ТРИЗ для «чайников»
Приемы устранения технических противоречий
Лев Хатевич Певзнер
Редактор Надежда Станиславовна Сотникова
© Лев Хатевич Певзнер, 2017
ISBN 978-5-4485-7523-5
Создано в интеллектуальной издательской системе Ridero
ВВЕДЕНИЕ
Я познакомился с ТРИЗ в 1982 году на семинаре, который проводили Г. С. Альтшуллер, В. М. Петров и В. М. Герасимов. После месяца обучения нам показалось, что мы всесильны, что мы способны решать любые задачи. Но действительность быстро приземлила нас. Задачи почему-то не решались. То, что казалось панацеей, не «лечило» наши конкретные диагнозы.
Позднее я понял – не произошло ничего неожиданного. Самая хорошая скрипка не звучит без скрипача, и даже суперсовременный самолет сам не делает фигуры «высшего пилотажа». Так и с ТРИЗ – это сильный инструмент, но только в руках профессионалов. А профессионалом можно стать только после 5-10 лет плотной работы со всеми инструментами ТРИЗ. Таких специалистов в СССР было несколько десятков человек, да и сейчас немногим больше. Но зато каждый способен решить практически любую изобретательскую задачу.
Особенно эффектно это происходило на обучающих семинарах по заказам предприятий. Неподготовленному человеку трудно поверить, что ТРИЗ-профессионалы могут в течение часа решить проблему, над которой группа инженеров билась несколько месяцев или даже лет. Инженеры предприятий встречали нас всегда с большим недоверием, особенно на таких сильных предприятиях, как НГМК или Уралмаш. Все, что мы им показывали в первые дни, вызывало недоверие: понятно, тут у вас все подготовлено, вот и получается, а попробуйте-ка реальную задачу решить.
Сразу мы не соглашались, ведь чтобы создать напряжение – нужна пауза. Но на третий день семинара мы предлагали дать любую практическую задачу, стоящую перед предприятием. Всем слушателям становилось ясно, что тут заготовки быть не может, и вся группа со злорадством ждала оглушительного провала. Ведь задача, которая потребовала несколько лет работы лучших специалистов предприятия и на которую у них был «контрольный ответ», не может быть решена человеком со стороны, да еще в течения часа-полутора. И вот тут провалиться было нельзя! Но мы и не проваливались. Как правило, всегда находилось решение, которое часто было гораздо более эффектным, чем заготовленный заказчиками «контрольный ответ». Трудно поверить, что это возможно, но это так! Поэтому после таких «показательных выступлений» контакт с группой налаживался очень быстро. Так было на всех моих семинарах. Исключение составил семинар в Норильске, где я в составе команды Б. Злотина участвовал в обучении сразу трех групп инженеров. Надо сказать, что инженерный корпус НГМК был самым сильным из всех, с кем мне приходилось работать. Это были молодые и очень умные ребята. Они быстро сообразили, что мы действительно умеем решать задачи и… начали активно эксплуатировать нас! За этот семинар мы решили для каждой группы наших слушателей по 10-12 реальных задач по производству. Это, разумеется, входило в стоимость семинара и, я уверен, комбинат вернул все свои затраты на семинар только за счет этих решений.
Основной проблемой ТРИЗ является то, что этот сильный инструмент очень не прост в освоении и применении. Поэтому, даже прослушав серьезный курс ТРИЗ, инженеры не могут сразу эффективно применять его. Именно это и препятствовало быстрому распространению ТРИЗ, поскольку у рядового инженера нет времени на освоение новых навыков. Как разрешить это проблему – сделать сильный инструмент доступным широкому кругу инженеров? Ведь зачастую у меня были семинары всего от 12 до 40 часов, что явно недостаточно. Как убедить рядового инженера, что ТРИЗ эффективен? Как дать ему инструмент, чтобы он сразу мог пользоваться им?
Я любил вести обучение в виде беседы со слушателями, когда просто рассказывал основные инструменты ТРИЗ, иллюстрируя все примерами из своей практики, шутками и анекдотами. Так проще понимать материал и принимать его (ведь, как говорят, «в каждой шутке есть только доля шутки, а все остальное – правда»). А заодно просил слушателей самим попробовать сразу применять изложенный материал к своим производственным проблемам и обсуждал с ними их проблемы и задачи.
В этой книге мы рассмотрим 20 основных приемов устранения технических противоречий, которые я выбрал как наиболее эффективные и часто применяемые. На основе более чем 30-летнего опыта работы я исключил часть приемов, которые используются редко, а часть приемов перегруппировал и объединил для удобства работы.
В отличие от традиционного изложения приемов, я подробно раскрою подприемы каждого из них, а также расскажу о типовых применениях этих приемов, подкрепив каждый пункт примером (задачей-аналогом). Это позволит тебе, Читатель, увидеть как общие аналогии (приемы), так и более конкретные аналогии, а значит найти больше интересных решений.
В этой книге будут изложены два инструмента – алгоритм выявления противоречия и приемы.
Понимание изобретательской задачи как противоречия в системе позволяет быстро выбрать метод решения, а зачастую и решить ее сразу, без привлечения специальных инструментов ТРИЗ. А использование приемов устранения технических противоречий часто подсказывает аналогии, которые могут наводить на решение. Эти материалы, с моей точки зрения, позволяют быстро перейти к практическому использованию ТРИЗ. Эти инструменты доступны рядовым инженерам, имеющим общую техническую подготовку, минимальные знания и опыт работы с инструментами ТРИЗ. Для работы достаточно просто читать излагаемый материал и примерить его на свои проблемы.
Глава 1. БАЗОВЫЕ ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
Собственно говоря, комплекс инструментов ТРИЗ основывается на двух базовых философских сентенциях:
1. Весь материальный мир развивается по объективным законам диалектики, и техника, как часть материального мира подчиняется этим законам.
2. Законы развития техники объективны – их можно познать и осознанно использовать для развития техники.
Пример-шутка
К одесситу подходит приезжий
– Скажите, если я пойду по этой улице там, в конце будет вокзал?
– Знаете, он там будет, даже если вы туда не пойдете.
Рис. 1. Знаете, он там будет, даже если вы туда не пойдете
Из этих двух положений вытекают очень важные следствия:
– если есть общие закономерности развития техники, значит, есть и общие подходы к решению изобретательских задач в различных областях науки и техники; эти закономерности можно выявить и использовать;
– на основании общих философских подходов можно разработать конкретные закономерности (вплоть до приемов, микростандартов), позволяющие прогнозировать развитие техники в разных областях, на основе общих закономерностей, выявленных в одной из них.
Что такое правильно поставить задачу?
Из основных положений ТРИЗ следует, что развитие техники идет по пути развития, обострения и разрешения противоречий, на основе основного закона диалектики – закона единства и борьбы противоположностей. Поэтому при развитии техники и решении задач следует в первую очередь выявлять противоречие, препятствующее развитию технической системы или решению изобретательской задачи.
Говорят, что правильно поставить задачу – наполовину решить ее. В технике правильно поставить задачу – это выявить ключевое техническое противоречие из общей изобретательской ситуации, которое мешает развитию системы или решению задачи.
Дело в том, что задачи, которые ставятся перед изобретателями, строго говоря, не являются техническими задачами. Как правило, мы сталкиваемся даже не с задачей, а с изобретательской ситуацией.
Изобретательская ситуация – это то, как мы видим проблему внешне. И хотя часто, кажется, что проблема поставлена точно и определенно, но реально это не так. В изобретательской ситуации часто бывает смешано несколько задач, а иногда вообще ставится не та задача, которую надо решать!
Почти всегда в описании проблемной ситуации присутствует избыточная информация (зачастую просто неверная или субъективная информация!), которая не имеет отношение к проблеме, но сильно затрудняет понимание ее сути и решение. Иногда же наоборот, границы задачи неоправданно заужены, что мешает найти решение. И часто правильно понять проблему – почти эквивалентно решению задачи. Именно поэтому крайне важно бывает понять, что мешает нам решить ту или иную задачу, то есть выявить техническое противоречие.
Учебник по ТРИЗ Гасанов А И
7. Противоречия - разбор примеров и задач
Ревенков А. В.
Рассмотрим, как формулировка противоречий помогает в поиске решения задачи.
Следует отметить, что противоречия в задачах появляются в следующих случаях:
Когда не видно, как реализовать возникшую потребность (административные);
Когда стремление улучшить одни свойства объекта приводит к недопустимому ухудшению других свойств (технические);
Физические противоречия обнаруживаются в результате анализа технических противоречий, а также после формулирования ИКР и попытке приблизиться к нему.
