Алгоритм решения изобретательских задач

Такое противоречие разрешается изменением структуры  системы, например, изменением агрегатного состояния. В данном случае изменяем агрегатное состояние кислорода. Кислород должен быть жидким. Остается только вспомнить, как хранятся жидкие газы. Конечно, в сосуде Дюара. Такое решение и предложил А.Н.Туполев [17]. Это решение позволило во много раз снизить массу и объем системы жизнеобеспечения. 

Уточним в этой задаче понятия поверхностного, углубленного и обостренного противоречий (ПП, УП, ОП) и причинно-следственные связи  между ними. 

ПП1 относится  к жизнедеятельности экипажа  самолета, при его разгерметизации. Такая задача может решаться любыми путями, даже без использования кислорода. Например, использовать принцип наподобие самозаклеивающихся шин. Это противоречие сформулировано для всей кабины. 

ПП2 выражено в  виде нежелательного эффекта (НЭ) и  относится только к баллонам. Т.е. здесь уже выбран способ обеспечения жизнеспособности экипажа с помощью кислорода. Так как способ выбран (а это прерогатива заказчика), то и "болезнь" определяется более локально.

 

Рис. 26. Сужение  поля поиска по АРИЗ. 

В углубленном  противоречии (УП) поле поиска сужается: уже рассматриваются не все баллоны, а только один (все остальные подобны). Кроме нежелательного эффекта (утяжеление самолета), указывается положительные  свойства (обеспечение жизнеспособности). 

В обостренном противоречии (ОП) идет дальнейшее сужение зоны поиска рассматривается не весь баллон, а только его стенки (еще более точно толщина стенок) и выявляются диаметрально противоположные свойства, предъявляемые к стенкам. 

Таким образом, анализ задач по АРИЗ постепенно сужает поле поиска (рис.26) и выявляет диаметрально противоположные свойства, например, физические. 

Обостренное противоречие - своего рода необычное неравенство: толщина стенки h должна быть больше номинальной hn и меньше минимальной hmin. Еще лучше h min = 0.

0 = h min > h > hn 

Изобразим для  наглядности эти неравенства  на рис. 27.

 

Рис. 27. Обостренное  противоречие. 

Формулировка  углубленного противоречия требует, чтобы  h была одновременно в зоне "А" и в зоне "В", что исходя из графиков невозможно (рис. 27 а) или возможно (рис. 27 б) в точке h=0, где области "А" и "В1" сопряжены, но области "А" и "В" никогда не бывают пересекаются.

[править]

Вспомогательные понятия АРИЗ 

Итак, мы рассмотрели  виды противоречий, основную линию и логику решения задач по АРИЗ. Теперь ознакомимся с другими понятиями АРИЗ, например, изобретательская ситуация, мини- и макси-задачи, модель задачи, конфликтующая пара, изделие, инструмент, оперативные параметры и т.д. Решение задачи во многом зависит от ее первоначальной постановки. Иногда задачу ставят достаточно кратко, излагая сущность технической системы или процесса, четко выделяя достоинства и недостатки или нежелательный эффект, например, в виде поверхностного противоречия (ПП): надо устранить вредное действие (свойство) или получить полезное действие (свойство), которого не хватает. Часто при постановке задачи не только отсутствует достоинства и недостатки, но и дается указание о направлении решения, сбивающее с толку и "решателя" и "задачедателя". Как правило, такое предписание уводит от истинного решения. Такая постановка задачи обладает неопределенностью формулировки, и в ТРИЗ получила название ИЗОБРЕТАТЕЛЬСКОЙ СИТУАЦИЕЙ. 

Задача 1.16. Вода в топливном баке 

Первоначальная  постановка задачи была следующей. Необходимо найти способ надежного контроля появления воды в топливных баках самолета . В топливных баках находится не только керосин, но и атмосферный воздух, который содержит влагу. На больших высотах при отрицательной температуре за бортом эта влага конденсируется на стенках баков и стекает в керосин. Так как вода тяжелее керосина, она опускается вниз и постепенно накапливается. Баки как бы понемногу "сосут" воду из атмосферного воздуха. 

