2.5. Основные механизмы устранения противоречий

В АРИЗ используется четыре механизма устранения технических противоречий: переход от данной в модели задачи ТС к идеальной системе путем формулирования идеального конечного результата (ИКР); переход от технического противоречия к физическому противоречию; использование вепольных преобразований для устранения физических противоречий; применение системы операторов, в сконцентрированном виде отражающей информацию о наиболее эффективных способах преодоления технических и физических противоречий (списки типовых приемов, таблицы использования типовых приемов, таблицы и указатель применения физических эффектов) [11].

Формулировка идеального конечного результата (ИКР) необходима для перехода к сильным решениям высокого уровня и осуществляется по схеме: один из элементов конфликтующей пары сам устраняет вредное (ненужное, лишнее) действие, сохраняя способность выполнять основное действие. Идеальность решения обеспечивается тем, что нужный эффект достигается "даром" без использования дополнительных средств. Например, для задачи о предварительно напряженном железобетоне ИКР запишется так: "Тепловое поле само предотвращает порчу проволоки, обеспечивая, тем не менее, требуемое тепловое удлинение". Пародоксальность резко усилилась, так как тепловое поле должно не только осуществлять несовместимые действия, но и делать это само - без дополнительных машин.

ИКР может включать понятия: об идеальной машине - машины нет, но требуемое действие выполняется; идеальном способе - расхода энергии и времени нет, но требуемое действие выполняется, причем саморегулированно; идеальном веществе - вещества нет, но его функция выполняется. Мышление при работе по АРИЗ должно быть четко ориентировано на идеальное решение. Например, если есть вредный фактор, с которым надо бороться, то идеально чтобы этот фактор исчез сам по себе, сам себя устранил, можно устранить его, сложив с другим вредным фактором или, еще более идеальное, - вредный фактор начинает приносить пользу. Идеальность машин может обеспечиваться тем, что ее функцию по совместительству начинает выполнять другая машина. Идеальность способа может достигаться выполнением требуемого действия заранее, благодаря чему в нужный момент на это действие не приходится тратить ни времени, ни энергии. Нацеленность на идеал необходима на всех этапах решения задачи, если, например, вепольный анализ указывает - надо ввести вещество, следует знать, что наилучшее вещество, - когда вещества нет, а его функция выполняется. Например, один способов эффективно вводить вещество, не вводя его: одно вещество поочередно выступает в двух видах или вещество вводится на время. При этом переход к ИКР отсекает без перебора все решения низших уровней.

Стремление сделать машину идеальнее - проявление объективного закона ее развития. Функции идеальной ТС выполняет надсистема, в которую она входит или окружающая среда. Например, самозатачивающийся инструмент (ножи, плуг и т.д.), выполняется трехслойным: средняя часть из твердого материала, а по краям мягкого; при этом края инструмента сдираются быстрее, чем средняя часть, и в результате инструмент всегда оказывается заточенным, причем с помощью внешней среды. Возможны три пути повышения степени идеальности: повышение многофункциональности ТС; сворачивание частей и системы в рабочий орган; переход в надсистему. Процесс идеализации идет своеобразными волнами: вначале ТС расширяет свои функции, усложняется, обрастает вспомогательными устройствами. Затем она вновь упрощается, хотя количество функций не уменьшается. Далее следует новый цикл - новое "разбухание" и последующее "сворачивание". Наконец происходит полное сворачивание ранее разветвленной ТС в одно "идеальное" вещество, которое, являясь основным рабочим органом, с успехом выполняет все многочисленные функции. При приближении к идеалу ТС вначале борется с силами природы, с окружающей средой, затем приспосабливается к ним и, наконец, использует их для своих целей. Закон повышения степени идеальности наиболее эффективно применяется к тому элементу, который непосредственно расположен в зоне возникновения конфликта или сам порождает нежелательные явления. При этом повышение степени идеальности, как правило, осуществляется применением незадействованных ранее веществ и энергий, имеющихся в зоне возникновения задачи.

Дальнейший отсев происходит при формировании физического противоречия. Например: "тепловое поле должно нагревать проволоку, чтобы она удлинялась, и не должно нагревать проволоку, чтобы она не портилась". В физическом противоречии "дикость" требований достигает предела, причем отпадают все варианты, кроме одного или нескольких максимально близких ИКР. Число оставшихся вариантов не превышает числа комбинационных приемов и физических приемов для устранения данного физического противоречия.