В физическом противоречии формулируются требования, приводящие к несовместимым свойствам, которыми должен обладать объект. Раскрывая глубинную суть конфликта, формулировка ФП обладает эвристической ценностью. После формулировки физического противоречия необходимо провести его анализ и наметить прием его разрешения, и только после этого непосредственно осуществлять поиск самого решения.
Стремление же сразу искать ответ на поставленную задачу без такого анализа практически приводит к применению метода проб и ошибок. Поэтому наша задача отработать приемы поиска решения, сформировать навык применения приемов, которые рекомендуются в ТРИЗ.
Задача 7.1. Одно из чудес света - Александрийский маяк на египетском берегу Средиземного моря. Время разрушило маяк, но многие археологи утверждают, что он был высотой более 300 м.
Несколько веков простоял маяк с надписью на вершине: «Для богов и во имя спасения моряков построил Состратос из Книда, сын Дексифона». Так звали строителя, и люди запомнили его имя на века. Но история помнит и другое. Когда строительство маяка заканчивалось, Состратоса вызвал правитель и повелел: «Ты высечешь на маяке мое имя!».
Строителю было запрещено высекать свое имя, и он знал, что если он не выполнит приказа, то его казнят, а если выполнит, то потомки никогда не узнают имени настоящего автора маяка.
Строитель остался жив, но весь мир узнал его имя.
Как это могло произойти?
АП: Очень хочется увековечить свое имя, а правитель запретил это делать, - он хочет увековечить свое имя.
ТП-1 : Если я выбью на стене свое имя, то увековечу его, что хорошо, но лишусь жизни, что недопустимо.
ТП-2 : Если я выбью на стене имя правителя, то не увековечу своего имени, что плохо, но при этом останусь жить, что хорошо.
Таким образом, приходим к двум противоречащим высказываниям, которые и составляют физическое противоречие.
ФП : На стене должно быть мое имя, чтобы его увидели потомки, на стене не должно быть моего имени, а должно быть имя правителя, чтобы меня не казнили.
Эту задачу можно сформулировать следующим образом. Пока жив правитель, надпись должна быть одна, а после его смерти - другая.
Тогда ФП можно переформулировать: Надпись должна быть одна, чтобы ее увидел правитель, и надпись должна быть другая, чтобы ее увидели потомки. Как это сделать?
Из последней формулировки ФП видно, что для правителя надпись должна быть одна, чтобы он ее увидел, а для потомков должна быть другая, чтобы увековечить свое имя. То есть противоречащие требования, которые предъявляются к объекту, относятся к разным моментам времени.
Противоречие разрешается во времени введением в систему еще одного компонента - вещества, которое сначала должно быть, а потом исчезнуть.
Решение
Строитель вытесал на каменной стене свое имя, но закрыл его слоем известкового раствора, на котором написал имя правителя. Через несколько лет известняк выветрился и проступило имя «Состратос, сын Дексифона».
Задача 7.2. В экспериментальной лаборатории для испытания длительного действия кислот на поверхность образцов сплавов имеется установка, которая представляет собой герметичную камеру.
На дно камеры устанавливаются образцы в виде кубиков. Камеру заполняют агрессивной жидкостью и создают необходимую температуру и давление.
Проблема заключается в том, что агрессивная жидкость действует не только на образцы, но и на стенки камеры, вызывая их коррозию. Камеру приходиться изготовлять из благородных металлов, что чрезвычайно дорого.
Таким образом, имеем АП: нужно снизить затраты на испытания, а как это сделать - неизвестно.
В задаче описана система, состоящая из трех компонентов, которые участвуют в конфликте: камера, образцы и агрессивная жидкость.
Соответственно имеются три пары взаимодействий (рис. 7.1):
камера - жидкость;
камера - кубик;
жидкость - кубик.
Жидкость агрессивная и должным образом взаимодействует с образцом (кубиком) - цели испытаний достигаются. Но жидкость разрушает стенки камеры - плохое взаимодействие.
Рис. 7.1
Жидкость должна быть агрессивной, но стенки камеры не должны разрушаться. Поэтому первая и третья пара взаимодействий находятся в конфликте между собой.
Г. С. Альтшуллер разбирал эту задачу на семинарах и писал, что «… за 1973–1982 гг. накопилась обширная статистика…
Слушатели, незнакомые с ТРИЗ, в 75 % случаев выбирают в качестве конфликтующей пары „камера - жидкость“, то есть ситуация переводится в задачу по борьбе с коррозией. Это крайне невыгодная стратегия: локальная задача по улучшению способа испытаний образцов заменяется несоизмеримо более общей и трудной задачей по защите металла от коррозии. В результате - 80 % заведомо неверных решений и почти 20 % весьма сомнительных и ненадежных (например, различные защитные покрытия камеры). Слушатели, знающие основы ТРИЗ, в 83 % случаев выбирают пару „кубик - жидкость“, что почти всегда приводит к правильному ответу».
Очевидно, это связано с тем, что в постановке задачи незримо присутствует вектор психологической инерции (ВПИ), который и нацеливает на решение именно этой проблемы.
Разработка модели задачи в виде сформулированных ТП позволяет избавиться от вектора психологической инерции (ВПИ).
Главная полезная функция (ГПФ) камеры - это создание необходимых условий для испытаний: размещение образцов, агрессивной жидкости, создание давления и температуры.
Камера должна быть, чтобы изолировать агрессивную среду и создать необходимые условия для проведения испытаний (температуру и давление). Но жидкость вредно действует на стенки камеры.
Поэтому в формулировке ТП нужно отразить конфликт совместного взаимодействия:
Но жидкость и образцы должны находиться в камере, значит, агрессивная жидкость будет взаимодействовать со стенками камеры.
ТП-1 : Если жидкость будет находиться в камере, то будут соблюдены условия испытаний, но при этом стенки камеры будут разрушаться.
ТП-2 : Если жидкость будет взаимодействовать с образцом вне камеры, то не будет и разрушительного действия жидкости на стенки камеры, но при этом не будут соблюдены условия испытаний.
Здесь следует отметить, что понятие «изменяемый параметр», участвующий в описании ТП - это не только количественные изменения в системе (например, увеличить, уменьшить), но и качественные изменения, наличие или отсутствие каких-то условий.
Понятие «функциональное свойство» (см. рис. 7.1) в данной задаче следующее:
Ф1 - условия проведения испытаний;
Ф2 - сохранение (неразрушение) стенок камеры.
В этой задаче целесообразно обратиться к формулированию ИКР - того идеального образа, к которому нужно стремиться.
ИКР : Жидкость сама нужным образом воздействует на образец и не оказывает вредного воздействия на камеру.
Достижению ИКР мешают реальные условия.
ФП : Жидкость должна быть агрессивной для образцов, чтобы достичь целей испытаний и не должна быть агрессивной для стенок камеры, чтобы они не разрушались.
После такой формулировки, естественно, возникает задача: «Как сделать так, чтобы жидкость, находясь в камере, не воздействовала на ее стенки агрессивно?»
Коррозия стенок камеры - это нежелательный эффект (НЭ). Следует обратить внимание, что после формулирования ФП задача получает другую направленность - не бороться с НЭ, а не допустить его появления.
Из противоречащих высказываний видно, что диктуемые требования относятся к объектам, которые расположены в разных точках пространства - агрессивная для образцов и не агрессивная для стенок камеры.
Таким образом, приходим к мысли, что противоречие можно разрешить в пространстве.
Ресурсы для изменения системных свойств объекта:
Изменение изделия или инструмента;
Введение веществ, полей;
Изменение формы компонентов системы.
Основное требование для проведения испытаний - жидкость должна контактировать с образцами.
Возможные решения
Каждый образец с жидкостью изолируется от камеры, например, устанавливается в сосуд или мешок, сделанный из пленки. Эти дополнительно введенные компоненты должны быть сделаны из материалов, которые выдерживают действие жидкости и температуры, при которых проводятся испытания.
При этом можно добиться дополнительного эффекта, чтобы стенки камеры не взаимодействовали с парaми агрессивной жидкости.
Жидкость удерживается самим образцом. Для этого его надо сделать с полостью.
Следует отметить, что препятствием для получения последнего решения является заданный в условии задачи ВПИ, который создается тем, что испытуемый образец называется кубиком.
Задача 7.3 . При наклеивании новых обоев из стен удаляют шурупы, на которых крепились ковры, книжные полки и т. д. Возможно, что придется вернуть некоторые предметы на старое место. Как найти отверстия в стене?
ТП : Чтобы найти отверстие, нужно на обоях сделать какую-то метку, например, вставить в отверстие спичку, которая при наклейке обоев проткнет их и будет выступать. Это неважно, если точно известно, что это отверстие будет использовано. А если неизвестно, какие отверстия понадобятся, а какие нет, то это портит внешний вид стены.
Таким образом, необходимо предложить простой способ отыскания отверстий в стене после наклейки обоев, но такой, чтобы внешний вид стены не был испорчен.