Сама по себе вода большой опасности для полетов не представляет, но опасна отрицательная температура при полете на больших высотах. Проходя по охлажденным трубопроводам, вода замерзает и, в виде кристаллов льда, попадает в топливные фильтры. Фильтры, забитые льдом, перестают пропускать керосин. 

Двигатели без  поступления топлива, как известно, останавливаются, со всеми вытекающими  последствиями. 

Накопившуюся  в топливных баках воду нужно  периодически сливать. Если это делать часто, то воды в баках не будет  ни капли, но обслуживание самолетов  удлинится и станет значительно дороже (сливается с водой и керосин). На самолетах десятки баков, многие из них расположены в крыльях на высоте пяти - шести метров, добраться до них не так просто. А если слив производить редко, то можно довести дело до остановки двигателей в полете. В дальнейшем была определена истинная потребность заказчика. Необходимо было исключить влияние атмосферной влаги на надежность подачи топлива из баков к двигателям. Кроме того, заказчик хотел, чтобы не увеличивался срок обслуживания самолетов. После этого уточнили постановку задачи, что позволило получить комплекс (веер) задач, решение которых может привести к удовлетворению истинной потребности заказчиков. 

В этот комплекс вошли:

обеспечение контроля и своевременный слив воды (так задачу в последствии и сформулировал заказчик);

исключение попадания  атмосферного воздуха в баки;

исключение попадания  сконденсированной воды в керосин;

обеспечение равномерного распределения воды в керосине (эмульгированная  смесь не нарушает работоспособности топливной системы);

предотвращение  замерзания воды. 

Таким образом, из изобретательской ситуации получен  ряд конкретных задач. 

Существует специальная  методика превращения исходной ситуации в комплекс задач . Суть этой методики в нашей интерпретации следующая: 

1. Составляется  функциональная цепочка всех  имеющихся в системе (включая  надсистему и внешнюю среду)  элементов и их воздействий  друг на друга. Это может  осуществляться в виде таблицы  взаимодействий (табл. 1.1) или графа  (рис. 1.14 и 1.15). 

2. Выявляются вредные, ненужные и лишние взаимодействия и элементы. 

3. Используя,  оператор отрицания получают  список задач. Оператор отрицания,  последовательно исключает элементы  и связи между ними. Таким образом,  определяют, как не допустить  или устранить вредные действия; сократить или убрать полностью ненужные или лишние операции; как туже самую функцию, элемент или связь можно выполнить другим (альтернативным) путем. 

Таблица 1.1. 

Элементы Zi 1 2 3 … n 1 С11 С12 С13 С1n 2 С21 С22 С23 С2n 3 С31 С32 С33 С3n 

n Сn1 Сn2 Сn3 Сnn 

Где: Zi - элемент 

1, 2, 3…n – номера элементов, 

Сik – связи между элементами, 

i - номер строки, 

k - номер столбца. 

Под связями  понимается:

наличие или  отсутствие связи,

название связи,

направление связи (от элемента "i" к элементу "k" и обратное от элемента "k" к элементу "i"),

вид связи (вид  воздействия):

полезные,

вредные,

ненужные или  лишние. 
 

На рисунке 1.15 показана иерархическая элементов  и связи между ними. Связи могут  быть как между элементами одного уровня, так и между элементами высшего и низшего рангов. Обозначения на рис. 1.15: 

ZSi – элемент s-ранга, с номером i. 

m – количество рангов, 

Тогда связи  можно обозначить СSRik, 

где S и R – номер ранга, между которыми имеется связь 

i и k - номера элементов в ранге, между которыми имеется связь. 

Итак, изобретательская ситуация, факт возникновения которой  констатируется в виде ПП, на тот  или иной недостаток: нет такого-то нужного свойства или, наоборот, возникающие  при решении изобретательских задач, обусловлены попытками сразу осилить ситуацию - без обоснованного перехода от "вороха" задач в ситуации к одной конкретной задаче. 

Ситуация в  АРИЗ переводится в максимальную (макси-) или минимальную (мини-) задачи. В макси-задаче: требуется принципиально  новая техническая система (ТС) для такой-то цели. У мини-задачи другая цель: необходимо сохранить существующую систему, но обеспечить недостающее полезное действие или убрать имеющееся вредное свойство. 

