Кузьмин С.И. Методы научных исследований в технических задачах

Подождите немного. Документ загружается.

211

мые воздействия превратились в действительные. Типовых

задач, как и звеньев, четыре:

1-я типовая задача-построение структурного звена, обес-

печивающего «излучение поля веществом»:

З1=В1→П

2-я типовая задача - построение структурного звена, обес-

печивающего преобразование поля по программе (в том чис-

ле изменение интенсивности поля вплоть до его компенсации

или

устранения).

З2=П= = =>П

3-я типовая задача - построение структурного звена, обес-

печивающего преобразование поля по виду (в том числе из-

менение количества видов полей на выходе)

З3=П1= = =>П2-преобразование с изменением количества

полей на выходе П3

З3=П1= =

=>2-преобладание с изменением количества по-

лей на выходе 6ПЗ

4-я типовая задача - построение структурного звена,

обеспечивающего "восприятие" поля веществом:

З4=П→В

И тогда в решения типовых задач вводятся соответст-

вующие элементарные структурные звенья. Так удается

сделать, когда взаимодействие заданных полей и веществ

допускается законами природы. Или когда применение

нужного

поля или вещества не запрещено ограничениями. В

противном случае заданное вещество необходимо преобра-

зовывать (например, если необходимо переместить кусок

древесины с помощью магнитного поля). Эти преобразова-

ния выделили в четыре типовых структурных решения.

Решение Р1. Использование "хорошего" вещества:

- =>2В2 введение вещества вновь;

- Б1 =>2В22 -замена "плохого" вещества

"хорошим".

212

Решение Р2. Видоизменение вещества путем дробления,

его на части (Вплоть до мелкодисперсного состояния):

- В=> В-ΔВ - Выделение части вещества;

- В=> Ч - Переход к частицам вещества (мелкое дроб-

ление вещества).

Решение РЗ. Видоизменение вещества путём присоеди-

нения дополнительного вещества (добавки):

- B=> BB1 - Добавка и вещество образуют смесь;

- В=> В-В1 -Добавка присоединена как отдельный эле-

мент.

Решение Р4. Видоизменение вещества путём воздейст-

вия на него: В=В=В'.

Таблица 8.3

Типовые структурные решения типовых задач

Типовые задачи

Типовые

структурные

решения

Задача1 Задача2 Задача3 Задача4

Р1

Р2

Р3

Р4

В→П

В-ΔВ→П

Ч→П

В1В2→П

В-В1→П

В→П

↑

П=>П

П→В→П'

П-ΔВ-

В→П'

П→Ч→П'

П→ВВ1→

П'

П→В-

В1→П'

П→В→П'

П1=>П2

1→

В→П2

П1→ΔВ-

В→П2

П1→Ч→П2

П1→ВВ1→

П2

П1→В-

В1→П2

П>В

П→В

ПΔВ→В

П→Ч

П→ВВ1

П→В1В

П→В

↑

8.3.5. Метод решения изобретательских задач

Практическое значение теории решения изобретатель-

ских задач выражается в соответствующем методе или алго-

ритме (АРИЗ). Под АРИЗ понимается ряд формализованных

процедур, обеспечивающих совершенствование технической

213

системы, путем применения законов развития ТС и методов

разрешения возникающих противоречий.

Алгоритм решения включает следующие основные эта-

пы:

- постановка и анализ задачи;

- анализ модели задачи;

-определение идеального конечного результата и выяв-

ление физического противоречия;

- определение и применение вещественно-полевых ре-

сурсов (ВПР);

- применение информационного фонда;

- изменение и/или замена задачи;

- анализ способа устранения физического противоре-

чия;

- применение полученного решения;

- анализ решения задачи и оценка результата.

8.3.5.1. Анализ задачи. В решении проблемы очень важ-

но отвлечься от общепринятых терминов и определений, ко-

торые часто мешают увидеть суть задачи и заранее ограничи-

вают пути ее решения. Необходимо записать условия мини-

задачи (без специальных терминов) по следующей форме:

- ТС для (указать назначение) включает (перечислить

основные части системы)

. ТП1: (указать). ТП2: (указать).

…. Необходимо при минимальных изменениях в системе

(указать результат, который должен быть получен);

-выделить изделие и инструмент и записать конфлик-

тующую пару элементов: изделие и инструмент.

Изделием называют элемент, который по условиям за-

дачи надо обрабатывать (изготовить, переместить, изменить,

обнаружить и .т.д

.).

