Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Основы научных исследований при разработке энерго- и ресурсосберегающих процессов в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии. Учебное пособие
.pdf
«Творчество – это деятельность субъекта, в процессе которой
он самостоятельно ставит или выбирает задачу, ищет условия и способ ее решения и создает нечто новое, не существующее на данный момент» [16, с. 6].
Н а у ч н о е т в о р ч е с т в о направлено на удовлетворение потребности познания окружающего мира и связано с проведением фундаментальных исследований. Научным творчеством
занимаются в исследовательских лабораториях университетов,
в академии наук.
Н а у ч н о - т е х н и ч е с к о е т в о р ч е с т в о имеет
четкие практические цели и направлено на удовлетворение утилитарных потребностей общества. Эти виды творчества связаны
с поиском технических задач и их решений на основе научных достижений. Также научно-техническое творчество называют инженерным.
И н ж е н е р н о е т в о р ч е с т в о включает в себя постановку и решение задач, связанных с созданием, проектированием,
испытанием, доводкой, транспортировкой, эксплуатацией, ремонтом и утилизацией технических систем, их элементов, конструкционных материалов и технологий, которые отличаются более высоким техническим уровнем и конкурентоспособностью. Потребность в инженерном творчестве возникает тогда, когда проблему
невозможно решить традиционными известными способами и надо предложить новые решения.
Одной из форм инженерного творчества является изобретательство. И з о б р е т а т е л ь с т в о – процесс воплощения
научных идей в технические решения. Следует отметить, что продукт изобретательской деятельности – изобретение – занимает
промежуточное положение между научной идеей и материальным
объектом техники. Изобретение – это еще не законченная машина, не полностью разработанный технологический процесс или материал. Но это уже идея, представленная в виде конкретной физической формы (описание, чертеж, модель и т. п.), отражающей ее
новизну и осуществимость в объектах новой техники для удовлетворения существующих или новых потребностей общества. Изоб-
151
ретение является объектом интеллектуальной собственности, если
оно несет коммерческую выгоду.
Следует различать понятия «изобретение» и «научное открытие». Изобретение – это то, чего никогда не было в мире к моменту его создания, а научное открытие – это то, что было всегда, но
мы об этом не знали. Научное открытие – это результат научного
творчества.
В сфере науки и техники результаты творческой деятельности могут представлять собой [16, с. 7]:
материальный продукт (изделие, энергию, вещество);
социально-экономический эффект (снижение себестоимос-
ти, повышение производительности труда, качества материального продукта и т. п.);
информацию (новые знания, отображенные в публикациях,
научные открытия, изобретения и т. д.).
Несмотря на то, что творчество как таковое в различных областях человеческой деятельности имеет свои аспекты, сам алгоритм решения задачи универсален. Среди существующих методов решения научных и научно-технических задач наибольшее
распространение приобрела т е о р и я р е ш е н и я и з о б р е т а т е л ь с к и х з а д а ч (ТРИЗ).
7.2. Теория решения изобретательских задач
Методы ТРИЗ являются одними из наиболее эффективных
и универсальных методов решения различных изобретательских
и инженерных задач. Основателем ТРИЗ является инженер и изобретатель из Баку Генрих Саулович Альтшуллер. Изначально эта
теория была разработана именно для производственных задач,
однако впоследствии своего развития ТРИЗ адаптировали для многих других областей человеческой деятельности, как например бизнес, инновации, дизайн и др.
Как и многие другие аспекты организации инженерной и исследовательской деятельности, ТРИЗ можно выделить в отдельную учебную дисциплину. В данном курсе рассмотрены теорети-
152
ческие особенности каждого из этапов и последовательность их
применения. Это тот минимум, который необходим для понимания сути методологии ТРИЗ и ее более глубокого самостоятельного изучения.
Инструменты ТРИЗ позволяют превратить сложные, неприступные на первый взгляд задачи во вполне доступную, поддающуюся
алгоритмизации деятельность. Барьер, который стоит между задачей и ее решением и который невозможно преодолеть за один раз,
оказывается вполне преодолимым за несколько последовательных
шагов – более простых и выстроенных в нужном для решения задачи направлении.
