Задачи: разделение щепы, фильтр из металлоткани. 7 Система стандартов риз. 36 8 Использование химэффектов в изобретательстве 39
| Вид материала | Задача |
- Фильтр каталитической очистки газа, 31.85kb.
- Лекция №14-2008. Система стандартов российской федерации по защите информации, 198.62kb.
- Политика в области качества и охраны окружающей среды ОАО «соломбальский лдк», 22.18kb.
- Питания состоит из: топливный бак, топливный фильтр отстойник, топливный насос, карбюратор, 56.92kb.
- А. И. Майоров 2009 г. Техническое задание, 31.77kb.
- Система стандартов безопасности труда система управления охраной труда в организации, 3661.78kb.
- Темы курсовых работ по курсу «Практический аудит» Система нормативного регулирования, 15.99kb.
- Национальный стандарт российской федерации система стандартов безопасности труда система, 959.36kb.
- 2. Международное разделение труда, научно-техническая революция (нтр) и мировое хозяйство, 137.35kb.
- 2. Международное разделение труда, научно-техническая революция (нтр) и мировое хозяйство, 138.91kb.
Чувашский ЦНТИ
К А К Р Е Ш А Ю Т С Я
И З О Б Р Е Т А Т Е Л Ь С К И Е
З А Д А Ч И
(С Т О З А Д А Ч П О Т Р И З)
Сост. кхн, доц. Михайлов В.А.
ЧЕБОКСАРЫ _____ 1992
ОГЛАВЛЕНИЕ
Рецензия 3
Список сокращений 5
1 Инженеру и новатору помогает ТРИЗ. ИМ 7
1.1 Системный подход в технике 12
1.2 Технические противоречия. Анализ задачи 16
1.3 Работа по MIP в КУВТ-86. Алгоритм программы. 18
1.4 Типовые приемы разрешения противоречий 20
1.5 Примеры решений задач с помощью МИП.
Задача 0.1 Заплата. 26
Задача 0.2 Синтез бромида алюминия. 29
1.6 Вепольный анализ. 32
Задачи: разделение щепы, фильтр из металлоткани.
1.7 Система стандартов РИЗ. 36
1.8 Использование химэффектов в изобретательстве 39
1.8.1 Эффекты образования - исчезновения вещества 41
1.3.2 Эффекты выделения - поглощения энергии 44
2. Учебные задачи для освоения ТРИЗ 47
2.1 Формулировка противоречия - почти решение 47
Решения задач 1.1, 1.2, задачи 1.3 - 1.8
2.2 Решения на использовании ресурсов 50
Решения задач 2.1, 2.2 задачи 2.3 - 2.6
2.3 Помогают вепольный анализ и стандарты РИЗ 53
Решения задач 3.1, 3.2, задачи 3.3 - 3.29.
2.4 Решения задач с помощью АРИЗ-85в 59
4.1 Фильтрация авиационного керосина 60
4.2 Раскачивание люльки элеватора 65
4.3 Высоковольтные изоляторы запыляются 68
4.4 Автоматический пробоотборник 73
4.5 Электроосаждение гидрооксида металла
из раствора его соединения в керосине 79
4.6 Скользящая опалубка для монолитстроя 84
4.7 Увеличение мощности плазмотрона 88
4.8 Установка на плате электрорадиоэлементов 92
4.9 Испытание макетов в потоке воды 95
3. Задачи для самостоятельной решения по ТРИЗ /5.1-6.48/ 97
4. описания хода решения задач разделов 2.1 - 2.3 108
- 2 -
5. Контрольные решения учебных заданий 124
Указатель использования химических эффектов 131
Литература /библиография 33/ 138-140
РЕЦЕН3ИЯ
на методическое пособие к.х.н., доц. Михайлова В.А.
