Текст книги "Основы ТРИЗ. Теория решения изобретательских задач. Издание 3-е, исправленное и дополненное"

1.4. Отсутствие системного мышления

Помимо психологической инерции традиционному мышлению свойственно отсутствие системного мышления (системного подхода).

Прежде всего, вспомним притчу.

Пример 1.11. Притча о слепцах

К слепым подвели по очереди слона и просили описать, что это такое (рис. 1.8).

Один из них потрогал ногу и сказал, что это что-то круглое и толстое, похожее на столб.

Другой потрогал хобот и сказал, что это что-то гибкое, похожее на змею.

Третий потрогал хвост и сказал, что это что-то тонкое, похожее на веревку.

Четвертый потрогал бок и сказал, что это похоже на стену.

Это типичный пример несистемного мышления.

Рис. 1.8. Слепцы44
  Рисунок с сайта http://www.perunica.ru/raznoe/5649-pritcha-pro-slona-i-slepcov-dlya-teh-kto-lyubit-v-spore-iskat-istinu.html


[Закрыть]

Вспомним миф о Миндасе.

Пример 1.12. Миндас

Царь Миндас с почетом принял в своем дворце учителя Диониса Силена, отставшего от Диониса. В награду Дионис предложил Миндасу выбрать себе любой дар.

Миндас воскликнул:

– О, великий бог Дионис, сделай так, чтобы все, к чему прикоснусь, превращалось в чистое, блестящее золото!

Миндас не подумал, что пища и его близкие тоже будут превращаться в золото.

Понятие системного мышления мы рассмотрим ниже (глава 3).

Выводы

Использование традиционного метода проб и ошибок приводит к:

– неоправданно большим затратам времени и средств на проектирование и производство;

– невысокой вероятности получения идей требуемого уровня в выделенные сроки.

Очевидно, что необходима другая более прогрессивная технология получения идей. Такая технология создана русским ученым Г. С. Альтшуллером. Он назвал ее теория решения изобретательских задач (ТРИЗ).

1.5. Самостоятельная работа

1.5.1. Контрольные вопросы

1. Какое место занимает изобретательство в инженерной деятельности?

2. Что такое метод «проб и ошибок»? Его достоинства и недостатки?

3. Что такое психологическая инерция? Расскажите о природе психологической инерции. Какие виды психологической инерции вы можете привести?

1.5.2. Темы докладов и рефератов

1. Роль метода «проб и ошибок» в изобретательстве.

2. Виды психологической инерции и способы преодоления ее.

1.5.3. Выполните задания

1. Приведите примеры на разные виды психологической инерции.

Покажите возможность преодоления каждого из видов психологической инерции.

Глава 2. ОБЗОР ТРИЗ

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

Генрих Альтшуллер55
  Альтшуллер Г. С. Теория решения изобретательских задач. Справка «ТРИЗ-88». http://www.altshuller.ru/engineering16.asp.


[Закрыть]

Содержание главы 2:

2.1. Что такое ТРИЗ?

2.2. Уровни изобретения

2.3. Функции ТРИЗ

2.4. Структура ТРИЗ

2.5. Изобретательское мышление

2.6. Использование инструментов ТРИЗ

2.7. ТРИЗ в мире

2.1. ЧТО ТАКОЕ ТРИЗ?

Теория решения изобретательских задач (ТРИЗ) – технология инноваций, при которой процесс творчества управляем, а не хаотичен.

Эта технология позволяет решать творческие задачи, используя специальные законы и закономерности, методы, правила и инструменты.

Применение ТРИЗ развивает творческое (изобретательское) мышление, качества творческой личности, дает возможность смотреть на вещи и явления по-новому, находить нетривиальные, принципиально новые решения высокого уровня, что повышает эффективность творческого труда.

ТРИЗ разработал ученый и изобретатель из России Генрих Саулович Альтшуллер, который был так же писателем-фантастом, известным под псевдонимом «Генрих Альтов». Альтшуллер первый осознал необходимость создания технологии, позволяющей отказаться от метода «проб и ошибок» и направленно искать решение.

