Текст книги "Технология творческого мышления"

Мы уже договорились называть зону, в которой возникает конфликт, оперативной зоной (ОЗ), а общее время, которое необходимо рассматривать и учитывать при поиске решения проблемы, оперативным временем (ОВ).

Оперативная зона и оперативное время – важнейшие элементы анализа проблемы, и для их определения требуется очень ясное представление о физической сущности процессов, протекающих в системе и создающих проблему. В проблеме хирургической иглы, например, ОЗ – это зона, в которой ушко иглы со сдвоенной нитью проходит через сшиваемые ткани; а ОВ – это время прохождения ушка через ткани. В проблеме о температуре химического раствора ОЗ – это зона контакта поверхности детали с раствором, а ОВ – это время протекания процесса покрытия. Более детально эти элементы будут рассмотрены ниже, на примерах поиска решения других проблем.

После того как точно локализовано место конфликта и определено время его протекания, можно четко формулировать физическое противоречие. Формула ФП должна быть построена так, чтобы одно состояние (или один параметр) системы устраняли тот нежелательный эффект НЭ₁, который мешает системе выполнять свою основную функцию наилучшим образом, а второе состояние (или второй параметр) обеспечивало условие, при котором не будет возникать нежелательный эффект НЭ₂. Вспомните, например, проблемы 3 и 4:

• термостат должен быть, чтобы радиостанция не замерзала (устраняется НЭ₁) и тем самым обеспечивалась устойчивая радиосвязь (основная функция системы), и термостата быть не должно, чтобы не приходилось носить лишний вес (чтобы не возникал НЭ₂);

• раствор соли должен быть всегда холодным во всем объеме ванны, чтобы соль не выпадала в осадок (чтобы не возникал НЭ₁), и раствор соли должен быть горячим только у поверхности детали и только в то время, когда деталь находится в растворе, чтобы процесс покрытия шел быстро (устраняется НЭ₂).

В кратчайшем варианте ФП формулируется так: состояние АВС должно быть, чтобы выполнялась ОФ, и состояния АВС не должно быть, чтобы не возникал нежелательный эффект.

Затем формулируется идеальный конечный результат (ИКР): система должна сама обеспечить возможность существования необходимых физически противоречивых состояний.

Для этого определяем свойства, при которых получается ИКР, и пытаемся обеспечить наличие этих свойств за счет существующих элементов системы.

Еще раз просмотрим цепочку шагов, из которых состоит алгоритм решения проблемной ситуации:

ситуация → основная функция (ОФ) → состав системы → существующий нежелательный эффект (НЭ₁) → средство устранения (СУ) → новый нежелательный эффект (НЭ₂) → формулирование технического противоречия (ТП) → постановка изобретательской задачи (ИЗ) → выявление оперативной зоны (ОЗ) → определение оперативного времени (ОВ) → формулирование физического противоречия (ФП) → формулирование идеального конечного результата (ИКР) → определение свойств, способных обеспечить ИКР → поиск нужных свойств внутри системы → реализация необходимых свойств собственными или другими ресурсами.

И в завершение проверим, насколько идеальны полученные нами решения с точки зрения понятия «идеальная система». По проблеме 1 (лампа Бабакина) – колбы нет, а функция колбы – защитить нить от соприкосновения с кислородом – выполняется! По проблеме 2 (игла для хирургических операций) – иглы нет, а функции иглы – прокалывать отверстия и протягивать нить – выполняются! По проблеме 3 (радиостанция для альпинистов) – термостата нет, а функция термостата – обеспечить схемы теплом – выполняется! То же в проблеме 4 (температура химического раствора): раствор холодный, и осадка нет, а скорость покрытия высокая!

Здесь нужно сразу отметить, что эти идеальные решения достигнуты разной ценой. Если в проблеме с лампой цена решения более чем нулевая (есть еще и экономия, так как не нужно делать колбу!), а в проблеме с химическим раствором нагрев раствора заменяется нагревом детали, что тоже дает значительную экономию, то для реализации решения задач об игле и радиостанции нужно менять технологию их изготовления. Выше уже отмечалось, что упрощение системы для пользователя оборачивается усложнением надсистемы: нужно создавать специальный состав, придающий нити свойства иглы, а радиосхему нужно выполнять на специальном материале, который не будет ломаться в кармане.

