4.5.2. Триз-технология

Роль и значение ТРИЗ, его цель и задачи

Основной целью профессионального образования является подготовка кадров для осуществления всех технологических операций на любом участке функционирования общества как социальной, так и производственной структуры. Современный темп научно-технического прогресса настолько ускорился, что каждое новое поколение появляется в окружении одних объектов, а уходит при совершенно других. В связи с этим предъявляются очень жесткие требования к уровню специалистов, обслуживающих различные технологические системы. Знания, которые приобретаются в средних специальных учебных заведениях оказываются ненужными, устаревшими, поскольку возникают и вводятся в эксплуатацию новые приборы, новые технологии, освоить которые даже на базе имеющихся знаний непросто, а порой и не возможно. Как тут быть? Ответ прост, подготовка специалистов должна отражать не сегодняшний день , а день завтрашний, то есть обучение должно опережать темп научно-технического прогресса. Только в этом случае мы получим действительно квалифицированные кадры. Задача ясна, но как ее реализовать? Здесь возникает масса противоречий: между общей и специальной подготовкой; между необходимой специализацией и неизбежно возникающем при этом консерватизмом; между востребованием обществом узких высококвалифицированных специалистов и быстрым темпом устаревания знаний; между требованиям производства в совершенно новых специалистах и сопротивлением со стороны личности, которая чувствует себя комфортно в знакомых, привычных условиях и т.д. Чтобы разрешить эти противоречия, специалист должен уметь осваивать новую технологию в минимальный срок и с минимальными затратами, как умственного, так и психологического характера. А для этого он должен уметь решать задачи творческого, проблемного, изобретательского характера. Чтобы овладеть этими умениями надо осознать алгоритм решения таких задач и овладеть им.

В разделе «Методы обучения» в рамках продуктивных методов, мы описывали методы мозгового штурма, синектики, морфологического анализа и т.д., цель которых развить творческое мышление человека, способность выходить из нестандартных жизненных ситуаций, решать проблемные задачи. Надо отметить, что все эти методы в сущности являются прототипом одного – метода «проб и ошибок». Между тем, метод проб и ошибок не только не эффективен при решении сложных задач, но и затрудняет их постановку, не позволяет одновременно увидеть значимые проблемы, отодвигая их решения на неопределенный срок.. Более того этот метод субъективен. Даже при решении одинаковых задач разные люди по разному ищут решения и по-разному ошибаются, но общим является очень малая вероятность выхода на оптимальное, наиболее эффективное решение. Это методы, разработанные изобретателями – практиками, повышали эффективность практической деятельности, но не отвечали на вопрос, как появляются новые идеи. Необходим был другой подход, его основой является изучение технических систем, их развитие. А также историко-технические материалы, прежде всего патентного фонда. Изучение этих материалов показало, что жизненно способны изобретения, изменяющие исходную систему в соответствии с законами развития технических систем. Знание этих закономерностей позволяет резко сузить зону поиска, заменив угадывание научным подходом. Практически единственной, основанной на этом подходе методологией поиска новых решений, является технология ТРИЗ. Она обеспечивает положительные результаты и доступна для массового применения .

ТРИЗ - технология разрабатывается на основе созданной Г.С. Альтшуллером теории решения изобретательских задач ( 2 ), который, анализируя накопленный веками большой массив патентной информации, открыл законы развития технических систем, которые могут быть сознательно использованы в изобретательской и прогностической деятельности Цель ТРИЗ – формирование культуры творческого мышления как осознанного, целенаправленного и управляемого процесса. Цель определяет задачи, которые сводятся к следующему:

• развитие способности к творчеству;

• формирование мыслительных операций (анализа, синтеза, сравнения, прогнозирования, целеполагания и т.д.);

• развитие воображения, формирование умений управлять воображением и фантазированием;

• овладение методами и приемами разрешения различных противоречий.

Основные понятия ТРИЗ. В каждой изобретательской задаче есть объект (система), который необходимо изменить. Его называют ИЗДЕЛИЕ. Этот объект имеет вполне определенную функцию, которую в технологии ТРИЗ называют основной функцией (ОФ) Потребность в изменении объекта диктуется каким либо несовершенством его в определенных условиях. Это несовершенство называется нежелательным эффектом (НЭ). Между основной функцией и нежелательным эффектом возникает ПРОТИВОРЕЧИЕ (техническое противоречие – ТП; социальное противоречие –СП; физическое противоречие –ФП и т.д.) Примером технического противоречия является стремление улучшить одну характеристику изделия , которое приводить к ухудшению другой характеристики этого же изделия. Примером физического противоречия может быть ситуация, когда к изделию предъявляются противоположные требования. Примером социального противоречия является ситуация, когда надо что-то сделать, а как не известно (например в области менеджмента).

