Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Функционально-стоимостной анализ и теория решения изобретательских задач. Учебное пособие
.pdf
альтернативные варианты, можно получить множество различных решений. Анализируя их, выделяют предпочтительные варианты.
Примером морфологической таблицы является прайс-лист компьютерной фирмы. В прайс-листе содержится информация о нескольких
типах корпусов ЭВМ; материнских плат; процессоров и т. д. Каждая
часть снабжена техническими характеристиками и ценой. Не все варианты частей могут быть состыкованы между собой. Главное, что характеризует прайс-лист, — это отсутствие критерия качества целого компьютера для конкретного пользователя. Глядя на прайс-лист, надо синтезировать данный критерий и выбрать оптимальный состав частей. Как
результат синтеза могут быть выявлены варианты построения компьютеров, ориентированных на различные категории пользователей.
Трудность здесь такая же, как и в ситуации подбора одежды для
девушки. Если ознакомиться с товаром в ряде магазинов, то нетрудно
по рекомендации «лучшее — дорогое» купить отдельные элементы гардероба. Скорее всего эти «лучшие» элементы не будут в целом смотреться на девушке из-за несовместимости цветов, фасона, да и самого
облика и характера девушки, т. е. отсутствует оптимизация по критерию
целого.
Покупка в одиночку может превратиться в мучительное хождение
по магазинам с тысячами примерок. При этом скорее всего будет ошибочно приобретен не тот товар.
Для анализа критерия целого лучше привлечь опытных экспертов
(например, пойти по магазинам с подругами), которые могут указать на
ошибки выбора.
Опытный кутюрье поможет сделать выбор дорогой модной одежды. Возможно, чтобы еще лучше подходить под предложенную одежду,
вам придется позаниматься с психологом, косметологом и инструктором физкультуры для изменения имиджа. К счастью, многие девушки
способны сами одеваться «дешево и сердито» и умеют самостоятельно
адаптировать свой имидж.
Морфологическая таблица, составленная в компактной форме,
поможет избежать многократного хождения по одним и тем же магазинам, что сэкономит ваше время и время экспертов. Морфологическая
91
таблица позволит вам и экспертам просмотреть значительно большее
число вариантов и сделать более оптимальный выбор.
В 1983 г. В. В. Костериным была успешно применена морфологическая таблица для синтеза идей построения алгоритма нелинейного
программирования поиска глобального экстремума функций многих переменных на сетке кода Грея. Алгоритмы нелинейного программирования предназначены для поиска экстремумов функций многих переменных. В методах прямого поиска экстремум выявляется путем расчета
множества точек функции при аргументах, определяемых самим алгоритмом поиска. В таблице приведена данная морфологическая таблица,
которая содержит классификационные признаки отдельных механизмов
алгоритмов нелинейного программирования на уровне основных принципов. Приведенные классификационные признаки выделялись по основным функциональным признакам отдельных механизмов. Каждому
классификационному признаку соответствует множество реализаций
механизмов в виде значений классификационных признаков.
Интересно отметить, что число возможных реализаций алгоритмов нелинейного программирования по этой таблице составляет N=5-68-5-7-7-6=352800, что значительно превышает число опубликованных
методов (около 2000)!
Суть метода состоит в том, что в системе выделяют несколько характерных (структурных или функциональных признаков). Каждый из
них может характеризовать какой — то параметр или характеристику
системы, от которых зависит решение проблемы. По каждому выделенному признаку составляют список его различных вариантовальтернатив. Признаки с альтернативами располагают в таблицу —
«морфологический ящик». Перебирая всевозможные сочетания этих
альтернатив, можно выявить новые варианты решения. Модификации
морфологического метода — матричные методы. Тезаурусный подходизучение системы снизу, т. е. не определение цели, а перечисление элементов и связей — морфологический.
Морфологический анализ — эффективный способ решения системных задач требующих нетрадиционного, оригинального решения.
Идеи современного морфологического анализа были впервые опробованы монахом Раймондом Лулием (примерно 1235-1316 гг). Вторую
92
жизнь методу дал известный швейцарский астрофизик, работавший в
США в середине XX века Фриц Цвикки. Используя свой метод
Ф. Цвикки, смог генерировать внушительное количество оригинальных
решений для задач ракетостроения. Название метода «морфологический» частенько заменяют термином «метод Цвики». Сейчас морфологический анализ широко применяется в различных областях человеческой деятельности. Развитие метода сформировало отдельное его
направление — Теорию Решения Изобретательских Задач (ТРИЗ
Г. С. Альтшуллера).
