоречие свойств
ПРОТИВОРЕЧИЕ СВОЙСТВ (ПС) — предъявление диаметрально противоположных свойств (например, физических) к определенной части системы.
Оно необходимо для определения причин, породивших противоречие требований, т. е. является дальнейшим его углублением. Уточнение (углубление) противоречий может продолжаться и дальше для выявления первопричины.
Для человека, незнакомого с ТРИЗ, формулировка ПС звучит непривычно и даже дико — некоторая часть системы должна находиться сразу в двух взаимоисключающих состояниях: быть холодной и горячей, подвижной и неподвижной, длинной и короткой, гибкой и жесткой, электропроводной и неэлектропроводной, быть и не быть и т. д.
Продолжим разбор задачи об автобусе.
Задача 5.1. Автобус (продолжение)
Разбор задачи
Сформулируем противоречие свойств (ПС) для данной задачи.
ПС: Автобус должен быть большим , чтобы вмещать много пассажиров, и маленьким , чтобы быть маневренным.
Если более точно, то эти требования не ко всему автобусу, а только к салону.
Следует подчеркнуть еще раз, что в отличие от противоречия требований, принадлежащего всей системе , противоречие свойств относится только к определенной ее части .
Таким образом, рассмотренные три вида противоречий образуют цепочку: поверхностное противоречие (ПП) — противоречие требований (ПТ) — противоречие свойств (ПС), которая определяет причинно-следственные связи в исследуемой технической системе.
Теперь, рассмотрев различные виды противоречий, следует еще раз отметить, что решить сложную задачу — значит, улучшить необходимые показатели системы, не ухудшая другие. Осуществить это возможно путем выявления поверхностного противоречия затем противоречия требований, определения причин, породивших его, или даже причины причин (выявление противоречия свойств), и устранения этих причин, то есть разрешения противоречия свойств.
Этап выявления противоречия свойств представляет собой точную постановку задачи.
5.1.5. Способы разрешения противоречия свойств
В качестве основных приемов разрешения противоречия свойств (ПС) можно назвать способы разделения противоречивых свойств:
— в пространстве;
— во времени;
— в структуре, в частности фазовые изменяя, например агрегатное состояние;
— по условию.
Продемонстрируем эти способы разрешения ПС.
Задача 5.2. Очки
Условие задачи
Людям с плохим зрением нужно иметь две пары очков. Одни, чтобы смотреть вдаль, и другие, чтобы смотреть вблизи, например читать. Очень неудобно постоянно менять очки.
Как быть?
Разбор задачи
Поверхностное противоречие (ПП).
ПП: Как улучшить удобства использования очков?
Противоречие требований (ПТ).
ПТ: Противоречие между необходимостью хорошо видеть вдали и вблизи и удобством использования очков (смена очков).
Идеальный конечный результат (ИКР).
ИКР: Очки позволяют хорошо видеть вблизи и вдали и удобны в использовании.
Противоречие свойсьв (ПС).
ПС: Должно быть две пары очков (с разными типами линз), чтобы хорошо видеть вдали и вблизи, и должна быть одна пара очков, чтобы было удобно их использовать (не менять очки).
Способы разрешения ПС. Разделение противоположных свойств:
— в пространстве.
Решение задачи
Используются бифокальные очки. Большая часть линзы для дали, а сегмент нижней части линзы для близких расстояний (для чтения).
Рис. 5.1. Бифокальные очки
Задача 5.3. Пластырь
Условие задачи
Раны заклеивают пластырем, но когда его снимают, то образовавшаяся корочка сдирается.
Как быть?
Разбор задачи
ПП: Как не допустить сдирание свежей корочки?
ПТ: Противоречие между необходимостью заклеивания ранки и сдиранием свежей корочки.
ИКР: Пластырь заклеивает ранки и не сдирает свежую корочку.
ПС: Пластырь должен быть клейким (должна бытьхорошая адгезия ), чтобы хорошо заклеивать ранку, и должен быть не клейким (не должно быть адгезии ), чтобы не сдирать свежую корочку.