''Как решают изобретательские задачи (100 задач по ТРИЗ)"
Воспитание высококвалифицированного инженера невозможно без преподавания в ВУЗах основ технического творчества. Для исключения в практике решения задач метода проб и ошибок Г.С.Альтшуллером предложена ТРИЗ, которая не нашла еще достаточного отражения в учебных планах ВУЗов. Сдерживающим фактором изучения ТРИЗ является отсутствие соответствующих методических пособий и задачников для преподавателей и студентов.
Работа Михайлова В.А. "Как решают изобретательские задачи” подготовленная к изданию ЦНТИ Чувашской ССР, Чебоксары, 1992, восполняет этот пробел и является сборником задач по ТРИЗ. Автор в предисловии подчеркивает концепцию TPИЗ о познаваемости законов технического творчества посредством выявления и использования законов развития технических систем. Системный подход в технике позволяет выделить в техносфере технологическую нишу в соответствии с иерархией, познакомить будущего инженера с системным видением. Неравномерность развития технических систем на уровне административных и технических противоречий рассмотрена автором для объяснения физического противоречия и приемов его разрешения. В сборнике рассмотрен автоматизированный прием разрешения противоречий на базе микро-ЭВМ - MIP, с помощью вепольного анализа и системы стандартов. Следует отметить оригинальный указатель химэффектов, необходимый для решения нетиповых технических задач. Организация задач по 4 уровням - методический прием, помогающий студентам в освоении ТРИЗ и ее элементов, включающих АРИЗ и использование химэффектов. Ценность сборника определяется тем, что для более половины задач приведен подробный разбор хода решения с указанием для большинства задач контрольных решений.
К сожалению, ограниченный объем задачника (5 п.л. и 50 рис.) не позволили автору выйти за рамки конспективного изложения материалов по ТРИЗ, предлагая студентам самостоятельное изучение теоретических основ по прилагаемому списку литературы из 30 наименований. В печатном труде не нашли отражения примеры
- 3 -
решения задач на персональных компьютерах (класс КУВТ-86), применяемые автором в учебном процессе. Во избежание узкой специализации учебника автором сокращены до минимума нестандартные задачи, использующие оригинальный указатель химэффектов.
Несмотря на указанные недостатки, работа Михайлова В.А. выполнена на высоком методическом уровне, своевременна и рекомендуется для открытой печати а качестве учебного методического пособия для практического решения изобретательских задач по ТРИЗ.
Преподаватели технического творчества
студентов и школьников ТИХМа и школы №13 г.Тамбова
к.т.н., с.н.с. Е.И.Глинкин
к.т.н., доцент Б.И.Герасимов.
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ
АРИЗ - алгоритм решения изобретательских задач, последовательность мысленных действий, обеспечивающих поиск высококачественных новых технических решений; известны версии АРИЗ-61, -64, -68, -71, -77, -82, -85 и последние версии - 85в и АРИЗ-СМВ-91.
А.с. - авторское свидетельство на изобретение (СССР).
БИ - бюллетень изобретений и открытий СССР.
БК-0010 - марка компьютера (ПЭВМ в составе кл. КУВТ-86).
Веполь - минимальная полная модель ТС (из слов вещество и поле).
В - вещество, включенное в состав веполя и вепольного преобразования (тв/ж/г, деталь, инструмент и т.п.).
(В2, В2) - комплекс, смесь двух веществ.
В' В'' - разные состояния вещества в ТС, в его веполе.
В~ - В'' - переменное и структурированное вещество.
ВПР - вещественно-полевые ресурсы данной ТС, НС и ННС.
ИБМ /IBM РС/Х, АТ/ - типы ПЭВМ фирмы ИБМ США.
Изделие - обрабатываемая часть ТС, входящая в состав ТП.
ИКР - идеальный конечный результат решения данной задачи.
ИМ (IM) - изобретающая машина, программа интеллектуальной поддержки изобретателей на основе методов ТРИЗ.
ИМЕ (IME) - подсистема ИМ, использующая указатели физиче-ских, химических и геометрических эффектов из фонда ТРИЗ.
ИМП (IMP) – подсистема в ИМ, основанная на применении таблицы поиска приемов разрешения ТП.