Таким образом, противоречие – это проявление несоответствия между требованиями, предъявляемыми к изделию и ограничением (несовершенством), которое возникает в силу действия различных законов (природных, социальных, юридических, технических и т.п.). Пространство в котором разрешается конфликт называют ОПЕРАТИВНОЙ ЗОНОЙ (ОЗ), а время в течении которого протекает конфликт называют ОПЕРАТИВНЫМ ВРЕМЕНЕМ (ОВ). Решая противоречия необходимо стремиться к ИДЕАЛЬНОМУ КОНЕЧНОМУ РЕЗУЛЬТАТУ (ИКР) под которым понимается получение положительного результата без отрицательных последствий и с минимальными затратами. Для достижения ИКР необходим инструмент и вещественно-полевые ресурсы, которые кратко называют поле. ИНСТРУМЕНТ – это то, с помощью чего изменяется изделие с целью получения ИКР. ВЕЩЕСТВЕННО –ПОЛЕВЫЕ РЕСЕРСЫ (ВПР) или ПОЛЕ – все, что используется для решения задачи. Ресурсы могут быть функциональные (введение дополнительных или изъятие ненужных функций), энергетические (тепловая, атомная, химическая, солнечная и т.д.), вещественные (материалы, предметы, отходы и т.п.), информационные (фактические знания), пространственные, временные, звуковые (изменив частоту работы станка можно изменить его свойства или функцию).

Алгоритм решения изобретательских задач (АРИЗ). АРИЗ является инструментом для анализа и поиска решения проблем. Но инструментом очень своеобразным. Его цель – заменить суету учащихся на четкую по структуре и однозначную по результативности цепочку мыслительных операций, выводящих его в зону сильных (оптимальных) вариантов решения. Исходя из этого к алгоритму решения творческих, изобретательских задач предъявляются определенные требования. Это прежде всего 1)осознанность мыслительных операций и управляемость ими, 2) получение идеального результата,3)четкость и экономичность структуры алгоритма 4)повторяемость результата при соблюдении алгоритма, 5)универсальность, которая позволяет анализировать любые проблемы.

Частным случаем АРИЗ является алгоритм решения задач с помощью вепольного анализа - ВЕПОЛЯ (ВЕ-щество – ПОЛе). Веполь представляет собой минимальную модель технической системы, отражающую самые основные компоненты, необходимые для решения любой творческой задачи. Это 1)изделие(объект) – который надо изменить, усовершенствовать и т.д.2)инструмент , с помощью которого изменяется объект в соответствии с поставленными целями. 3)поле , необходимое для воздействия инструмента на объект; это могут быть любые вещественно-полевые ресурсы, используемые для решения задачи. Вепольный анализ – это переход от бинарного одномерного мышления (альтернативного подхода) к целостному, в основе которого лежат невырожденные тройки элементов (изделие, инструмент, поле), когда третий элемент а)вносит неопределенность во взаимодействие пары противоположных элементов, б)обеспечивает открытость, в) заменяет конфронтацию на сотрудничество и кооперирование на основе принципа дополнительности, в результате чего все три элемента становятся совместимыми – система делается целостной и принципиально новой. АРИЗ вепольной задачи будет следующим:

1. Определи суть задачи: найди нежелательный эффект (НЭ);

2. Вычлени противоречия;

3. Выдели изделие, инструмент, поле.

4. Построй исходную вепольную модель;

5. Определи условия при которых веполь разрушается;

6. Восстанови веполь, путем нахождения (СУ)средства устранения ( введением дополнительного полезного элемента или убрав нежелательный элемент).

Покажем как использовать АРИЗ вепольной задачи на конкретном пример.

Задача: Имеем охотника, который оглох . Чтобы ему выжить надо найти зверя. Эту функцию выполняет его собака. Но чтобы найти зверя собаку надо отпустить и идти вслед за ней на ее лай. Но, поскольку хозяин глухой, ее лай он не услышит, собака должна быть при хозяине, чтобы он ее видел. (Задача приводится из книги «Золотой дух Ямбуя» Г.Федосеева)

Решение задачи :

1. Нежелательный эффект – отсутствие слуха.

2. Противоречие (социальное) - СП: чтобы найти зверя надо слышать лай собаки, но охотник глухой.

