Тактика изобретательства с использованием АРИЗ

Процесс изобретательского творчества начинается с выявлением и анализа изобретательской ситуации. Изобретательская ситуация - такая технологическая ситуация, в которой отчетливо выделена неудовлетворяющая особенность.

Практика решения изобретательских проблем показывает, что одна и та же проблема порождает разные изобретательские задачи. Для изобретателя особенно в задачи минимальные и максимальные.

Максимальная задача получается предельным снятием ограничений: исходную систему разрешается заменить совершенно иной системой. Всякая задача должна содержать указания на то, что дано и что требуется получить. "Дано" и "требуется" могут быть изложены в произвольной форме. Часто "дано" содержит избыточные сведения и не содержит необходимых. "Требуется" обычно сформулировано в виде административного или технического противоречия, но неполного, нечеткого и иногда вообще неверного. Поэтому решение должно начинаться с построения модели задачи, которая должна предельно упрощенно, но вместе с тем точно отражать суть задачи; а именно: техническое противоречие и элементы технической системы, конфликт между которыми создает противоречие.

Например, при изготовлении предварительно напряженного железобетона фиксирование арматуры электротермическим способом приводит к тому, что при нагреве до 700 °С проволока теряет механические свойства. Требуется устранить этот недостаток.

Для указанной задачи модель может быть записана в следующем виде. Даны тепловое поле и металлическая проволока. При нагреве до 700 °С проволока получает необходимое удлинение, но теряет прочность.

При построении модели задачи используются термины вепольного анализа: "вещество", "поле", "действие". Это позволяет сразу, еще до решения, представить себе решение в вепольной форме.

Существуют правила, позволяющие точно строить модель задачи. Так в пару конфликтующих элементов обязательно должно входить изделие. Вторым элементом чаще всего бывает инструмент, иногда - второе вещество. Модель не должна отражать всей технической системы, а быть только схемой "больного места" системы.

Если сами задачи классифицировать чрезвычайно трудно, то их модели легко поддаются классификации. В основу классификации положена вепольная структура исходной технической системы. В зависимости от числа элементов в исходной системе изобретательские задачи разделяются на три типа 1 - один элемент; 2 - два элемента, 3 - три и более элементов. Каждый тип делится на классы в зависимости от того, какие элементы даны (вещества, поля), как они связаны и можно ли их менять.

Задачи первого типа всегда, и, обычно, достаточно легко решаются с применением метода достройки веполя. задачи третьего типа без особых затруднений переводятся в задачи первого и второго типов (например, веполь можно рассматривать как один элемент).

Поэтому классические изобретательские задачи - это задачи второго типа.

Основные механизмы устранения противоречий. В АРИЗ используются четыре механизма устранения противоречий:

• переход от исходной технической системы, изложенной в модели задачи, к идеальной системе путем формулировки идеального конечного результата (ИКР);

• переход от технических противоречий к физическим;

• использование вепольных преобразований для устранений физических противоречий;

• применение системы операторов, использующих эффективные способы преодоления противоречий (типовые изобретательские приемы, таблицы применения физических эффектов).

Идеальное решение, ИКР (идеальный конечный результат) - по сути наиболее сильное из всех мыслимых и немыслимых решений. Тактика решения с формулировкой ИКР требует по возможности неотступного следования к намеченному идеалу.

ИКР формулируют по простой схеме: один из элементов конфликтной пары сам устраняет вредное действие. Например, тепловое поле удлиняет проволоку и само предотвращает ее порчу.

Переход к ИКР отсекает без перебора все решения низших уровней и оставляет только самые сильные варианты. Дальнейший отсев вариантов происходит при формулировке физического противоречия. Например, тепловое поле нагревает проволоку, чтобы она удлинялась и не нагревает ее, чтобы она не портилась.

Переход от физического противоречия к решению облегчается применением вепольного анализа. Например, в рассмотренной задаче должно вводится новое вещество, которое по условиям ИКР приводит к вепольному противоречию. Это противоречие записывается в виде: второе вещество должно быть, чтобы построить веполь, и его не должно быть, чтобы не отступать от условия ИКР. Такая, часто встречающаяся при вепольном анализе ситуация, может быть преодолена путем использования принципа раздвоения вещества, который состоит в том, что в качестве второго вещества берут часть первого или его видоизменения. Возьмем, например, две проволоки, одна из них нагревается и передает удлинение второй не нагревая ее, т.е. применить принцип электротермического домкрата.

Нередко построение модели, формулирование противоречий и вепольный анализ не дают решения. В таком случае при решении задачи необходимо перейти к операторам преобразования технической системы (типовым изобретательским приемам, таблицам применения физических эффектов).