Способы разрешения ПС. Разделение противоположных свойств:
— в пространстве.
Решение задачи
Место, которое прикладывается к ранке, не клейкое (там находится марля, пропитанная антисептиком), а по краям пластырь клейкий (адгезионный).
5.2. Пластырь
Задача 5.4. Реактивный самолет
Условие задачи
Прямое крыло самолета создает большое лобовое сопротивление при околозвуковых и сверхзвуковых скоростях полета.
Как быть?
Разбор задачи
ПП: Как уменьшить лобовое сопротивление движению самолета при сверхзвуковых скоростях полета?
ПТ: Противоречие между устойчивостью полета на малых скоростях и сопротивлением движениюполета на больших скоростях полета.
ИКР: Самолет устойчив при полете на малых скоростях и не создает большого лобового сопротивления движению полета на больших скоростях полета.
ПС: Крыло должно быть стреловидное , чтобы не создавать лишнее сопротивление движению полета при больших скоростях, и должно быть не стреловидное, чтобы придать устойчивость полета на малых скоростях (при взлете и посадке).
Способы разрешения ПС. Разделение противоположных свойств:
— по условию и в структуре.
Решение задачи
Создали самолет с изменяемой стреловидностью (геометрией) крыла. На малых скоростях крылья раздвинуты (прямое крыло), а при больших скоростях прижаты к фюзеляжу (стреловидное крыло).
Условие в данном случае скорость полета (большая или маленькая).
Рис. 5.3. Самолет с изменяемой стреловидностью крыла
Задача 5.5. Компьютер
Условие задачи
Компьютер тратит лишнюю энергию, когда не работает.
Как быть?
Разбор задачи
ПП: Как уменьшить потери энергии?
ПТ: Противоречие между необходимостью работы компьютера и потерями лишней энергии.
ИКР: Компьютер работает и не тратит лишнюю энергию, когда он не работает.
ПС: Компьютер должен быть включенным , чтобы выполнять необходимую работу, и должен быть выключенным , чтобы не тратить лишнюю энергию, когда он не работает.
Способы разрешения ПС. Разделение противоположных свойств:
— во времени.
Решение задачи
Через установленное время, когда на компьютере не работают, он переходит в «спящий» режим (гибернация — hibernation — зимняя спячка).
Задача 5.6. Рыцарские доспехи
Условие задачи
Рыцарские доспехи (латы) тяжелые и в них ограничена подвижность, поэтому неудобно вести бой.
Как быть?
Рис. 5.4. Доспехи
Разбор задачи
ПП: Как улучшить подвижность рыцаря и облегчить доспехи?
ПТ: Противоречие между защитными свойствами доспехов и их весом, удобством движения.
ИКР: Доспехи обладают защитными свойствами, легки и удобны в движении.
ПС: Доспехи должны быть легкими игибкими , чтобы было удобнее двигаться, и должны быть не гибкими и тяжелыми , чтобы обладать хорошими защитными свойствами.
Т. е. доспехи должны быть из единого куска металла (быть не гибким) и из многих кусков металла (быть гибкими).
Способы разрешения ПС. Разделение противоположных свойств:
— в структуре.
Решение задачи
Придумали кольчугу. Она состоит из отдельных колечек, соединенных вместе. Каждое колечко жесткое, а все вместе гибкие. Кроме того, в середине кольца нет металла, поэтому вес значительно уменьшается.
Рис. 5.5. Кольчуга
Светофор — это пример изменения по условию. Красный цвет — движения нет. Зеленый — движение разрешается.
Задача 5.7. Автомат по разливу жидкостей
Условие задачи
При отсутствии бутылки под краном выливается лишняя жидкость.
Как быть?
Разбор задачи
ПП: Как избежать потери жидкости?
ПТ: Противоречие между необходимостью заполнения бутылки жидкостью и потерей жидкости.
ИКР: Автомат заполняет бутылку и не выливает лишнюю жидкость (работает без потерь).
ПС: Жидкость должна выливаться , чтобы заполнить бутылку, и не должна выливаться , чтобы не было потерь жидкости.