ФП : Метка на стене должна быть, чтобы знать, куда вставить шуруп, и метки быть не должно, так как она портит внешний вид стены.
Из этой формулировки, естественно, формулируется задача, что метка должна быть такой, чтобы ее не было видно.
Из формулировки ФП видно, что противоречащие требования к метке относятся к различным моментам времени. Метка должна появляться только тогда, когда в ней возникает потребность, а когда такой потребности нет, то нет и метки.
Система: стена, обои, отверстия в стене (пустые или с установленными в них вставками - пластмассовыми или деревянными).
Следует вспомнить, что разрешение противоречия во времени предусматривает введение в имеющуюся систему веществ, полей или того и другого, а также использование приема динамизации компонентов и связей между ними. Все эти мероприятия приводят к изменению системных свойств. Какие из перечисленных ресурсов можно использовать для решения задачи?
Для поиска ресурсов сначала нужно понять, какими свойствами обладают компоненты системы, которые проявляются в связях между ними или с компонентами надсистемы. Если эти свойства не удается использовать, то подумать, как их усилить или изменить.
Если отверстие большое и примерно известно его расположение, то можно, ощупывая пальцами стенку, найти место, где обои прогибаются. Можно найти место отверстия, постукивая легким предметом по стенке. Там, где пустота, - будет другой звук. Но это все сложно.
Поэтому нужно подумать, какие вещества и поля можно ввести в имеющуюся систему.
Возможные решения
В отверстие установить маленький магнит или намагнитить шуруп и завернуть его до конца, вровень со стенкой. Для поиска этого магнита использовать железные опилки. Как? Например, перемещать полиэтиленовый пакетик с опилками и смотреть, как они будут себя вести.
Можно в отверстие поместить железосодержащую деталь (гайку, гвоздь) и использовать намагниченные опилки.
Рис. 7.2
А если известно, что этот поиск нужно будет сделать в ближайшие дни, то заложить в отверстие ватку, смоченную валерианкой и использовать кошку?
Задача 7.4 . На одной из метеостанций требовалось зимой, в лютые морозы четыре раза в сутки опускать в прорубь приборы для замеров параметров воды и взятия пробы. Работа осложнялась тем, что прорубь через 2? 4 ч полностью замерзала и ее приходилось ломом пробивать заново. Никаких сложных механизмов на метеостанции нет. Как освободить работника метеостанции от ручной работы по пробиванию проруби?
Следует обратить внимание на то, что в условии задачи присутствует ВПИ. В задаче дается ориентировка на создание устройства по пробиванию проруби.
Поэтому целесообразно дать эту задачу для самостоятельного решения. Посмотреть, в каком направлении будут сделаны попытки ее решения. Затем провести анализ сделанных попыток, выяснить причины неудач. Чаще всего это связано с тем, что задачу пытаются решать методом проб и ошибок, не применяя предлагаемый подход, через формулировку противоречия и определения приемов его разрешения.
Часто учащиеся начинают решать задачу, не вникнув полностью в условия, не поняв до конца физические процессы, происходящие в описываемом явлении. А это весьма важно для поиска ресурсов при решении задачи. Поэтому целесообразно выяснить, насколько глубоко учащиеся вникли в существо происходящих явлений, и эту часть задачи разобрать более подробно.
Охлаждение воды происходит за счет конвективного теплообмена с холодным воздухом и за счет испарения.
Усиливают охлаждение воды низкая температура воздуха и ветер.
Препятствует охлаждению воды конвективный теплообмен в толще воды. Известно, что вода максимальную плотность имеет при температуре около 4 °C. Поэтому вода, охладившись до этой температуры, как имеющая бoльшую плотность, опускается вниз. Снизу поднимается более теплая вода.
Система: вода, лед, лом. Надсистема (НС) - холодный воздух, глубинные слои воды.
В этой задаче под функциональными свойствами, которые приводят к возникновению ТП, понимаются потребности (см. рис. 7.1). С одной стороны, прорубь нужна для выполнения некоторых работ. С другой стороны, очень не хочется систематически заниматься работой по пробиванию проруби.
Таким образом, ТП : Прорубь пробивать нужно для взятия проб воды. И этого делать не нужно, потому что это тяжелая работа.
Следует отметить, что после такой формулировки задача начинает получать несколько иную направленность, чем была в исходной постановке. И это особенно становится заметным после формулировки ИКР.
ИКР : ТС обладает таким свойством, что сама не дает воде замерзать.
Достижению ИКР препятствуют природные процессы. Это и обуславливает физическое противоречие.
ФП : вода в проруби должна замерзать, так как взаимодействует с холодным воздухом, но она не должна замерзать, чтобы не пробивать ломом каждый раз прорубь (не ломать лед).
Следует подчеркнуть, что формулировка ИКР и ФП определяет направление поиска решения - не разрабатывать устройство для прорубания, а не допускать замерзания воды.
Изменение системных свойств рассматриваемого объекта можно сделать введением дополнительных компонентов (веществ или полей).
Какие вещества и поля можно ввести в систему, чтобы вода не замерзала?
Какими свойствами должны обладать эти вещества?
Какие ресурсы можно почерпнуть из НС?
Возможные решения
В лед вмораживают металлическую трубу (рис. 7.2.) Нижние слои воды более теплые. Металл хорошо проводит тепло.
Рис. 7.3
На поверхность воды, в трубу наливают жидкость с низкой температурой замерзания, которая не смешивается с ней и легче воды (например, бензин, керосин, масло).
Труба дает еще один эффект - при наличии течения не вымывает эту жидкость.
Для уменьшения конвективного теплообмена с воздухом прорубь можно накрыть крышкой из теплоизоляционного материала (например, из пенопласта) или палаткой.
Задача 7.5 . Из замкнутого резервуара с непрозрачными стенками в химический реактор поступает агрессивная и ядовитая жидкость. Требуется измерять скорость истечения этой жидкости, однако никаких измерительных устройств на пути этой жидкости ставить нельзя (рис. 7.3).
Состав системы: резервуар, расходный трубопровод, агрессивная и ядовитая жидкость.
Задача на измерение, обнаружение.
ТП : Измеряющее устройство должно быть для осуществления контроля расхода жидкости, но его нельзя установить внутри расходного трубопровода.
Переход от ТП к ФП в этой задаче встречает определенные трудности. Это связано с тем, что в условии задачи не объясняются причины
Рис. 7.4
запрета устанавливать его в потоке жидкости. Вероятно, что детали измерительного устройства не могут вступать в контакт с жидкостью.
Следовательно, нужно поискать обходные пути.
Здесь можно наметить два пути решения проблемы.
Измерительное устройство (ИУ) поставить снаружи расходной трубы.
Вместо прямого измерения попытаться применить косвенное измерение. То есть измерять не расход жидкости, а какой-то другой параметр, по которому можно было бы определять расход.
Можно ли ИУ поставить не на расходную трубу, а в другое место?
Рассмотрим первый путь.
Если измерительное устройство поставить снаружи расходной трубы, то пока непонятно, как измерять расход, на каком физическом принципе действия может работать такое устройство.
В трубопроводе имеется жидкость. Надо измерять некоторые свойства этой жидкости, в частности, ее скорость. Измерительное устройство и жидкость разделены стенкой трубы.
Если измерять свойство вещества нельзя прямым контактом, значит, нужно использовать поля, которые могут проникать сквозь стенку трубы. Такими полями могут быть звуковые и ультразвуковые, электромагнитные волны.
Из физики известен эффект Доплера - изменение частоты колебаний, воспринимаемой наблюдателем при движении источника колебаний. Применяется для измерения скорости потока гетерогенных (неоднородных по составу) тел.
ФП: Для применения эффекта Доплера в трубе должна быть гетерогенная среда, но из резервуара течет однородная жидкость.
Как сделать поток гетерогенным? Очевидно, нужно ввести в систему еще одно вещество.
Возможные решения
Ультразвуковыми колебаниями создать явление кавитации или вдувать в расходную трубу газ, например, воздух, чтобы по трубе перемещались пузырьки. Использовать эффект Доплера.
Устройство сложное.
Рассмотрим второй путь - косвенное измерение.
Для решения задачи нужно понять, как изменяются связи между компонентами системы, когда происходит истечение жидкости (рис. 7.4).
Рис. 7.5
Из задачи понятно, что при истечении жидкости взаимодействия между резервуаром и расходным трубопроводом 1, а также между жидкостью и расходным трубопроводом 2 не изменяются. А взаимодействия между жидкостью и резервуаром 3 изменяются - уменьшается уровень жидкости. Каким образом можно использовать это обстоятельство?
