Учебник по АРИЗ-85-В. Алгоритм решения изобретательских задач

© Владимир Петров, 2024

© Олег Абрамов, 2024

ISBN 978-5-4496-0191-9

Создано в интеллектуальной издательской системе Ridero

Владимир Петров, Олег Абрамов

АРИЗ-85-В. Алгоритм решения изобретательских задач. Учебник. Под общей ред. В. Петрова. 2018

Эта книга представляет собой впервые созданный учебник по АРИЗ-85-В.

Книга состоит из двух частей: учебника и задачника, выполненных в виде отдельных томов.

Учебник посвящен изучению АРИЗ-85-В, последнего из АРИЗ, созданных Генрихом Альтшуллером.

Задачник нацелен на получение навыков в решении изобретательских задач с помощью АРИЗ-85-В.

В учебнике помимо теории проводится анализ 17 задач по

АРИЗ-85-В, а в задачнике приведены условия 20 задач, и в приложении – авторский разбор этих задач по АРИЗ-85-В.

Книги рассчитаны на широкий круг читателей и будут полезны студентам, аспирантам и преподавателям университетов, интересующимся ТРИЗ, и будут особенно полезны тем, кто хочет быстро получать новые оригинальные идеи.

Список сокращений

АРИЗ – алгоритм решения изобретательских задач;

АП – административное противоречие;

А. с. – авторское свидетельство (документ, утверждающий авторское право на изобретение. Выдавался в СССР);

БД – база данных;

В – вещество;

ВПР – вещественно-полевые ресурсы;

ГПП – главный производственный процесс;

ГФ – главная функция;

ДР – другие решения;

ДТП – дорожно-транспортное происшествие

ЗРТС – законы развития технических систем;

И – инструмент;

ИН – измененная надсистема;

ИС – изобретательская ситуация;

ИКР – идеальный конечный результат;

ИМС – интегральная микросхема;

ИР – идея решения;

ИФ – информационный фонд;

КП – конфликтующая пара;

КР – корректировка решения;

КС – компоненты системы;

ЛПР – лицо, принимающее решение;

М – модель задачи;

МЗ – мини-задача;

ММЧ – моделирование маленькими человечками;

НПр – неправильное выполнение шагов;

НЦПР – неформальная цепочка принятия решения;

НЭ – нежелательный эффект;

О – объект (изделие);

ОВ – оперативное время;

ОЗ – оперативная зона;

ОП – оперативный параметр;

ОР – оценка решения (рис. 1, 30—33);

ОУ – операционный усилитель;

ОФ – основная функция;

ОХР – оценка хода решения;

П – поле;

ПА – прямая аналогия;

ПЗ – подзадача;

ПКД – проблема, как она дана;

ПКП – проблема, как она понята;

ПН – применение системы по-новому;

Пр – правильное выполнение шагов;

ПЭ – положительный эффект;

Р – решение задачи;

РИ – развитие идеи;

РВС – размер – время – стоимость;

РТВ – развитие творческого воображения;

С – свойство системы;

СА – символическая аналогия;

СИ – состояние инструмента;

СК – состояние конфликта;

СМ – структурная модель;

СР – структурное решение;

ТП – техническое противоречие;

ТРИЗ – теория решения изобретательских задач;

ТС – техническая система;

УК – усиленный конфликт;

УОФ – уточненная основная функция системы;

УФК – усиленная формулировка конфликта;

Ф – фантазия (см. Метод золотой рыбки);

ФА – фантастическая аналогия;

УИКР – усиление формулировки ИКР-1;

ФН – формальная новизна;

ФП – физическое противоречие;

ФР – физическое решение;

ХР – ход решения задачи;

X-эл-т – икс-элемент.

Благодарности

Я премного благодарен Генриху Альтшуллеру, автору теории решения изобретательских задач – ТРИЗ, моему учителю, коллеге и другу, за то, что он создал эту увлекательную теорию. Признателен ему за незабываемое время, проведенное вместе с ним, и за то, что он изменил мою жизнь, сделав ее разнообразнее и интереснее. Некоторые из материалов этой книги обсуждались с Генрихом Альтшуллером.

