Алгоритмы решения изобретательских задач

Алгоритм Решения Изобретательских Задач (АРИЗ)

ВНИМАНИЕ! АРИЗ - эффективный и достаточно сложный инструмент. Поэтому ознакомление с ним требует определенных затрат времени, сил и предполагает самостоятельное нарешивание десятков учебных и практических задач.

" Внимание: АРИЗ - инструмент для мышления, а не вместо мышления. Не спешите! Тщательно обдумайте формулировку

каждого шага".

Альтшуллер Г.С., Найти идею. Введение в теорию решения изобретательских задач, Петрозаводск, " Скандинавия", 2003 г., с.

186.

Последняя из разработанных при личном участии Г.С. Альтшуллера версий АРИЗа - АРИЗ-85-В состоит из девяти основных частей и ряда приложений:

Часть 1. Анализ задачи

Часть 2. Анализ модели задачи

Часть 3. Определение ИКР и ФП

Часть 4. Мобилизация и применение ВПР

Часть 5. Применение информационного фонда

Часть 6. Изменение или замена задачи

Часть 7. Анализ способа устранения ФП

Часть 8. Применение полученного ответа

Часть 9. Анализ хода решения

Таблица 1. Схемы типичных конфликтов в моделях задач

Таблица 2. Разрешение физических противоречий

Полный текст АРИЗ-85-В опубликован в книгах:

Альтшуллер Г.С., АРИЗ - значит победа, в Сб.: Правила игры без правил / Сост.: А.Б. Сeлюцкий, Петрозаводск, " Карелия",

1989 г., с. 11-50;

Альтшуллер Г.С., Найти идею. Введение в теорию решения изобретательских задач, Петрозаводск, " Скандинавия", 2003

г., с. 186-207;

и на официальном сайте:

Альтшуллер Г.С., Алгоритм решения изобретательских задач (АРИЗ-85В), https://www.altshuller.ru/triz/ariz85v.asp.

Алгоритм решения изобретательских задач (АРИЗ) - комплексная программа алгоритмического типа, основанная на законах развития технических систем и предназначенная для анализа и решения изобретательских задач. АРИЗ возник и развивался вместе с Теорией Решения Изобретательских Задач (ТРИЗ). Первоначально АРИЗ назывался " методикой изобретательского творчества".

Впервые словосочетание " алгоритм решения изобретательских задач" использовано в приложении " Технико-экономические знания" к еженедельнику " Экономическая газета" за 1 сентября 1965 г. Аббревиатура АРИЗ впервые использована в книге Г.С. Альтшуллера " Алгоритм изобретения", Московский рабочий, 1-е изд.: 1969, 2-е изд.: 1973. В дальнейшем модификации АРИЗ включали указание на год публикации, например АРИЗ-68, АРИЗ-71...

Автор АРИЗ - Г.С. Альтшуллер. При разработке последних модификаций алгоритма (АРИЗ-77, АРИЗ-82, АРИЗ-85) учтены замечания и рекомендации многих специалистов по ТРИЗ.

ЧАСТЬ 1. АНАЛИЗ ЗАДАЧИ

Шаг 1.1. Условия мини-задачи
Шаг 1.2. Конфликтующая пара: изделие и инструмент
Шаг 1.3. Графические схемы ТП-1 и ТП-2
Шаг 1.4. Что является главным производственным процессом
Шаг 1.5. Усилить конфликт
Шаг 1.6. Формулировка модели задачи
Шаг 1.7. Применение стандартов

Основная цель первой части АРИЗ - переход от расплывчатой изобретательской ситуации к четко построенной и предельно простой схеме (модели) задачи.

ШАГ 1.1. Записать условия мини-задачи (без специальных терминов) по следующей форме:

Техническая система:

для (указать назначение)

включает (перечислить основные части системы).

Техническое противоречие 1 (ТП-1):

(указать).

Техническое противоречие 2 (ТП-2):

(указать).

Необходимо при минимальных изменениях в системе

(указать результат, который должен быть получен).

ПРИМЕР

Техническая система

для приема радиоволн

включает антенну радиотелескопа, радиоволны, молниеотводы, молнии.

ТП-1:

если молниеотводов много, они надежно защищают антенну от молний, но поглощают радиоволны.

ТП-2:

если молниеотводов мало, то заметного поглощения радиоволн нет, но антенна не защищена от молний.

Необходимо при минимальных изменениях

обеспечить защиту антенны от молний без поглощения радиоволн.

(В этой формулировке следует заменить термин " молниеотвод" словами " проводящий стержень", " проводящий столб" или просто " проводник").