93
8 ИНСТРУМЕНТЫ РЕШЕНИЯ ИЗОБРЕТАТЕЛЬСКИХ ЗАДАЧ
НА ТВОРЧЕСКОМ ЭТАПЕ ФСА
8.1 Основные положения современной ТРИЗ
Теория решения изобретательских задач начала разрабатываться в
конце 40-х годов прошлого столетия Г. С. Альтшуллером первоначально как методика, которая помогала находить решения изобретательских
задач высокого творческого уровня в технике. После появления своего
первоначального варианта в 1956 г [1], эта методика непрерывно совершенствовалась, расширялась, включала новые инструменты, элементы психологии, педагогики и т. п. Она стала находить применение в
различных областях науки, искусства, экономики и других сферах деятельности людей. Но она, естественно, наиболее активно использовалась для совершенствования различных технических систем.
К началу 90-х годов ХХ в были сформулированы основные принципы ТРИЗ [2]:
– Развитие есть повышение идеальности системы (технической,
социальной, экономической, биологической и т. д.), т. е. отношения
суммы выполняемых ею полезных функций к сумме факторов расплаты
за их выполнение.
– Существуют объективные и принципиально познаваемые законы развития, выявление их возможно путем анализа истории развития и
соответствующих информационных фондов. Их использование позволяет прогнозировать и сознательно, целенаправленно (а не на базе метода проб и ошибок, т. е. без перебора множества вариантов) совершенствовать системы различной природы.
– Законы развития различных систем (в том числе и не технических, таких как общество, искусство, наука и т. п.) близки друг к другу
(хотя имеются и определенные отличия). Это позволяет применять
ТРИЗ в разных областях путем преобразования задач этой области для
решения к типовым, принятым в ТРИЗ формулировкам.
– Первично развитие систем, а не решение задач (любая система
может развиваться, но не любая задача может быть решена). Получение
нужного результата возможно путем решения различных задач. ТРИЗ
94
обеспечивает анализ системы, преобразование поставленных ранее и
выявление новых задач, выбор среди них таких, решение которых может дать наилучший результат.
– Для решения задач используются специальные алгоритмы
(например, АРИЗ — алгоритм решения изобретательских задач), обеспечивающие снижение сложности задач путем анализа и выявления их
глубинной сути — противоречий — и решение путем разрешения или
устранения сформулированных противоречий с помощью специальных
поисковых инструментов — операторов (типовые приемы и принципы
устранения и разрешения противоречий, стандарты на решение изобретательских задач).
– Для поиска эффективных путей преобразования систем применяются специфические приемы моделирования структуры и функционирования систем (вепольный анализ).
– При поиске решений задач используются также специально подобранные и организованные высокоэффективные информационные
фонды: фонды применения физических, химических, геометрических,
психологических, социальных и других эффектов, фонд примеров к
приемам разрешения и устранения противоречий и к стандартам на решение изобретательских задач (фонд решений задач — аналогов).
– Для повышения эффективности поисковой работы человека применяются специальные приемы снятия психологической инерции, методики формирования творческой мотивации и творческого мышления.
– Для обеспечения наибольшей эффективности применения ТРИЗ
используется комплексный подход к решению задач и развитию систем — от поиска принципиально новых идей по системе в целом до
мелкого совершенствования отдельных узлов, деталей, элементов, от
формирования замысла до окончательной его отработки и отделки, совершенствования системы на всех этапах ее жизненного цикла.
– ТРИЗ позволила выделить поиск новых решений в особую специальность — «поисковик» — со своим комплексом знаний, умений и
навыков. Основной метод работы поисковика — решение задач в режиме диалога со специалистами в области, в которой задача сформулирована. Поисковик, опираясь на ТРИЗ, направляет поиск и ход решения,
95
специалисты представляют нужную информацию, «привязывают»
найденные в ходе решения идеи к «своей» системе.
– Комплексное изучение и использование ТРИЗ в конечном счете
формирует у человека так называемое «ТРИЗовое мышление», суть которого в том, что перечисленные выше принципы постепенно переходят
на подсознательный уровень, т. е. нацеленность на идеальное решение,
выявление и разрешение противоречий, выявление и использование закономерностей развития, системный подход и другие составляющие
ТРИЗ становятся неотъемлемой частью мышления, проявляются при
решении любых задач и проблем спонтанно, без сознательных усилий.