Хочу выразить глубокую благодарность за ценные замечания и предложения при работе над этой книгой моему коллеге и другу Борису Голдовскому (Нижний Новгород, Россия), Мастеру ТРИЗ, Генеральному конструктору подводной техники, Лауреату премии Правительства РФ в области науки и техники, почетному судостроителю, ветерану-подводнику. Благодарю Михаила Онищенко (Канада) за замеченные неточности.

Владимир Петров

Введение

АРИЗ – комплексная программа алгоритмического типа, основанная на законах развития технических систем и предназначенная для анализа и решения изобретательских задач.

Г. С. Альтшуллер¹

1. Учебные материалы АРИЗ-85-В

Материалы состоят из двух книг: учебника и задачника.

В учебнике дается теоретический материал по АРИЗ-85-В², а в задачнике³ приведены условия 20 задач и в приложении – авторский разбор этих задач по АРИЗ-85-В.

2. Содержание учебника

Перед вами, дорогой читатель, книга: «АРИЗ-85-В (Алгоритм решения изобретательских задач)». Учебник.

Данный учебник ставит задачу дать навыки в решении нестандартных задач с помощью АРИЗ-85-В.

Книга содержит введение, 13 глав, заключение, список литературы и приложения.

Введение описывает предназначение, структуру книги и краткое описание предыдущих книг.

Глава 1 излагает основные понятия АРИЗ.

Глава 2 представляет Структуру АРИЗ-85-В.

Главы 3—11 описывают 1—9 части АРИЗ-85-В.

Глава 12 посвящена практике АРИЗ-85-В.

Глава 13 – самостоятельная работа

В заключении приведены рекомендации по эффективному использованию инструментов ТРИЗ, по совершенствованию знаний, умений и отработке навыков применения ТРИЗ, а также по развитию изобретательского мышления.

В приложениях представлен разбор задач, а также списки примеров, задач, иллюстраций, таблиц и формул.

Учебник написан в последовательности, в которой рекомендуется осваивать АРИЗ.

Теоретическая часть иллюстрируется большим количеством примеров, задач и графического материала (более 200 примеров и задач и около 200 иллюстраций). В конце каждой главы приводятся задания для самостоятельной работы.

Книга предназначена для широкой публики. Она также может быть полезна студентам, аспирантам, преподавателям университетов, инженерам, изобретателям, ученым и людям, решающим творческие задачи.

Желаю успехов, ДОРОГОЙ ЧИТАТЕЛЬ!

Глава 1. Основные понятия АРИЗ

Изобретательская ситуация – это описание системы или ситуации с указанием цели или недостатков (нежелательных эффектов – НЭ). Часто такое описание обладает неопределенностью формулировки. Одна изобретательская ситуация, как правило, содержит несколько разных изобретательских задач. Это могут быть макси-задачи или мини-задачи.

При этом ситуация может переводиться как в максимальную (макси-), так и в минимальную (мини-) задачи.

Макси-задача – это задача, требующая создания принципиально новой технической системы (ТС), например, замены ее физического принципа функционирования для определенной цели. Такая задача решается изменением надсистемы.

У мини-задачи другая цель: необходимо сохранить существующую ТС, но обеспечить недостающее полезное действие или убрать имеющееся вредное свойство с минимальными изменениями.

Мини-задачу получают из изобретательской ситуации, вводя ограничения: все остается без изменений или упрощается, но при этом появляется требуемое действие (свойство) или исчезает вредное действие (свойство).

В АРИЗ используется только понятие мини-задачи.

Понятия противоречий и ИКР были рассмотрены в учебниках, вышедшем ранее⁴, а также учебниках первого и второго уровней.

Кратко напомним их.

АДМИНИСТРАТИВНОЕ ПРОТИВОРЕЧИЕ (АП) – это противоречие между потребностью и возможностью ее удовлетворения.

Его достаточно легко выявить. Оно часто задается администрацией или заказчиком и формулируется в виде: «Надо выполнить то-то, а как – неизвестно». «Какой-то параметр системы плохой, нужно его улучшить или нужно устранить такой-то недостаток, но неизвестно, как», «Имеется брак в производстве изделий, а причина его неизвестна» и т. д. Это самое поверхностное противоречие.

Таким образом, АП выражается в виде:

– нежелательного эффекта (НЭ) – что-то плохо;

– требуемого улучшения – необходимо создать что-то новое, но неизвестно, каким образом.

