Теория решения изобретательских задач (ТРИЗ)

Морфологический анализ

Метод предложен в 1942 г. швейцарским астрономом Ф. Цвикки. Согласно этому методу выполняются такие последовательные действия: формулируется цель задачи; фиксируются возможные варианты исполнения отдельных функциональных узлов или действий рассматриваемого объекта и его элементов; составляются многомерные таблицы, которые отражают все варианты исполнения рассматриваемого объекта и его элементов; все без исключения возможные варианты анализируются и оцениваются; один или несколько лучших вариантов решений отбираются для практического внедрения.

Например, для изделия «нож» в таблице 3.1 приведен перечень признаков и альтернативных вариантов.

Таблица 4.1

Морфологическая таблица на изделие «Нож»

Если из каждой строки этой таблицы взять по одному варианту, то получим некоторую конструкцию ножа. Так, для сочетания вариантов (1.1, 2.3, 3.3, 4.2, 5.1), где в каждой паре первая цифра обозначает номер стоки, а вторая – номер столбца, получим конструкцию ножа: «лезвие из металла, рукоятка – пластмассовая, форма лезвия – треугольная, лезвие в чехле, дополнительная функция ножа – распиливание твердых тел».

Число возможных конструкций ножа в таблице равно произведению чисел вариантов в каждой строке, т.е. 4·5·4·3·5 = 1200. Морфологические таблицы, составленные для более сложных объектов, могут содержать десятки и сотни тысяч вариантов. Так, например, морфологическая таблица, разработанная У.Г. Зинуровым, содержит более 3 млн. (!) различных технологических принципов обработки металлов.

Из рассмотренного примера видно, что суть метода заключается в построении морфологической таблицы, заполнении ее возможными альтернативными вариантами и в выборе из всего множества получаемых комбинаций наиболее подходящих и наилучших решений.

Метод морфологического анализа особенно эффективен при постановке новых творческих задач, определении возможности и эффективности внедрения новых решений для ранее решенных технических задач. Регулярное применение метода приучает разработчиков новой техники к системному поиску вариантов технических решений.

Синектика

Метод предложен американским изобретателем и исследователем У. Гордоном в 1952 г. Слово «синектика» в переводе с греческого означает «совмещение разнородных элементов». В одном из словарей дано такое определение: «Синектические группы — группы людей различных специальностей, которые встречаются с целью находить творческие решения проблем путем неограниченной тренировки воображения и объединения несовместимых элементов». В основу синектики положен усовершенствованный метод «мозгового штурма».

Преодоление стереотипов восприятия и мышления, пробуждение воображения участников в групповой работе достигается за счет введения в процесс решения задачи таких приемов:

1. Прямая аналогия. Технический объект сопоставляется с более или менее похожими объектами из других областей техники или живой природы. Например, самолет сравнивается с птицей, поток электронов – с быстрым бегом большой группы людей, насос – с сердцем.

2. Личная аналогия. Решающий задачу вживается в образ совершенствуемого объекта, пытается слиться с ним воедино и проникнуть в механизм его работы.

3. Символическая аналогия. Иногда используется обобщенная, абстрактная схожесть. Например, при разработке космического корабля для путешествий за пределы Солнечной системы его абстрактной аналогией может быть световой импульс, посланный туда же. Такое сопоставление приводит к мысли о фотонной ракете и т. п.

4. Фантастическая аналогия. В устройство, решающее задачу, разработчик мысленно вводит какие-либо фантастические существа, выполняющие то, что требуется по условиям задачи, или использует при решении какие-либо фантастические средства.

На практике указанные виды аналогии обычно не встречаются в чистом виде, они переплетаются одна с другой. Мастерство синектора состоит в том, чтобы применить аналогию, наиболее подходящую для данной конкретной задачи.

Теория решения изобретательских задач (ТРИЗ)

Теория решения изобретательских задач (ТРИЗ) разработана в 70-х годах отечественным изобретателем и исследователем в области изобретательства Г.С. Альтшуллером.

В числе крупнейших компаний, специалисты которых используют ТРИЗ в своей производственной деятельности: Boeing, Ford, Honda, Hyundai Electronics, Intel, Kodak, Mitsubishi Research, Motorola, Samsung, и др.