Г. С. Альтшуллер проанализировал десятки тысяч патентов и сформулировал основные постулаты ТРИЗ:

1. Техника развивается закономерно. При решении задач и развитии систем необходимо использовать законы развития технических систем.

2. Любую изобретательскую задачу можно классифицировать и в соответствии с видом задачи выбрать вид решения.

3. Для решения сложных изобретательских задач необходимо выявить и разрешить противоречие, находящееся в глубине задачи.

Постулаты ТРИЗ указывают на принципиальное отличие изобретательского мышления от рутинного. При рутинном мышлении ищется компромисс, т. е. улучшение одних параметров за счет ухудшения других. В изобретательском мышлении выявляют противоречие, лежащее в глубине задачи. Углубляя и обостряя противоречие, определяют первопричины, породившие данное противоречие. Разрешая противоречие, получают результат практически без недостатков.

Сегодня ТРИЗ используется для решения задач из любой области знаний. Это не только техника и технология, для которых использовался ТРИЗ первоначально. Теперь ТРИЗ используется для решения бизнес-задач и управления, в программировании и информационных системах, биологии и медицине, в развитии наук, при решении жизненных задач и т.д.

Постепенное использование ТРИЗ развивает изобретательское, творческое, сильное, талантливое мышление.

2.2. Уровни изобретений

В процессе анализа патентного фонда Г. С. Альтшуллер понял, что изобретения имеют разные уровни. Он решил разделить их на 5-ть уровней. Так как изобретение – это конечный результат решения определенной задачи, то в дальнейшем мы будем говорить об уровнях решения задачи. Альтшуллер также называл их уровнями творчества.

Приведем классификацию уровней творчества, предложенную Г. С. Альтшуллером66
  Альтшуллер Г. С. Алгоритм изобретения. 2-е изд. – М: Московский рабочий, 1973. С. 23—47.
  Альтшуллер Г. С. Уровни изобретений. URL: http://www.altshuller.ru/triz/levels.asp.


[Закрыть].

Первый уровень – самый низкий, а пятый самый высокий.

Как правило, используя «Метод проб и ошибок» получают решения первого, реже второго уровня. Чем выше уровень решения, тем больше проб нужно совершить.

Уровень решения определяется по степени оценки этапов творческого процесса.

Г. С. Альтшуллер описывал следующие этапы:

А. Выбор задачи.

Б. Выбор поисковой концепции.

В. Сбор информации.

Г. Поиск идеи решения.

Д. Развитие идеи в конструкцию.

Е. Внедрение.

Полностью структурная схема творческого процесса приведена ниже в табл. 2.1.

Таблица 2.1. Процесс изобретательского творчества77
  Альтшуллер Г. С. Алгоритм изобретения. 2-е изд. – М: Московский рабочий, 1973. С. 32.


[Закрыть]

Сегодня можно говорить о еще одном очень важном этапе инновационного процесса – это сбыт, под которым понимается все аспекты маркетинга, например, реклама и количество продаж. Ниже будет подробно рассмотрено, чем отличаются уровни изобретения в классификации Г. С. Альтшуллера, а пока опишем наиболее характерные черты:

1-й уровень: использование готового объекта без выбора или почти без выбора;

2-й уровень: выбор одного объекта из нескольких;

3-й уровень: частичное изменение выбранного объекта;

4-й уровень: создание нового объекта (или полное изменение исходного);

5-й уровень: создание нового комплекса объектов.

Теперь рассмотрим уровни более детально.

Решение 1-го уровня, при использовании метода проб и ошибок получают достаточно быстро, практически первое из пришедших на ум. Как правило, затрачивают не более 10 проб. Это решение известной задачи, с применением известной поисковой концепции, используя имеющуюся у нас известную информацию. При этом опираются на готовое решение (испытанная технология, существующая конструкция).

Решение 2-го уровня – использование до 100 проб. Выбирается одна из нескольких задач, которая решается одной из нескольких концепций, собирается информация из нескольких источников информации, выбирается одно из нескольких решений (одна из нескольких технологий, одна из нескольких конструкций).

Решение 3-го уровня – использование до 1000 проб. Изменена исходная задача, поисковая концепция изменена применительно к условиям задачи. Собранная информация изменена применительно к условиям задачи, изменено известное решение (изменена известная технология и / или конструкция).