ИМС (IMc) - подсистема ИМ, использующая стандарты – 76
ИМФСА - подсистема ИМ, основанная на методике функцио-нально-стоимостного анализа объектов техники и технологий.
Инструмент - обрабатывающая часть ТС, включенная в ее модель и ТП.
КУВТ-86 - класс учебной вычисл. техники на основе БК-0010.
МАТЭМЭмХ - то же МАТЭМХ, МАТХЭМ - краткая форму-ла развития применений физических эффектов, их. использования при решениях изобретательских задач: Механика – Акустика – Теплота –Электричество – Магнетизм - Электро-магнитные явления - Химия (как самая сложная физика...)
МЗ - модель задачи, формулировка в ходе ее решения по АРИЗ.
Мини-задача - первоначальная постановка изобретательской за-дачи в АРИЗ на основе внесения минимальных изменений в ТС.
МИП (MIP) - изобретающая программа микро-ЭВМ, в частно-сти в КУВТ-86, основанная на приемах разрешения ТП.
НС - надсистема, система более высокого уровня, включающая в качестве элемента данную ТС.
ННС - система, включающая в качестве элементов НС (т.е. надсистемы).
НЭ - нежелательный эффект, существенный недостаток данной ТС, появляющийся, усиливающийся в ней на основе обычных инже-нерных подходов по улучшению работы данной ТС.
ОЛТИ - общественная лаборатория теории изобретательства, неформальный коллектив разработчиков и преподавателей ТРИЗ.
ОВ - оперативное время, выяснение ресурсов времени при работе ТС.
ОЗ - оперативная зона, часть пространства ТС, где возникает ТП.
П - поле, вид технического или физического взаимодействия между В в составе веполя данной ТС.
П', П'' - разные состояния поля в ТС.
П~ и П# - переменное и структурированное поля в веполе ТС.
Пак. - акустическое поле.
Пмех. - один из 50 видов механических полей (сил инерции, ускорения, вращения, выталкивания, гравитации и пр.).
Псв. - поле, энергия света (видимого, УФ, ИК и пр.).
Пт - поле тепла.
Пэл., ЭП - электрическое поле, Пэм - электро-магнитное поле.
Пхим. - поле сил химических взаимодействий.
ПС - подсистема, элемент ТС, рассматриваемый как система.
ППС - подподсистема, часть элемента ТС, как система.
Пустота - замена В в ТС на воздух, газ, вакуум, как один из важных и доступных ресурсов развития ТС.
ПЭВМ - персональная микро-, мини- или макро-ЭВМ.
РТП - разрешение технического противоречия; приемы РТП -комплекс 40 приемов РТП (Г. Альтшуллера, 1972).
СУ - средство устранение, обычное инженерное действие по устранению недостатка ТС (не считаясь с затратами и усложнением ТС).
Стандарты-76 - система стандартных наборов, комбинаций приёмов РТП и ФЭ, обеспечивающих решения изобретательских задач (разрешения ТП и ФП).
Тпл. - температура плавления.
ТРИЗ - теория решения изобретательских задач, основанная на законах развития ТС (автор Г. Альтшуллер).
ТП - техническое противоречие, этап в развитии ТС.
ТС - техническая система, объект техники как совокупность взаимодействующих элементов (ср. НС, ННС, ПС, ППС).
ФП - физическое противоречие, физическая причина ТП.
ФЭ - физический эффект и явления, используемые для разрешения ФП.
ХЭ - химический эффект или явление.
- ИНЖЕНЕРУ И НОВАТОРУ ПОМОГАЕТ ТРИЗ
Что такое ТРИЗ? кому она нужна?