ТРИЗ можно считать обобщением сильных сторон творческого опыта многих поколений изобретателей: отбираются и исследуются сильные решения, критически изучаются решения слабые и ошибочные.

Основные разделы ТРИЗ:

– алгоритм решения изобретательских задач (АРИЗ) и система изобретательских стандартов;

– курс развития творческого воображения (РТВ). В этом курсе, в основном, на нетехнических примерах отрабатывается умение применять операторы ТРИЗ. Курс РТВ расшатывает привычные представления об объектах, ломает жесткие стереотипы;

– жизненная стратегия творческой личности (ЖСТЛ) – как нужно поступать творческой личности в каждом конкретном случае, чтобы не делать жизненных ошибок.

Основное положение ТРИЗ утверждает, что технические системы развиваются по объективно существующим законам, которые могут быть познаны и сознательно использованы для решения изобретательских задач. Вместо перебора вариантов ТРИЗ предлагает мыслительные действия, опирающиеся на знание законов развития технических систем. Законы проверены, уточнены, детализированы, а иногда и выявлены путем анализа больших массивов патентной информации по сильным решениям (десятки и сотни тысяч отобранных патентов и авторских свидетельств). Весь инструментарий ТРИЗ, включая фонды физических, химических, геометрических эффектов, также выявлялся и развивался на основе изучения больших массивов патентной информации.

ТРИЗ направляет поиск новых решений в сторону выявления скрытых в системах противоречий и их разрешения.

Согласно ТРИЗ вес технические системы в своем развитии стремятся к некоторой «идеальной машине» и обычно в своем становлении проходят четыре этапа:

– подбор частей для образования системы;

– совершенствование этих частей;

– динамизация;

– переход к саморазвивающимся системам.

Перечисленные выше этапы можно рассмотреть на истории развития самолета. “Лет сто назад, на первом этапе, изобретателей волновал вопрос: что такое летательный аппарат? Из каких частей он должен состоять? Крылья плюс двигатель или крылья без двигателей (планер)? Какие крылья – неподвижные или машущие? Какой двигатель – мускульный, паровой, электрический или внутреннего сгорания?..

Наконец формула «самолет» была найдена: неподвижные крылья плюс двигатель внутреннего сгорания.

Начался второй этап развития системы – «совершенствование ее частей». Изобретатели совершенствовали отдельные части, искали наилучшую форму и наиболее выгодное их расположение, подбирали лучшие материалы, размер и т.д. Сколько должно быть крыльев – триплан, биплан, полутораплан или моноплан? Где поместить рули – спереди или сзади? Где расположить моторы? Какие взять винты – тянущие или толкающие? Сколько колес должно быть у шасси?… В конце второго этапа самолет приобрел знакомый нам вид.

И тут же начал терять его, потому что третий этап – это динамизация системы: части, которые были жестко соединены между собой, стали соединяться гибко, подвижно. Изобрели убирающиеся шасси и крылья, меняющие свои форму и площадь. У самолета появился подвижный нос (Ту-144). Испытатели подняли в воздух машины вертикального взлета с поворотными моторами. Были запатентованы разрезные самолеты: корпус делится на части, каждую из которых можно быстро разгрузить и загрузить…

Четвертый этап – переход к саморазвивающимся системам – еще не наступил, но о нем можно судить по ракетно-космическим аппаратам, умеющим перестраиваться в процессе работы: сбрасывать отработанные ступени, на орбите раскрывать крылья с солнечными батареями, отделять спускаемый аппарат…”[1]

Основным законом, определяющим направление и характер развития технических систем, является закон увеличения степени идеальности системы, гласящий, что технические системы развиваются в направлении повышения степени их идеальности. Идеальной можно считать техническую систему, не имеющую размеров и массы, не потребляющую энергию, не требующую времени и при этом полностью выполняющую свои функции. Системы создаются для удовлетворения определенных потребностей путем выполнения заданных функций. Система идеальна, если ее нет, а функция выполняется.