Примечания
1. Мини-задачу получают из изобретательской ситуации, вводя ограничения: все остается без изменений или упрощается, но при этом появляется требуемое действие (свойство), или исчезает вредное действие (свойство).

Переход от ситуации к мини-задаче не означает, что взят курс на решение небольшой задачи. Наоборот, введение дополнительных требований (результат должен быть получен " без ничего") ориентирует на обострение конфликта и заранее отрезает пути к компромиссным решениям.

2. При записи 1.1 следует указать не только технические части системы, но и природные, взаимодействующие с техническими. В задаче о защите антенны радиотелескопа такими природными частями системы являются молнии и принимаемые радиоволны (если они излучаются природными космическими объектами).

3. Техническими противоречиями (ТП) называют 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.

Технические противоречия составляют, записывая одно состояние элемента системы с объяснением того, что при этом хорошо, а что - плохо. Затем записывают противоположное состояние этого же элемента, и вновь - что хорошо, что плохо.

Иногда в условиях задачи дано только изделие; технической системы (инструмента) нет, поэтому нет явного ТП. В этих случаях ТП получают, условно рассматривая два состояния (изделия), хотя одно из них заведомо недопустимо.

НАПРИМЕР, дана задача: " Как наблюдать невооруженным глазом микрочастицы, взвешенные в образце оптически чистой жидкости, если эти частицы настолько малы, что свет обтекает их? "

ТП-1:

Если частицы малы, жидкость остается оптически чистой, но частицы невозможно наблюдать невооруженным глазом.

ТП-2:

Если частицы большие, они хорошо наблюдаемы, но жидкость перестает быть оптически чистой, а это недопустимо.

Условия задачи, казалось бы, заведомо исключают рассмотрение ТП-2: изделие менять нельзя! Действительно, в дальнейшем мы будем исходить (в данном случае) из ТП-1, но ТП-2 даст дополнительные требования к изделию: маленькие частицы, оставаясь маленькими, должны стать большими...

4. Термины, относящиеся к инструменту и внешней среде, необходимо заменять простыми словами для снятия психологической инерции. И это потому, что термины:

• навязывают старые представления о технологии работы инструмента: " ледокол колет лед" - хотя можно продвигаться сквозь льды, не раскалывая их;
• затушевывают особенности веществ, упоминаемых в задаче: " опалубка" это не просто " стенка", а " железная стенка";
• сужают представления о возможных состояниях вещества: термин " краска" тянет к традиционному представлению о жидкой или твердой краске, хотя краска может быть и газообразной.

ШАГ 1.2. Выделить и записать конфликтующую пару элементов: изделие и инструмент.

Правило 1. Если инструмент по условиям задачи может иметь два состояния, надо указать оба состояния.

Правило 2. Если в задаче есть пары однородных взаимодействующих элементов, достаточно взять одну пару.

ПРИМЕР
Изделия - молния и радиоволны. Инструмент - проводящие стержни (много стержней, мало стержней).

Примечания
5. Изделием называют элемент, который по условиям задачи надо обработать (изготовить, переместить, изменить, улучшить, защитить от вредного действия, обнаружить, измерить и т. д.). В задачах на обнаружение и изменение изделием может оказаться элемент, являющийся по своей основной функции собственно инструментом, например шлифовальный круг.

6. Инструментом называют элемент, с которым непосредственно взаимодействует изделие (фреза, а не станок; огонь, а не горелка). Инструментом являются стандартные детали, из которых собирают изделие. Например, набор частей игры " Конструктор" - это инструмент для изготовления различных моделей.

7. Один из элементов конфликтующей пары может быть сдвоенным. Например, даны два разных инструмента, которые должны одновременно действовать на изделие, причем один инструмент мешает другому. Или даны два изделия, которые должны воспринимать действия одного и того же инструмента: одно изделие мешает другому.

ШАГ 1.3. Составить графические схемы ТП-1 и ТП-2, используя таблицу 1.

ПРИМЕР

ТП-1: много проводящих стержней

ТП-2: мало проводящих стержней

Примечания
8. В таблице 1 приведены схемы типичных конфликтов. Допустимо использование нетабличных схем, если они лучше отражают сущность конфликта.

9. В некоторых задачах встречаются многозвенные схемы конфликтов, например:

Такие схемы сводятся к однозвенным:

если считать Б изменяемым изделием или перенести на Б основное свойство (или состояние) А.

10. Конфликт можно рассматривать не только в пространстве, но и во времени.