Решение 4-го уровня – использование тысяч, десятков тысяч и, до

100 000 проб. Найдена новая задача, найдена новая поисковая концепция, получены новые данные, относящиеся к задаче, найдено новое решение (новая технология и / или новая конструкция).

Решение 5-го уровня – использование более сотен тысяч и миллионов проб. Количество проб может быть бесконечным. Это уровень пионерских решений (автомобиль, радио, телевизор, компьютер и т. д.) или открытия (квантовая теория, полупроводники, пенициллин, клонирование и т. д.).

Г. С. Альтшуллер проанализировал изобретения по 14 классам за 1965 и 1969 годы. Анализ дал следующее соотношение88
  Альтшуллер Г. С. Алгоритм изобретения. С. 36.


[Закрыть] (данные и диаграмма см. рис. 2.1).

Рис. 2.1. Уровни изобретений

Примеры изобретений разных уровней приведены в книге «Алгоритм изобретения»99
  Альтшуллер Г. С. Алгоритм изобретения. С. 33—35.


[Закрыть].

Попробуем на одном объекте привести примеры всех пяти уровней решений. В качестве примера возьмем указку.

Пример 2.1. Указка – 1-й уровень

В качестве указки использовали обычную палку – ветку дерева. Использовано готовое решение и готовая конструкция из природы, которую и внедрили.

Пример 2.2. Указка – 2-й уровень

Длинная палка тяжелая. Ей неудобно указывать. Противоречие: указка должна быть длинная, чтобы указывать, и короткая, чтобы было не тяжело ей указывать.

Решение. Указку к концу делают тоньше.

Выбрана одна из нескольких задач – сделать указку легче. Можно было бы развивать физические усилия человека или использовать приспособления для держания указки, а человек только бы перемещал ее.

Выбрана одна из нескольких поисковых концепций – уменьшения веса за счет убирания материала от рукоятки к концу указки. Могут быть и другие концепции, например, замена материала указки на более легкий или сделать указку полой. Стадии А и Б пройдены на 2 уровне.

Пример 2.3. Указка – 3-й уровень

Необходимо сделать указку легко переносимой. Для этого она должна быть маленькой. Противоречие: указка должна быть длинная, чтобы указывать, и короткая, чтобы было легко переносить.

Решения.

1. Сделать указку разборной и скреплять ее на месте, например, с помощью винтов. На это требуется много времени и сил.

2. Можно сделать указку складной, как метр.

3. Наилучшее решение сделать указку телескопической.

Изменена исходная задача. Сначала была задача сделать указку легче.

Изменено известное решение. Вместо разборной указки ее сделали телескопической. Применен геометрический эффект. Стадии А и Г пройдены на 3 уровне.

Пример 2.4. Указка – 4-й уровень

Желательно, чтобы можно было пользоваться указкой на расстоянии 3—20 м. Такая указка должны быть очень прочной и легкой, что не может обеспечить механическая указка. Необходимо переходить к принципиально другому способу указывания.

Решение. Использовать луч лазера. Лазерный луч получают с помощью лазерного диода.

Найдена новая задача. Указывать с больших расстояний.

Найдено новое решение. Использован не обычный лазер, а лазерный диод.

Создана новая конструкция. Такой конструкции не существовало раньше.

Стадии А, Г и Д пройдены на 4 уровне.

Другая возможность – виртуальная указка (отсутствующая указка). Указка должна исчезнуть, а возможность указывать остается.

Решение. Используются возможности компьютера. Например, указывать можно с помощью курсора мышки. Такая указка может указывать на любом расстоянии. Расстояние зависит только от возможностей передачи изображения. Могут использоваться Интернет, спутники, средства космической передачи и т. д.

Найдена новая задача. Указывать с больших расстояний.

Найдено новое решение. Использован компьютер и его возможности (например, мышка). Стадии А и Г пройдены на 4 уровне.

Пример 2.5. Лазер и компьютер – 5-й уровень

Лазер и компьютер – это примеры пионерских решений.

Лазер был изобретен на основе открытий.

2.3. Функции ТРИЗ

Основные функции ТРИЗ:

1. Решение творческих и изобретательских задач любой сложности и направленности без значительного перебора вариантов.