3. Изделие – охотник; инструмент – собака; поле (акустическое) – лай собаки.

4. Исходная вепольная модель

Лай собаки

Охотник Собака

5. Веполь разрушается при условии, если нет слуха, обозначим эту связь волнистой линией.

Лай собаки

Охотник Собака

6. Веполь восстановится, если взять еще одну собаку , неразрывно связанную с охотником, то есть все время видит собаку. Тогда веполь будет иметь вид:

Лай собаки

Охотник (собака) Собака

Проблема разрешена и следовательно задача решена.

АРИЗ более сложных, например технических задач состоит из шестнадцати позиций, следующих одна за другой:

1. Уяснить ситуацию задачи

2. Выявить основную функцию (системы, объекта )

3. Выявить состав системы

4. Определить нежелательный эффект (НЭ)

5. Найти средство устранения (СУ) выявленного нежелательного эффекта

6. При устранении первого НЭ возникает второй НЭ; определить его

7. Сформулировать техническое противоречие (ТП)

8. Поставить перед собой изобретательскую задачу

9. Найти и ввести дополнительный Х-элемент

10. Выявить оперативную зону (ОЗ)

11. Определить оперативное время (ОВ)

12. Сформулировать физическое противоречие (ФП)

13. Сформулировать идеальный конечный результат (ИКР)

14. Определить свойства Х_элемента,способных реализовать ИКР

15. Провести поиск Х-элемента внутри системы

16. Реализовать необходимые свойства внутренними или внешними ресурсами.

Рассмотрим данный алгоритм на конкретной задаче (64 ).

Задача: Мешалка для расплава стали.

Ситуация: Один из способов получения стали – варить ее в большом ковше, Но в конце процесса плавки, чтобы получить расплав стали однообразного состава и вывести на поверхность шлак (его температура плавления порядка 1000 градусов, удельный вес – примерно в три раза меньше веса расплавленной стали), в жидкую сталь с температурой 1600 градусов опускают мешалку в виде длинного, толстого стального стержня и перемешивают ее (см рисунок)Но в процессе работы мешалка под действием теплового поля расплава быстро нагревается, размягчается и при температуре 1100 градусов теряет свою прочность и перестает перемешивать расплав. Приходится часто мешать мешалки, это усложняет работу и обходится дорого. Пробовали охлаждать мешалку, например ,водой, но это оказалось слишком сложно и опасно, попадание воды в расплав стали приводит к взрыву Решили изготовить мешалку из жаростойких металлов (вольфрама, молибдена и других), но расчеты показали, что такая мешалка будет стоить очень дорого. Как быть?

Основная функция системы (ОФ): получение однородного расплава стали.

Поле действия (ПД): механическое перемешивание мешалкой.

Нежелательный эффект 1(НЭ1): расплавление обычной мешалки.

Средство устранения (СУ): использование жаростойкой мешалки

Нежелательный эффект 2(НЭ2): высокая стоимость.

Рассмотрим варианты технических противоречий:

Техническое противоречие1: Если использовать жаростойкую мешалку, то она не расплавиться, но будет стоить очень дорого .Запишем это сокращенно ТП1: СУ—НЭ1нет—НЭ2.

Техническое противоречие 2 : Если же жаростойкую мешалку не применять, то высокая стоимость не создается, но сохраняется расплавляемость обычной мешалки .Запишем это сокращенно ТП2: СУнет—НЭ2нет—НЭ1

Постановка изобретательской задачи и ввод Х-элемента: Необходимо найти такой Х-элемент, который, не вводя жаростойкую мешалку и тем самым не создавая высокой стоимости, устранил бы расплавляемость обычной мешалки. Краткая запись: СУнет—НЭ2нет + НЭ1нет.

Оперативная зона (ОЗ) или зона конфликта: это контакт поверхности мешалки с расплавом стали. Значит нам надо защитить от плавления поверхностный слой мешалки и задача будет решена.

Оперативное время (ОВ): это время перемешивания жидкой стали (Т3); Т3=Т2+Т1, где Т2- время нагрева мешалки до критической температуры 1100 градусов, Т1 – время в течении которого мешалка нагревается выше критической температуры (критическое время).Цель решения – не допустить возникновения Т1, свести его к нулю.

Физическое противоречие (ФП): температура поверхности мешалки не должна быть выше 1100градусов (чтобы не терять способность перемешивать расплав) и одновременно она должна иметь температуру 1600градусов(так как все время контактирует с расплавленной сталью). Значит между поверхностью мешалки и расплавом должны находиться частицы вещества, которые подвергаются воздействию температуры в 1600 градусов, но не нагреваются свыше 1100 градусов.

