рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры

Реферат Курсовая Конспект

Алгоритм решения изобретательских задач (АРИЗ)

Алгоритм решения изобретательских задач (АРИЗ) - Конспект Лекций, раздел Искусство, Конспект лекций Защита интеллектуальной собственности и основы инженерного творчества Для Эффективного Решения Сложных Изобретательских Задач Может Быть Использова...

Для эффективного решения сложных изобретательских задач может быть использована эвристическая программа, позволяющая заменить перебор вариантов целенаправленным продвижением в район решения. Такая программа предложена советским исследователем изобретательских задач Альтшуллером.

По Альтшуллеру изобретательские задачи разделяются на пять уровней в зависимости от сложности их решения. Задачи первого уровня (легкие) решаются с применением средств, которые прямо предназначены именно для этой цели. На втором и третьем уровнях сложности - задачи, при решении которых используются неочевидные средства, существенно изменяющие объект.

При решении задач четвертого уровня трудности объект претерпевает полные изменения, а для решения задач пятого уровня требуется изменить всю техническую систему, в которую входит объект.

Решение задач первого уровня требует некоторого количества очевидных вариантов, и, по сути, эти задачи не являются изобретательскими, поскольку практически не содержат элементов неожиданности. На втором уровне требуется перебрать несколько (в том числе неочевидных) десятков вариантов (50 ... 70), на третьем - несколько сотен, на четвертом - несколько тысяч, а на пятом - несколько сотен тысяч. Например, Эдисон, прежде чем изобрести щелочной аккумулятор, опробовал экспериментально 50 тысяч вариантов решения задачи.

При работе над изобретательскими задачами высших уровней действует эстафетный механизм. Нередко задача сама находит своего "разрешителя". Например, физик Крукс в конце XIX в. обозначил важность проблемы связывания атмосферного азота, а норвежский специалист по полярным сияниям Биркеланд решил ее, используя аналогию с процессами в верхних слоях атмосферы.

Задачи нижних и верхних уровней сложности отличаются не только по числу необходимых пробных вариантов решений. Задачи низших уровней решаются средствами, используемыми в аналогичной или смежной отраслях. Решения же задач высших уровней достигаются средствами науки с использованием мало применяемых эффектов, а некоторые задачи пятого уровня сложности для своего решения требуют научных открытий. Чем более высокий уровень трудности задачи, тем более широкие знания необходимы для ее решения.

Научно-технический прогресс требует, чтобы задачи высших уровней решались во все более короткие сроки. Возможности традиционного способа интенсификации, заключающегося в увеличении числа людей, работающих над проблемой на сегодня практически исчерпаны.

В связи с этим возникает потребность в разработке способа перевода изобретательских задач с высших уровней на низшие. Если задачу четвертого или пятого уровня удается перевести на первый или второй уровень, то срабатывает традиционный механизм перебора вариантов.

Изобретательские задачи принципиально отличаются от задач технических, инженерных и конструкторских. Это отличие заключается в том,что при решении изобретательских задач необходимо преодолеть противоречие.

Противоречие уже заложено в самом факте возникновения изобретательской задачи: нужно что-то сделать, а как это сделать неизвестно. Такие противоречия принято называть административными противоречиями. Выявлять административные противоречия нет необходимости, поскольку они лежат на поверхности задачи. Но эвристическая (поисковая) сила таких противоречий равна нулю, поскольку они не указывают, в каком направлении следует искать решение задачи.

Второй вид противоречий - это технические противоречия. Они лежат, как правило, в глубине административных противоречий. В обобщенной формулировке это противоречие можно представить в следующем виде: если известными способами решить проблему, недопустимо, в частности, ухудшение свойств объекта в целом. Правильно сформулированное техническое противоречие обладает определенной эвристической ценностью, поскольку позволяет отбросить некоторые "пустые" области поисков, в которых выигрыш в одном свойстве сопровождается проигрышем в другом.

