2.2.Алгоритм выявления противоречий

Хромой, идущий по верному пути,

обгонит сбившегося с дороги скорохода

Френсис Бэкон

При постановке технической задачи технические, а тем более физические, противоречия не лежат на поверхности, их предстоит выявить в результате анализа задачи. Г.С. Альтшуллер в своё время предложил чёткий алгоритм действий по выявлению технического и физического противоречий. Автор назвал его алгоритмом решения изобретательских задач (АРИЗ). По мере развития методологии решения технических задач АРИЗ многократно совершенствовался и к настоящему времени превратился в достаточно эффективный инструмент решения сложных задач. Одновременно следует отметить, что в современном варианте АРИЗ труден для освоения и требует при использовании значительного времени из-за его громоздкости. Нам хотелось бы иметь такой алгоритм, который. не уступая существенно АРИЗу в эффективности, был бы значительно проще для усвоения. Назовём его алгоритмом выявления противоречий (АВП). АВП уступает АРИЗу по технологическим возможностям, но в то же время является более кратким и чётким, а, следовательно, и более легко усвояемым.

В предлагаемом варианте АВП состоит из трех этапов:

1. Выявление проблемы;

2. Выявление технического противоречия;

3. Выявление физического противоречия.

Каждый этап в свою очередь содержит несколько шагов.

Рассмотрим подробно каждый этап.

Этап 1. Выявление проблемы

Шаг 1.1.Описание ситуаци

Под ситуацией понимают совокупность свойств и условий работы технической системы в целом и входящих в неё объектов – устройств, способов и веществ. Мы не знаем заранее, какие из свойств и условий потребуется учитывать при решении задачи. Поэтому в описание ситуации следует включить максимальное количество сведений.

Ситуацию описывают в произвольной форме. Текст при необходимости сопровождают эскизом. Вот пример такого описания, взятый нами из интересной книги Г.Альтова (псевдоним Г.С.Альтшуллера) для детей «И тут появился изобретатель»:

Задача 2.1. Требуется запаять ампулы с лекарством. Делают это следующим образом. 25 ампул устанавливают вертикально в гнёздах специального держателя – пять рядов по пять ампул. Сверху подводят газовую горелку. Огонь запаивает капилляры ампул. К сожалению, способ имеет недостаток: пламя плохо регулируется, оно то слишком большое, то слишком маленькое. Некоторые ампулы перегреваются, некоторые не запаиваются. Можно, конечно, пустить огонь на полную мощность. Тогда все ампулы запаяются, но от перегрева испортится лекарство. Можно, наоборот, пустить очень слабый огонь. Тогда лекарство в ампулах не испортится, но некоторые ампулы не запаяются.

Как быть?

Шаг 1.2. Выявление главного недостатка

Следует иметь в виду, что АВП при решении конкретной задачи направлен на устранение только одного недостатка системы. Поэтому выявляют именно главный недостаток, мешающий объекту выполнять свою главную функцию. Здесь же может быть указана и причина недостатка, если она известна.

Вот так может выглядеть запись шага 1.2 для задачи 2.1:

Недостатком описанного способа является опасность испортить лекарство вследствие его перегрева.

Шаг 1.3.Формулировка проблемы

Проблему формулируют как требование устранения главного недостатка путём устранения его причины.

Требуется устранить опасность испортить лекарство путём предотвращения его перегрева.

Этап 2. Выявление технического противоречия.

Техническое противоречие – это противоречие между полезным и вредным свойствами системы: с усилением полезного свойства усиливается и вредное свойство.

Шаг 2.1. Выделение конфликтующей пары объектов.

Задача этого шага – сузить область поиска решения.

Так же, как скульптор при создании своего творения «берёт глыбу и отсекает от неё лишнее», так и мы должны убрать из задачи лишние элементы, детали, обстоятельства, оставив только те, которые необходимы, по нашему мнению, для решения задачи.

Из системы убирают лишние элементы, оставляя только конфликтующую пару объектов: изделие – объект, который выпускается, обрабатывается, обнаруживается и т.п., то есть объект, на который направлено действие, и инструмент – объект, который непосредственно взаимодействует с изделием, то есть объект, которым мы действуем на изделие.