АРИЗ условно разделяется на части, например, АРИЗ последних модификаций состоит из семи частей:

• выбора задачи,

• выбора модели задачи,

• анализа модели,

• устранения физического противоречия (ФП),

• предварительной оценки решения,

• развития ответа,

• анализа хода решения и внесения корректив в АРИЗ. Построение модели, выявление ИКР и ФП регламентируются второй и третьей частями АРИЗ, которые вместе с четвертой частью, предполагающей использование информационного аппарата АРИЗ, несут основную нагрузку при решении задачи.

Содержание отдельных частей АРИЗ с указанием методологии выполнения операций на каждом этапе изложены в специальной литературе, например: Альтшуллер Г.С. Творчество как точная наука. М.: Советское радио, 1979.

На примере решения конкретной задачи познакомимся в общих чертах с тем, как идет решение.

• 1 Bразделе "Выбор задачи":

а) определяется конечная цель задачи и возможные обходные пути ее решения;

б) производится выбор между прямыми и обходными путями решения задачи;

в) уточняется задача с учетом конкретных условий и патентной информации.

• 2На стадии "Построения модели задачи":

а) записываются условия задачи без использования специальных терминов;

б) выделяется конфликтующая пара элементов;

в) записываются взаимодействия конфликтующей пары: имеющиеся и требуемое (полезное и вредное).

Например, шлифовальный круг плохо обрабатывает изделия сложной формы, имеющие выпуклости и впадины, например лопасти турбины. Осуществить замену шлифования на другие виды обработки невыгодно и сложно (ледяные круги- дороги, эластичные - недостаточно надежны).

Модель: промежуточное изделие - лопасть, инструмент - шлифовальный круг непосредственно взаимодействующий с изделием. Таким образом, в задаче имеем два взаимодействия:

1) круг обладает способностью шлифовать;

2) круг не обладает способностью приспосабливаться к криволинейным поверхностям.

Модель:даны круг и изделие. Круг хорошо шлифует, но не приспосабливается к криволинейной поверхности.

• 3На стадии "Анализ модели задачи" предполагается:

а) выбрать элемент, который легко можно изменять;

б) записать ИКР в стандартной формулировке;

в) сформулировать противоречивые физические требования к свойствам элемента или его некоторой части;

г) записать физическое противоречие.

Таким образом, для рассматриваемого примера на этой стадии можно записать следующее.

а) форму изделия менять нельзя, а круг можно менять;

б) ИКР: круг сам приспосабливается к криволинейной поверхности, сохраняя способность шлифовать;

в) чтобы шлифовать, наружный слой круга должен быть твердым;

г) чтобы приспосабливаться к криволинейным поверхностям, наружный слой не должен быть твердым:

д) ФП: наружный слой круга должен быть твердым, чтобы шлифовать, и не должен быть твердым, чтобы приспосабливаться к поверхности изделия.

• 4. На стадии "Устранение физического противоречия" следует:

а) рассмотреть простейшие преобразования выделенного элемента с целью разделения противоречивых свойств: например во времени, в пространстве;

б) использовать таблицу типовых моделей задач и вепольных преобразований;

в) использовать таблицу применения физических эффектов и явлений;

г) использовать таблицу основных приемов устранения технических противоречий;

д) перейти от физического противоречия к техническому.

В рассматриваемом примере простейшие преобразования не дают решения. К ИКР можно прийти, используя известные нам правила преобразования веполей: достройки и развития веполей. В соответствии с этими правилами следует:

• ввести поле, лучше магнитное;

• повысить степень дисперсности инструмента и ввести третье вещество - ферромагнитный порошок.

Если в соответствии с типовым решением вещество В₂ - инструмент (в нашем случае шлифовальный круг) просто разделить на отдельные части (для повышения степени дисперсности), то они разлетятся под действием центробежной силы. Для того, чтобы центральная часть круга держала наружную, необходимо источник магнитного поля разместить на оси вращения.

Работа на оставшихся 5 ... 7 этапах АРИЗ имеет целью провести анализ полученного результата и зафиксировать полученный опыт с тем, чтобы сделать его полезным для дальнейшей деятельности.

• 5 На стадии оценки полученного результата дают ответы на следующие вопросы:

Соответствует ли полученное решение ИКР (элемент сам ...)?

Существует ли возможность управления?

Есть ли патентная новизна и др.?

• 6 Стадия развития полученного ответа имеет целью извлечь максимальную пользу от найденного решения.

Что, если все сделать наоборот?

Или поменять местами? и т.д.

• 7 На завершающем этапе анализ хода решения осуществляется путем сравнения реального хода с теоретическим, определения оригинальных моментов в процедуре решения задачи и дополнения существующих таблиц и методов преобразования веполей.