Инструментом называют элемент, с которым непосред-

ственно взаимодействует изделие. В частности, инструмен-

том может быть часть окружающей среды.

214

Правило 1. Если инструмент по условиям задачи может

иметь два состояния, надо указать оба состояния.

Правило 2. Если в задаче есть пары однородных взаи-

модействующих элементов, достаточно взять одну пару;

- составить графические схемы технических противо-

речий (используя таблицу стандартных приемов).

1. Противодействие

А Б

А действует на Б полезно (сплошная стрелка),

но при этом постоянно или на отдельных этапах

возникает обратное вредное воздействие (вол-

нистая стрелка), требуется устранить вредное

воздействие,

сохранив полезное действие.

2. Сопряженное действие

А Б

Полезное действие А на Б в чем-то оказывается

вредным действием на это же Б (например на

разных этапах работы одно и тоже действие

может быть то полезным то вредным. Требуется

устранить вредное действие, сохранив полезное.

3. Сопряженное действие

Б1

Б2

Полезное действие А на одну часть Б оказыва-

ется действие вредным для другой части Б. Тре-

буется устранить вредное действие Б2 сохранив

полезное действие Б1.

А Б

Нет информации (волнистая пунктирная стрел-

ка) от А, Б или взаимодействие А и Б. Иногда

дано только одно Б. Требуется получить необ-

ходимую информацию.

4. Нерегулируемое (в частности, избыточное действие)

А Б

А действует на Б нерегулируемо (например по-

стоянно), а нужно регулируемое действие (на-

пример переменное). Требуется сделать дейст-

вие А на Б регулируемым (штрих- пунктирная

стрелка).

-выбрать из двух систем конфликта ("а" и "б") ту, кото-

рая обеспечивает осуществление главного производственного

процесса (основной функции ТС, указанной в условиях зада-

чи).Указать, что является главным производственным про-

цессом;

215

- усилить конфликт, указав предельное состояние (дей-

ствие) элементов.

Правило 3. Большинство задач содержат конфликты

типа "много элементов" и "мало элементов" ("сильный эле-

мент" - "слабый элемент", и т.д.). Конфликты типа "мало

элементов " при усилении надо приводить к одному виду -

"ноль элементов" ("отсутствующий элемент");

- записать формулировку модели задачи, указав:

- конфликтующую пару

;

- усиленную формулировку конфликта;

- что должен сделать вводимый для решения задачи

икс-элемент (что он должен сохранить, улучшить, устранить,

обеспечить и т.д.).

Примечание. После шага 1.6 следует обязательно вер-

нуться к 1.1 и проверить логику построения модели задачи.

При этом часто оказывается возможным уточнить выбран-

ную схему конфликта, указав в ней

икс-элементов, например,

так:

А Б А Б

Х Х В

Икс-элемент не обязательно должен оказаться какой-то

новой вещественной частью системы. Икс-элемент- это некое

изменение в . системе, некий "икс" вообще. Он может быть

равен, например, изменению температуры или агрегатного

состояния какой-то части системы или внешней среды

;

- проверить возможность применения системы стандар-

тов к решению модели задачи. Если задача не решена перей-

ти ко второй части АРИЗ, если решение получено, можно пе-

рейти к седьмой части АРИЗ.

8.3.5.2.

Анализ модели задачи. Цель второй части АРИЗ

- учет имеющихся ресурсов, которые можно использовать

при решении задачи: ресурсов пространств, времени, веществ

и полей:

- определить оперативную зону (03). Оперативная зона-

это пространство, в пределах которого возникает конфликт,

указанный в модели задачи.

216

- определить оперативное время (0В). Оперативное вре-

мя- это имеющиеся ресурсы времени; конфликтное время Т1

и время конфликта Т2, Конфликт (особенно быстротечный,

кратковременный) иногда может быть устранен (предотвра-

щен) в течение Т2.

- определить вещественно-полевые ресурсы (ВПР) рас-

сматриваемой системы, внешней среды и изделия. ВПР - это

вещества и поля, которые уже

имеются или могут быть легко

получены по условиям задачи. ВПР бывают трех видов:

1. Внутрисистемные ВПР:

- ВПР инструменты;

- ВПР изделия.

2. Внешнесистемные ВПР:

- ВПР среды, специфической именно для данной зада-

чи;

- ВПР общие для любой внешней среды, "фондовые

поля", например, гравитационное, магнитное поле земли.