В обоих случаях  суть должна излагаться просто и ясно, чтобы все было понятно неспециалисту. Если задача понятна школьнику, то это значит, что ее понимает и сам "задачедатель". Мини-задача имеет ряд особенностей:

"Мини-" не  означает размеры (маленькая)  задачи. При решении мини-задачи  надо получить результат при  минимальных изменениях имеющейся технической системы. Чаще всего решить мини-задачу оказывается труднее макси-задачи из-за дополнительных ограничений в формулировке задачи - (при минимальных изменениях).

Из одной и  той же ситуации имеется возможность  получить несколько разных мини-задач.

Мини-задача должна быть сформулирована без специальных  терминов (спецтерминов). Применение спецтерминов наводит на использование определенных элементов в ТС или определенной технологии, характерной для данного  термина. Спецтермины следует заменять общеупотребительным (более общим) понятием, охватывающим более широкий класс систем (элементов) и явлений, выполняющих туже функцию. 

В качестве примера  спецтермина можно назвать "радиатор" - обычно это металлическая пластина с ребрами. Более общим понятием является "теплоотвод" – устройство для отвода тепла: радиатор, термоэлемент, вентилятор, корпус конструкции и т.п. Название операции "пайка" следует заменить выражением механическое соединение двух деталей с электрическим контактом или без электрического (при необходимости) контакта. Вместо пайки можно использовать клеевое соединение, сварку, навивку, винтовое соединение и т.п. 

Кроме того, термины  сужают представления о возможных  состояниях вещества: термин "краска" мы привыкли представлять в виде жидкого или твердого вещества, хотя краска может быть газообразной или полем, например в виде пузырьков газа или луча света. Может быть, сочетание того и другого. 

Пример 1.15. Пузырек  или поток пузырьков в жидкости, является контрастным по отношению  к жидкости. Это своего рода краска. 

Пример 1.16. Разноцветными  лучами "окрашивают" здания, декорации  или артистов на сцене. 

Пример 1.17. С  помощью лучей лазера "окрашивают" воздух, показывая объемное "кино". Нельзя думать, что, сформулировав макси- или мини-задачу, всегда можно выйти на изобретательскую задачу. Существуют тупиковые формулировки, полученные неверным истолкованием исходной ситуации. В этих случаях после ряда безуспешных попыток решить задачу выясняется, что для достижения цели необходимо было выбрать совсем другое направление в решении (формулировка задачи должна быть другой). Иногда и сама цель в ходе решения полностью меняется. По этой причине нельзя безоговорочно доверять условиям задачи, ибо правильно сформулированных изобретательских задач не бывает. Если изобретательская задача сформулирована абсолютно правильно (идеально), то она перестает быть задачей: ее решение становится очевидным или же будет ясно, что задача не поддается решению при имеющемся уровне науки и техники. Таким образом, можно отметить, что основная линия решения задачи по АРИЗ характеризуется тем, что неопределенность, имеющая место в изначальной ситуации, уменьшается постепенно шаг за шагом. В то же время далеко не всегда из сформулированной изобретательской ситуации ясно, какую часть рассматриваемой системы необходимо анализировать. 

Для этого в  АРИЗ имеются следующие рекомендации. В первую очередь необходимо выявить  место возникновения конфликта  в технической системе (ТС), наличие  которого констатируется в виде углубленного противоречия. Конфликт может быть между частями ТС или ее свойствами. Иногда возникает "межранговый" конфликт: системы с надсистемой или системы с подсистемой. Появление конфликта возможно только при воздействии не менее двух элементов, которые называются конфликтующей парой. 

КОНФЛИКТУЮЩАЯ ПАРА - это два элемента, две системы, между которыми происходит конфликт - нежелательный эффект. В изобретательской ситуации, как правило, несколько (минимум  одна) конфликтующих пар и ряд  углубленных противоречий (УП). Выбор одной пары и одного УП соответствует переходу от изобретательской ситуации к задаче. Конфликтующая пара вместе с УП образует модель задачи.