Очевидно, измеряя скорость изменения уровня жидкости, можно получить скорость жидкости в расходной трубе. Для этого достаточно знать, как меняется площадь поперечного сечения резервуара по высоте.
Если вводить вещества в контакт с агрессивной жидкостью нельзя, значит, нужно использовать поля, например, ультразвуковое для измерения положения границы раздела между жидкостью и воздушной прослойкой в резервуаре. Можно использовать оптические методы.
Кроме того, нужно посмотреть, какие еще свойства изменяются при уменьшении уровня жидкости.
Изменяются вес резервуара, объем воздуха над жидкостью. Значит, можно производить измерение этих параметров.
Возможное решение
Вместо скорости истечения агрессивной жидкости измерять скорость поступления воздуха в резервуар. Для повышения точности измерения, возможно, придется контролировать еще давление воздуха внутри резервуара, атмосферное давление, а также температуру воздуха.
Задача 7.6 . При приземлении самолета можно наблюдать, что в момент касания колес с бетонным покрытием аэродрома появляется легкий дымок. Это результат динамического взаимодействия резины колес с аэродромным покрытием, который приводит к интенсивному износу покрышек. Как устранить это явление?
В этой задаче формулировка противоречий не столько помогает выйти на тот или иной прием его разрешения, сколько помогает глубже вникнуть в суть явления и осуществить целенаправленный поиск решения.
Состав системы: шасси, колесо самолета. Надсистема - воздух, бетонное покрытие.
Конфликтующая пара: колесо самолета и бетонное покрытие.
Анализ явления. Посадочная скорость самолета большая. В момент касания бетонного покрытия колесо неподвижно. Из-за большого момента инерции оно не может мгновенно раскрутиться и какое-то время скользит. В этот момент происходит значительное истирание покрышки.
Износа покрышки не будет, если нижняя точка колеса будет иметь такую же скорость, что и самолет.
Следовательно, нужно устройство для раскручивания колеса, но такое, которое бы не усложняло систему, чтобы его масса, габариты и энергоемкость стремились к нулю.
Например, ставить на каждое колесо двигатель для его раскручивания недопустимо - это значительно усложняет конструкцию, увеличивает вес конструкции.
ТП : Если на шасси установить специальное устройство для раскручивания колеса, то это усложнит систему, но устранит нежелательное явление - износ покрышки.
ФП : Устройство для раскручивания колеса должно быть. И его быть не должно, чтобы не усложнять систему и не увеличивать ее массу.
ОЗ - колесо, покрытие взлетно-посадочной полосы (ВПП), ОВ - момент касания ВПП и время, когда самолет идет на посадку.
Следуя принципу идеальности, нужно при минимальных усложнениях в системе обеспечить требуемое свойство.
Значит, нужно попытаться использовать имеющиеся ресурсы в рассматриваемой ТС или НС.
Во-первых, найти энергию, и, во-вторых, найти способ ее использования для преобразования в механическое движение - вращение колеса.
Здесь целесообразно сформулировать ИКР.
ИКР : Колесо само раскручивается до встречи с бетонным покрытием.
Самолет идет на посадку с большой скоростью, торможение происходит за счет аэродинамических сил. Таким образом, имеется бесплатная энергия - скоростной напор воздушной среды (рис. 7.5, а). Как его можно использовать для раскручивания колеса?
Если свободно подвешенное на оси колесо находится в воздушном потоке, то из-за симметричности обтекания оно вращаться не будет.
Рис. 7.6
Получаем ФП : Колесо должно вращаться, чтобы в момент касания оно не скользило по бетону, и оно не будет вращаться, так как нет условий для возникновения крутящего момента.
Значит, нужно создать крутящий момент. Из приведенной схемы видно, что при симметричном обтекании момента не возникает. Следовательно, нужно сделать так, чтобы сумма аэродинамических сил, действующая на нижнюю часть колеса, была больше, чем на верхнюю часть.
Выберем изменяемый элемент. Очевидно, что он должен быть на самолете. Это может быть либо элемент рассматриваемой системы, то есть колесо, либо ближайшей надсистемы, в которую входит колесо, то есть шасси.
Возможные решения
Ввести еще один компонент в систему.
На стойку шасси закрепить крыло, которое сделает несимметричным обтекание колеса воздушным потоком (см. рис. 7.5, б).
Изменить форму имеющегося компонента.
Для согласования скоростей вращения колес и скорости полета самолета французский изобретатель Х. Оливье предложил раскручивать колеса в полете. Для этого на боковой поверхности колес установить лопатки, которые позволяют раскрутить колеса под действием набегающего воздушного потока (рис. 7.5, в).
Можно привлечь аналогию - вертушка анемометра, прибора для измерения скорости ветра.
Задача 7.7 . На кораблях, особенно военных, каждый квадратный метр площади на счету. Особенно важно, чтобы любые сооружения занимали как можно меньше места. Но весьма трудно сократить вылет трапа, потому что он зависит от высоты и глубины ступенек. Сделать каждую ступеньку выше (тогда их потребуется меньше) нельзя - затрудняется хождение. А сделать каждую ступеньку у же тоже нельзя, так как на ней должна уместиться ступня.
Как сократить вылет трапа L (рис. 7.6, а)?
Рис. 7.7
Рассматриваемая система - трап состоит из однородных компонентов - ступенек, которые характеризуются двумя важными для поставленной проблемы параметрами: высотой h и шириной b ступеньки.
ТП : Если ступеньки стандартной ширины b и высоты h, то удобно ходить, но при этом трап занимает много места, имеет большой вылет L.
Из этого ТП можно сформулировать два физических противоречия.
ФП-1 : Ступенька должна быть высокой, чтобы сократить вылет трапа, и она не должна быть высокой, чтобы удобно было ходить.
ФП-2 : Ширина ступеньки должна быть маленькой, чтобы сократить вылет трапа, и она должна быть большой, чтобы удобно было ходить.
Противоречия в задаче обусловлены двумя требованиями, с одной стороны, минимальный вылет трапа (размерная характеристика) и, с другой стороны, удобством хождения, то есть антропологическим фактором.
Первое требование ориентирует на поиск решения путем пространственных преобразований или применения принципа динамизации (аналогия - складывающаяся стремянка).
Второе - на анализ потребительных свойств этого устройства при использовании его по прямому назначению человеком, то есть выявление тех свойств трапа, которые были бы достаточны для удобного спуска и подъема.
Здесь целесообразно обратиться к функциональному анализу ступенек - дать оценку уровня выполнения ими своих функций, например, по трехбалльной шкале: адекватно, недостаточно или избыточно.
Если создаваемая лестница не предназначена для организации встречного движения пешеходов, то каждая ступенька поднимающимся или спускающимся человеком используется не в полной мере. Действительно, ведь человек ставит ногу только на одну ступеньку, если он не решил по дороге отдохнуть или не затеял на лестнице разговор.
Таким образом, длина ступеньки избыточна по выполняемой функции, для перемещения по лестнице. И ее можно сократить, например, вдвое.
Таким образом, мы получили ресурс для решения задачи. Возникает вопрос: можно ли эту избыточность использовать для решения поставленной проблемы?
Избыточная длина «подсказывает» использовать пространственный ресурс.
Если длина ступеньки уменьшилась, то на ее место можно поставить следующую ступеньку.