ТЕХНИЧЕСКОЕ ПРОТИВОРЕЧИЕ (ТП) – это противоречие между определенными частями, качествами или параметрами системы.

ТП возникает при улучшении одних частей (качеств или параметров) системы за счет недопустимого ухудшения других.

Оно представляет собой причину возникновения административного противоречия (АП), углубляя его. В глубине одного АП часто лежит несколько ТП.

Как правило, улучшая одни характеристики объекта, мы резко ухудшаем другие. Обычно приходится искать компромисс, то есть чем-то жертвовать.

Техническое противоречие возникает в результате диспропорции развития различных частей или параметров системы. При значительных количественных изменениях одной из частей (параметров) системы и резком «отставании» другой ее части или нескольких частей возникает ситуация, когда количественные изменения одной из сторон системы вступают в противоречие с другими.

ФИЗИЧЕСКОЕ ПРОТИВОРЕЧИЕ (ФП) – это предъявление диаметрально противоположных требований к физическим свойствам определенной части технической системы.

ФП позволяет определить причины, породившие техническое противоречие, т. е. является дальнейшим его углублением. Уточнение (углубление) противоречий может продолжаться и дальше для выявления первопричины.

Для человека, не знакомого с ТРИЗ, формулировка ФП звучит непривычно и даже дико – некоторая часть системы должна находиться сразу в двух взаимоисключающих состояниях: быть холодной и горячей, подвижной и неподвижной, длинной и короткой, гибкой и жесткой, электропроводной и неэлектропроводной, быть и не быть и т. д.

Одно из свойств удовлетворяет одному из конфликтующих параметров ТП, а другое свойство удовлетворяет другому параметру.

ИДЕАЛЬНЫЙ КОНЕЧНЫЙ РЕЗУЛЬТАТ (ИКР) – это решение, к которому следует стремиться при решении задачи. Близость полученного решения к идеальному определяет уровень и качество решения.

Основные свойства ИКР:

1. Улучшить плохой параметр, не ухудшая хороший.

2. Улучшить параметры, не усложняя систему.

3. Улучшить параметры, не вызывая вредных действий.

4. Улучшить параметры в нужный момент.

5. Улучшить параметры в нужном месте.

6. Все действия должны выполняться самостоятельно.

Теперь ознакомимся с другими понятиями АРИЗ, такими, например, как модель задачи, конфликтующая пара, изделие, инструмент, оперативные параметры и т. д.

Основная линия решения задачи по АРИЗ характеризуется тем, что неопределенность, имеющая место в изначальной изобретательской ситуации, когда зачастую не ясно даже, какую часть рассматриваемой системы необходимо анализировать, уменьшается постепенно, шаг за шагом.

В АРИЗ имеются следующие рекомендации.

В первую очередь необходимо выявить конфликт в технической системе (ТС), который формулируется в виде технического противоречия.

Конфликт может быть между частями ТС или ее свойствами. Иногда возникает «межранговый» конфликт: системы с надсистемой или системы с подсистемой.

Конфликт проявляется при взаимодействии не менее двух элементов, которые называются конфликтующей парой.

КОНФЛИКТУЮЩАЯ ПАРА – это два элемента, две системы, между которыми происходит конфликт, приводящий к нежелательному эффекту. В изобретательской ситуации, как правило, кроется одна или несколько конфликтующих пар и ряд технических противоречий (ТП). Выбор одной пары и одного ТП соответствует переходу от изобретательской ситуации к задаче. Конфликтующая пара вместе с ТП образует модель задачи.

МОДЕЛЬ ЗАДАЧИ – это мысленная, условная схема задачи, отражающая структуру конфликта в системе. Один из элементов конфликтующей пары является главным объектом рассмотрения, и его называют изделием или объектом, а второй элемент – инструментом.

ИЗДЕЛИЕ – это элемент ТС, который по условиям задачи надо обработать (изготовить, переместить, изменить, улучшить, защитить от вредного воздействия, обнаружить, проконтролировать, измерить и т. д.). К изделию можно отнести обрабатываемый элемент, у которого измеряют параметры; обнаруживаемое электромагнитное поле и т. п. В задачах на обнаружение и измерение изделием может оказаться элемент, являющийся по своей основной (рабочей) функции инструментом.