Предельная острота взаимоисключающих требований наблюдается в физических противоречиях, т.е. когда к одной и той же системе предъявляют требование наличия взаимоисключающих физических свойств. Например, при полировке оптических стекол необходимый эффект может быть достигнут только в случае сплошной поверхности абразивного инструмента, однако при этом наблюдается поверхностное подплавливание стекла, снижающее качество последнего. Названная проблема может быть сформулирована в виде следующего физического противоречия: 1) поверхность абразивного инструмента должна быть сплошной, чтобы хорошо полировать; 2) поверхность инструмента должна иметь отверстия (каналы) для подвода охлаждающей жидкости к полируемой поверхности.

Физические противоречия присущи только изобретательским задачам высших уровней сложности, в связи с чем преодолевать физические противоречия целесообразно в процессе решения этих задач, т.е. путем ознакомления с описаниями изобретений высших уровней.

Несмотря на то, что существующий фонд описаний изобретений очень велик (ежегодно в мире выдается около 300 тыс. патентов и авторских свидетельств), изобретений высших уровней не более двух-трех процентов. С учетом того, что для выявления современных приемов устранения физических противоречий достаточно исследовать самый "свежий патентный слой" глубиной около 5 ... 10 лет, потребуется вполне доступное число описаний порядка десяти тысяч. Для того, чтобы рационально воспользоваться известными приемами преодоления противоречий, необходимо располагать критериями оценки получаемых результатов. Такая оценка предполагает знание закона развития технических систем.

Развитие технических систем подчиняется общим законам диалектики. Для того, чтобы установить закон развития технической системы необходимо глубокое патентное исследование так называемой "патентной скважины". Патентная скважина – это патентные и историко-технические материалы, отражающие развитие одной технической системы за многие десятилетия (приблизительно за 100 лет).

На основе законов развития технических систем строится программа решения изобретательских задач высших уровней, позволяющая без перебора вариантов сводить их к задачам низших уровней.

На первом этапе реализации программы выявляется физическое противоречие. Этот результат достигается путем использования специальных операторов по определенным правилам.

Для преодоления физического противоречия в программах используется информационный фонд, содержащий изобретательские приемы, представленные в виде таблиц в зависимости от типа задачи и противоречия, а также в виде таблиц применения физических эффектов.

В программе должны содержаться средства управления психологическими факторами (активизацией воображения и преодоления психологической инерции).

Программы, характеризующиеся перечисленными свойствами, получили название алгоритмов решения изобретательских задач. В этом случае "алгоритм" следует понимать как достаточно четкую программу действий.

Существует несколько модификаций АРИЗ, которые обозначаются двумя цифрами, соответствующими году их разработки. В каждой последующей разработке усиливаются главные признаки алгоритма: детерминированность, массовость, результативность. Внешне работа с АРИЗ выглядит следующим образом: с помощью операторов алгоритма изобретатель шаг за шагом (без пустых проб) выявляет физическое противоречие и определяет ту часть системы, к которой оно относится, затем используются операторы, изменяющие выделенную часть системы и устраняющие противоречие.

АРИЗ оперирует таблицами типовых приемов устранения физических противоречий, которые в одной из последних модификаций созданы на основе анализа 40 тысяч описаний изобретений высших уровней. Такая таблица отражает коллективный опыт огромного числа изобретателей и сохраняет эффективность на 10 ... 15 лет после ее разработки. АРИЗ организует мышление изобретателя так, как будто в распоряжении одного человека имеется опыт огромного числа изобретателей. И что важно, этот опыт используется творчески. Аппарат АРИЗ регулярно пополняется и совершенствуется.

Проанализируем к примеру опыт решения двух типичных изобретательских задач:

• способ определения неплотностей в холодильных агрегатах, заполненных фреоном и маслом, в котором с целью повышения точности определения мест утечки вместе с маслом вводят люминофор и освещают агрегат в затемненном помещении ультрафиолетовыми лучами;

• способ бесконтактного определения степени размягчения (затвердения) полимерного состава, в котором с целью бесконтактного контроля в состав вводят магнитный порошок и замеряют магнитную проницаемость состава.

Можно привести большое количество аналогичных задач из различных областей техники, анализ которых показывает, что в их условиях дано одно вещество (под веществом понимается любой материальный объект), и к веществу добавлено второе вещество и поле.

Обозначим поле буквой П, первое вещество В1, второе вещество В2. Связи будем обозначать стрелками. Запишем решения задач 1 и 2, обозначив двойной стрелкой переход от "дано" к "получено".