Таким образом, ступеньки можно расположить в шахматном порядке. Вылет трапа уменьшится вдвое при сохранении удобства перемещения (см. рис. 7.6, б)
Из книги Занимательная анатомия роботов автора Мацкевич Вадим ВикторовичРешение логических задач Важнейшим практическим результатом кибернетики является использование знаний о работе нервной системы животных и человека для конструирования машин, способных выполнять некоторые их функции. Рис. 68. Логические элементы И, ИЛИ, НЕСовременная
Из книги Творчество как точная наука [Теория решения изобретательских задач] автора Альтшуллер Генрих СауловичПРОТИВОРЕЧИЯ АДМИНИСТРАТИВНЫЕ, ТЕХНИЧЕСКИЕ, ФИЗИЧЕСКИЕ Сравним два изобретения. Первое: «Способ определения параметров, недоступных прямому наблюдению (например, износостойкости), основанный на косвенном контроле, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что с целью повышения точности
Из книги Фактор четыре. Затрат - половина, отдача - двойная автора Вайцзеккер Эрнст Ульрих фонЧАСТЬ I. Пятьдесят примеров учетверения производительности
Из книги Учебник по ТРИЗ автора Гасанов А ИГлава 1. Двадцать примеров революционных преобразований в использовании энергии Люди привыкли говорить об «энергосбережении». Выражение «экономия энергии» имеет моралистический подтекст. Отец обычно убеждает своих детей выключать свет, выходя из комнаты, и никогда без
Из книги Шелест гранаты автора Прищепенко Александр БорисовичГлава 2. Двадцать примеров революционного повышения продуктивности использования материалов Введение Понятие «продуктивность использования материальных ресурсов» ввел в оборот Фридрих Шмидт-Блеек, директор Отделения движения материалов и экономической перестройки
Из книги Инженерная эвристика автора Гаврилов Дмитрий АнатольевичГлава 3. Десять примеров революционного повышения производительности транспорта Мы посвящаем отдельную главу производительности транспорта. Любая транспортировка товаров или людей влечет за собой потребление как энергии, так и материала, но воздействие транспорта на
Из книги Windows 10. Секреты и устройство автора Алмаметов Владимир6. Противоречия при решении технических задач Ревенков А. В. В развитии технических систем в соответствии с законами диалектики происходит чередование этапов количественного роста и качественных скачков. В процессе количественного роста в результате неравномерного
Из книги Алгоритм изобретения автора Альтшуллер Генрих Саулович8.7. Как пользоваться приемами. Разбор ситуации «Принцип перехода в другое измерение» предлагает заменить перемещение объекта по линии движением в плоскости или в объеме, выполнить компоновку объектов многоэтажной.Простой иллюстрацией данного приема является любой
Из книги Как стать гением [Жизненная стратегия творческой личности] автора Альтшуллер Генрих Саулович12. АРИЗ Ранние алгоритмы (разбор примеров) Кудрявцев А. В. АРИЗ - один из основных инструментов теории решения изобретательских задач. С 1961 г. он прошел большой путь развития, превратился из простого и короткого списка инструкций в развернутый, детализированный метод
Из книги автора5.1. «Отыскивая противоречия, нередко на мнимые наткнуться можно и в превеликие оттого и смеху достойные ошибки войти…» Гишторические материалы, не вошедшие в собрание сочинений Козьмы ПрутковаОтдел, где предстояло работать, был ареной борьбы. Визгливые взрывы эмоций
Из книги автора4. Парадоксы и противоречия. Активация аналитического мышления Теперь мы потренируем левое полушарие мозга и расскажем о самом интересном, что неизбежно встречается на жизненном пути изобретателя, - о парадоксах и противоречиях! Только в последние сто лет прояснилась
Из книги автораКакие бывают противоречия? Наверное, многих не устроит такая упрощённая классификация противоречий: в понятии или в суждении. Тогда можно предложить парадоксальную классификацию! Нет такой области, где нет противоречий, поэтому можно классифицировать, называя
Из книги автора4.7. Панель задач и ее настройка Немногие могли заметить, что панель задач Windows 10, также имеет свои настройки, которые можно всячески менять. Со времен Windows XP, эти настройки претерпели огромные изменения, но они по-прежнему есть и их можно изменять под себя. Щелкните
Из книги автораТехнические противоречия Попытаемся решить задачу о дождевателе обычными приемами. Нужно втрое увеличить размах крыльев; что ж, сделать трехсотметровую ферму технически вполне осуществимо. Что мы при этом проиграем? Возрастет вес. Если размах крыльев увеличить втрое,
Из книги автораНесколько учебных задач Задачу о ледоколе мы решили «в обход»: на первой же стадии решения цель была изменена. Возьмем теперь задачу о дождевателе и рассмотрим такой случай, когда цель не меняется.Чтобы не было соблазна идти обходными путями, начнем с шага 2-3, а все
Например: Система должна обладать свойством А, чтобы выполнять полезную функцию, и должна обладать свойством не-А, чтобы не выполнять вредную.
Разрешение противоречий в изобретательстве - способ улучшить существующую техническую систему (в некотором смысле - это «двигатель эволюции » технических систем). ТРИЗ утверждает, что любой качественный шаг в развитии - результат преодоления какого-либо противоречия.
Изобретательно мыслящий человек выявляет противоречия, как только они возникают, не делая попыток уйти от них. Вместо этого он обостряет их и приходит к решению. Традиционно мыслящий человек старается найти компромиссы, одно улучшает за счёт другого и может зайти в тупик. Таким образом, умение балансировать между противоречивыми требованиями, но не сглаживать противоречия, добиваясь их разрешения - своего рода искусство.
На стр.89 «Алгоритма изобретения», 1973 г, даётся пример возникновения противоречия у мельниц из «Капитала» К. Маркса: «Увеличение размеров рабочей машины и количества её одновременно действующих орудий требует более крупного двигательного механизма … была сделана попытка приводить в движение … два постава (две пары жерновов) посредством одного водяного колеса. Но увеличение размеров передаточного механизма вступило в конфликт с недостаточной силой воды…». ГСА объясняет это как попытку улучшения (?) одного свойства машины с неизбежным её конфликтом с другим свойством. Видна явная подгонка под постулаты своей теории. На самом деле в тексте примера вовсе не говорится об «улучшении» чего- то, есть только конкретное увеличение требований к машине, которое технически ею не может быть обеспечено. И указывается причина, препятствующая увеличению количества действующих орудий (а, значит, производительности), это недостаточная энергетическая сила воды. Формулирование противоречия как взаимосвязанное «улучшение – ухудшение» частей машины с приданием ему(противоречию) качества «изобретательская» задача в корне ошибочна и не имеет такой цели как качественное изменение техники. Более того, даже успешное решение таких задач не гарантирует получения главного, для чего якобы предназначена ТРИЗ, – изобретений («Изобретение – это развитие технической системы»: стр. 31 «Творчество как точная наука», 2004 г). И только потому, что в ТРИЗ «изобретение не самоцель, оно нужно для решения той или иной практической задачи» (стр.221 «Алгоритм изобретения»,1973 г). Какую же тогда «непрактическую» задачу ставит перед собой ТРИЗ и решает? Известно, что в ТРИЗ даже нет раздела посвященного созданию изобретений, хотя утверждается, что она их может создавать. Какая бы не решалась задача, «изобретательская» или другая, в ТРИЗ установлен явный примат «диких», красивых, алогичных и т.п. решений. При этом будут ли они воплощены в изобретения, для ТРИЗ не представляет никакого интереса, это всё практика, а у неё главное – «изобретательская» высота решений.
Природу классического противоречия изучил и описал Георг Вильгельм Фридрих Гегель (1770-1831 гг).Для объектов техники в противодействие вступают количественное увеличение некоторого качества, ради которого он создан, и исчерпание технических ресурсов его обеспечения.Они образуют противоречивое состояние: одно обуславливает второе, а второе исключает первое.Они же являются классическими первичными противоположностями.Возникновение противопоставленных сторон обусловлено действием закона перехода количественных изменений в качественные и обратно. Первая часть закона ответственна за возникновение противоречия, вторая - за его разрешение.Без опосредствующих структур противоположности вступают в разрушительные столкновения из - за "короткого замыкания".Опосредованность (вещественная, полевая, структурная)обеспечивает и поддерживает развёртывание противоречий.Протон и электрон - качественные противоположности и элементы вещества, образуют опосредованность полевого атомарного типа: электрон вращается вокруг протона.Такой способ взаимодействия исключает "короткое замыкание" и взаимное уничтожение.Это обеспечивает системе протон - электрон стабильную прочность и возможность количественных изменений: рост количества электронов и протонов является основным принципом образования новых химических элементов и веществ. Противоположности различных полей (тепловых, электрических, магнитных и тд) образуют вещественную форму опосредованности:магнитную жидкость,тепловые изоляторы,реологическую жидкость и тп, где наблюдается сходство по ряду признаков и свойств с противоположностями. Они образуют точку схождения и отождествления качественных противоположностей, их модификацию.
Галилео Галилей давно нашёл, что "невозможно выиграть в одном, не заменив это чем -то другим"! Это соответствует "золотому правилу механике" или закону сохранения энергии. Г.С.Альшуллер выдвинул тезис о связи типичных "технических противоречиях" и типовых приёмов их устранения.Однако,в разработанной им таблице на 1250 типичных "технических противоречия" приходится всего 125 типовых приёма, причём на каждое "техническое противоречие" предлагается до четырёх совершенно разных типовых приёма.Это подтверждает то, что никакой причинно - следственной связи между ними не существует.Как не существует и эвристической. Причина в том, что связь "улучшения с ухудшением" не является противоречием, тем более техническим.Практические качества этого инструмента оказались нулевыми, как и не доказательными.