«Алгоритм для решения изобретательских задач (АРИЗ) – это
определенная последовательность действий, следуя которой, исследователь приходит либо к решению задачи, либо к пониманию,
почему это решение найти невозможно, и как нужно переформулировать задачу для достижения положительного результата»
[17, с. 52]. АРИЗ – это инструмент в теории решения изобретательских задач.
Существует достаточно много видов АРИЗ, каждый из которых нацелен на решение определенного типа задач, однако все они
имеют в своей основе единый механизм действий. А л г о р и т м
р е ш е н и я з а д а ч при помощи ТРИЗ можно представить
в виде следующего плана действий:
1. Сформулировать изобретательскую задачу.
2. Проанализировать систему и определить, из каких компо-
нентов и функций она состоит.
3. Установить противоречие и определить, к какому типу оно
относится.
4. Сформулировать идеальный конечный результат.
5. Выявить имеющиеся ресурсы, которые помогут при реше-
нии задачи.
6. Воспользоваться наиболее подходящим алгоритмом и прие-
мом для решения задачи.
7. Провести анализ результата.
153
Формулировка изобретательской задачи
По самому названию метода уже становится понятно, что его
основное предназначение – это решение изобретательских задач.
Под изобретательской понимают сложную задачу, решение которой требует выявления противоречий, лежащих в глубине этой
задачи. То есть для решения которой необходимо выявить первопричину проблемы и устранить ее. Данный тип задач вытекает
из проблемной ситуации либо в результате инновационной деятельности предприятия, когда необходимо наладить производство
нового продукта, оптимизировать процесс, найти новые рынки
сбыта, избавиться от нежелательных свойств и т. д.
При этом важно уже на начальном этапе определить – является ли задача изобретательской и требует ли она применения методологии ТРИЗ. Проще говоря, если проблема не устраняется
ни одним из известных способов, то задача является изобретательской и необходимо применить нетривиальный подход для ее решения. Это становится понятным после анализа литературных источников и каких-то предварительных исследований. О том, как
правильно проводить информационный поиск, описано в главе 3.
Цель ТРИЗ – быстро найти наилучшее решение проблемы,
поэтому задача должна быть сформулирована так, чтобы сразу отсекать все неэффективные решения. Для того, чтобы правильно
сформулировать изобретательскую задачу, если таковая не является типовой, необходимо провести анализ исследуемой системы
и выявить в ней противоречия. В итоге весь процесс будет сводиться к тому, чтобы устранить найденное противоречие, поэтому
данному этапу уделяется наибольшее внимание.
Анализ параметров системы
С и с т е м а – основное понятие, которое используют при изучении реальных объектов. Это совокупность взаимосвязанных
компонентов, образующих единое целое, обладающее свойствами,
не присущими составляющим ее элементам, взятым по отдельности. Такое свойство называют системный эффект или эмерджентность.
154
В своей практической деятельности студенты и выпускники
химико-технологических специальностей имеют дело с техническими системами. Технические системы отличаются от других типов систем тем, что сознательно и целенаправленно создаются
человеком для выполнения какой-то необходимой работы, получения нового продукта. То есть каждая техническая система выполняет определенную функцию. При этом каждый элемент этой
системы также наделен своей функцией. Функция технической
системы выражается в действии, направленном на изменение состояния материальных объектов.
Все технические системы можно разделить на две группы –
реальные (материальные или физические) и абстрактные. Абстрактная система представляет собой некоторую модель, выраженную
схемой, математической формулой, и отражает наиболее важные
параметры анализируемой системы. На практике исследователь
сначала применяет методы ТРИЗ и тестирует идеи именно на абстрактной модели, а затем уже переходит к реальным объектам.
По своей сложности технические системы могут быть самыми
разными. Это и целый завод, и отдельный производственный цех,
и технологический аппарат. В зависимости от масштаба проблемы выбирают и соответствующий размер технической системы.
Для работы с задачей необходимо сконцентрироваться на проблемном месте, не изучая всю большую систему целиком. Нужно выделить компоненты, которые обеспечивают проблемное действие,
и работать с ними. Эти компоненты называют элементарными техническими системами.
Каждую большую систему можно разделить на несколько элементарных систем, обладающих своей структурой, свойствами,
функцией и взаимосвязанных между собой. Чем меньше будет
размер системы, тем проще будет выделить в ней противоречие,
требующее решения. Но делить целое на части необходимо разумно, без фанатизма.