ТРИЗ - теория решения инженерных - изобретательских задач. Основное положение ТРИЗ: объекты техники (устройства и способы) являются системами; технические системы развиваются по объективно существующим законом, их можно выявить - эти законы познаваемы. Законы развития технических систем можно и нужно использовать для сознательного решения изобретательских задач. Существующий и преобладающий до сих пор метод поиска таких решений опирается на психологическую инерцию специалистов - привычку решать задачи обычными приемами данной отрасли техники и случайным перебором вариантов, методом "проб и ошибок". Метод возник миллион лет назад, он создал и все. еще развивает все многообразие объектов техники. Эффективность такого перебора вариантов зависят от сложности задач, возникающих при развитии техники и общественных потребностей. Метод "проб и ошибок" прост и пригоден, когда задача может быть решена путем перебора вариантов в пределах данной или близких ей отраслей техники. Такие технические решения определим как решения первого (до 10 проб и ошибок) и второго (до 100 проб и ошибок) уровней. (Рис.1)
История изобретательства показывает, что метод "проб и ошибок" не только неэффективен при решении сложных задач (когда при случайном поиске перебирают от тысяч до миллионов "проб и ошибок") - при поиске решений третьего (до 1000 проб), четвертого (до 100000 проб) уровней. но и затрудняет их постановку. Обычно задача ставится в случайной, неточной формулировке, зачастую без необходимой информации и с большим объемом ненужной информации. Когда задача видна, ее решение запаздывает на десятки лет. А само выявление проблемы отодвигается на сотни лет. Неэффективность метода поиска новых технических решений перебором вариантов ("проб и ошибок") для решения сложных задач давно начали компенсировать увеличением числа людей, работающих над той или иной проблемой. Но к середине XX века можно было понять, что даже самое полное использование людских ресурсов, ведущих поиск решения древним методом "проб и сшибок", не может обеспечить необходимых темпов поиска и производства новых технических решений-изобретений. С этой целью ныне предложено свыше полусотни различных методов поиска нового и ускорения этого поиска [1 – 5]. Есть среди них и полезные для определенных условий или задач, но есть и непроверенные, надуманные искусственно формализованные, не дающие никакого практического выхода. В целом все методы можно разделить на 2 группы: основанные и не основанные на учете объективных законов развития технических систем [16 – 21].
Технические системы материальны - это очевидно. Столь же очевиден и факт их развития, который зафиксирован историей техники. Развитие зафиксировано в патентном фонде, содержащем списания десятков миллионов изобретений. Каждое из них является ступенькой или этапом эволюции техники. Совокупность описаний изобретений показывает, что жизнеспособными оказываются только такие изобретения, которые изменяют исходную систему в направлении, предписываемом законами развития технических систем. Знание закономерностей дает возможность резко сузить зону поиска, заменой угадывания (в методе "проб и ошибок") научным подходом (на основе ТРИЗ). Практически единственной в настоящее время научной методологией поиска новых технических решений является ТРИЗ. Методы, основанные на ТРИЗ, дают стабильные положительные результаты при решении самых разных задач, они доступны для массового изучения и использования в производственных условиях и не влияют вредно на психику человека.
Рис. 1 .Курица бьётся о прозрачную перегородку, хочет пройти к корму в то время как самая "близкая" дорога к нему - обходная.
Рис. 2 .
Разделы, которые ТРИЗ в себя включает, и науки с которыми она пересекается, "соседствует'':
ТРИЗ включает:
ЗАКОНЫ РАЗБИТИЯ ТС,
ФОНД 40 ПРИЁМОВ РАЗРЕШЕНИЯ ТП,
ВЕПОЛИ И ИХ АНАЛИЗ,
СИСТЕМА 76 СТАНДАРТОВ РИЗ.
АЛГОРИТМ РИЗ (АРИЗ).
ПАКЕТ ПРОГРАММ «ИМ»
ТРИЗ пересекается с:
1. ТЕОРИЕЙ РАЗВИТИЯ ТВОРЧЕСКОЙ ЛИЧНОСТИ (РАЗВИТИЕ ТВОРЧЕСКОГО ВООБРАЖЕНИЯ, ЖИЗНЕННАЯ ТАКТИКА И СТРАТЕГИЯ ТВОРЧЕСКОЙ ЛИЧНОСТИ).