Идеальный конечный результат (ИКР): техническая система должна обеспечить себя сама, из своих внутренних ресурсов. Значит Х-элемент надо искать внутри ресурсов системы.

Свойства Х-элемента: а)должны находиться между поверхностью мешалки и расплавленной сталью, то есть разделять их; б)быть под воздействием температуры в 1600 градусов и все –таки не пропускать к поверхности мешалки температуру свыше 1100 градусов.

Поиск Х-элемента внутри системы: в данной системе имеется вещество, температура которого не может превышать 1100 градусов. Это твердый шлак! (см условие задачи). Он плавится при температуре 1000 градусов, переходит в жидкое состояние и всплывает, так как значительно легче расплава стали. Следовательно, если покрыть мешалку слоем твердого шлака, то до тех пор пока этот слой не расплавится полностью, температура поверхности мешалки не будет превышать 10000 градусов.

Реализация решения: может быть различна, но самый оптимальный вариант мешалка поднимаясь вверх, протаскивается через слой шлака и вращаясь «накручивает на себя» частички шлака, который затвердевает. Затем мешалку опускают в расплав и перемешивают до тех пор, пока весь твердый слой шлака не расплавиться и не всплывет на поверхность. После этого операцию по защите поверхности мешалки повторяют.

Данный алгоритм может быть сокращен при решении небольших и несложных изобретательских задач . Частные алгоритмы для решения конкретных небольших задач могут выглядеть так: ОФ системы – Состав системы - Если – то- но – ФП – ИКР. Или такой еще более простой вариант алгоритма: ОФ – Состав системы - ИКР.

Работа со школьниками и студентами показала, что обучать их творчеству легче, чем взрослых, так как у них меньше стереотипов мышления и выше восприимчивость к новому, необычному. Важным открытием оказалось то обстоятельство, что для них подходят почти все задачи для взрослого курса ТРИЗ, конечно в доступном для них изложении.

Условия эффективного использования ТРИЗ

Чтобы овладеть технологией решение изобретательских задач (ТРИЗ), необходимо развивать диалектическое мышление путем использования в процессе обучения методов фокальных объектов, мозгового штурма, синектики, которые в рамках ТРИЗ являются приемами. Хорошо подготавливают студентов к использованию ТРИЗ игровые методы и в частности игра «Да - Нет». Рассмотрим ее более детально.

Суть игры «Да - Нет» сводится к следующему: Ведущий загадывает предмет, объект, систему, человека и т.д., то есть все, что угодно. Задача аудитории - выявить соответствующие заданному объекту характеристики путем сужения поля поиска. Для этого слушатели могут задавать ведущему вопросы, в такой формулировке, чтобы на вопрос можно было ответить «Да» или «Нет». Игра используется также в диагностических целях. Анализируя как идет поиск, можно отследить сформированность у студентов системного мышления.

Пример задачи с линейным атрибутом: «У меня есть уникальное животное, определите какое?

Решение:

1 Вопрос: «Животное домашнее ?»

Ответ: «Нет». - Диапазон поиска сужается: это животное дикое.

2 Вопрос: «Водится в южных странах?:»

Ответ: «Да».

3 Вопрос: «Животное наземное?»

Ответ «Нет».- Значит это животное живет в воде в южных странах. Поле поиска сужается

4 Вопрос: «Это хищное животное?»

Ответ: «Да».

«Оно может выходить на берег?» - «Да». - Это крокодил!!! Верно!

Аналогично можно сконструировать игру по предметам, изучаемым в ССУЗе. Например, после изучения ряда электрического оборудования, используемого на машиностроительных предприятиях в рамках специальности 2913 «Монтаж, наладка и эксплуатация электрооборудования предприятий и гражданских зданий», таких. как, тиристорный электропривод согласованного управления, тиристорный электропривод раздельного управления, электрооборудование токарно-винторезного станка особо высокой точности, электрооборудование станка с числовым программным управлением, электрооборудование крана, электрооборудование грузового лифта., автоматической роторной линии, кондиционера, преподаватель с целью проверки усвоения материала и сформированности системного мышления предлагает студентам определить, какой из изучаемых объектов он загадал, путем формулировки ему вопросов, позволяющих сузить поле поиска и выйти на загаданный объект. Здесь требуется систематизация и классификация объектов, хорошее знание их функций и назначений, их внешнее и внутреннее устройство и т.д.