При анализе каждой системы для установления проблемного
свойства, или ситуации, можно воспользоваться одним из приведенных ниже подходов. Каждый из них можно использовать как
по отдельности, так и вместе, в зависимости от стоящей задачи.
155
Первый подход подразумевает составление модели функции.
Он включает в себя описание всех компонентов изучаемой системы с описанием функций, которые они выполняют. Модель функции системы должна включать в себя субъект, который выполняет действие, само действие и объект функции. Действие может
выражаться в виде глагола действия или параметра и направления
его изменения. Например, пламя увеличивает температуру печки,
пламя уменьшает вес воздушного шара, жидкость вблизи фазового
перехода стабилизирует температуру объекта и т. д. Не стоит пренебрегать семантическим аспектом описания модели, поскольку
правильная формулировка сильно помогает пониманию задачи
на подсознательном уровне и способствует эффективности процесса творческой деятельности.
Для проведения функционального анализа необходимо знать
и понимать следующие термины в соответствии с [18, с. 34–40].
Н о с и т е л ь ф у н к ц и и – субъект, реализующий рассматриваемую функцию.
О б ъ е к т ф у н к ц и и – объект, на который направлено
действие рассматриваемой функции.
П о л е з н а я ф у н к ц и я – функция, обусловливающая
потребительские свойства объекта.
В р е д н а я ф у н к ц и я – функция, отрицательно влияющая
на потребительские свойства объекта.
Н е й т р а л ь н а я ф у н к ц и я – функция, не влияющая
на изменение потребительских свойств объекта.
Г л а в н а я ф у н к ц и я – полезная функция, отражающая
назначение объекта (цель его создания).
Д о п о л н и т е л ь н а я ф у н к ц и я – полезная функция,
обеспечивающая совместно с главной функцией проявление потребительских свойств объекта.
Ф у н к ц и о н а л ь н а я м о д е л ь – модель, отражающая
комплекс функций объекта анализа и его элементов.
Ф у н к ц и о н а л ь н о - и д е а л ь н а я м о д е л ь – функциональная модель после применения свертывания, отражающая
комплекс функций объекта, реализуемых минимальным числом
156
элементов. Данный вид модели может отражать желаемый конечный результат, к которому следует стремиться при решении задачи.
Прежде чем составлять функциональную модель системы, необходимо описать ее структуру. Структурная модель – это модель,
отражающая взаимосвязи между элементами объекта. Компонентная модель – это модель, отражающая состав объекта и иерархию
(соподчиненность) его элементов. Создание компонентной и структурной моделей называется компонентно-структурным анализом.
В некоторых случаях противоречия можно сформулировать уже
на этапе этого анализа без описания функций элементов системы.
Например, задача может быть решена добавлением нового вещества в химическую смесь (нового компонента системы) или изменением структуры системы (например, часть аппаратов в технологической системе подключаются параллельно, а не последовательно).
Н е ж е л а т е л ь н ы й э ф ф е к т – недостаток объекта,
выявленный в процессе анализа.
В некоторых случаях, когда нет направленного действия,
а имеется лишь взаимодействие объектов, субъект функции невозможно отличить от объекта функции. Например, при взаимодействии двух радиоактивных веществ может активизироваться
ядерная реакция и происходит взрыв. Оба вещества действуют
в этом случае друг на друга. В данной ситуации для анализа системы необходимо опираться на компонентно-структурный анализ.
Построенная функциональная модель системы позволяет проводить причинно-следственный анализ, выделяя основные существующие в системе недостатки и выстраивая причинно-следственные цепочки для выяснения причин возникновения основных недостатков. Это позволяет сформулировать ключевые недостатки
системы, решение которых приводит к устранению целой группы
ошибок и неисправностей.
Выявление противоречий
Наиболее полно противоречия рассматриваются в АРИЗ. Решение задач по АРИЗ представляет собой последовательность
по выявлению и разрешению противоречий, причин, породивших
данные противоречия, и их устранению.
157
Противоречия возникают, когда происходит несоответствие
между потребностью человека и возможностью ее удовлетворения.
В мире техники и технологий таковые возникают постоянно. Именно разрешение противоречий является движущей силой развития
различных систем и позволяет переходить техническим системам
на качественно новый уровень.
В теории ТРИЗ рассматривают три основных вида противоречий – административные, технические и физические.