Способы разрешения ПС. Разделение противоположных свойств:
— по условию.
Решение задачи
Жидкость выливается только при наличии бутылки под краном.
Рис. 5.6. Автомат по разливу жидкости
Это решение для любых упаковочных автоматов.
Задача 5.8. Мощный транзистор
Условие задачи
Неидеальность ключевых свойств мощных транзисторов и диодов является причиной потерь электрической энергии, которая разогревает полупроводниковый прибор, ухудшая тепловой режим его работы.
Как быть?
Разбор задачи
ПП 1 : Необходимо улучшить тепловой режим транзисторного (диодного) ключа в электроаппаратуре, в которую он устанавливается.
ПП 2 : Необходимо исключить перегрев силового транзистора.
В формулировке ПП1 показывается улучшение, какое качество нужно улучшить, а в ПП1 — нежелательный эффект (НЭ) — перегрев транзистора .
Это, по существу, изобретательская ситуация.
Устранение указанного административного противоречия может осуществляться путем:
— создания нового транзистора;
— применения радиатора, который улучшает тепловой режим работы транзистора, но увеличивает габариты аппаратуры.
В первом направлении необходимо проводить серьезную научно-исследовательскую и опытно-конструкторскую работу (НИОКР). Это занимает много времени и средств. Поэтому из изобретательской ситуации мы выбираем второй путь — изобретательский.
ПТ: Противоречие междутемпературой и габаритами или потерями энергии (мощности) и габаритами .
Улучшение теплоотвода приводит к необходимости увеличения площади радиатора, а снижение габаритов радиоаппаратуры требует уменьшения площади радиатора.
ИКР: Транзистор не перегревается (не тратит лишнюю энергию) и не занимает лишнего места.
ПС: Площадь радиаторадолжна быть б ольшой, чтобы улучшитьотвод тепла, и маленькой, чтобы радиоаппаратура была малых габаритов .
Способы разрешения ПС. Разделение противоположных свойств:
— в структуре, например, путем ее изменения.
Решения задачи
1. На радиаторе делают ребра. Общая площадь радиатора увеличивается (увеличивается теплообмен), а габариты аппаратуры не увеличиваются и даже могут быть уменьшены. Ребра делают игольчатыми, чтобы еще больше увеличить площадь радиатора (площадь теплообмена).
Рис. 5.7. Игольчатый радиатор
2. Лепестки радиатора делают с эффектом памяти формы — из никелида титана (нитинола). При нормальной температуре лепестки прижаты к транзистору, а при повышении температуры за пределы допустимой они отгибаются, увеличивая площадь теплоотвода. Это разрешение противоречивых свойств не только в структуре, но и по условию (превышение температуры), или можно считать, что это разрешение во времени (во время превышения температуры).
3. Можно присоединить к транзистору элемент Пельтье, который будет охлаждать транзистор.
— в пространстве.
Решение задачи
Радиатор вместе с транзистором размещают на наружной стенке блока, как это сделано в измерительных приборах: цифровых вольтметрах и частотомерах.
Рис.5.8. Радиатор на наружной стенке блока
Можно использовать тепловую трубу, позволяющую отвести локально выделяемое тепло на значительное расстояние от его источника, или с помощью тепловых труб подводить холодный поток.
Рис.5.9. Тепловая труба
Холодный поток можно получить от элемента Пельтье.
Задача 5.9. Сон дельфина
Условие задачи
Дельфин дышит легкими, а плавает под водой. Он поднимается к поверхности воды, открывает клапан и набирает воздух, закрывает клапан и ныряет в глубину. Воздуха ему хватает на 5‒10 мин. И все повторяется снова.
Эти целенаправленные действия невозможно сочетать со сном: для дыхания дельфину нужна слаженная работа мышц и мозга, а не безмятежность и расслабление мышц, свойственные сну.
Когда же и как спит дельфин, если ему приходится выбирать между сном и дыханием?
Разбор задачи
ПП: Дельфин должен спать.
ПТ: Противоречие между сном и физической активностью.
ИКР: Дельфин спит и отдыхает.