Сходные разработки
Формулирование противоречия как взаимосвязанное «улучшение – ухудшение» частей машины с приданием ему(противоречию) качества «изобретательская» задача в корне ошибочна и не имеет такой цели как качественное изменение техники. Более того, даже успешное решение таких задач не гарантирует получения главного, для чего якобы предназначена ТРИЗ, – изобретений («Изобретение – это развитие технической системы»: стр. 31 «Творчество как точная наука», 2004 г). И только потому, что в ТРИЗ «изобретение не самоцель, оно нужно для решения той или иной практической задачи» (стр.221 «Алгоритм изобретения»,1973 г). Какую же тогда «непрактическую» задачу ставит перед собой ТРИЗ и решает? Известно, что в ТРИЗ даже нет раздела посвященного созданию изобретений, хотя утверждается, что она их может создавать. Какая бы не решалась задача, «изобретательская» или другая, в ТРИЗ установлен явный примат «диких», красивых, алогичных и т.п. решений. При этом будут ли они воплощены в изобретения, для ТРИЗ не представляет никакого интереса,это всё практика, а у неё главное - "изобретательская" высота решений.
Примеры
- …предвыборная кампания. Чтобы за кандидата проголосовали, неплохо было бы, чтобы избиратели прочитали его или её автобиографическую книгу. Но читать такую толстую книжку избиратели не будут…
- …производство стекла : расплавленная масса движется по роликовому конвейеру и таким образом утончается. Ролики должны быть маленькими, чтобы стекло получалось гладким, и ролики должны быть большими, чтобы конвейер был удобен в эксплуатации…
- …системное программирование : программа должна иметь возможность получить доступ к любому объёму оперативной памяти , но в то же время она должна работать на компьютерах с ограниченным объёмом оперативной памяти…
- …история: в 800 году происходила коронация Карла Великого . По ритуалу возложить корону на Карла должен был папа римский . Перед Карлом возникла нелёгкая задача. С одной стороны, коронация была нужна для укрепления власти, поэтому её надо провести «по всей форме». С другой стороны, из политических соображений было совершенно недопустимо, чтобы папа римский короновал Карла, поскольку получалось, что папа выше императора: раз папа дал корону, он может когда-нибудь и забрать её. Возникла сложная ситуация: Карл должен быть коронован папой римским, чтобы соблюсти ритуал, и не должен, чтобы не оказаться в зависимости от духовенства. Карл Великий нашёл оригинальный выход: в момент коронации он выхватил корону из рук папы и сам водрузил её на свою голову.
Источники и примечания
Ссылки
- Петров В. Понятие о противоречиях. - Петров В. Основы ТРИЗ
- Краткая методика построения «дерева противоречий» (c) Виссарион Григорьевич Сибиряков, «Диол», 2001.
- Сводная картотека © Альтшуллер Г. С., 1980> Военная техника развивается особенно быстрыми темпами и применяется в особо сложных условиях. Поэтому в военной технике можно найти яркие примеры технических противоречий и интересные приемы их преодоления…
- Классификация несчастий , или типичные противоречия в моделях задач. © Альтшуллер Г. С., Журнал «Техника и наука», 1981, № 7. - С.19.
- «Приемы разрешения противоречий в природных и организационных системах» . Сибиряков В. Г., Семенова Л. Н.
- «Изобретательство в бизнесе или развитие через противоречия»
- «Относительно противоречия» Мао Цзэдун (Август 1937 г.)
Wikimedia Foundation . 2010 .
Основные понятия классической ТРИЗ, в том числе, противоречия, были определены еще в книгах Г.С. Альтшуллера и с тех пор не подвергались серьезной ревизии и уточнению.
Сегодня ТРИЗ применяется не только в сфере развития технических систем, но и в других сферах человеческой деятельности, в частности, в сферы развития информационных и бизнес-систем. Для успешного применения ТРИЗ в этих сферах требуется согласование понятий, в том числе, противоречий, с понятиями, которые используются специалистами по информационным и бизнес-системам.
Сегодня уже предпринимаются попытки, например, в , провести такую ревизию понятий. Однако пока не решены некоторые проблемы, в том числе,
- Плохо определена связь между административным и техническим противоречием.
- Нет единой модели, описывающей разные виды противоречий, в частности, как соотносится противоречие альтернативных систем с техническим и физическим противоречиями.
- Наименования и структура видов противоречий плохо подходят для использования в других (не-технических) областях.
В данной статье предлагается общая схема понятия противоречий, в которой устранены указанные недостатки.
Требования и ограничения
Понятие «требование» является одним из ключевых в инженерной деятельности. Пожалуй, наиболее зрелые технологии управления требованиями сегодня используются в таких сферах, как системная инженерия и инженерия программного обеспечения .
В системной инженерии сегодня принято различать 2 уровня требований:
- Система рассматривается в виде «чёрного ящика». Требования к системе описывают, что от системы хотят ее стейкхолдеры, а также что необходимо надсистеме, в которую входит рассматриваемая система. Такого рода требования называются требованиями стейкхолдеров .
- Система рассматривается в виде «прозрачного ящика» на различных стадиях жизненного цикла. Соответственно, такие требования включают предположения о том, как система должна быть устроена (состав и структура системы), а также как она должна себя вести (функционирование системы). Такого рода требования называются системными требованиями .
Очевидно, что системные требования связаны с требованиями стейкхолдеров. По сути, системные требования описывают способы, посредством которых в системе должны реализовываться требования стейкхолдеров.
Особый вид требований в системной инженерии – это ограничения, которым должна удовлетворять система. Широко применяемое в ТРИЗ понятие «нежелательный эффект» полностью соответствует понятию «ограничение».
Пример.
Компания «К» внедрила систему электронного документооборота. Данная система позволила планировать сроки обработки и длительность маршрута каждого документа в подразделениях компании «К». Для этого в компании «К» для каждого вида документа установлены нормативные сроки его обработки в подразделении.
Однако в деятельности компании «К» присутствуют документы, которые поступают от внешних контрагентов «А» (накладные, счета и т.п.), а также документы, маршрут обработки которых предполагает их передачу контрагентам «А» и последующий возврат в компанию «К» (коммерческие предложения, договоры, проектная документация и т.п.).
Одно из возможных решений – это согласование с контрагентами «А» для определенных видов документов нормативных сроков их обработки у контрагента. Но не все контрагенты согласны такие нормативы устанавливать и соблюдать. В некоторых случаях согласование нормативов невозможно из-за сроков или по каким-либо другим причинам.
В приведенном выше примере можно выделить следующие требования стейкхолдеров:
- Руководство компании «К» хочет, чтобы в системе документооборота устанавливались сроки и маршруты обработки каждого документа.
- Руководство контрагента «А» хочет, чтобы документы компании «К» обрабатывались без нормативов.
Системные требования
:
(СТ1) Для каждого вида документа и каждого вида обработки в подразделениях компании «К» должны быть установлены сроки выполнения.
Системное ограничение
:
(СО1) Для документов, обрабатываемы контрагентами «А», сроки выполнения обработки документов у контрагента неизвестны.
Общая схема противоречий
Административное противоречие
Известно следующее определение административного противоречия (АП): «нужно что-то сделать, а как сделать – неизвестно…» .
В рамках предлагаемой схемы АП может быть представлено как требование и неизвестный (или не определенный) способ его выполнения. Схема административного противоречия представлена на следующем рисунке.
Из представленной схемы следует, что АП описывает неопределенную изобретательскую ситуацию. Для ее уточнения и выявления противоречия необходимо выбрать известный способ выполнения требования.
Например, в приведенном выше примере требование СТ1 (для каждого вида документа и каждого вида обработки в подразделениях компании «К» должны быть установлены сроки выполнения) не может быть реализовано, для случая, когда документ обрабатывается контрагентом. В этом случае имеет место ограничение СО1 (для документов, обрабатываемы контрагентами «А», сроки выполнения обработки документов у контрагента неизвестны).
В рассматриваемом примере административное противоречие может быть определено следующим образом:
Как реализовать требование СТ2 (в системе документооборота нужно установить в нормативный срок обработки документа у контрагента «А»)?
Техническое противоречие
В ТРИЗ техническое противоречие (ТП) определено как …взаимодействия в системе, состоящие, например, в том, что полезное действие вызывает одновременно и вредное. Или – введение (усиление) полезного действия, либо устранение (ослабление) вредного действия вызывает ухудшение (в частности, недопустимое усложнение) одной из частей системы или всей системы в целом .
В рамках предлагаемой схемы ТП может быть представлено следующим образом: известный способ (или его изменение) приводит к возникновению противоречия между 2-мя требованиями. Схема ТП представлена на следующем рисунке.
Из схемы следует, что ТП описывает отношение между способом и противоречивыми требованиями. Соответственно, мы можем использовать для обозначения данной структуры термин «противоречие требований». Данный термин уже используют М. Рубин и В. Кияев в .
Пример.
Для реализации требования СТ2 (в системе документооборота нужно установить в нормативный срок обработки документа у контрагента «А») можно использовать следующий известный способ: согласовать с контрагентом «А» нормативный срок обработки документа. Однако использование данного способа нарушит одно из требований стейкхолдеров (руководство контрагента «А» хочет, чтобы документы компании «К» обрабатывались без нормативов).