Два вещества и поле могут быть самыми различными, но они необходимы и достаточны для образования минимальной технической системы, получившей название "веполь" (вещество-поле).

В физике полем называют форму материи, осуществляющую взаимодействие между частицами вещества. Различают четыре вида полей: электромагнитное, гравитационное, поля сильных (на внутримолекулярном уровне) и слабых (межмолекулярные поверхностные силы) взаимодействий. В широком смысле, поле - пространство (двухмерное, трехмерное или гиперпространство), каждой точке которого сопоставлена некоторая векторная или скалярная величина (например, поле температур, концентраций и т.п.). В АРИЗе поле понимают в самом широком смысле.

В вепольных формулах записывают поля на входе и выходе, т.е. поля, которыми по условиям задачи можно управлять. В формулах приняты следующие обозначения:

" ∆ " - веполь (в общем виде);

"→" - действие;

"↔" - взаимодействие;

"---" - действие или взаимодействие, которое необходимо ввести условие задачи;

"~"-неудовлетворительное действие или взаимодействие, которое должно быть исключено;

"П→" - поле на входе;

"→П" - поле на выходе;

"П’, П" - состояние поля на входе и того же поля на выходе соответственно;

"В’,В" - состояние вещества на входе и выходе соответственно;

"В’-В" - переменное вещество пребывающее в состояниях В’, В, соответственно;

" " — переменное поле;

"=>" - переход от "дано" к "получено".

В веполъных формулах вещества надо записывать в строчку, а поле -сверху и снизу строки.

Веполь - это система из трех элементов, двух веществ и поля, которая в технике играет такую же роль, как треугольник в геометрии. Зная правила построения и преобразования веполей, можно легко решать многие изобретательские задачи. В АРИЗе широко используется вепольный анализ с целью преобразования и развития технических систем. Вепольный анализ проводится с применением правил построения и преобразования веполей, что позволяет в определенной степени формализовать действия изобретателя.

Правило достройки. Для повышения эффективности и управляемости достроить имеющуюся систему до полного веполя, состоящего из трех элементов - двух веществ и поля. Например, после первичной деревообработки возникает задача разделения коры и щепы, которые являются одинаковыми по плотности. Рассмотрим эту задачу, относящуюся к четвертому уровню сложности, с позиций вепольного анализа. Даны два вещества и для построения веполя недостает поля. Огромное поисковое пространство резко сужается, поскольку поля сильных и слабых взаимодействий следует отбросить, как приводящее к слишком сложным решениям, а гравитационное поле не приемлемо по причине одинаковой плотности веществ. Остается электромагнитное поле: причем с учетом того, что вещества не взаимодействуют с электромагнитным полем, то остается только электрическое поле. Эксперимент показывает, что в электрическом поле щепа и кора приобретают различные заряды и легко сепарируются. Вепольная формула решения этой задачи записывается в виде

 

 

 


В случае решения задачи способом предварительной обработки коры ферромагнетиком В3вепольная формула решения имеет вид

Таким образом, во всех рассмотренных примерах второе вещество и поле добавляют для того, чтобы поле через второе вещество воздействовало на первое вещество, или наоборот, чтобы первое вещество через второе давало на выход поле, несущее информацию.

В решениях этих задач присутствуют три "действующих лица": вещество В1, которое надо менять, обрабатывать, перемешивать, обнаруживать, контролировать и т.д.; вещество В2 - "инструмент" осуществляющий необходимые действия; поле П, которое дает энергию, т.е. обеспечивает воздействие веществ друг на друга.

Правило развития веполя. Оно формулируется как совокупность следующих приемов.

а) с увеличением степени дисперсности В2 (инструмента) эффективность веполя повышается;

б) действие поля на В2 (инструмент) эффективнее действия на В1 (изделие);

в) электрические (электромагнитные, магнитные) поля в веполях эффективнее неэлектрических (механических, тепловых).