ПС: Дельфин должен спать, чтобы отдыхать, и не должен спать, чтобы быть активным (подниматься на поверхность).
Способы разрешения ПС. Разделение противоположных свойств:
— во времени и пространстве.
Решение задачи
Загадка была разрешена сотрудниками Института эволюционной морфологии и экологии животных АН СССР А. Я. Супиным и Л. М. Мухаметовым. Дельфин спит несколько часов, как любое млекопитающее, и вместе с тем… бодрствует. Полушария его мозга спят поочередно! Сначала засыпает одно, а другое бодрствует. Потом, через час-полтора засыпает второе, а первое «заступает на вахту» — управляет дыханием и движением. Вот почему, оказывается, дельфин закрывает то один глаз, то другой; раньше это замечали многие исследователи, но никто не догадывался, что закрытый глаз просто-напросто спит.
5.2. Путь к идее решения
Выявление физического противоречия при решении технических задач требует определенной направленности поиска, что возможно только при знании ответа. В реальной задаче ответ, безусловно, не известен.
Направленность в решении может быть достигнута ориентировкой на законы развития технических систем и прежде всего на закон увеличения степени идеальности системы .
При решении задач этот закон проявляется ориентацией на идеальный результат — идеальный конечный результат (ИКР). ИКР описан в главе 3 (п. 3.3).
Рассмотрев ИКР, поверхностное противоречие (ПП), противоречие требований (ПТ) и противоречие свойств (ПС) — мы легко себе можем представить этапы точной формулировки задачи.
Окончательно основную линию решения задач можно представить в виде цепочки:
С точки зрения ТРИЗ, задача точно сформулирована, когда выявлены ПП, ПС, ИКР, ПС согласно приведенной цепочке (5.2).
Для формулировки всех ее звеньев прежде всего выявляют, чем не устраивает «задачедателя» данная система (поверхностное противоречие — ПП) и что в ней плохого (нежелательный эффект).
Далее определяют требования, которые необходимо предъявить к системе, чтобы устранить нежелательный эффект. Так определяется противоречие требований (ПТ).
Затем систему представляют таким образом, что в ней отсутствует нежелательный эффект, но сохраняются имеющиеся положительные качества. Результатом такого представления системы является формулировка идеального конечного результата — ИКР.
После сравнения существующей ситуации с ИКР выявляют помехи к получению идеального результата, ищутся причины возникновения помех и определяют противоречивые свойства, предъявляемые к определенной части системы (к оперативной зоне ), не удовлетворяющие требованиям ИКР. Таким образом, формулируется противоречие свойств (ПС), которое и представляет собой точную формулировку задачи.
Разрешая противоречивые свойства, указанные в ПС, получают решение без недостатков.
Г. Альтшуллер писал: «Простоту ответа иногда принимают за простоту процесса решения. Между тем, чем проще ответ (если речь идет о задачах высших уровней), тем труднее его получить».
Продолжим разбор задачи об автобусе.
Задача 5.1. Автобус (продолжение)
Р азбор задачи
Напомним противоречие требований (ПТ).
ПТ: Противоречие между вместимостью автобуса и маневренностью.
Сформулируем ИКР для данной задачи.
ИКР: Автобус должен быть вместительным и маневренным.
Напомним противоречие свойств (ПС).
ПС: Автобус должен быть большим , чтобы вмещать много пассажиров, и маленьким , чтобы быть маневренным.
Решение задачи
Разрешим ПС, разделяя противоположные свойства:
В структуре.
Автобус необходимо сделать динамичным — гибким, например как змея. Такой автобус будет вместительным и очень маневренным. Пока таких автобусов не создано, но имеется частичное решение — соединяют два и более автобусов гибким соединением — «гармошкой» (рис 5.10).
Рис. 5.10. Автобус с гармошкой
В пространстве.
Автобус ставится на автобус — двухэтажный автобус (рис 5.11).
Рис. 5.11. Автобус двухэтажный
В Лондоне построили 5-этажный автобус. Впервые его использовали во время «Олимпиады-2012» (рис 5.12). Он высотой 17,68 м.