3.Надсистемные ВПР;

- отходы построенной

системы (если такая система

доступна по условиям задачи);

- "копеечные" - очень дешевые построенные элемен-

ты, стоимостью которых можно пренебречь.

Как известно, изделие - неизменный элемент. Но иногда

изделие может;

- изменяться само;

- допускать расходование (т.е. изменение) какой-то

части, когда изделия в целом неограниченно много (напри-

мер, вода в реке, ветер

и т.д.);

- допускать переход в надсистему (кирпич не меняет-

ся, но меняется дом);

- допускается использование микроуровневых струк-

тур;

- допускать соединения с "ничем", т.е. с пустотой;

- допускать изменение на время;

Таким образом, изделие входит в ВПР лишь в тех слу-

чаях, когда его можно легко менять не меняй

8.3.5.3. Определение идеально конечного результата и

физического

217

противоречия. В результате применения этой части АРИЗ,

должен быть сформулирован образ идеального решения фи-

зического противоречия, мешающего достижению ИКР. Иде-

альный конечный результат указывает направление на наи-

более сильный ответ:

- записать формулировку ИКР: икс-элемент, абсолютно

не усложняя систему и не вызывая вредных явлений, устра-

няет (указать вредное действие) в

течении ОВ в пределах О3,

сохраняя способность инструмента совершать (указать по-

лезное действие). Общее правило при формулировании ИКР:

приобретение полезного качества (или устранение вредного)

не должно сопровождаться ухудшением других качеств (как

появлением вредного качества);

- усилить формулировку ИКР дополнительным требова-

нием: в систему нельзя вводить новые вещества и поля, необ-

ходимо

использовать ВПР.

При работе с АРИЗ формулировки задач надо вести

простыми нетехническими словами, избегая специальных

терминов ( они увеличивают психологическую инерцию), ис-

пользовать так называемое многоэкранное мышление (уме-

ние одновременно видеть изменения в надсистеме, - системе

и подсистеме);

- записать формулировку на макроуровне: О3 в течение

ОВ должна (указать физическое макросостояние, например

"быть горячей".), чтобы выполнить (указать противополож-

ное, например "быть холодной"), чтобы выполнять (указать

другое конфликтное действие иди требование).

- записать формулировку ФП на микроуровне: в О3

должны быть частицы вещества (указать их физическое со-

стояние или действия), чтобы обеспечить (указать требуемое

макросостоянне), и не должны быть такие частицы (или

должны

быть частицы с противоположным состоянием или

действием), чтобы обеспечить (указать требуемое другое

макросостояние).

При выполнении этого шага еще нет необходимости

конкретизировать понятие "частицы" (частицы могут ока-

заться просто частицами вещества, частицами вещества в со-

четании с каким-то полем или даже частицами поля);

218

- записать формулировку нового ИКР – ИКР-2: О3

(указать) в течение ОВ (указать противоположные физиче-

ские макро- или микросостояния);

- проверить возможности применения системы стан-

дартов к решению физической задачи, сформулированной в

виде ИКР-2. Если задача не решена, перейти к следующей

части АРИЗ. Если задача решена, можно перейти к седьмой

части АРИЗ.

8.3.5.4. Мобилизация и применение вещественно поле-

вых ресурсов. Ранее были определены имеющие ВПР, кото-

рые можно использовать бесплатно. Данная часть АРИЗ

включает планомерные операции по увеличению ресурсов:

рассматриваются производные ВПР, получаемые почти бес-

платно путем минимальных изменений имеющихся ВПР.

Правило 4. Каждый вид частиц, находясь в одном фи-

зическом состоянии, должен выполнять

одну функцию. Если

частицы А не справляются с действием 1 и 2, надо ввести

частицы Б; пусть частицы А выполняют действия 1, а части-

цы Б – действия 2.

Правило 5. Введение частицы Б можно разделить на

две группы:Б1 и Б2: Это позволяет "бесплатно" - за счет

взаимодействия между уже имеющимися частицами Б - по-

лучить новое действие

Правило 6. Распределение частицы на группы выгодно

и в тех случаях, когда в системе должны быть только части-

цы А. Одну группу частиц А оставляют в прежнем состоя-

нии, у другой группы меняют главный для данной задачи па-

раметр.