2. Прогнозирование развития технических систем (ТС) и получение перспективных решений (в том числе и принципиально новых).

3. Развитие творческих качеств человека (творческого воображения и мышления, качеств творческой личности, развитие творческих коллективов).

ТРИЗ позволяет:

– выявить и устранить «узкие места»;

– снизить себестоимость изделий и технологий;

– повысить потребительские качества изделий;

– выявить и устранить причины брака и аварийных ситуаций и т. д.

2.4. Структура ТРИЗ

Основные разделы ТРИЗ:

1. Законы развития систем (глава 4) [64].

2. Информационный фонд ТРИЗ (глава 7) [45].

3. Вепольный анализ (структурный вещественно-полевой анализ) технических систем (глава 5) [46].

4. Алгоритм решения изобретательских задач (АРИЗ) (глава 6) [44].

5. Метод выявления и прогнозирования аварийных ситуаций и нежелательных явлений («диверсионный анализ») [36].

6. Методы системного анализа и синтеза (глава 3).

7. Функционально-стоимостный анализ (ФСА).

8. Методы развития творческого воображения (РТВ) (п. 8.1) [39—42].

9. Теория развития творческой личности (ТРТЛ) (п. 8.2) [38].

10. Теория развития творческих коллективов (ТРТК) (п. 8.3) [32].

Все разделы ТРИЗ можно разделить на две части: методы решения задач и методы развития творческих качеств. К методам решения задач относятся пп. 1—7 (приведенного выше списка), к методам развития творческих качеств – пп. 8—10. Структурная схема ТРИЗ согласно этой классификации представлена на рис. 2.2.

Рис. 2.2. Структурная схема ТРИЗ

Упрощенная структурная схема ТРИЗ для функции решения задач приведена на рис. 2.3. Кратко опишем каждую из частей ТРИЗ.

Законы развития технических систем – наиболее общие статистические закономерности и тенденции развития техники, выявленные в результате анализа патентного фонда и истории развития техники.

Сегодня мы говорим об более общих звонах и закономерностях развития искусственных (антропогенных) систем. Они изучаются на истории развития конкретных искусственных систем, а потом обобщаются.

Информационный фонд включает:

1. Систему стандартов на решение изобретательских задач – типовые решения определенного класса задач (п. 7.5) [29];

2. Технологические эффекты:

2.1. физические эффекты [28] и [35];

2.2. химические эффекты [29];

2.3. биологические эффекты [37];

2.4. математические эффекты.

– наиболее разработанные из них – геометрические [30].

2.5. Таблицы их использования.

3. Приемы устранения противоречий и таблицы их применения (п. 7.1);

3.1. приемы разрешения технических противоречий (п. 7.1.2).

– 40 основных приемов [12];

– 10 дополнительных [10].

3.2. приемы разрешения физических противоречий (п. 7.1.3).

– приемы – анти-приемы [14];

– приемы, разбитые на группы;

– способы разрешения физического противоречия [24].

4. Ресурсы природы и техники и способы их использования (п. 7.3).

Часто в информационный фонд включают также задачи-аналоги. Это решенные задачи, в которых разрешено конкретное противоречие.

Технологические эффекты также называют научными эффектами или просто эффектами.

Рис. 2.3. Структурная схема ТРИЗ для функции решения задач

АРИЗ представляет собой программу (последовательность действий) по выявлению и разрешению противоречий, т. е. решению задач. АРИЗ включает: собственно программу, информационное обеспечение, питающееся из информационного фонда (на рис. 2.3 показано стрелкой), и методы управления психологическими факторами, которые входят составной частью в методы развития творческого воображения (РТВ). Кроме того, в АРИЗ предусмотрены части, предназначенные для выбора и формулировки задачи, а также оценки полученного решения. Последняя модификация, разработанная Г. С. Альтшуллером – это АРИЗ-85-В.

Вепольный анализ (структурный вещественно-полевой анализ) – это специальный язык, позволяющий представить исходную систему в виде структурной модели, выявить ее свойства, с помощью специальных правил и закономерностей преобразовать модель задачи в структуру решения, которое устраняет недостатки исходной задачи.