А д м и н и с т р а т и в н ы е п р о т и в о р е ч и я по-другому называют поверхностными: есть потребность, но для данной
ситуации неизвестен способ ее удовлетворения, его необходимо
найти. Ограничения часто заданы экономическими, политическими, юридическими, культурными, социальными, психологическими аспектами и решаются не сразу, а с течением некоторого времени. Такие противоречия могут быть устранены с помощью административных решений, т. е. с помощью новых найденных
ресурсов.
Для иллюстрации данного типа противоречий можно привести пример из учебника [19, с. 331] про автобус: автобус должен перевозить много пассажиров. Как это сделать?
Второй тип противоречий – технические. Т е х н и ч е с к о е
п р о т и в о р е ч и е – это противоречие между определенными
частями, качествами или параметрами системы. Оно возникает
при попытке удовлетворить первоначальную потребность и заключается в том, что улучшение какого-то одного параметра системы приводит к ухудшению другого.
Возвращаясь к примеру с автобусом, техническое противоречие
можно сформулировать следующим образом [19, с. 331]: чтобы
перевозить много пассажиров, автобус должен быть вместимым,
т. е. больших размеров. Однако большой автобус плохо маневрирует. В данном примере возникает техническое противоречие между вместимостью автобуса и его маневренностью.
Если же задача не решается на этапе установления технического противоречия, то формулируют физическое противоречие, т. е.
ищут проблему на более глубоком уровне.
158
Ф и з и ч е с к о е п р о т и в о р е ч и е – предъявление противоположных свойств к одному из элементов технической системы. Физическое противоречие является причиной технического
противоречия. Возникает оно из-за ограничений, обусловленных
законами природы.
Для примера с автобусом физическое противоречие может
быть сформулировано следующим образом: автобус должен быть
одновременно большим, чтобы вмещать большее количество пассажиров, и маленьким, чтобы быть маневренным.
В результате решение изобретательской задачи сводится к устранению одного из сформулированных противоречий. Причем
для одной и той же задачи могут быть сформулированы несколько
технических и физических противоречий. Для решения физических противоречий или противоречий свойств, как правило, находят
компромисс, в определенной степени удовлетворяющий предъявляемым требованиям к изучаемой системе.
Идеальный конечный результат
Один из фундаментальных законов ТРИЗ говорит о том, что
технические системы стремятся в своем развитии к идеальному
конечному результату: системы нет, а ее функция выполняется.
Городские стены, например, в древности и в Средние века играли
очень важную защитную функцию [18, с. 25]. Со временем эта функция городов была передана государству, армии, защитная функция
городской стены просто отпала.
При решении задачи исследователь, как правило, знает результат, к которому стремится, заранее его себе представляет. Идеальный конечный результат – это решение проблемы таким способом, при котором желаемый результат достигается без введения
в систему новых элементов, а посредством преобразования уже
имеющихся частей, т. е. нужное действие совершается без какихлибо затрат или потерь. При устранении противоречий и решении
изобретательской задачи система приближается к своему идеальному конечному результату (ИКР).
159
Закон стремления к ИКР определяет основное направление
затрат вредные
ИКР ,
в развитии технических систем. Формально ИКР можно описать
формулой [18, с. 25–26]:
F
полезные
F
где ИКР – идеальный конечный результат для системы, в результате решения задачи должен увеличиваться;
F
– сумма полезных функций системы, также должна
полезные
увеличиваться;
– сумма затрат для выполнения всех функций, напри-
затрат
мер, времени и других ресурсов, при производстве, продвижении,
продажах и доставке продукта и т. д., в идеале затраты должны
уменьшаться;
F
– сумма вредных функций системы, также должна
вредные
уменьшаться.
Представленная формула является некоторым ориентиром, при-
мером, как можно выразить ИКР и что влияет на его достижение.
Также к основным свойствам ИКР можно отнести следующие:
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 сами собой.
Формулировка ИКР в начале решения задачи сильно упрощает
процесс. ИКР – это маяк, который помогает выбрать нужное направление движения мысли исследователя и довольно быстро и эффективно подобрать нужное решение.
Ресурсы для решения задач
Р е с у р с ы – это все, что может быть использовано для решения поставленной задачи. Смысл изобретательского решения
состоит в том, чтобы наилучшим образом применить наиболее
160
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]