– ТРИЗ сама является развивающейся системой, ее развитие подчинено изучаемым ею же закономерностям. Поэтому возможно развитие ТРИЗ при помощи инструментов и методов самой ТРИЗ. Это определяет невозможность застоя в ее развитии: постоянно происходит обновление теории, создание новых ее инструментов, проникновение
(экспансия) в новые области применения и т. п.
– ТРИЗ обладает потенциальной опасностью как инструмент, повышающий могущество того, кто им владеет, и поэтому очень важно использование при ее обучении психологической подготовки (на базе теории развития творческой личности и элементов теории развития коллективов), снижающей вероятность негуманного использования ТРИЗ.
8.2 Алгоритм решения изобретательских задач — АРИЗ —
основной инструмент ТРИЗ
Свое первое публичное название Алгоритм решения изобретательских задач (АРИЗ) получил в 1965 г в статье Г. С. Альтшуллера
«Внимание: алгоритм изобретения!», опубликованной в приложении к
«Экономической газете» за 1 сентября 1965 г [7].
АРИЗ — комплексная программа алгоритмического типа, основанная на законах развития технических систем и предназначенная для
анализа и решения изобретательских задач высокого творческого уровня. Благодаря постоянным усилиям самого Г. С. Альтшуллера, а в последние годы и усилиям большого числа его учеников и последователей, АРИЗ из года в год совершенствуется, его шаги все более формализуются, а решательная способность существенно усиливается.
96
Основой АРИЗ является программа последовательных операций
(шагов) по анализу неопределенной, а часто и вообще неверно поставленной исходной задачи и преобразованию ее в четкую схему (модель)
конфликта, неразрешимого ранее известными способами. Дальнейший
анализ конфликта приводит к выявлению физического противоречия
(ФП) — противоположных требований к физическому состоянию технической системы или ее части. Именно разрешение ФП необходимо и
достаточно для устранения конфликта, из-за которого и возникла задача. При этом выявление и разрешение ФП осуществляется с ориентацией на ИКР — идеальный конечный результат, общий смысл формулировок которого для различных задач следующий: приобретение полезного качества (или устранение вредного) не должно сопровождаться
ухудшением других качеств (или появлением вредного качества).
В программе анализа — в самой ее структуре и правилах выполнения отдельных операций — отражены объективные закономерности
развития технических систем, поэтому поиск решения сознательно ведется в направлении совершенствования той технической системы, для
которой задача решается.
Поскольку программу реализует человек или группа людей, АРИЗ
предусматривает операции по управлению психологическими факторами. Эти операции призваны гасить психологическую инерцию и стимулировать работу воображения решающих задачу. Значительное психологическое воздействие оказывает само существование и применение
АРИЗ: работа по программе придает уверенность, позволяет смелее выходить за пределы узкой специальности, к которой относится решаемая
задача, и, главное, все время ориентирует работу мысли в наиболее перспективном, с точки зрения законов развития систем, направлении.
АРИЗ содержит в своем составе и конкретные эвристические операторы, форсирующие воображение. В сущности, в глубине этих эвристических операторов также «спрятаны» объективные закономерности развития систем, но закономерности эти еще не вполне выявлены, а только
угадываются. По мере развития АРИЗ эвристические операторы постепенно превращаются в точные операторы преобразования задач.
АРИЗ использует обширный и в то же время компактный информационный фонд ТРИЗ. Основными составляющими этого фонда являются
97
приемы разрешения технических противоречий, стандарты на решение
изобретательских задач и банки эффектов и явлений (физических, химических, геометрических и др.). Первоначальный перечень типовых приемов устранения технических противоречий и большое число примеров
применения этих приемов представлены в книге Г. С. Альтшуллера [3].
Обновленный вариант перечня изложен в пособии [4].
Практика применения приемов показала, что эффективное решение сложных задач обычно связано с применением комплексных приемов, включающих несколько обычных приемов и физические эффекты
или явления. Особенно сильные сочетания приемов и физических эффектов и явились прообразами стандартов на решение изобретательских
задач. По своей сути стандарты — это правила преобразования и синтеза технических систем, непосредственно вытекающие из законов развития этих систем.
Современная система стандартов на решение изобретательских
задач, включающая 76 стандартов, была сформирована и опробована
при решении многочисленных изобретательских задач в 1984-1986 гг.
Система описана в статье Г. С. Альтшуллера «Маленькие необъятные
миры. Стандарты на решение изобретательских задач», опубликованной
в сборнике «Нить в лабиринте» [5].
Часть «Указателя физических эффектов и явлений, применяемых
для решения изобретательских задач» изложена в разделе «Магический
кристалл физики», подготовленном большой группой авторов и опубликованном в сборнике «Дерзкие формулы творчества» [6].