2. ТЕОРИЕЙ РАЗВИТИЯ ТВОРЧЕСКИХ КОЛЛЕКТИВОВ,
3. ТЕОРИЕЙ РАЗВИТИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ
4. ТЕОРИЕЙ РАЗВИТИЯ СИСТЕМ,
5. ПЕДАГОГИКА И ПСИХ0ЛОГИЯ,
6. ПАТЕНТ0ВЕДЕНИЕ,
7. ИСТ0РИЯ НАУКИ И ТЕХНИКИ,
8. ЕСТЕСТВЕННЫЕ И ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ,
9. ИНФОРМАТИКА И ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА.
Теоретическим фундаментом ТРИЗ являются законы развития технических систем, выявленные путем анализа больших массивов патентной информации и классификации по уровням технических решений (это сотни тысяч патентов и авторских свидетельств), изучения истории и логики развития многих технологических систем. ТРИЗ строится как точная наука, она имеет свою область исследования, свои методы, свой язык, свои инструменты. Она непрерывно сама развивается путем выявления новых факторов.
Основными механизмами совершенствования и синтеза новых технических систем в ТРИЗ служат: система приемов разрешения технических противоречий, система стандартов решения изобретательских задач, АРИЗ. ТРИЗ располагает собственным методом анализа и записи преобразований систем - вепольным анализом [5-10]. Особое значение в ТРИЗ имеет упорядоченный и постоянно пополняемый информационный фонд (пополняемый непрерывным анализом старых и новых патентных материалов): указатели применения физических, химических и геометрических эффектов, банк типовых приемов устранения технических и физических противоречий (рис.2).
ТРИЗ и его механизмы решения изобретательских задач лежат в основе программы под названием " Изобретающая машина" - ИМ для ПЭВМ. ИМ - это семейство программ вида интеллектуальных систем поддержки решения сложных изобретательских задач в любой области техники. Результат диалога с ИМ - патентоспособные идеи новых технических решений. ИМ помогает прогнозировать развитие любого изобретения и получить серию новых решений на основе учета закономерностей и уровня развития заданной технической системы. ИМ включает в себя идеи ТРИЗ, отобранные патенты и методы решения изобретательских задач (20). В ее состав входят следующие системы:
ИМ-П - генерирует идеи для 1250 типов изобретательских задач, рекомендуя несколько из 40-50 приемов разрешения технических противоречий;
ИМ-С - использует систему стандартов - 76 решения сложных задач со структурным прогнозом развития полученной идеи;
ИМ-Э - содержит сотни рекомендаций по применение физических, химических и геометрических эффектов при решении изобретательских задач;
ИМ-ФСА - помогает проводить функционально стоимостный анализ заданной технической системы с целью снижения себестоимости и повышения качества выпускаемой продукции и др.
Изучение ТРИЗ и работа с ИМ существенно повышает возможности специалистов при поиске новых технических решений известных задач и прогнозирования новых технических задач. ТРИЗ и ИМ нацелены как на лучшее использование имеющихся фундаментальных и специальных знаний данного специалиста, так и на обеспечение его мировым изобретательским опытом, базой данных, включающей самые эффективные изобретения из любой отрасли техники, и современной методикой выявления и разрешения технических и физических противоречий в технических системах. При изучении ТРИЗ важным подспорьем является применение в учебных занятиях практики решения учебных и неучебных изобретательских задач, освоение с их помощью непривычной диалектической логики решения задач, лежащей а основе метода ТРИЗ»
В данном учебном пособии приведены 100 учебных изобретательских задач, относящихся к разным отраслям техники, имеющих разные уровни сложности, с помощью решения которых учащиеся осваивают разные методы и этапы технического творчества, основанные на ТРИЗ: выявления в задачах технического противоречия, разрешения технических противоречия с помощью системы 40 приемов РТП (в том числе с использованием программы МИП в классе КУВТ-86); вепольные преобразования технических систем и применение системы 76 стандартов при решениях изобретательских задач; ознакомление с законами развития технических систем и с АРИЗ, практическое освоение АРИЗ. Приведены разборы хода решений многих задач и контрольные решения большинства задач.