Чисто идеальные решения получаются чрезвычайно редко, чаще всего между идеалом и реальным решением остается некоторое расстояние… И тем не менее надо стремиться максимально приблизиться к идеалу, ведь без стремления нет достижения!

Последовательность мыслительных операций – «шагов» – по анализу проблемной ситуации с целью выявления и устранения противоречий, создающих проблему, и получения идеального конечного результата составляет алгоритм решения проблемной ситуации (АРПС)[7]7
  См. приложение 1.


[Закрыть].

Основной базой для создания АРПС был и остается АРИЗ-85В (алгоритм решения изобретательских задач, модель В, 1985 г.)[8]8
  Полный текст АРИЗ-85В приведен в книге: Г. С. Альтшуллер. Найти идею. – Новосибирск: Восточно-Сибирское изд-во, 1989.


[Закрыть] Г. С. Альтшуллера. Однако практическая работа с алгоритмом показала, что ряд шагов частей 1–3, основных рабочих частей алгоритма, нуждается в дальнейшем уточнении и переработке. Так, шаги 1–2 АРПС разработаны М. И. Мееровичем в 1988 г. на основе работы В. А. Королева «Первая часть». Шаги 3–10 были проработаны авторами в 1990–1995 гг. и проходили «испытание на работоспособность» на целой серии семинаров в течение десяти лет. Без всяких изменений остались остальные шесть частей АРИЗ-85В (с 4 по 9), которые используются при решении сложных технических задач и поэтому в данной книге не рассматриваются.

Название алгоритма изменено в связи с тем, что разработка АРИЗ долгое время велась лично Г. С. Альтшуллером и по его просьбе все новые редакции АРИЗ, в которые вносятся изменения другими разработчиками, должны носить другое обозначение.

5. В поисках ИКР

Чтобы успешно решать технические задачи с помощью ТРИЗ, нужно выработать особый стиль мышления – ТРИЗный: представлять себе объект в прошлом и в будущем, расчленять его на части и определять, частью чего он сам является, уменьшать его размеры до нуля и увеличивать до бесконечности, заставлять его одновременно «быть и не быть», видеть «антиобъект», т. е. объект с противоположными свойствами, и многое другое.

Для этого нужен труд. Мышление среднего взрослого человека бывает порой сформировавшимся привычными стереотипами до такой степени, что сломать их рамки и втиснуть в них ТРИЗное мышление уже невозможно. По мнению специалистов-психологов, формировать такое мышление лучше всего до 15 лет. А еще лучше – до 11. И начинать пораньше, прямо с детского сада.

В предыдущей главе на примере анализа проблемных ситуаций и поиска идеального конечного результата при решении четырех задач была обоснована и построена цепочка шагов алгоритма решения проблемных ситуаций (АРПС). В этой и последующих главах на примерах решения целого ряда учебных задач будут разобраны возможности алгоритма, наиболее типичные затруднения, с которыми приходится сталкиваться при его использовании, и методы их преодоления.

Учебные задачи, которые вы будете решать, – это в недавнем прошлом реальные производственные проблемы достаточно высокого уровня. Над большинством из них в поисках решения, перебирая методом проб и ошибок вариант за вариантом, в ожидании «озарения» порой годами бились многие талантливые изобретатели. А пути к «озарению» неисповедимы: ни один из них после того, как найдено решение, был не в состоянии проследить от начала до конца ход своей мысли. В лучшем случае они выдавали желаемое за действительное… Так что при решении новой задачи использовать опыт мыслительных действий практически не удавалось.

Алгоритм – это инструмент для анализа и поиска решения проблем. Но инструмент очень своеобразный. Его цель – заменить суету мыслей изобретателя на четкую по структуре и однозначную по результативности цепочку мыслительных операций, выводящую в зону сильных вариантов решения. Сильных для учебных задач – значит, не хуже, чем предложенных изобретателем, а порой и лучше. АРИЗ (и на его базе АРПС) – это первая в мировой практике действенная методика решения изобретательских задач, построенная на основе объективных законов. Инструмент очень сложный: осваивая его, приходится ломать многие привычные представления о том, что может быть, а чего быть не может. Кроме того, это инструмент «с обратной связью»: не только вы поработаете с ним, но и он поработает с вами.