Правило 7. Разделенные частицы после обработки

должны стать неотличимыми друг от друга

или от ранее

имеющихся частиц. Примечание. Правила 4-7 относятся ко

всем шагам к настоящей части АРИЗ:

-применить метод моделирования маленькими человеч-

ками (ММ). Метод- ММ состоит в том, что конфликтующие

требования систематически представляют в виде условного

рисунка, на котором действует большое число "маленьких

человечков". Изображать В виде "маленьких человечков"

следует только

изменяемые части (инструмент, икс-элемент):

219

- используется метод ММ4 (моделирование "маленьки-

ми человечками"), построить схему конфликта;

- изменить схему "а" так, чтобы "маленькие человечки"

действовали, не вызывая конфликта;

- перейти к технической схеме.

Метод ММ позволяет отчетливо увидеть идеальное дей-

ствии ("что надо сделать") без физики ("как это сделать").

Моделирование "маленькими человечками" осуществ-

ляется с учетом законов

развития ТС. Поэтому ММ нередко

приводит к техническому решению задачи.

Если из условий задачи известно, какой должна быть

готовая система, и задача сводится к определению способа

получения этой системы, то может быть использован метод

"шаг назад от ИКР".

Далее необходимо определить, решается ли задача при-

менением смеси ресурсных веществ. При

этом полезно пе-

рейти от двух «моновеществ» к неоднородному «бивещест-

ву). Например, если моносиетема - лист, то полисистема-

блокнот, а не один очень толстый лист;

- определить, решается ли задача заменой имеющихся

ресурсных веществ пустотой или смесью ресурсных веществ

с пустотой?

Пустота - исключительно важный вещественный ресурс.

Она всегда имеется в неограниченном количестве,

предельно

дешево, легко смешивается с имеющимся веществом, обра-

зуя, например, полые структуры, пену, пузырьки и т д.;

- определить, решается ли задача применением веществ,

производных от ресурсных (или применением смеси этих

производных с "пустотой"). Производные ресурсы вещества

получают изменением агрегатного состояния имеющихся ре-

сурсных веществ. Если, например, ресурсное вещество -

жидкость, то

производные - лед, пар Производными счита-

ются и продукты разложения ресурсных веществ. Так, для

воды - водород и кислород.

Правило 8. Если для решения задачи нужны частицы

вещества (например, ионы) и непосредственное их получение

возможно по условиям задачи, требуемые частицы надо по-

лучить разрушением вещества более высокого структурного

уровня (например, молекул).

220

Суть правила 8: новое вещество можно получить об-

ходным путем - разрушением более крупных структур ре-

сурсных веществ или таких веществ, которые могут быть

введены в систему.

Правило 9. Если для решения задачи нужны частицы

вещества (например, мускулы) и невозможно получить их

непосредственно или по правилу 8, требуемые частицы надо

получать достройкой или объединением

частиц более низко-

го уровня (например, ионов).

Суть правила 9: возможен и другой путь - достройка

менее крупных структур.

Правило 10. Разрушать выгоднее "целые" частицы (мо-

лекулы, атомы) поскольку нецелые частицы (ионы) уже час-

тично разрушены и сопротивляются дальнейшему разруше-

нию, а достраивать, выгоднее нецелые частицы, стремящиеся

к восстановлению;

- определить, решается ли задача

введением - вместо

вещества электрического поля или взаимодействия двух

электрических полей. Если использование ресурсных ве-

ществ недопустимо по условиям задачи, надо использовать

электроны подвижные (ток) или неподвижные;

- определить, решается ли задача применением "поледо-

бавки» - вещества отзывающегося на поле "(например, "маг-

нитное поле - феррвещество", "ультрафиолет - люминофор" и

т.д.).

8.3.5.5. Применение информационного

фонда. Во мно-

гих случаях четвертая часть АРИЗ приводит к решению зада-

чи. Тогда можно переходить к седьмой части. Если же ответа

нет, переходят к пятой части. Использование накопленного

опыта в информационном фонде ТРИЗ существенно проясня-

ет задачу и поиск решения производится в следующей после-

довательности:

- рассматривают возможность решения задачи (

в форму-

лировке ИКР-2 и с учетом ВПР, уточненных в четвертой час-

ти) по стандартам. Если задачу не удается решить в рамках

имеющихся и производных вещественно-полевых ресурсов,

то приходится вводить новые вещества и поля.

Большинство стандартов как раз и относится к технике

введения добавок.