Запись шага:

а) изделие – (указывают изделие);

б) инструмент – (указывают инструмент).

Для нашей задачи:

а) изделие – ампула с лекарством;

б) инструмент – горелка.

Шаг 2.2. Выявление полезного свойства

Выясняют, что ухудшается в системе «изделие - инструмент» при попытке решить задачу «напрямую». Шаг записывают в виде трёх пунктов.

В п. «а» описывают сущность решения задачи «напрямую», т.е. делают попытку решить её очевидным путем, без применения технического творчества.

В п. «б» указывают, что ухудшится при таком решении задачи.

В п. «в» указывают полезное свойство системы «изделие – инструмент», которое ухудшается при решении задачи по п. «а».

Для задачи 2.1 запись шага 2.2 может выглядеть так:

а) чтобы исключить перегрев лекарства, нужно уменьшить мощность пламени горелки.

б) при уменьшении мощности пламени ампула может не запаяться.

в) полезное свойство – гарантия запайки ампул.

Шаг 2.3. Формулировка технического противоречия

Техническое противоречие формулируют в виде двух пунктов:

a) полезной свойство – (указывают полезное свойство системы, п.2.2в);

б) вредное свойство – (указывают главный недостаток, п.1.2а)

Для нашего случая будем иметь:

Техническое противоречие:

а) полезное свойство – ампулы запаиваются;

б) вредное свойство – лекарство перегревается.

Этап 3. Выявление физического противоречия

Физическое противоречие – это противоречие между двумя противоположными состояниями объекта, в которые он должен быть приведён для решения задачи.

Шаг 3.1. Выбор изменяемого объекта

Задача этого шага – ещё более сузить область поиска решения.

Из двух конфликтующих объектов, выявленных на шаге 2.1, нужно выбрать тот, который целесообразно изменить для решения задачи. При этом следует иметь в виду, что:

технический объект легче изменить, чем природный; инструмент легче изменить, чем изделие; дешёвый объект легче изменить, чем дорогой.

Шаг записывают в виде двух пунктов.

В п. «а» указывают объект, который изменить нельзя или нецелесообразно, и причину этого.

В п. «б» указывают объект, который нужно изменить, сохранив его полезное свойство, п.2.2в.

Запись шага имеет вид:

а) (указывают объект, который нецелесообразно изменять) изменять нельзя, так как (указывают, почему нельзя).

б) Будем изменять (указывают объект, который следует изменить), сохранив (указывают полезное свойство, п.2.2в).

Для задачи 2.1:

а) Ампулу с лекарством изменять нельзя, так как требования к качеству лекарства установлены техническими условиями.

б) Будем изменять горелку, сохраняя её способность запаивать ампулы.

Шаг 3.2. Формулировка идеального решения

Идеальное решение – это решение задачи, при котором изменяемый объект сам устраняет вредное свойство, сохраняя при этом полезное свойство.

При формулировании идеального решения не следует заранее задумываться, возможно или невозможно получение такого результата. Не следует также задумываться над тем, какими действиями он будет достигнут. Зачастую идеальное решение принципиально невозможно получить (например, объект с КПД = 100%, нулевым временем срабатывания, бесконечным сроком службы, нулевой массой и т.п.). Идеальное решение – это тот идеал, к которому нужно стремиться, а для этого, естественно, необходимо его четко представлять.

Запись шага:

Идеальное решение: (указывают изменяемый объект, п. 3.1б) сам обеспечивает (указывают устранение вредного свойства, п.2.3б), сохраняя при этом (указывают полезное свойство, п.2.3а).

Для нашей задачи будем иметь:

Идеальное решение: горелка сама обеспечивает предохранение лекарства от перегрева, сохраняя при этом гарантированную запайку ампул.

Шаг 3.3. Выделение дефектного элемента

В изменяемом объекте следует выделить «больное место» – дефектный элемент, который не справляется с требованиями идеального решения.

Запись шага:

Дефектный элемент (указывают изменяемый объект, п. 3.1) – (указывают дефектный элемент).

Для задачи 2.1:

Дефектный элемент горелки – пламя.