Материалы и темы задач отобраны из практики обучения ТРИЗ и АРИЗ за последние 5 лет сотрудниками общественной лаборатории теории изобретательства (ОЛТИ), руководимой создателем ТРИЗ инженером и писателем Г.С. Альтшуллером (Г. Альтовым), на занятиях в г.г, Ленинграде, Кишиневе, Челябинске, Чебоксарах, Тюмени и др., в частности Г.С. Альтшуллером, Е.Л. Злотиным, С.С. Литвиным, Г.И. Ивановым, Ю.П. Саламатовым и др. [5 – 10].
ТРИЗ появилась и разработана в СССР со времени первой публикации в 1956 г. - статьи Альтшуллера Г.С. Шапиро Р.Б. [1]. С тех пор напечатаны в разных журналах (Техника и наука, 1979-1983, Изобретатель и рационализатор, 1964-1970, 1989-1991 и др.) в СССР и за рубежом тысячи статей и несколько десятков книг более ста последователей и учеников Г. Альтшуллера, преподавателей и изобретателей. Около 20 таких книг собрано в библиотеке Чувашского университета, в том числе 4 рекомендовано в качестве учебных пособий и напечатано 5 методических указаний к практикумам по качественному совершенствованию технических систем [ 22 – 25]. Книги по ТРИЗ широко издаются и распространяются за рубежом в США, Болгарии, Польше, Германии, Японии и др. Но до сих пор ТРИЗ практически не изучают в вузах СССР, если не считать факультативных и экспериментальных занятий, которые ведутся в разных городах более 10 лет. Некоторые специальные кафедры включают знакомство с ТРИЗ в отдельные специальные дисциплины - по-видимому, этих первых шагов введения ТРИЗ в учебный процесс совершенно недостаточно.
ТРИЗ и ИМ ставят задачей добиться, чтобы любой рабочий, инженер, научный сотрудник на пути к достойной, гуманной цели мог создавать технические идеи самого высокого уровня. База знаний в них содержит в себе опыт всех поколений лучших творцов научно-технических идей мира. Каждый учащийся получает уникальную возможность научиться применять этот опыт в своей будущей деятельности. Каждый получает возможность стать активным творцом нового.
- СИСТЕМНЫЙ ПОДХОД В ТЕХНИКЕ
Характерная особенность современной науки - использование системного подхода: представление целостности и элементов объекта, выявление вида связей между элементами объекта и самого объекта с другими. Если объект - техническая система (ТС), состоящая из взаимодействующих элементов, то его элементы-подсистемы (ПС) состоят из частей таких элементов, а совокупность взаимодействующих с объектов (ТС) составляют надсистему (НС). Схема такого подхода:
надсистема НС
/ \ \
система ТС1 ТС2 … ТСn.
/ | \ / \
подсистема ПС1 ПС2 ПС3 (См.рис.3)
Пример: коробка цветных карандашей (НС)
/ \
много-цветные карандаши (ТС)
карандаши / \
грифель палочка (ПС)
Многоэкранная схема талантливого мышления
Рис.3
Виды функций технических систем (ТС
Рис.4
Системный подход к развитию техники - один из принципов ТРИЗ - означает умение видеть, воспринимать, представлять как единое целое систему (ТС) во всей ее сложности, со всеми связями, изменениями, сочетая важные, но взаимодополняющие подходы: компонентный, изучающий состав системы (наличие в ней элементов - ПС, ее НС); структурный, изучающий взаимное расположение ПС в пространстве и во времени, связи между ними; функциональный, рассматривающий функции ТС ж ее ПС, роль ТС в НС; генетический, изучающий становление ТС, этапы ее развития и замены одной системы другой.