Для разрешения физических противоречий применяются принципы разрешения противоречий (во времени и в пространстве), и при этом используются системные свойства фазовых переходов вещества из одного агрегатного состояния в другое. Можно сформулировать несложные правила выбора принципа в зависимости от конкретной ситуации:

1. Если от объекта (вещества, поля) требуется проявление противоположных свойств в одно и то же время, то такое противоречие разрешается разнесением этих свойств в пространстве объекта.

2. Если от объекта (вещества, поля) требуется проявление противоположных свойств в одном и том же месте пространства, то такое противоречие разрешается разнесением этих свойств во времени.

3. Если от объекта (вещества, поля) требуется проявление противоречивых свойств в одном месте пространства и в одно время, то разнесение свойств в пространстве осуществляется в подсистеме, а разнесение свойств во времени - в надсистеме или наоборот.

Для реализации указанных правил используются следующие возможности. На макроуровне вещества: системные переходы - объединение однородных и неоднородных объектов и систем, объединение системы с антисистемой, разделение системы или объекта на части и придание каждой требуемых свойств. На микроуровне вещества: фазовые переходы - изменение агрегатного состояния вещества, замена однофазного вещества двухфазным, а также физико-химические эффекты и явления.

Переход от физического противоречия к решению облегчается вепольным анализом, причем уже при построении модели задачи вепольный анализ позволяет в общем виде представить пути решения. Например, в модели задачи о напряженном железобетоне речь идет о поле и веществе, поэтому необходимо вводить второе вещество. Сопоставив этот вывод с формулировкой ИКР, можно выявить вепольное противоречие: второе вещество должно быть, чтобы веполь был достроен и второго вещества не должно быть, чтобы не отступать от ИКР. Такое противоречие преодолевается использованием "раздвоения" вещества: в качестве второго вещества берут часть первого или вводят второе вещество, являющееся видоизменением первого. Например, решение задачи о напряженном железобетоне: берутся две проволоки, тепловое поле нагревает одну и не нагревает другую, причем удлинение первой проволоки передается второй проволоке (без передачи тепла). При этом жаропрочный не расходуемый стержень нагревают до высокой температуры, происходит его удлинение и в таком состоянии он прикрепляется к проволоке. При охлаждении стержень укорачивается и растягивает проволоку, остающуюся холодной. Таким образом, в решении использована идея электротермического домкрата [11]. Причем физическое противоречие устранено точно: тепловое поле нагревает и не нагревает проволоку с условием, что раньше имелась в виду одна и та же проволока, а в решении речь едет о разных проволоках.

Преодолевать технические противоречия надо опираясь на знание законов и развития ТС. Можно пользоваться следующими правилами: 1) сначала надо попытаться устранить источник зла, а потом, если это не удается, начать борьбу с самим злом; 2) противоречие надо усиливать, обострять, доводить до предела; 3) тактика решения задач, основанная на применении законов развития, парадоксальна и ведет к диким, немыслимым на первый взгляд ответам, причем не надо бояться таких ответов. Необходимо ясно видеть диалектический процесс упрощения-усложнения ТС. В каждом конкретном случае надо уметь выявлять оперативную зону, в пределах которой следует увеличивать идеальность, "оттесняя" сложные объекты из этой зоны надсистему. За пределами оперативной зоны идеальность может оставаться без изменений или даже несколько уменьшаться за счет процесса "оттеснения". Поэтому сильное решение задачи имеет две особенности: 1) громоздкое и тяжелое оборудование "оттеснено" за пределы оперативной зоны и 2) происходит не просто механическое "оттеснение", а одновременно - упрощение.

Таким образом, при переходе от изобретательской ситуации к задаче и затем к модели задачи возникает цепочка решений: идеальное решение (сформулирован ИКР); вепольное решение (найден ответ в вепольной форме); физическое решение (сформулировано физическое противоречие и найден физический принцип его устранения); техническое решение (разработка идеи на уровне требований, предъявляемых к заявке на изобретение); расчетное решение (обоснование основных характеристик новой ТС).