Например, сигнал, воздействующий на элемент аппаратуры, обычно является инструментом, но при его измерении он является изделием; резец токарного станка обычно является инструментом, но при его измерении он является изделием.

ИНСТРУМЕНТ – это элемент, с которым непосредственно взаимодействует изделие (сигнал, а не блок, который вырабатывает этот сигнал; одна операция в алгоритме, а не весь алгоритм; резец, а не весь токарный станок; паяющий стержень (жало), а не паяльник; волна припоя при пайке волной; раскаленный газ в газовой горелке; пучок электронов или лазерный луч при электронно-лучевой или лазерной сварке). В частности, инструментом может быть окружающая среда, например климатические воздействия на изделие: влага, туман, температура, давление. Иногда инструментом могут являться стандартные детали, используемые для сборки изделия: крепежные изделия, функциональные модули, интегральные микросхемы (ИМС) и другие части для создания аппаратуры.

Рассмотрим еще одно понятие АРИЗ – ОПЕРАТИВНЫЙ ПАРАМЕТР (ОП).

Оперативные параметры системы – параметры, которые следует изменить (или которые легче всего меняются) для решения задачи.

Такими параметрами могут быть части системы, физические величины, экономические, эстетические, эксплуатационные и пр.

Наиболее часто в качестве таких параметров используются оперативная зона и оперативное время.

ОПЕРАТИВНАЯ ЗОНА (ОЗ) – это пространство, в котором происходит конфликт. Она может рассматриваться широко, включая в себя полностью изделие и инструмент, часть надсистемы и окружающей среды, более узко – включая только конфликтующую пару, или совсем узко – включая только место взаимодействия инструмента с изделием. Целесообразность выбора широкой или узкой ОЗ определяется при решении конкретной задачи.

В выборе широкой или узкой ОЗ имеется свое противоречие. Если зона выбрана очень узкой, то это может привести к самой точной формулировке физического противоречия, если ОЗ выбрана правильно. С другой стороны, если ОЗ выбрана неправильно, это может привести к уходу от основного противоречия или к не учету других важных противоречий… Если ОЗ выбрана очень широкой, то мы можем обнаружить куст противоречий, но при этом можем не выявить главного из них и не сформулируем его точно.

На первых этапах обучения целесообразно выбирать более широкую ОЗ, а затем в процессе решения и уточнения задачи ее постепенно сужать. Возможно, для этого придется решать задачу несколько раз, но зато не будет упущено главное противоречие, и будут выявлены сопутствующие трудности. Обязательными элементами ОЗ должны быть изделие и инструмент.

ОПЕРАТИВНОЕ ВРЕМЯ (ОВ) – это время, в течение которого совершается конфликтующее действие. Для разрешения конфликта может быть использовано как время до возникновения конфликта (предварительная подготовка), так и время после того, как конфликт произошел (исправление конфликта). Всегда лучше использовать время до конфликта, тогда конфликт не возникнет, и не нужно будет тратить время и средства на его устранение.

На этом мы закончим рассмотрение основных понятий АРИЗ. Остальные его особенности будут изложены по ходу рассмотрения структуры АРИЗ.

Глава 2. Структура АРИЗ-85-В

2.1. Общие сведения

АРИЗ – пошаговая последовательность выполнения шагов для анализа и решения изобретательских задач. Первая модификация появилась в 1956 г. (АРИЗ-56) [1]. Имелись модификации АРИЗ-61 [2], АРИЗ-63 [3], АРИЗ-64 [4], АРИЗ-68 [5], АРИЗ-71 [6], АРИЗ-77 [7], [8], АРИЗ-82, АРИЗ-85-В [9] – [11]. Последние модификации АРИЗ включали три основных компонента: программу, информационное обеспечение и методы управления психологическими факторами.

1. Программа АРИЗ представляет собой последовательность операций по выявлению и разрешению противоречий (см. основную линию АРИЗ), анализу исходной ситуации и выбору задачи для решения, синтезу решения, анализу полученных решений и выбору наилучшего из них, развитию полученных решений, накоплению наилучших решений и обобщению этого материала для улучшения способа решения других задач. Структура программы и правила ее выполнения базируются на законах и закономерностях развития техники.

2. Информационное обеспечение АРИЗ питается из информационного фонда, который включает систему стандартов на решение изобретательских задач; технологические эффекты (физические, химические, биологические, математические, в частности геометрические); приемы устранения противоречий; способы применения ресурсов природы и техники.