И если только хватит у вас характера перейти с ним на «ты», то обязательно наступит день и миг, когда вы, подобно одному великому поэту, дописавшему гениальную поэму, выскочите из-за стола и, потирая руки, с восторгом воскликнете: «Ай да Пушкин! Ай да сукин сын!» Что может быть сильнее наслаждения от победы Разума!

Так что не откладывайте в сторону книгу, увидев очередную проблему с «металлургическим уклоном». Она вам вполне по силам. Вот только лень-матушка родилась раньше нас… Но тогда не завидуйте тем, кто очень скоро вас обойдет. Повезло… Удалось… В любом деле победа, или миг удачи, достается только тем, кто долго и упорно готовился этот миг ухватить. И тогда те счастливые мгновения торжества разума, которые сегодня доступны только «творцам», станут достоянием и нормой вашей жизни. Включайтесь! Цель того стоит!

Один из способов получения стали – варка ее в конверторе (большом ковше). В конце процесса плавки, чтобы получить расплав стали однородного состава и вывести на поверхность шлак (его температура плавления порядка 1000 ℃, удельный вес – примерно в три раза меньше веса расплавленной стали), в жидкую сталь с температурой 1600 ℃ опускают мешалку – длинный толстый стальной стержень – и перемешивают ее (рис. 5.1). К сожалению, в процессе работы мешалка под действием теплового поля расплава быстро нагревается, размягчается и при температуре 1100 ℃ теряет свою прочность и перестает перемешивать расплав. Приходится часто менять мешалки, что усложняет работу и обходится дорого. Пробовали охлаждать мешалку, например, водой, но это оказалось слишком сложно и опасно: попадание воды в расплав стали приводит к взрыву. Решили изготовить мешалку из жаростойких металлов (вольфрама, молибдена и т. п.), но расчеты показали, что такая мешалка будет стоить слишком дорого. Как быть?

Для решения задачи используем АРПС.

Прежде всего определим основную функцию системы. Эта система создана для получения однородного состава расплава стали путем его механического перемешивания. Проанализируем ситуацию по шагам.

Шаг 1. Техническая система для получения однородного состава расплавленной стали путем ее механического перемешивания состоит из ковша, в котором варится сталь, расплава стали, шлака, мешалки и механизма, который держит мешалку, опускает ее в расплав и там перемещает. В процессе перемешивания в результате контакта мешалки с расплавом с температурой 1600 ℃ возникает нежелательный эффект (НЭ₁) – нагрев и разрушение мешалки. Чтобы мешалка не разрушалась, можно использовать различные средства устранения (СУ). Рассмотрим эти средства и их возможные последствия – новые нежелательные эффекты (НЭ₂).

Возможные средства устранения:

СУ₁ – убрать мешалку вообще. При этом возникает НЭ₂ – не будет перемешивания, т. е. не будет выполняться основная функция, что недопустимо. Следовательно, нужно будет изменить принцип действия системы – вводить другой способ перемешивания, например электромагнитным полем. (Иногда предлагают вращать ковш вокруг мешалки…)

СУ₂ – устранить перегрев мешалки. Сделать это можно, если ввести устройство для охлаждения, например, водой. НЭ₂ – сложность и опасность взрыва.

СУ₃ – изготовить мешалку из жаростойких сталей. Тогда возникающий НЭ₂ – высокая стоимость новой мешалки.

Анализ средств устранения (СУ₁, СУ₂ и СУ₃) и возникающих при этом новых нежелательных эффектов показывает, что поиск решения проблемы может происходить в двух направлениях. При выборе СУ₁ необходимо будет изменять принцип действия системы, или, как принято говорить, решать максимальную задачу. При выборе СУ₂ или СУ₃ принцип действия системы (перемешивание мешалкой) остается неизменным. В этом случае говорят о необходимости решать минимальную, или мини-задачу: вся система остается без изменений, а вредное качество (НЭ₁) должно исчезнуть.

Вопрос о том, какую задачу и при каких начальных условиях решать, будет рассмотрен во второй части книги. Пока же отметим, что решение мини-задачи связано, как правило, с изменением значительно меньшего числа элементов, входящих в систему, и поэтому всегда предпочтительнее начинать с нее.

Рассмотрим вариант для СУ₃ – замены мешалки из обычной стали на жаростойкую. НЭ₂ здесь – недопустимо высокая стоимость. Составим схему задачи.