“Несмотря на очевидность понятия «идеальная техническая система», существует определенный парадокс: реальные системы становятся все более крупноразмерными и тяжелыми. Увеличиваются размеры и вес самолетов, танкеров, автомобилей и т. д. Парадокс этот объясняется тем, что высвобожденные при совершенствовании системы резервы направляются на увеличение ее размеров и, главное, повышение рабочих параметров. Первые автомобили имели скорость 15-20 км/ч. Если бы эта скорость не увеличивалась, постепенно появились бы автомобили, намного более легкие и компактные с той же прочностью и комфортабельностью. Однако каждое усовершенствование в автомобиле (использование более прочных материалов, повышение к. п. д. двигателя и т. д.) направлялось на увеличение скорости автомобиля и того, что «обслуживает» эту скорость (мощная тормозная система, прочный кузов, усиленная амортизация). Чтобы наглядно увидеть возрастание степени идеальности автомобиля, надо сравнить современный автомобиль со старым рекордным автомобилем, имевшим ту же скорость (на той же дистанции).

Видимый вторичный процесс (рост скорости, мощностей, тоннажа и т. д.) маскирует первичный процесс увеличения степени идеальности технической системы, при решении изобретательских задач необходимо ориентироваться именно на увеличение степени идеальности – это надежный критерий для корректировки задачи и оценки полученного ответа”.[2]

При работе над изобретением необходимо стремиться максимально приблизиться к идеальному результату, значительно улучшить требуемые показатели, не ухудшив других.

Таким образом ИКР – мечта, которая может помочь проложить путь к решению. Техническая система тем больше близка к идеальной, чем больше функций она выполняет при меньшей расплате за их выполнение. Идеальная научная теория – та, которая объясняет как можно больше, вводя при этом как можно меньше дополнительных предположений.

Знание законов развития ТС позволяет решать не только имеющиеся изобретательские задачи, но и прогнозировать появление новых задач.

Основным рабочим механизмом совершенствования технических систем и синтеза новых технических систем в ТРИЗ служат алгоритм решения изобретательских задач (АРИЗ) и система изобретательских стандартов.

АРИЗ представляет собой упорядоченную последовательность действий, выполнение которых может привести к решению задачи. Решение задач по АРИЗ идет без множества проб, планомерно, шаг за шагом. Стратегия решения состоит в следующем. Формулируют исходную изобретательскую задачу в общем виде. Обрабатывают и уточняют ее в целях преодоления психологических барьеров и учета технических решений в данной и других областях. Излагают условие задачи, представляющее собой описание элементов технической системы и нежелательного эффекта, производимого одним из элементов. Формулируют идеальный конечный результат (ИКР), в направлении которого в дальнейшем идет процесс решения задачи.

При сравнении ИКР с реальным техническим объектом выявляется техническое противоречие, а затем его причина – физическое противоречие. На завершающей стадии эти противоречия устраняются (разрешаются). Для устранения противоречий предложены 40 принципов решения, стандарты технических решений, таблицы применения физических эффектов и явлений.

Сходные противоречия разрешают однотипными приемами, наиболее сильные приемы – комплексные (сочетания нескольких приемов, часто – сочетания приемов с физ-, хим-, геомэффектами). Самые сильные комплексные приемы образуют систему стандартов – аппарат ТРИЗ для решения типовых изобретательских задач.

К числу наиболее распространенных и простых приемов можно отнести следующие:

– дробление и объединение;

– уменьшение и увеличение;

– ускорение и замедление;

– сделать наоборот;

– сделать заранее;

– динамизация;

– вынесение (отделение функции от объекта);

– изменение окружающей среды;

– изменение агрегатного состояния;

– использование внутренних ресурсов;

– прием согласования и рассогласования в работе технических систем;

– «вепольный анализ» («веполь» – комбинация вещества и физического поля);

– разделение противоречащих свойств в пространстве;

– разделение противоречащих свойств во времени.

Выбрать нужный прием в большинстве случаев нетрудно, поскольку условия задачи сразу указывают, какие приемы заведомо не подходят. С помощью простых приемов можно решать в основном простые задачи. Для решения сложных задач необходимо использовать комбинации приемов, причем число этих комбинаций может быть достаточно велико.

Развитие всех систем подчинено сходным закономерностям, поэтому многие идеи и механизмы ТРИЗ могут быть использованы при построении теорий решения нетехнических творческих задач.

[1] Г. Альтов, И тут появился изобретатель, М., "Детская литература", 1989 г., с. 31-32.

[2] Альтшуллер Г.С., Творчество как точная наука, М., "Советское радио", 1979 г., с. 125-126.