«Указатель химических эффектов», составленный
Ю. П. Саламатовым, опубликован в главе «Подвиги на молекулярном
уровне» в сборнике [5, с. 95–163].
И. Л. Викентьев и В. И. Ефремов разработали «Указатель геометрических эффектов», изложенный в их статье «Кривая, которая всегда
вывезет», опубликованной в сборнике [7, с. 71–175].
В целом, АРИЗ, используя весь арсенал входящих в него составляющих, разрушает стереотипы формальной логики и строит свою, на
первый взгляд, парадоксальную логику поиска решения задачи. Если до
разработки АРИЗ изобретательство было, так сказать, «игрой без правил», рассчитанной лишь на талант, озарение или везение, то АРИЗ со-
98
здает «правила игры без правил», делая управляемым процесс создания
изобретений высокого уровня.
АРИЗ прошел длительный путь развития, начиная от своей предпрограммной стадии, представляющей собой перечень этапов решения
изобретательской задачи [1], позднее получившей обозначение АРИЗ56, промежуточных вариантов АРИЗ-61, АРИЗ-64, АРИЗ-65, в обозначение которого впервые было введено понятие «алгоритм», АРИЗ-68,
АРИЗ-71, АРИЗ-75, АРИЗ-77 и АРИЗ-82, до современной версии АРИЗ85-В, разработанной в 1985 г [8].
АРИЗ-85-В состоит из девяти частей, включающих в общей сложности 40 шагов анализа, 11 правил и 44 примечания к ним. Правила и
примечания необходимы в основном на период освоения АРИЗ специалистами, а в дальнейшем они закрепляются в памяти и выполнение их
осуществляется практически автоматически.
При правильном применении АРИЗ каждый шаг анализа задачи
логично вытекает из предыдущих шагов. Эта логичность, однако, не
мешает появлению принципиально новых неожиданных идей, так как
беспорядочному «броуновскому» движению мысли при решении изобретательских задач методом проб и ошибок АРИЗ противопоставляет
высокую организованность мышления в сочетании с нетривиальностью
мыслительных операций, определяемой шагами АРИЗ, и сознательным
использованием законов развития техники.
Далее дается текст АРИЗ-85-В по книге Альтшуллера Г. С., Злотина Б. Л., Зусмана А. В. и Филатова В. И. [9]. В изложении АРИЗ-85-В
включен пример решения с его использованием задачи о защите антенн
радиотелескопа от поражения молниями.
8.3 Задача
Радиотелескоп для приема собственного радиоизлучения небесных объектов состоит из антенной системы и радиоприемного устройства — радиометра. Антенная система может включать сотни отдельных элементов, разнесенных на значительные расстояния (сотни метров). Для исключения влияния промышленных источников радиосигналов радиотелескопы устанавливают вдали от крупных населенных
99
пунктов, преимущественно в предгорных районах, где часты грозы.
Необходимо защитить элементы антенной системы радиотелескопа от
поражения молниями. Обычные молниеотводы не подходят, так как создают радиотени и мешают приему радиосигналов от наблюдаемых
объектов. Как быть?
8.4 АРИЗ-85-В
АРИЗ — сложный инструмент, не применяйте его для решения
новых производственных задач без предварительного обучения хотя бы
по 8-часовой программе.
АРИЗ — инструмент для мышления, а не вместо мышления, не
спешите! Тщательно обдумывайте формулировку каждого шага. Кроме
того надо тщательно обязательно записывать (на полях) все соображения, возникающие по ходу решения задачи.
АРИЗ — инструмент для решения нестандартных задач, проверьте: может быть ваша задача решается по стандартам?
8.5 Решение задачи о радиотелескопе
Часть 1. Анализ задачи (в дальнейшем нумерация пунктов —
порядковая)
Основная цель первой части АРИЗ — переход от расплывчатой
изобретательской ситуации к четко построенной и предельно простой
схеме (модели) задачи.
1.1 Записать условия мини-задачи (без специальных терми-
нов!) по следующей форме:
Техническая система для (указать значение) включает (перечислить
основные части системы). Техническое противоречие 1: (указать). Техническое противоречие 2: (указать). Необходимо при минимальных изменениях в системе (указать результат, который должен быть получен).
Пример Техническая система для приема радиоволн, молниеотводы, молнии. ТП-1: если молниеотводов много, то они надежно защищают антенну от молний, но поглощают радиоволны. ТП-2: если молниеотводов мало, то заметного поглощения радиоволн нет, но антенна не
100
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]