Теория решения изобретательских задач и ее применение

Значение решения инновационных задач очень велико для повышения конкурентоспособности любой компании.

В типичной компании на старте ее деятельности ресурсы весьма ограничены. Это в равной мере относится ко всем видам производственных ресурсов.

Возможно ли в рамках такой типичной начинающей компании научиться изобретать более успешно, направленно, как-то учитывать весьма богатый изобретательский опыт предшественников в аналогичном технологическом поле и в таком же стартовом объеме (и если да, то в чем этот опыт состоит)?

Г. Альтшуллер был убежден в возможности выявить из опыта предшественников устойчиво повторяющиеся приемы успешных изобретений и возможности обучить этой технике всех заинтересованных и способных к обучению. С этой целью было проведено исследование более 40 тыс. авторских свидетельств и патентов и на основе выявленных закономерностей развития технических систем и приемов изобретательства разработана ТРИЗ.

Когда техническая проблема встает перед изобретателем впервые, и особенно это характерно для старта проекта, она обычно сформулирована расплывчато и не содержит в себе указаний на пути решения.

Кроме того, как правило, начинающая компания не имеет достаточного производственного опыта и оборудования, на котором можно произвести хоть какие-то эксперименты.

В ТРИЗ такая форма проблем и такая форма постановки первичной задачи называется изобретательской ситуацией. Главный се недостаток в том, что перед инженером оказывается чересчур много путей и методов решения. Перебирать их все трудоемко и дорого, а выбор путей наудачу приводит к малоэффективному методу проб и ошибок.

Поэтому первый шаг на пути к изобретению – переформулировать ситуацию таким образом, чтобы сама формулировка отсекала бесперспективные и неэффективные пути решения. При этом возникает вопрос: какие решения эффективны, а какие – нет?

Г. Альтшуллер предположил, что самое эффективное решение проблемы такое, которое достигается "само по себе", только за счет уже имеющихся ресурсов. Таким образом он пришел к формулировке идеального конечного результата (ИКР): "Некий элемент (X-элемент) системы или окружающей среды сам устраняет вредное воздействие, сохраняя способность выполнять полезное воздействие".

На практике идеальный конечный результат редко достижим полностью, однако он служит ориентиром для изобретательской мысли. Чем ближе решение к ИКР, тем оно лучше.

Получив инструмент отсечения неэффективных решений, можно переформулировать изобретательскую ситуацию в стандартную мини-задачу: "Согласно ИКР все должно остаться так, как было, но либо должно исчезнуть вредное, ненужное качество, либо появиться новое, полезное качество". Основная идея минизадачи в том, чтобы избегать существенных (и дорогих) изменений и рассматривать в первую очередь простейшие решения.

Формулировка мини-задачи способствует более точному описанию задачи:

• Из каких частей состоит система, как они взаимодействуют?

• Какие связи являются вредными, мешающими, какие – нейтральными и какие – полезными?

• Какие части и связи можно изменять, и какие – нельзя?

• Какие изменения приводят к улучшению системы, и какие – к ухудшению?

Для начала работы над изобретением вроде бы достаточно, а как в условиях старта проекта, который должен стать в результате завершения всех работ продуктом?

Как предвидеть возможность трансформировать лучшие качества будущего изобретения в комплекс потребительских свойств, которые при благоприятном стечении обстоятельств могут обеспечить новому продукту не только технологический, но и коммерческий успех?

Попробуем последовательно моделировать ситуацию. После того как мини-задача сформулирована и система проанализирована, обычно быстро обнаруживается, что попытки изменений с целью улучшения одних параметров системы приводят к ухудшению других параметров.

Например, увеличение прочности крыла самолета может приводить к увеличению его веса, и наоборот, облегчение крыла приводит к снижению его прочности. В системе возникает конфликт, противоречие.

Как известно, ТРИЗ выделяет три вида противоречий (в порядке возрастания сложности разрешения).

1. Административное противоречие: "Надо улучшить систему, но я не знаю, как (не умею, не имею права) сделать это". Это противоречие является самым слабым и может быть снято либо изучением дополнительных материалов, либо принятием (снятием) административных решений. В современных условиях очень многие противоречия административного плана – это противоречия, рождаемые коммерческими условиями и критериями реализации будущего изобретения, положенного в технологическую основу инновационного продукта.