ОФ – получение однородного состава расплава стали.

ПД – механическое перемешивание мешалкой.

Состав системы – расплав стали, ковш, шлак, мешалка, механизм управления мешалкой.

НЭ₁ – расплавление обычной мешалки.

СУ – использование жаростойкой мешалки.

НЭ₂ – высокая стоимость.

Рассмотрим варианты технических противоречий в их крайних состояниях:

Если использовать жаростойкую мешалку, то она не расплавится, но будет стоить очень дорого.

Если же жаростойкую мешалку не применять, то высокая стоимость не создается, но сохраняется расплавляемость обычной мешалки.

Шаг 2. Формулируем изобретательскую задачу. Решать, как мы уже отмечали выше, предпочтительнее мини-задачу. Для ее постановки используем понятие «идеальная система», т. е. такая система, которой нет, но функция которой выполняется. Нам необходима «идеальная жаростойкая мешалка», т. е. такая мешалка, которая ничего не стоит, так как ее нет, но основное свойство которой – не расплавляться при температуре даже в 2000 ℃ – сохраняется и переносится на обычную мешалку.

Постановка изобретательской задачи:

Не вводя жаростойкую мешалку и тем самым не создавая ее высокой стоимости, устранить расплавляемость обычной мешалки.

Шаг 3. Определяем оперативную зону (ОЗ), или зону конфликта. В состав ОЗ обязательно должны войти объект, который подвергается вредному воздействию, и объект, который воздействует.

Нагрев мешалки и ее расплавление происходят в процессе перемешивания при контакте поверхности мешалки с расплавом стали. Здесь, в зоне контакта поверхности мешалки с расплавом, и возникает конфликт. Очевидно, что если нам удастся каким-то образом предохранить от нагрева свыше 1100 ℃ этот поверхностный слой, то более глубинные слои мешалки тем более не нагреются, и задача будет решена.

Шаг 4. Определяем оперативное время (ОВ). В данной задаче это время Т₃ выполнения основной функции – перемешивания жидкой стали. Время Т₃ состоит из времени Т₂ нагрева мешалки до критической температуры 1100 ℃ и конфликтного времени Т₁, в период которого мешалка будет нагреваться выше этой температуры. Цель решения – не допустить возникновения Т₁, свести его к нулю.

Шаг 5. Физическое противоречие на макроуровне (М-ФП): поверхность мешалки, контактирующая с расплавленной сталью, должна иметь температуру не выше 1100 ℃ («быть холодной»), чтобы не терять способности перемешивать расплавленную сталь, и должна иметь температуру 1600 ℃ («быть горячей»), так как она все время контактирует с расплавленной сталью.

Шаг 6. Физическое противоречие на микроуровне (μ-ФП): между поверхностью мешалки и расплавом стали должны находиться частицы вещества, которые подвергаются воздействию температуры в 1600 ℃, но не нагреваются свыше 1100 ℃.

Шаг 7. Идеальный конечный результат (ИКР): техническая система должна сама обеспечивать между поверхностью мешалки и расплавленной сталью наличие частиц, которые подвергаются воздействию температуры в 1600 ℃, но не нагреваются свыше 1100 ℃.

Шаг 8. Сформулируем условия, которым должны удовлетворять частицы, чтобы обеспечивались необходимые по шагу 7 противоположные состояния:

а) находиться между поверхностью мешалки и расплавленной сталью (разделить их);

б) быть под воздействием температуры в 1600 ℃ и при этом не пропускать к поверхности мешалки температуру свыше 1100 ℃.

Какие же свойства частиц могут обеспечить эти условия? Чтобы реализовать первое требование, частицы должны быть или подвижными и все время перемещаться вокруг движущейся мешалки, или, наоборот, обладать способностью крепко цепляться за поверхность мешалки, чтобы разделять контактирующие в зоне конфликта поверхности.

Для реализации второго условия частицы, нагревшись до 1100 ℃, должны либо отдавать кому-то тепло, либо покидать зону конфликта, чтобы не было теплопередачи от расплавленной стали к поверхности мешалки.

Шаг 9. Выше уже отмечалось, что идеальное решение должна обеспечить сама система. Проанализируем состав системы (см. шаг 1) и посмотрим, нет ли в ее составе элементов, обеспечивающих сформулированные на шаге 8 свойства.