Классификация системы стандартов на решение изобретательских задач и сами стандарты построены на основе вепольного анализа и законов развития технических систем. Кроме того, он включен в программу АРИЗ (это показано стрелками на рис. 2.3).

Кратко опишем и другие элементы ТРИЗ показанные на рис. 2.2.

Метод выявления и прогнозирования аварийных ситуаций и нежелательных явлений разработан Б. Л. Злотиным и А. В. Зусман и назван «диверсионным» подходом. Он основан на использовании ТРИЗ, функционального, системного и морфологического анализов, диаграммы Исикавы (диаграмма «рыбьей кости») и специально разработанных списков контрольных вопросов. С помощью этой методики «изобретаются» для данной системы аварийные ситуации и нежелательные явления, рассматривается вероятность их появления. Сначала придумывают «диверсию», а потом способы, как ее совершить. При этом проводится анализ существующей ситуации и тенденций ее развития, формулируются и разрешаются противоречия, возникающие при решении задачи. На следующем этапе изыскиваются и анализируются способы, позволяющие предотвратить возникновение чрезвычайных ситуаций и нежелательных явлений. При этом максимально используются все ресурсы системы.

Методы системного анализа и синтеза включают:

– системный подход;

– анализ и синтез потребностей;

– функциональный анализ и синтез.

Эти инструменты позволяют создать системную картину мира и прогнозировать развитие систем.

В ТРИЗ широко используется системный подход, включающий аппарат системных исследований, специализированный для анализа и синтеза технических систем, основанный на закономерностях развития техники и для прогнозирования развития технических систем. Кроме того, системный подход используется для развития творческого мышления.

Функционально-стоимостный анализ (ФСА) – метод технико-экономического исследования систем, направленный на оптимизацию соотношения между их потребительскими свойствами (функции, также воспринимаемые как качество) и затратами на достижения этих свойств. Используется как методология для непрерывного совершенствования: продукции, услуг, производственных технологий, организационных структур. Задачей ФСА является достижение наивысших потребительских свойств продукции при одновременном снижении всех видов производственных затрат. Классический ФСА имеет три английских названия-синонима – Value Engineering, Value Management, Value Analysis.

ФСА, используемый в ТРИЗ, значительно отличается от классического функционально-стоимостного анализа. Он был существенно модифицирован и дополнен разработчиками ТРИЗ. Сегодня ФСА – это практически иная методология, которая рассматривается в рамках методов системного анализа и синтеза.

Для развития творческих качеств личности и коллектива в ТРИЗ используются (рис. 2.2):

– методы развития творческого воображения (8.1);

– теория развития творческой личности (8.2);

– теория развития творческих коллективов (8.3).

Методы развития творческого воображения позволяют уменьшить психологическую инерцию при решении творческих (изобретательских) задач.

Теория развития творческой личности описывает качества и жизненную стратегию творческой личности.

Теория развития творческих коллективов позволяет выявить и использовать законы развития творческих коллективов.

2.5. Использование инструментов ТРИЗ

Использование различных элементов ТРИЗ для конкретных функций показано в таблице 2.2: «Функции и структура ТРИЗ».

При прогнозировании развития систем прежде всего используется законы развития систем и системный анализ и синтез систем. Кроме того, могут использоваться вепольный анализ и стандарты на решение изобретательских задач. В некоторых случаях может использоваться функциональный анализ и синтез.

При построении новых систем прежде всего используется законы развития систем, системный анализ систем и функциональный анализ и синтез. Во вторую очередь могут использоваться вепольный анализ, диверсионный подход, стандарты на решение изобретательских задач, все виды технологических эффектов и ресурсы. Иногда могут использоваться и методы развития творческого воображения.

При улучшении существующих систем стоит в первую очередь использовать законы развития систем и системный анализ систем, АРИЗ, вепольный анализ, системный анализ и синтез систем, функциональный анализ и синтез, стандарты на решение изобретательских задач, все виды технологических эффектов, приемы, ресурсы. Могут быть полезны и методы развития творческого воображения.