Например, регенерацию фильтра, работающего с забивкой пор традиционно осуществляют путем обратной его продувки, что часто не дает желаемого результата и связано с дополнительными затратами энергии. Исходная система представляет собой полный веполь, в котором имеет место воздействие поля сил гидродинамического давления на вещество В1 (пыль), а не на инструмент (фильтр), являющийся монолитом. Применяя правило развития веполя, инструмент (фильтр) изготавливают из ферромагнитного порошка требуемой дисперсности, на который воздействуют в период регенерации электромагнитным полем. Таким образом, решение задачи достигнуто путем применения всех трех приемов развития веполя, поскольку повышена дисперсность инструмента, использовано электромагнитное поле для воздействия на инструмент, а не на вещество. В вепольной формулировке решение задачи записывают в виде

 

Правило разрушения веполя. Это правило используется при решении изобретательских задач, в которых требуется устранить вредное взаимодействие двух объектов. Веполь можно разрушить различными способами.

Анализ большого числа задач на разрушение веполя показал, что самым эффективным решением оказывается введение вместо поля третьего вещества, являющегося видоизменением одного из двух имеющихся.

Третье вещество должно быть обязательно видоизменением одного из двух имеющихся, поскольку "чужое" вещество будет "отторгнуто" в посторонней для него системе. Третье вещество не должно привносить в систему никаких осложнений. Например, при протяжке кальки по оргстеклу в светокопировальных аппаратах вследствие электризации возникают большие усилия протяжки со всеми пагубными последствиями. Исходная система представляет собой полныйвеполь с вредным взаимодействием, ко­торый необходимо разрушить. Пользуясь правилом разрушения веполя, в систему вводят третье вещество (кусочек кальки), которое является видоизменением имеющегося вещества (рулонной кальки). Кусочек кальки закладывается между оргстеклом и рулонной калькой. При этом происходит замена трения кальки об оргстекло на трение кальки о кальку, вследствие чего предотвращается образование нежелательных электростатических зарядов на трущихся элементах системы. Вепольная формула решения этой задачи имеет вид

Правило построения цепны хвеполей. Часто приходиться решать задачи, в которых противоречие возникает из-за того, что нужно сохранить имеющийся веполь и в то же время ввести новое взаимодействие. Здесь целесообразно использовать правило построения цепных веполей.

Суть решения при этом состоит в том, что В2 (инструмент) разворачивается в веполь, присоединенный к имеющемуся веполю. Иногда В3 разворачивается в новый веполь. Очень часто это правило используется в задачах на измерение и обнаружение. В этом случае веполь должен иметь на выходе поле, которое легко обнаружить и измерить. Примером использования правила построения цепных веполей могут быть рассмотренные ранее задачи на обнаружение мест утечек в холодильных агрегатах, заполняемых фреоном и маслом и определения степени размягчения (затвердевания) полимерного состава. В обеих задачах для решения проблемы к исходной системе, которая может быть представлена в виде полного веполя, добавляется новое вещество (люминофор, порошок ферромагнетика) и поле (ультрафиолетовое излучение, электромагнитное поле). Решение этих задач в вепольной форме в соответствии с правилом построения цепных веполей записываются в следующем виде

Если вещество должно превращать одно поле в другое (как в случае с ультрафиолетовым излучением), то имеют дело с физическим эффектом, название которого образуется соединением названий двух полей. Например, оптико-акустический эффект записывается как

П

В отдельных редких случаях вещество может давать поле на выходе, что в вепольной формулировке записывается в следующем виде:

П

– Конец работы –

Эта тема принадлежит разделу:

Конспект лекций Защита интеллектуальной собственности и основы инженерного творчества

высшего профессионального образования ТАМБОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ.. БОРЩЕВ В Я.. Конспект лекций..

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Алгоритм решения изобретательских задач (АРИЗ)

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Все темы данного раздела:

Смежные права
  3.1. Понятие смежных прав   Смежными правами называются права, близкие к авторскому праву (отсюда и название) и производные от него, однако полностью не совпа

Правовая охрана программ для эвм и баз данных
  4.1. Правовое регулирование программ для ЭВМ   Бурное развитие электронно-вычислительной техники является одной из характерных черт современной научно-техниче

Интеллектуальной собственности
  5.1. Понятие патентного права   Правовая охрана изобретений, полезных моделей и промышленных образцов осуществляется с помощью норм патентного права. При этом

Правовая охрана промышленных образцов
6.1. Понятие промышленных образцов   В условиях многообразия товаров, характерного для рыночной экономики, выбор того или иного товара зависит, прежде всего, от его качества.