Какие здесь могут быть варианты? Задача фактически свелась к поиску вещества внутри системы, которое должно обладать вполне конкретными физическими свойствами: нагреваясь от источника высокой температуры, сохранять собственную температуру на более низком и вполне определенном уровне. Из курса физики известно, что подобными свойствами обладают вещества с кристаллической решеткой в момент изменения своего агрегатного состояния. Например, температура льда не может быть выше 0 ℃, и в обычных условиях температура воды, которая образуется при таянии льда, никогда не будет выше этого значения, пока не растает весь лед. Аналогичный процесс происходит при кипении воды в открытом сосуде – на самой раскаленной плите температура воды не поднимется выше 100 ℃.

Имеется ли в данной системе вещество, температура которого не могла бы превышать 1100 ℃? Да, такое вещество имеется, это ТВЕРДЫЙ шлак. Он плавится при температуре 1000 ℃, переходит в жидкое состояние и всплывает, так как значительно легче расплава стали. Следовательно, если покрыть мешалку слоем твердого шлака, то до тех пор, пока этот слой не расплавится полностью, температура поверхности мешалки не будет превышать 1000 ℃.

Возникает новая задача: как покрыть мешалку слоем твердого шлака? Ведь в системе имеется только жидкий шлак, да и то в основном на поверхности расплава. Возможны, вероятно, два варианта: или остужать шлак и каким-то образом, загоняя его в расплав, обмазывать им мешалку, или, наоборот, поднимать мешалку над слоем шлака, что позволяет делать механизм ее вращения. Второй вариант явно предпочтительнее, так как при этом слой твердого шлака налипает на поверхность мешалки САМ, как только мешалку начинают протаскивать через слой шлака. Затем мешалку опускают в расплав и перемешивают до тех пор, пока весь твердый слой не расплавится и не всплывет на поверхность расплава. После этого операцию покрытия мешалки слоем твердого шлака повторяют.

В предыдущей главе отмечалось, что достичь идеального конечного результата удается чрезвычайно редко, примерно в одной задаче из тысячи. Во всех остальных случаях приходится дополнительно что-то вводить, усложняя либо саму систему, либо надсистему. Но сама нацеленность шагов АРПС на ИКР позволяет получить результат, максимально близкий к идеальному.

Вот еще одна проблема, не техническая – проблема бизнеса, решить которую практически идеально удалось только потому, что на эту идеальность ориентировались.

Проблема под таким очень смешным названием возникла в самом конце XX в. на курсах будущих предпринимателей, на которых М. Меерович, один из авторов этого пособия, читал лекции по курсу проектного менеджмента (предмет называется «Методы анализа проблемных ситуаций и поиска их наиболее эффективных решений»). Суть проблемы заключалась в следующем: группа недавно демобилизованных молодых офицеров искала для себя подходящую сферу бизнеса. В период службы у одного из них, связанного с хозяйственной деятельностью, периодически возникали проблемы со стиркой белья для солдат. Проведя небольшой маркетинговый анализ, они обнаружили, что «ниша» еще не заполнена: старые прачечные уже не работают, а новых пока маловато. Возникла бизнес-идея – создать прачечную. Но в процессе работы над бизнес-планом выяснилось, что средств на приобретение машин, аренду помещения, оплату коммунальных услуг и прочих расходов у них было явно недостаточно… Лизинга тогда еще не существовало, брать кредит они боялись…

На одной из последних лекций преподаватель предложил на примере модели создания какого-то реального производства проанализировать этот процесс и поискать варианты с минимальными затратами. «Это может быть вполне конкретная идея кого-то из вас», – добавил он. Тут-то товарищи бывшие офицеры и выложили идею прачечной…

Для решения этой проблемы используем АРПС (см. приложение 1).

Шаг 1. Бизнес-идея «Прачечная» как техническая система для стирки белья состоит из пункта приема и выдачи белья и помещения для машин, оборудованного инженерными коммуникациями (вода, канализация, электричество и т. д.). При разработке этой бизнес-идеи выяснилось, что средств на закупку оборудования, аренду помещения и пр. не хватает. Как быть?