При поиске задачи в первую очередь стоит использовать законы развития систем, диверсионный анализ, системный анализ и синтез систем и стандарты на решение изобретательских задач. Менее применимы эффекты и ресурсы. Иногда могут применяться приемы и методы развития творческого воображения.

При выборе задачи в первую очередь стоит использовать законы развития систем, АРИЗ, системный анализ и синтез систем и функциональный анализ и синтез. Во вторую очередь следует использовать стандарты на решение изобретательских задач.

При решении задачи в первую очередь стоит использовать АРИЗ, диверсионный подход, функциональный анализ и синтез и стандарты на решение изобретательских задач. Во вторую очередь использовать законы развития систем, вепольный анализ, системный анализ и синтез систем, все виды технологических эффектов, приемы (Inventive Principles) и ресурсы. Иногда могут применяться методы развития творческого воображения.

При оценке полученного решения в первую очередь стоит использовать законы развития систем и стандарты на решение изобретательских задач. Во вторую очередь следует использовать АРИЗ, вепольный анализ, диверсионный подход, системный анализ и синтез систем и функциональный анализ и синтез.

При развитии творческого воображения в первую очередь стоит использовать методы развития творческого воображения. Во вторую очередь следует использовать законы развития систем, системный анализ и синтез систем и ресурсы. В третью очередь стоит использовать диверсионный подход.

При развитии творческой личности в первую очередь стоит использовать методы развития творческой личности. Во вторую очередь следует использовать системный анализ и синтез систем.

При развитии творческих коллективов в первую очередь стоит использовать методы развития творческих коллективов. Во вторую очередь следует использовать системный анализ и синтез систем и в третью очередь – использовать диверсионный подход.

Таблица 2.2. Функции и структура ТРИЗ

Примечание.

В таблице цифрами обозначена очередность применения, что соответствует степени важности этого элемента для данной функции. Знак « – » показывает, что данный элемент для этой функции не используется.

С помощью ТРИЗ решаются стандартные и нестандартные типы задач (рис. 2.3).

Под стандартным (известным) для ТРИЗ типом задач понимается задача с известным типом противоречия, а нестандартным (неизвестным) – задачи с неизвестным типом противоречия.

Стандартные (известные) типы изобретательских задач решаются с использованием информационного фонда, а нестандартные (неизвестные) – применением АРИЗ. По мере накопления опыта решения класс известных типов задач пополняется и структурируется.

Классификация задач осуществляется при помощи таблицы использования основных приемов устранения технического противоречия, вепольного анализа и функционального подхода. Это своего рода призма (рис. 2.4), с помощью которой мы «раскладываем» проблему на известные (стандартные) задачи и неизвестные (нестандартные) задачи. Для каждого класса стандартных задач имеются свои соответствующие стандартные решения. Стандартное решение подбирается под конкретные условия. Для классификации и выявления задач могут использоваться и другие элементы ТРИЗ, например, основная линия решения задач – выявление причинно-следственных связей, которая рассматривается в главе 6 (п. 6.5) и в учебном пособии АРИЗ [44].

Таким образом, использование информационного фонда и, прежде всего, системы стандартов на решение изобретательских задач, позволяет без использования АРИЗ разрешить противоречия, имеющиеся в задаче и получить решения высокого уровня. Это своего рода стандартные пути решения задач без перебора вариантов, который характерен для метода «проб и ошибок».

Схематично это показано на рис. 2.4. Вы преобразуете вашу задачу с помощью специальных инструментов (на рисунке это показано в виде призмы) в стандартную задачу. Для каждой стандартной задачи найдены стандартные решения и стандартное решение вы используете для получения вашего решения. В случае со стандартами на решения изобретательских задач, в качестве «призмы» используется вепольный анализ.

Рис. 2.4. Решение стандартных задач

Для выявления существующих аварийных ситуаций и нежелательных явлений, а также прогнозирования будущих в ТРИЗ используется диверсионный подход.

Разработаны компьютерные программы, основанные на ТРИЗ. Они обеспечивают интеллектуальную помощь инженерам и изобретателям при решении изобретательских задач. Имеется программа по выявлению, прогнозированию и предотвращению аварийных ситуаций и нежелательных явлений.

В следующих главах рассмотрим более подробно отдельные разделы ТРИЗ.