В этом случае мы получаем противоречие:
Если
согласовать нормативные сроки обработки документов с контрагентом «А»,
То
(+) мы сможем реализовать требование СТ1 (в системе документооборота нужно установить в нормативный срок обработки документа у контрагента «А»),
Но
(-) не реализуем требование стейкхолдера (руководство контрагента «А» хочет, чтобы документы компании «К» обрабатывались без нормативов).
Разделение противоречия на ТП1 и ТП2 в АРИЗ в рамках предлагаемой схемы противоречий представляет собой операцию со способом: изменение способа порождает ТП1, не изменение способа – ТП2. В частном случае, это может быть использование и не использование известного способа.
Например, в системе документооборота ТП1 может быть сформулировано так, как указано выше, а ТП2 – следующим образом:
Если
Не согласовать нормативные сроки обработки документов с контрагентом «А»,
То
i>(+) мы обеспечиваем реализацию требования стейкхолдера (руководство контрагента «А» хочет, чтобы документы компании «К» обрабатывались без нормативов).
Но
(-) мы не сможем реализовать требование СТ1 (в системе документооборота нужно установить в нормативный срок обработки документа у контрагента «А»).
Противоречие альтернативных систем
Понятие альтернативного технического противоречия (АТП) или противоречия альтернативных систем предложено В. Герасимовым и С. Литвиным в методе объединения альтернативных систем в надсистему, описанном в . В соответствии с этим методом пара технических противоречий формулируется в соответствии со следующим шаблоном :
АТП1
: Если система реализована в виде базовой системы, то ее достоинством является (указать), но при этом имеется недостаток (указать).
АТП2
: Если система реализована в виде (указать название альтернативной системы), то ее достоинством является (указать устраненный недостаток базовой системы), но при этом имеется недостаток (указать).
В рамках предлагаемой схемы альтернативное техническое противоречие (АТП) может быть представлено следующим образом.
В ТРИЗ физическое противоречие (ФП) определено следующим образом:
… часть рассматриваемой системы должна находиться в таком-то физическом состоянии, чтобы удовлетворять одному требованию задачи, и должна находиться в противоположном состоянии, чтобы удовлетворять другому требованию задачи .
М. Рубин и В. Кияев в предложили новое наименование для ФП – противоречие свойств (ПС). Их определение выглядит так:
формулировка противоположного состояния того или иного свойства одного элемента системы, необходимое для реализации противоположенных требований к системе.
Другими словами, для определения ФП (ПС) необходимо выделить элемент, который должен обладать противоположными свойствами, чтобы удовлетворить противоречивым требованиям. Очевидно, что объект с противоположными свойствами – это элемент, который входит в состав способа, который был выбран в АП и рассматривался в ТП.
В рамках предлагаемой схемы ФП (ПС) может быть представлено следующим образом:
Например, в противоречии, сформулированном для системы документооборота, мы рассматриваем способ (согласовать нормативные сроки обработки документов с контрагентом «А»). Объект, который лежит в основе противоречия – это срок обработки документа у контрагента «А».
Соответственно, противоречие свойств можно сформулировать следующим образом:
нормативный срок должен быть установлен
, чтобы мы сможем реализовать требование СТ1 (в системе документооборота нужно установить в нормативный срок обработки документа у контрагента «А»),
И
нормативный срок не должен быть установлен
, чтобы мы смогли реализовать требование стейкхолдера (руководство контрагента «А» хочет, чтобы документы компании «К» обрабатывались без нормативов).
В случае АТП элемент является частью способа, реализованного в базовой системе.
Заключение
Предлагаемая общая схема противоречия отличается от существующих в ТРИЗ определений тем, что для описания противоречия используются понятия «требование» и «способ реализации требований».
Использование в схеме противоречия способа реализации требований позволяет установить связь между административным и техническим противоречием. На уровне административного противоречия нам не известен (либо не выбран) способ реализации требования. Выбирая способ, решатель переходит от административного к техническому противоречию (противоречию требований). Затем, выбирая элемент способа, решатель переходит от ТП (противоречия требований) к ФП (противоречию свойств).
Использование в структуре модели противоречия требований позволяет интегрировать ТРИЗ с достаточно развитыми в различных сферах деятельности технологиями управления требованиями. В перспективе данная схема противоречий и методы работы с ними могут быть интегрированы в системы управления требованиями (RMS) .
Литература
- Рубин М.С., Кияев В.И. Основы ТРИЗ и инновации. Применение ТРИЗ в программных и информационных системах: Учебное пособие. 2013.
- ISO/IEC 15288:2002. System Engineering. System Life-Cycle Processes.
- Software Engineering Body of Knowledge, IEEE, 2004
- Альтшуллер Г.С. Найти идею, Введение в теорию решения изобретательских задач, Петрозаводск, Скандинавия, 2003
- Альтшуллер Г.С. АРИЗ – значит победа. В сб. Правила игры без правил / Сост.: А.Б. Селюцкий, Петрозаводск, Карелия, 1989.
- Альтшуллер Г.С. Алгоритм решения изобретательских задач АРИЗ-85В. 1985.
- Герасимов В.М., Литвин С.С. Зачем технике плюрализм? Развитие альтернативных технических систем путем их объединения в надсистему. Ленинград. Журнал ТРИЗ, №1, 1990.
- Альтшуллер Г.С., Селюцкий А.Б. Крылья для Икара. Как решать изобретательские задачи. Петрозаводск, Карелия, 1980.
Дата публикации: 03.11.2010
В отличие от обыденного понимания противоречия как конфликта между желаниями человека и реальной ситуацией, в ТРИЗ выявлены и конкретизированы несколько типов противоречий, основными из которых являются техническое и физическое .
Традиционные методы проектирования предусматривают поиск компромисса между требованиями к различным частям проектируемой системы, т.е. нацелены на сглаживание возникающих противоречий. При улучшении одного параметра системы другие, как правило, ухудшаются - в этом случае выбирается оптимальное решение.
Если у скоростного самолета маленькие крылья, то для взлета и посадки ему требуется длинная полоса. Поэтому конструкторы стремятся к компромиссу и разрабатывают крылья, обеспечивающие оптимальное значение скорости, при котором полоса еще сохраняет приемлемые размеры.
ТРИЗ рекомендует, напротив, предельно обострить противоречие, что позволяет найти сильное решение.
Крыло с изменяемой геометрией может становиться маленьким на высоте и большим при взлете и посадке самолета. На высоте такой самолет имеет высокую скорость, а для посадки ему не нужна специальная длинная полоса (рис. 1).
Техническое противоречие - ситуация, когда улучшение одного эксплуатационного параметра системы приводит к недопустимому ухудшению другого.
Именно изучение примеров сильных изобретений в патентном фонде и позволило выявить ряд специальных приемов разрешения технических противоречий. Приемы указывают лишь общее направление преобразований, направляя изобретателя в область сильных идей. Конкретные же решения можно найти по аналогии с приемом или примером, его иллюстрирующим. Один и тот же прием может применяться для решения задач из совершенно разных областей техники.
Вот два примера решения задач из гидротехники и двигателестроения.
Обкатка двигателя
Обкатка двигателя
- важная операция его изготовления. Двигатель запускают без нагрузки, и все его трущиеся части начинают притираться, прирабатываться друг к другу. Процесс этот довольно длительный и требует значительного расхода топлива. Как ускорить приработку трущихся частей при обкатке двигателя?
Решить такую задачу, не зная специальных приемов, довольно сложно. Использование приема разрешения технических противоречий "Применить вред в пользу" дает мощную подсказку для решения этой задачи. Прием рекомендует:
а) использовать вредные факторы (в частности, вредное воздействие среды) для получения положительного эффекта,
б) устранить вредный фактор за счет сложения с другим вредным фактором,
в) усилить вредный фактор до такой степени, чтобы он перестал быть вредным.
Решение, соответствующее рекомендации пункта а: приработка деталей ускоряется в несколько раз, если подавать в двигатель не очищенный воздух, а запыленный.
Уменьшение энергии потока
Поток воды, мчащийся с горы, обладает огромной разрушительной силой. Он может повредить гидротехнические сооружения. Как уменьшить энергию потока?
Здесь можно применить тот же прием "Применить вред в пользу".
Использовав рекомендацию пункта б, получили следующее решение: русло потока разделяют на несколько рукавов, которые направляют навстречу друг другу (рис. 4.59). Потоки сталкиваются и гасят энергию друг друга.
Для удобства выделения и разрешения технического противоречия Г.С. Альтшуллером была разработана таблица разрешения технических противоречий . Она организована следующим образом (рис. 2).