Правовая охрана полезных моделей
7.1. Понятие полезной модели   Правовая охрана полезных моделей осуществляется в более чем 30 странах, и можно отметить тенденцию к расширению числа стран, предоставляющих та

Товарные знаки (знаки обслуживания)
  8.1. Понятие товарных знаков (знаков обслуживания) и их виды   При многообразии форм собственности товарные знаки являются неотъемлемым элементом рыночной эко

Наименований мест происхождения товара
  9.1. Понятие наименования мест происхождения товаров   Закон о товарных знаках впервые в нашей стране предоставил правовую охрану наименованиям места происхож

Научно-исследовательской работы
  Научное исследование – это есть изучение закономерностей развития явлений объективного мира и их объяснение. Понятие научного исследования не следует путать с понятием испы

Организация научно-исследовательской работы
В начале любого исследования надо определить цель и выбрать предмет исследования. Они должны соответствовать выполнению государственных планов, научно - технических программ, планов предприятий и т

Вероятностные оценки ошибок измерений
Абсолютная и относительная погрешности характеризуют единичное измерение. С целью уменьшения случайной погрешности измерение проводят многократно и используют вероятностно-статистические оценки пог

Статистическая обработка результатов многократных измерений
На практике приходится иметь дело не с генеральной совокупностью, а с конечной выборкой Х1,Х2,...,Хn. Для определения оценок

Ошибки косвенных измерений
В большинстве случаев измеряется интересующая нас величина не непосредственно, а косвенно, путем измерения одной или нескольких величин, от которых зависит искомая величина. Например, при измерении

Математическое планирование эксперимента
В 20-е гг. XX в. английский статистик Рональд Фишер впервые предложил проводить эксперимент, варьируя одновременно всеми параметрами сразу, в отличие классического однофакторного эксперимента, в ко

Метод ортогонального планирования эксперимента Бокса-Уилсона
Математическое планирование эксперимента - это формализованная процедура выбора числа и условий проведения опытов, необходимых и достаточных для решения задачи с требуемой точностью. Эта процедура

Объект исследования
Для представления о свойствах объекта, который целесообразно исследовать методом математического планирования, рационально использовать понятие о кибернетической системе "черный ящик", яв

Функция отклика
При изменении значений факторов изменяется величина целевой функции. Уравнение, связывающее целевую функцию с факторами, называется функцией отклика y=φ(x1, x2,…, x

Принятие решений перед планированием эксперимента
Перед планированием выбирают подобласть первого эксперимента. В задачах интерполяции определяется область факторного пространства, для которой интересно знать поведение объекта у =f(x1

Дробный факторный эксперимент
Полный факторный эксперимент требует избыточного числа опытов, если объект может быть описан линейной моделью. Следовательно, такой эксперимент характеризуется избыточным числом степеней свободы, к

Дробная реплика
В рассмотренном выше случае была проведена замена х1х2= х3 (а). Вместе с тем существует возможность замены -х1х2= х

Проведение эксперимента. Статистическая оценка его результатов
Перед началом эксперимента требуется строго сформулировать цель исследования (задача интерполяции или оптимизации), определить все значимые факторы, а также один единственный параметр оптимизации (

Методы решения творческих задач
Инженерный труд является по своей сути творческим и поэтому чрезвычайно важно научить специалиста методам решения творческих задач. Несмотря на то, что творчеству научить невозможно, привить интере

Методика преодоления тупиковых ситуаций
Методика преодоления тупиковых ситуаций применяется для нахождения новых направлений поиска, если очевидная область поиска не дала приемлемого решения. Здесь, как во многих других методах, широко и

Тактика изобретательства с использованием АРИЗ
Процесс изобретательского творчества начинается с выявлением и анализа изобретательской ситуации. Изобретательская ситуация - такая технологическая ситуация, в которой отчетливо выделена неудовлетв

Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Education Insider Sample
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Реклама
Соответствующий теме материал
  • Похожее
  • Популярное
  • Облако тегов
  • Здесь
  • Временно
  • Пусто
Теги