Шаг 3.4. Формулировка физического противоречия

Физическое противоречие – это противоречие между двумя противоположными физическими состояниями дефектного элемента, в которые он должен быть приведён для удовлетворения обоих требований идеального решения.

Применяют три формы записи физического противоречия соответственно в п.п. а, б, в шага 3.4.

В п. «а» приводят развёрнутую формулировку физического противоречия, с обоснованием каждого из требуемых противоположных физических состояний дефектного элемента: каким должен быть дефектный элемент для выполнения первого требования идеального решения (устранение вредного свойства, п. 2.3б) и каким он должен быть для выполнения второго требования (сохранение полезного свойства, п. 2.3 а):

а) Для (указывают устранение вредного действия) (указывают дефектный элемент) должен быть (указывают физическое состояние дефектного элемента); для (указывают обеспечение полезного свойства) (указывают дефектный элемент) должен быть (указывают противоположное физическое состояние дефектного элемента).

В п. «б» приводят формулировку физического противоречия без указания обоснований, только его «сущностную» часть:

б) (Указывают дефектный элемент) должен быть (указывают физическое состояние дефектного элемента) и (указывают противоположное состояние дефектного элемента)

В п. «в» приводят краткую, «жёсткую» формулировку физического противоречия:

в)(Указывают дефектный элемент) должен быть и не должен быть.

Для задачи 2.1 формулировки физического противоречия могут иметь следующий вид:

а) для предохранения лекарства от перегрева пламя горелки должно быть слабым; для гарантированной запайки ампул пламя должно быть мощным;

б) пламя должно быть слабым и мощным;

в) пламя должно быть и не должно быть.

На примере рассмотренной задачи видно, как постепенно сужается область поиска решений: от многокомпонентной технической системы (шаг 1.1) – к паре конфликтующих объектов (2.1), затем к одному объекту (3.1) и, наконец, – к дефектному элементу этого объекта (3.3). В итоге вместо совокупности сложных объектов мы имеем относительно простой элемент, к которому и предъявляем требования физического противоречия.

Иногда анализ задачи по алгоритму сразу же приводит к её решению. Вот пример интересной задачи из книги Г.Альтова «И тут появился изобретатель»:

Задача 2.2. В лаборатории исследовали действие горячей кислоты на сплавы. В стальную камеру с толстыми стенками помещали 15–20 кубиков из разных сплавов и заливали кислоту. Затем камеру закрывали и помещали в электрическую печь. Через какое-то время кубики доставали и исследовали их поверхность под микроскопом.

– Плохи наши дела, – сказал однажды заведующий лабораторией. – Кислота разъедает стенки камеры.

– Облицевать бы их чем-нибудь, – предложил один сотрудник. – Может быть, золотом…

– Или платиной, – сказал другой.

– Не пойдет, – возразил заведующий. – Выиграем в устойчивости, проиграем в стоимости. Я уже подсчитывал, нужен килограмм золота…

Ситуация кажется тупиковой. Давайте проанализируем задачу по алгоритму. Начнём сразу с шага 2.1.

2.1. Выделение конфликтующей пары объектов.

Изделие – кубики.

Инструмент – кислота.

Стоп! А где же камера, из-за которой собственно и возникла проблема? А её нет. Взаимодействуют кубики и кислота. А для чего нужна камера? Только для того, чтобы кислота не растекалась. Но ведь с этой задачей может справиться и кубик, для этого нужно сделать кубики полыми и заливать в них кислоту. Видите, как, даже не закончив анализ задачи, мы пришли к её решению. Выделение конфликтующей пары объектов позволило задачу о защите стали от коррозии, над которой безуспешно трудится много лет всё человечество, заменить простой задачей о предотвращении растекания кислоты.

Это интересно:

Средневековая Голландия. Оптических дел мастер Захарий Янсон шлифует линзы для лорнета госпожи бургомистерши. Он поднимает линзы к окну, чтобы рассмотреть изъяны шлифовки и… о чудо! Крест далёкой церквушки словно увеличился в размерах и влез в окно мастерской. Мастер замечает, что он держит в руках выпуклое и вогнутое стёкла. Хотел через одну линзу разглядеть изъяны другой и увидел, что комбинация стёкол приближает далёкие предметы.

Так был изобретён телескоп.