Выше уже упоминалось, что проблемы возникают тогда, когда ситуацию либо нельзя решить известными стандартными методами, либо применение этих методов приводит к появлению последствий, которые нас, пользователей данной системы, не устраивают. Одним из таких стандартных методов при недостатке средств был бы кредит, но при существующих порядках в стране этот вариант был очень рискованным…

Особенность ТРИЗ как методики поиска решения проблем, которая как раз и позволяет формировать творческий стиль мышления, заключается в умении предложить сильные и нетрадиционные варианты решений, которые обычное мышление сразу психологически исключает. Один из этих вариантов – отказаться от действия или объекта, который вызывает нежелательный эффект. Для данной проблемы – не создавать прачечную. Но тогда нет бизнес-идеи и негде стирать белье…

Схема задачи:

ОФ – создать свой бизнес.

ПД – закупить стиральные машины и арендовать помещение с инженерными коммуникациями для прачечной.

Состав системы – пункт приема и выдачи белья, стиральные машины, оборудованное помещение, бизнесмены.

НЭ₁ – нет средств на закупку стиральных машин и аренду оборудованного помещения.

СУ – отказаться от создания прачечной.

НЭ₂ – нет своего бизнеса…

Рассмотрим варианты технических противоречий в их крайних состояниях:

Если отказаться от создания прачечной, то средства для закупки оборудования и аренды помещения не будут нужны, но не будет и бизнеса.

Если же от создания прачечной не отказываться, то свой бизнес появляется, но для его создания нет средств.

Решать будем, как и в предыдущих случаях, минимальную задачу: все остается без изменений, а вредное качество (необходимость иметь средства на закупку машин и аренду помещения) устраняется.

Шаг 2. Постановка изобретательской задачи:

Не отказываясь от идеи создать прачечную и тем самым иметь свой бизнес, устранить необходимость иметь средства на закупку и аренду.

Считаем необходимым отметить, что шаг 2 чрезвычайно важен и методически, и психологически. Именно на этом этапе решения задачи мы вводим отсутствующий элемент ради того его свойства, которое устраняет существующий нежелательный эффект. И вводим мы его, не вводя, – как отсутствующий, в соответствии с постановкой мини-задачи, т. е. не усложняя систему и не вызывая тем самым новых вредных явлений!

Отсутствующий элемент – это идеальный объект: его нет, а его функция по устранению НЭ₁ осуществляется!

Умение работать со свойствами отсутствующих объектов приходит не сразу, поэтому так важна, особенно на первых этапах обучения, подробная и скрупулезная запись поиска решения проблемы.

Шаг 3. Определяем оперативную зону (ОЗ) – зону, в которой происходит конфликт. Как видно из описанной ситуации, конфликт возникает из-за необходимости иметь оборудованное помещение c машинами для стирки белья (деньги нужны для этого!).

Шаг 4. Определяем оперативное время (ОВ). Как видно из условия, время выполнения основной функции Т₃ состоит из двух частей: времени работы с клиентами Т₂ (прием и выдача белья), и конфликтного времени Т₁ – времени стирки белья в машинах.

Т = T3 = T2 + T1.

Шаг 5. Физическое противоречие на макроуровне (М-ФП): во время стирки белья оборудованное помещение со стиральными машинами должно быть, чтобы бизнесмены имели свой бизнес, и оборудованного помещения со стиральными машинами быть не должно, чтобы не закупать их и не платить арендной платы.

Шаг 6. Физическое противоречие на микроуровне (μ-ФП): между оборудованным помещением со стиральными машинами и бизнесменами должны появиться частицы вещества, обеспечивающие наличие такого помещения со стиральными машинами и исключающие необходимость их закупать и арендовать для этого помещение.

Шаг 7. Идеальный конечный результат (ИКР): бизнес-идея «Прачечная» должна сама обладать частицами вещества, обеспечивающими наличие такого помещения со стиральными машинами и исключающими необходимость их закупать и арендовать для этого помещение.

Выше уже отмечалось, что идеальное решение должна по возможности обеспечить сама система. Проанализируем ее состав (шаг 1) и посмотрим, нет ли в нем элементов, которые могли бы реализовать ИКР.

Такие элементы есть. Это сами офицеры-бизнесмены. Точнее – их квартиры, в которых есть стиральные машины и все необходимые коммуникации, и их жены. Осталось оборудовать пункт приемки-выдачи белья…