3. Методы управления психологическими факторами необходимы в связи с тем, что программа АРИЗ предназначена не для компьютера и задачи решаются не автоматически, а человеком. Поэтому у решателя часто возникает психологическая инерция, которой необходимо управлять. Кроме того, эти методы позволяют развить творческое воображение, необходимое для решения сложных изобретательских задач.

Рассмотрим структуру АРИЗ-85-В. Текст алгоритма снабжен комплексом правил, пояснений и примеров, которые хотя и увеличивают объем методики, но зато упрощают ее использование.

Все вспомогательные комментарии и правила нужны лишь при освоении алгоритма, а впоследствии (после освоения) становятся почти ненужными.

АРИЗ-85-В содержит 9 частей:

1. Анализ задачи.

2. Анализ модели задачи.

3. Определение ИКР и ФП.

4. Мобилизация и применение вещественно-полевых ресурсов.

5. Применение информационного фонда.

6. Изменение и/или замена задачи.

7. Анализ способа устранения ФП.

8. Применение полученного ответа.

9. Анализ хода решения.

Текст АРИЗ-85-В опубликован на сайте Официального Фонда Г. С. Альтшуллера [10], а структурная схема представлена на рис. 1.

Рис. 1. Структурная схема АРИЗ-85-В

На Рис. 1 обозначено:

1—9 – части АРИЗ:

2.2. Первая часть

Прежде чем приступить к решению задачи по АРИЗ, целесообразно ее сформулировать. Это необходимо сделать в связи с тем, что чаще всего изобретателю предоставляется не задача, а достаточно туманная изобретательская ситуация (ИС), которая, как правило, содержит несколько АП (1):

Где

ИС — изобретательская ситуация;

АП — административное противоречие.

Выбор задачи из изобретательской ситуации сводится практически к выбору административного противоречия.

Цель первой части АРИЗ – перейти от АП к модели (М) задачи, представляющей собой два элемента системы (конфликтующую пару – изделие и инструмент) и ТП, возникающее между ними.

АРИЗ свойственно постепенное сужение анализируемой области в системе. Вначале рассматривается изобретательская ситуация со многими элементами и конфликтами. Из всех элементов выбирают только два – конфликтующую пару, а затем переходят от пары элементов к одному, который и исследуется на следующих шагах АРИЗ.

В конце первой части модель представляют в вепольном виде и преобразуют эту модель в соответствии с тенденциями развития вепольных систем, используя стандарты на решение изобретательских задач. Иногда это приводит к решению задачи и тогда рекомендуется проверить решение – перейти к седьмой части (на Рис. 1 это показано стрелкой внизу).

Однако даже если полученное решение представляется удовлетворительным, желательно продолжить решение задачи по АРИЗ и перейти ко второй части. При этом возможно получить еще лучшие решения.

2.3. Вторая часть

Во второй части АРИЗ в модели задачи (М) предельно сужают область исследования, определяя ОП: ОЗ, ОВ и вещественно-полевые ресурсы (ВПР) – это один из важных видов ресурсов.

2.4. Третья часть

В третьей части АРИЗ определяют ИКР и ФП. Формулируя ФП, необходимо следить за выполнением логики АРИЗ, если она не соблюдена, то следует вернуться к первой части и скорректировать модель задачи (это показано стрелкой обратной связи на схеме Рис. 1 вверху). Кроме того, осуществляют попытку получить структурное решение (СР), используя стандарты на решение изобретательских задач. Если решение найдено, то его проверяют, переходя к седьмой части (показано стрелкой внизу на рис. 1) и продолжают решение, начиная с четвертой части.

2.5. Четвертая часть

В четвертой части мобилизуют и применяют ВПР, выявленные на второй части. Использование ВПР позволяет получить лучшее решение.

До использования ВПР осуществляют моделирование маленькими человечками (ММЧ) и делают «Шаг назад от ИКР».

2.6. Пятая часть

Пятая часть АРИЗ предназначена для разрешения ФП. Для этой цели используется информационный фонд (стандарты на решение изобретательских задач, задачи-аналоги, технологические эффекты, приемы). Если решение найдено, то переходят к седьмой части и проверяют его, а затем продолжают решение по 6—9 частям.