Для эффективного использования АРИЗ необходимо владеть отдельными приемами решения проблемных и изобретательских задач. В настоящее время известно десятки таких приемов. Назовем и кратко опишем некоторые из них:

Прием «дробление – объединение». Предполагает разделить объект на независимые части, выполнить объект разборным, увеличить степень дробления объекта, соединить однородные или предназначенные для смежных операций объекты, объединить во времени однородные или смежные операции. Этот прием еще называют приемом маленьких человечков. Когда объект представляют в виде множества маленьких человечков или толпы или групп. Пример приведем из области сочинительства. Чтобы спастись от Лисы, Колобок в момент опасности распадается на мельчайшие колобки, которые Лиса не способна увидеть.

Прием динамики. Предполагает ускорение – замедление действия всего объекта или его частей. Если объект в целом неподвижен, сделать его подвижным и наоборот; разделить объект на части, способные перемещаться; если объект движется, увеличить скорость его движения или уменьшить; увеличить скорость отдельных частей объекта или процесса, которые являются опасными или вредными (принцип проскока). Как машина увеличивает скорость, чтобы проскочить ров, яму, лужу.

Прием универсализации – специализации. При этом объект выполняет несколько разных функций, благодаря чему отпадает необходимость в других объектах или действия объекта ограничиваются до узкоспециализированного, отметая все другие функциональные части объекта .

Прием от обратного. Вместо действия, диктуемого условиями задачи, предварительно осуществить обратное действие (антидействие); Рассмотреть объект «вверх ногами». Если объект надо изменить снаружи, взгляни на него изнутри и т.д.

Прием компенсации, или «заранее подложенной подушки». Если объект имеет относительно невысокую надежность, следует компенсировать ее заранее подготовленными аварийными средствами.

Прием «недостаток есть продолжение достоинства». Прием предполагает использовать вредные факторы для получения положительного эффекта; устранить вредный фактор за счет сложения его с другим вредным фактором; усилить вредный фактор, чтобы он вообще перестал быть вредным.

Прием ввода и вывода. Ввести дополнительный объект .; на время присоединить к другому объекту; отделить мешающую . изжившую себя часть или присоединить нужную и т.д.

Прием самообслуживания. Объект должен сам себя обслужить, выполняя вспомогательные и ремонтные операции; уметь использовать отходы (безотходное производство)

Внешние и внутренние признаки личностного изменения студентов при использовании ТРИЗ – технологии.

Используя ТРИЗ - технологию в процессе обучения, можно с успехом формировать у студентов умения:

• устанавливать причинно-следственные связи и отношения;

• обнаруживать скрытые противоречия;

• выстраивать гипотезы и аргументировать, доказывать;

• прогнозировать результаты и последствия;

• умения оперативно использовать знания на уровне синтезирования и интегрирования;

• делать умозаключения и выводы;

• уметь представлять идеальную систему с идеальным результатом;

• развивать творческое воображение;

• развивать способности находить оригинальные идеи;

• гибкость ума:

• дивергентность мышления.

Внешними признаками существования у учащихся перечисленных выше качеств могут служить:

• количество ответов и их четкость;

• разнообразие ответов;

• необычность и оригинальность ответов;

• степень детализации ответа;

• уровень абстрактности в ответах;

• эмоциональная выразительность ответа

• артикулятивность, движения, сопровождающие ответ

• внутренняя и внешняя визуализация объектов

• юмор, сопоставление двух и более несовместимых элементов

• богатство воображения, его разнообразие, жизненность и интенсивность

• цветовое воображение и эмпатия

• фантазия, волшебство, сказочность, фантастика

• способность трансформировать из фигурального в вербальное

• наличие комбинаций и создание коррегентного ответа

• расширение и выход за рамки ожидаемого результат (из работ П.Торренса, 1987).

Безусловно творческое мышление надо стимулировать и поощрять. В настоящее время существует ряд методов и приемов, рекомендуемых в педагогической деятельности. Это прежде всего методы стимулирования интереса к процессу учения и методы педагогической поддержки студентов при попытке социально-значимой самореализации во всех ее проявлениях. В связи с этим П. Торренс выделяет пять правил, которыми должен пользоваться педагог, чтобы поощрять творческое мышление:

1. внимательное отношение к необычным вопросам;

2. уважительное отношение к необычным идеям;

3. уметь показать учащимся ценность их идей;

4. стимулировать самостоятельность в обучении;

5. найти время для занятий свободным творчеством.