По вертикали располагаются типовые параметры, которые по условию задачи необходимо улучшить. По горизонтали - параметры, которые при этом недопустимо ухудшаются. На пересечении строк и колонок таблицы указаны номера приемов, позволяющих с наибольшей вероятностью устранить техническое противоречие, возникшее между улучшаемым и ухудшающимся параметрами. Для построения этой таблицы Г.С. Альтшуллер использовал 40 наиболее эффективных приемов разрешения технических противоречий.
Предварительные концепции решения при помощи приемов можно получить и без использования Таблицы противоречий. Для этого нужно последовательно проанализировать возможность применения каждого из 40 приемов. Каждый изобретатель постепенно компонует список своих наиболее часто применяемых приемов.
Практическое применение приемов разрешения технических противоречий имеет следующую особенность: рекомендации, описанные в каждом из приемов, не следует понимать буквально. Наибольший эффект достигается, если их воспринимать как подсказку, исходный материал для размышлений.
Рис.2. Таблица разрешения противоречий, разработанная Г.С. Альтшуллером
Например, прием 25: изменение окраски. Если понимать эту рекомендацию буквально, то поле действий резко сужается. Если же трактовать этот прием как изменение свойств поверхности вообще, то возможности получения новых идей неизмеримо вырастают. В данном случае речь может идти об изменении оптических свойств поверхности, ее шероховатости, температуры, о нанесении какого-то дополнительного вещества и т.п.
Физическое противоречие - это ситуация, при которой к некоторому элементу технической системы или его части предъявляются взаимоисключающие в физическом смысле требования.
В отличие от технического физическое противоречие возникает не между параметрами технической системы, а описывает противоречивые требования к одному ее элементу или, даже, какой-то его части. Формулируется физическое противоречие следующим образом: "Чтобы удовлетворять требованиям задачи, данная зона должна обладать свойством "X" (например, быть подвижной), чтобы выполнять какую-то функцию и обладать свойством "не-Х" (например, быть неподвижной)".
Пример физического противоречия: лобовое стекло автомобиля должно быть твердым, жестким, чтобы сопротивляться встречному потоку воздуха, и должно быть гибким, эластичным, чтобы не поранить водителя при разрушении. Такое противоречие разрешается применением триплексных стекол, когда между двумя наружными стеклами располагается внутренний мягкий слой.
Основные приемы разрешения физических противоречий:
1. Если от элемента требуется проявление противоположных свойств в одно и то же время, то такое противоречие разрешается разнесением этих свойств в пространстве.
2. Если от элемента требуется проявление противоположных свойств в одном и том же месте, то такое противоречие разрешается разнесением этих свойств во времени.
3. Если от элемента требуется проявление противоположных свойств в одно и то же время и в одном и том же месте, то такое противоречие разрешается в надсистеме.
Перекресток
Как организовано дорожное движение, например проезд автомобилями перекрестков? Если не соблюдать никаких правил, то все автомобили будут пытаться проехать перекресток одновременно. Это касается и тех автомобилей, которые должны ехать в первую очередь (например, скорая помощь).
При этом неизбежны столкновения, поскольку возникает физическое противоречие: два или больше автомобилей пытаются оказаться в одном и том же месте пространства в одно и то же время.
Одна дорога располагается над другой. Автомобили пересекают перекресток на разных уровнях и не мешают друг другу (рис. 3).
Применяется светофор. Автомобили проезжают перекресток в соответствии с сигналом светофора.
Специальные машины с включенными сигналами, например, скорая помощь, имеют право первоочередного проезда перекрестка. Этот порядок устанавливается в надсистеме, определяется специальными правилами дорожного движения и действует на всех дорогах.
Дисплей
Экран любого дисплея составлен из множества мельчайших квадратиков - пикселей. Изображение получается за счет того, что каждый пиксель может становиться то светлее, то темнее и генерировать свет любого желаемого цвета. Чтобы получить движущуюся картинку, кадры изображения на экране меняются 24 раза в секунду, яркость и цвет пикселей должны меняться с такой же частотой.
Таким образом, для цветного дисплея возникает следующее противоречие: цвет пикселя должен постоянно изменяться, в то время, как технические ограничения позволяют получить пиксель только одного цвета.
Как разрешается это противоречие в пространстве?
Пиксель разделяется на некоторое число подпикселей, в минимальном случае - на три, каждый из которых дает только один цвет - или красный, или зеленый, или синий. Это основные цвета спектра, и их смешение в определенных пропорциях воспринимается глазом как требуемый цвет (рис. 4, а). Здесь соблюдается правило: "один показанный кадр - один световой импульс".
Как разрешается это противоречие во времени?
Специалистами компании Samsung разработана специальная технология работы жидкокристаллического экрана, называющаяся UFS, что можно расшифровать как "дисплей очень высокого качества изображения". Согласно этой технологии не нужно делить пиксель на три подпикселя. Необходимые яркость и цвет пикселя обеспечиваются за счет установки сзади жидкокристаллического фильтра трех ламп подсветки: красной, зеленой и синей, которые мигают поочередно множество раз за время показа одного кадра изображения (рис. 4, б). Далее формированием нужного цвета управляет жидко-кристаллический фильтр, который может открывать окошечко перед пикселем.
Если нужно показать красную точку, то фильтр открывает пиксель только тогда, когда мигает красная лампа, и держит закрытым, когда мигают синяя и зеленая. Чтобы получить белый цвет, пиксель остается открытым на все время показа одного кадра изображения. Управляя количеством пульсаций разных цветов, можно получить любой желаемый цвет пикселя.
Здесь соблюдается правило: "один показанный кадр - много световых импульсов".
Как разрешается это противоречие в надсистеме?
Поскольку размер пикселя ограничен, то для повышения четкости изображения нужно увеличить число пикселей на экране дисплея, а сам экран отодвинуть от наблюдателя. Тогда видимый размер пикселя будет меньше.
Одно из возможных решений - использование принципов, заложенных в Seamless Technology, в соответствии с которой несколько экранов обычного размера и разрешения объединяются в один большой суперэкран высокой четкости. Поскольку размер пикселя сохраняется прежним, а размер экрана увеличивается, то четкость изображения для наблюдателя повышается (рис. 4, в).
Лыжи
Ходить на лыжах на первый взгляд совсем просто. Лыжник отталкивается одной ногой и скользит, затем отталкивается другой ногой и опять скользит. При этом возникает следующее противоречие:
- Чтобы хорошо скользить, надо, чтобы трение поверхности лыжи о снег было низким.
- Чтобы лыжник мог отталкиваться, поверхность лыжи должна иметь хорошее сцепление с лыжней.
Как разрешается это противоречие в пространстве?
Современные беговые лыжи имеют прогиб в средней части. Когда человек просто стоит на лыжах, то часть лыжи под ногой не касается снега (рис. 5, а). Средняя часть лыжи покрывается смазкой на основе воска, обладающей тормозящими свойствами, а начало и конец лыжи пропитываются жировой смазкой, которая обеспечивает хорошее скольжение.
Тогда при толчке, когда средняя часть лыжи прижата к снегу, она тормозится, а при свободном скольжении приподнимается и лыжа касается снега только в местах, которые покрыты "скользкой" смазкой .
Как разрешается это противоречие во времени?
Когда лыжа скользит, она имеет малое сопротивление, когда лыжник отталкивается - большое.
Одна из конструкций - лыжи, обитые камусом - мехом с наклонным расположением ворса. Такая лыжа хорошо скользит, но не проскальзывает назад при отталкивании или движении в гору.
Подобный эффект можно получить, используя явление, открытое В. Петренко . Если на скользящей поверхности лыжи закрепить тонкие электроды и подать на них небольшой отрицательный заряд, скольжение заметно улучшается. Если же заряд будет положительный, то резко увеличивается сцепление лыжи со снегом (рис. 5, б). Лыжнику нужно надеть на пояс легкую батарею и управляющее устройство, а на лыжах закрепить датчики давления. При толчке устройство должно подать на лыжу положительный заряд, при скольжении - отрицательный.
Как разрешается это противоречие в надсистеме?
Заставить лыжи двигаться, не отталкиваясь, можно, если просто ехать с горки. Можно использовать какой-то буксировщик и двигаться за мотоциклом или снегоходом, воздушным змеем или парашютом, использовать лошадь или собаку и т.п.
Выделение и разрешение противоречий - очень сильный инструмент решения изобретательских задач. Он дает возможность не сглаживать проблемы, а, наоборот, предельно обострять их и разрешать, устраняя нежелательные эффекты в ситуации.
Литература:
1. Альтшуллер Г.С. Найти идею. - Новосибирск: Наука, 1986.
2. Пентти Содерлин. Лыжи - превосходный пример для ТРИЗ.
http://www.gnrtr.com/problems/ru/p08.html
4. Виктор Петренко: Электричество уберет лед с дорог и ускорит лыжи. // Веб-сайт МЕМБРАНА.