Так, в задаче об опылении цветов сильный ветер вначале закрывает лепестки, из-за чего затем не переносит пыльцу, хотя это он может делать хорошо. Такой подход позволяет иногда четче выделить задачу, которую надо решать.

11. Шаги 1.2 и 1.3 уточняют общую формулировку задачи. Поэтому после шага 1.3 необходимо вернуться к 1.1 и проверить, нет ли несоответствий в линии 1.1 - 1.2 - 1.3. Если несоответствия есть, их надо устранить, откорректировать линию.

ШАГ 1.4. Выбрать из двух схем конфликта (ТП-1 и ТП-2) ту, которая обеспечивает наилучшее осуществление главного производственного процесса (основной функции технической системы, указанной в условиях задачи).

Указать, что является главным производственным процессом.

ПРИМЕР
В задаче о защите антенны радиотелескопа главная функция системы - прием радиоволн. Поэтому выбрать следует ТП-2: в этом случае проводящие стержни не вредят радиоволнам.

Примечания
12. Выбирая одну из двух схем конфликта, мы выбираем и одно из двух противоположных состояний инструмента. Дальнейшее решение должно быть привязано именно к этому состоянию. Нельзя, например, подменять " малое количество проводников" каким-то " оптимальным количеством". АРИЗ требует обострения, а не сглаживания конфликта.

" Вцепившись" в одно состояние инструмента, мы в дальнейшем должны добиться, чтобы при этом состоянии появилось положительное свойство, присущее другому состоянию. Проводников мало, и увеличивать их число мы не будем, но в результате решения молнии должны отводиться так, словно проводников очень много.

13. С определением главного производственного процесса (ГПП) иногда возникают трудности в задачах на измерение. Измерение почти всегда производят ради изменения, т. е. обработки детали, выпуска продукции. Поэтому ГПП в измерительных задачах - это ГПП всей измерительной системы, а не измерительной ее части. Например, необходимо измерять давление внутри выпускаемых электроламп. ГПП - не измерение давления, а выпуск ламп. Исключением являются только некоторые задачи на измерение в научных целях.

ШАГ 1.5. Усилить конфликт, указав предельное состояние (действие) элементов.

Правило 3. Большая часть задач содержит конфликты типа " много элементов" и " мало элементов" (" сильный элемент" - " слабый элемент" и т. д.). Конфликты типа " мало элементов" при усилении надо приводить к одному виду - " ноль элементов" (" отсутствующий элемент").

ПРИМЕР
Будем считать, что вместо " малого количества проводников" в ТП-2 указан " отсутствующий проводник".

ШАГ 1.6. Записать формулировку модели задачи, указав:

1. конфликтующую пару;
2. усиленную формулировку конфликта;
3. что должен сделать вводимый для решения задачи икс-элемент (что он должен сохранить и что должен устранить, улучшить, обеспечить и т.д.).

ПРИМЕР
Даны отсутствующий проводник и молния. Отсутствующий проводник не создает помех (при приеме радиоволн антенной), но и не обеспечивает защиту от молний. Необходимо найти такой икс-элемент, который, сохраняя способность отсутствующего проводника не создавать помех (антенне), обеспечивал бы защиту от молний.

Примечания
14. Модель задачи условна, в ней искусственно выделена часть элементов технической системы. Наличие остальных элементов только подразумевается. Так, в модели задачи о защите антенны из четырех элементов, необходимых для формулировки задачи (антенна, радиоволны, проводник и молния), остались только два, остальные упоминаются в скобках - их можно было бы вообще не упоминать.

15. После шага 1.6 следует обязательно вернуться к 1.1 и проверить логику построения модели задачи. При этом часто оказывается возможным уточнить выбранную схему конфликта, указав в ней Х-элемент, например, так:

16.Икс-элемент не обязательно должен оказаться какой-то новой вещественной частью системы. Икс-элемент - это некое изменение в системе, некий икс вообще. Он может быть равен, например, изменению температуры или агрегатного состояния какой-то части системы или внешней среды.

ШАГ 1.7. Проверить возможность применения системы стандартов к решению модели задачи. Если задача не решена, перейти ко второй части АРИЗ. Если задача решена, можно перейти к седьмой части АРИЗ, хотя и в этом случае рекомендуется продолжить анализ со второй части.

Примечание
17. Анализ по первой части АРИЗ и построение модели существенно проясняют задачу и во многих случаях позволяют увидеть стандартные черты в нестандартных задачах. Это открывает возможность более эффективного использования стандартов, чем при применении их в исходной формулировке задачи.