2. Техническое противоречие: "Улучшение одного параметра системы приводит к ухудшению другого параметра". Техническое противоречие – это и есть постановка изобретательской задачи. Переход от административного противоречия к техническому резко понижает размерность задачи, сужает поле поиска решений и позволяет перейти от метода проб и ошибок к алгоритму решения изобретательской задачи, который либо предлагает применить один или несколько стандартных технических приемов, либо (в случае сложных задач) указывает на одно или несколько физических противоречий. Опять же сегодня в контексте технических противоречий необходимо видеть влияние на них со стороны коммерческих условий реализации инновационного продукта

3. Физическое противоречие: "Для улучшения системы, какая-то ее часть должна находиться в разных физических состояниях одновременно, что невозможно". Физическое противоречие является наиболее сложным, фундаментальным, потому что изобретатель упирается в ограничения, обусловленные физическими законами природы. Для решения задачи изобретатель должен воспользоваться справочником физических эффектов и таблицей их применения.

Так было и прежде, а что изменилось сейчас?

Современная техника компьютерного моделирования, появление и широкое использование инженерных и конструкторских программных систем существенно расширили систему приемов решения задач.

Анализ многих тысяч изобретений позволил выявить, что при всем многообразии технических противоречий большинство из них решается несколькими десятками основных приемов.

Работа по составлению списка таких приемов была начата Альтшуллером еще на ранних этапах становления теории решения изобретательских задач. Для их выявления понадобился анализ более 40 тыс. авторских свидетельств и патентов. Эти приемы и сейчас представляют для изобретателей большую научную и практическую ценность. Их знание во многом позволяет облегчить поиск решения, однако для решения задач на коммерческом уровне этого уже недостаточно.

Конечно, очевидно, что эти приемы показывают лишь направление и область, где могут быть сильные решения. Конкретный же вариант решения остается за человеком.

Система приемов, используемая в ТРИЗ, включает простые и парные (прием – антиприем) начала решений.

Простые приемы позволяют разрешать технические противоречия. Среди простых приемов наиболее популярны 40 основных приемов.

Парные приемы состоят из приема и антиприема, с их помощью можно разрешать физические противоречия, так как при этом рассматривают два противоположных действия, состояния, свойства.

Стандарты на решение изобретательских задач представляют собой комплекс приемов, использующих физические или другие эффекты для устранения противоречий. Это своего рода формулы, по которым решаются задачи. Для описания структуры этих приемов Альтшуллером был создан вещественно-полевой (вепольный) анализ.

Система стандартов состоит из классов, подклассов и конкретных стандартов. Эта система включает 76 стандартов. С помощью этой системы можно не только решать, но и выявлять новые задачи и прогнозировать развитие технических систем.

Технологический эффект – это преобразование одних технологических воздействий в другие. Могут требовать привлечения других эффектов – физических, химических и т.п.

Известно около 5 тыс. физических эффектов и явлений. В разных областях техники могут применяться различные группы физических эффектов, но есть и общеупотребительные. Их примерно 300–500.

Химические эффекты – это подкласс физических эффектов, при котором изменяется только молекулярная структура веществ, а набор полей ограничен в основном полями концентрации, скорости и тепла. Ограничившись лишь химическими эффектами, зачастую можно ускорить поиск приемлемого решения.

Биологические эффекты – это эффекты, производимые биологическими объектами (животными, растениями, микробами и т.п.). Применение биологических эффектов в технике позволяет не только расширить возможности технических систем, но и получать результаты, не нанося вреда природе. С помощью биологических эффектов можно выполнять различные операции: обнаружение, преобразование, генерирование, поглощение вещества и поля и др.

Среди математических эффектов наиболее разработанными являются геометрические. Геометрические эффекты – это использование геометрических форм для различных технологических преобразований. Широко известно применение треугольника, например, использование клина или скользящих друг по другу двух треугольников и др.

Вещественно-полевые ресурсы (ВПР) – это ресурсы, которые можно использовать при решении задач или развитии системы. Использование ресурсов увеличивает идеальность системы.

Изучая изменения (эволюцию) технических систем во времени, Альтшуллер выявил законы развития технических систем, знание которых помогает инженерам предсказывать пути возможных дальнейших улучшений продуктов. Впервые сформулированные Альтшуллером в книге "Творчество как точная наука" законы были сгруппированы в три условных блока:

• статика – законы 1 –3, определяющие условия возникновения и формирования ТС;

• кинематика – законы 4–6, 9 определяют закономерности развития вне зависимости от воздействия физических факторов. Важны для периода начата роста и расцвета развития ТС;

• динамика – законы 7–8 определяют закономерности развития ТС от воздействия конкретных физических факторов. Важны для завершающего этапа развития и перехода к новой системе.

Самый важный закон рассматривает "идеальность" (одно из базовых понятий в ТРИЗ) системы.