Рис. 5.12. Автобус пятиэтажный
В структуре и в пространстве.
Имеются двухэтажные автобусы и троллейбусы, соединенные гармошкой (рис 5.13).
Рис. 5.13. Двухэтажный троллейбус с гармошкой
Во времени.
Используют маленькие автобусы, но их пускают столько, сколько нужно в данных момент (это разрешение и по условию ).
По условию.
Имеется проект раздвижного автобуса: в зависимости от количества пассажиров он маленький или большой (рис 5.14).
Рис. 5.14. Раздвижной автобус
5.3. Самостоятельная работа
5.3.1. Вопросы для самопроверки
1. Что такое противоречие? Дайте определение.
2. Опишите виды противоречий в ТРИЗ.
3. Что такое поверхностное противоречие? Дайте определение.
4. Что такое противоречие тербований? Дайте определение.
5. Что такое противоречие свойств? Дайте определение.
6. Опишите способы разрешения противоречия свойств. Приведите примеры.
7. Опишите цепочку противоречий, используемых в ТРИЗ. Приведите примеры.
5.3.2. Темы докладов и рефератов
1. Примеры противоречий в вашей области знаний и способов их разрешения.
2. Использование цепочки противоречий при решении задач в вашей области знаний.
3. Использование приемов разрешения противоречий в вашей области знаний.
5.3.3. Выполните задания
1. Приведите примеры разрешения противоречия свойств.
1.1. В пространстве.
1.2. Во времени.
1.3. В структуре.
1.4. По условию.
2.Решите задачи, используя логику АРИЗ.
2.1. Задача 5.10. Радиолокационная станция.
Условие задачи
Имеется мощная радиолокационная станция (РЛС) с довольно массивной антенной большой площади. Антенна закреплена на валу, но поворачивается на нем очень редко и потому не имеет привода, а разворачивается вручную. После разворота антенна крепится на валу с помощью фиксирующего устройства и болтового соединения. Усилия для удержания массивной антенны на валу нужны значительные и поэтому приходится болты затягивать достаточно сильно, но из-за сильной затяжки вал деформируется и повернуть его в следующий раз становится практически невозможным.
Как быть?
2.2. Задача 5.11. Лавина в горах.
Условие задачи
Найти человека, засыпанного лавиной в горах, очень трудно. Придумано много активных приспособлений типа передатчиков, которые подают сигнал о том, где находится засыпанный снегом человек. Но эти устройства неработоспособны в реальных условиях. Во-первых, мало кто из туристов согласится таскать на себе такой передатчик «на всякий случай». Во-вторых, быстро разряжаются батареи, обеспечивающие работу, а если на устройстве подачи аварийных сигналов имеется кнопка для включения в нужный момент, то включить устройство, будучи засыпанным лавиной, обычно невозможно.
Как быть?
2.3. Задача 5.12. Отель.
Условие задачи
Дирекция очень старинного, престижного и дорогого для посетителей отеля «Атриум» в Дарвине (Австралия) решила полностью отремонтировать и переоборудовать его номера. Для этого необходимо было в короткий срок избавиться от всего, что находилось в номерах. Но оказалось, что в смете расходов на ремонт и переоборудование номеров отеля не были заложены деньги на освобождение помещения.
Как быть?
2.4. Задача 5.13. Продажа угля.
Условие задачи
Шахтовладелец Гуго Стиннес по условиям договора был обязан сбывать уголь через синдикат, но это практически не давало ему прибыли. Если бы Стиннес продавал уголь самостоятельно, то синдикат подал бы на него в суд и разорил бы его. А торговать углем лучше самостоятельно — это дает преимущества шахтовладельцу. Шел 1898 год.
Как быть Стиннесу?
2.5. Задача 5.14. Проверка программ.
Условие задачи
Проверка разработанных компьютерных программ и «вылавливание» всех ошибок (багов) — достаточно кропотливое дело и занимает много времени. Это не только дорого обходится компании-производителю, но и товар позже выходит на рынок.
Как быть?