Изобретательское системное видение, характерное для талантливых изобретателей, можно представить как многоэкранную схему мышления - это серия экранов, на которых наблюдается, сама ТС, все ее ПС и. та НС, в которую она входит, а также их прошлое и будущее (тенденции развития}) / 7-9,16/. Как показал опыт обучения ТРИЗ, при соответствующей тренировке этой схемой мышления может овладеть каждый. Большинство из элементов ТРИЗ представляют собой элементы этой схемы, ее "развертки" по времени и по уровням сложности (рангам).
Системой назовем некоторое множество взаимосвязанных элементов, обладающее свойствами, не сводящимися к сумме свойств отдельных элементов.
Системное свойство может быть полезным для человека, вредным, побочным эффектом создания ТС с некоторым полезным свойством. Часто появление вредного системного свойства сказывается неожиданным. Так, при параллельной работе нескольких электрических машин могут возникнуть вредные резонансные явления. Неожиданное системное свойство может быть и полезным - назовем его сверхэффектом. Такое системное свойство получают без введения специальных элементов, только за счет того, что объединении элементов в ТС нужное свойство усиливается, а вредные свойства компенсируются.
Понятие "система" является условным, зависит от точки зрения специалиста, выбранной системы отсчета: так, осколки потерпевшей аварию машины не является системой для пользователя этой машины, но являются системой для исследователя этой аварии.
Элементы, составляющие систему, оказываются подсистемами (ПС) - они состоят из каких-то частей, которые тоже могут рассматриваться как системы - подподсистемы (ППС). Электрическая машина состоит из ПС: статора, ротора и т.д. ПС статор имеет свои ППС: обмотку, сердечник, выводы... Каждая ТС входит в некоторую надсистему (НС). Например, ТС электрическая машина входит в НС "привод", который в свою очередь, входит в НС более высокого ранга ННС: "привод" входит в ННС "станок" или "технологическая линия".
Таким образом, ПС, ТС и НС образуют иерархию систем - расположение частей в порядке от низшего к высшему. Возможна и другая структура - сетчатая (ретикулярная), в которой все ПС связаны друг с другом сложными обратными связями, влияют друг на друга, и невозможно однозначно выделить какую-то иерархии.
ТС может состоять из элементов (ПС), каким-либо образом расположенных и связанных между собой в пространстве: устройств или веществ, либо из ПС, связанных между собой во времени (технологий, операций, процессов, способов).
Целью существования систем, развернутых в пространстве, является проведение какого-то действия, процесса. Соответственно ТС, развернутая во времени, создается для производства, обработки веществ, устройств. Оба вида ТС неразрывно связаны, дополняя друг друга - между ними множество аналогий в развитии.
Любая ТС создается для выполнения некоторого множества общественно-полезных функций, достижения определенного результата. Среди них можно выделить основные функции, для выполнения которых, собственно, и создается ТС, второстепенные, обеспечивающие выполнение основных. Например, основная функция пылесоса - сбор пыли, второстепенные - использование при окраске помещений, в качестве табуретки и т.д., вспомогательные функции -подача электроэнергии, сигнализация уровня запыленности, очищение пылесборника и др. Вредные - как шум при работе, вибрации и пр., и пр. Все эти функции неразрывно связаны между собой. (Рис.4).
Любую ТС можно рассматривать как преобразователь действия на входе в действие на выходе или, для систем, развернутых во времени, состояние на входе в состояние на выходе.
Место данной ТС в техносфере в целом можно определить через понятие "экологическая ниша системы" - как совокупность выполняемых функций и комплекс условий, необходимых для создания, существования и развития ТС. Система может быть полной, если она имеет все необходимое для выполнения своих функций без участия человека. Подавляющее число известных ныне ТС неполно.
За реализацию полезных функций ТС необходимо расплачиваться: это затраты на создание, эксплуатацию и утилизацию, создаваемые ТС вредные функции.
ТС развиваются - происходит их переход из одного в другое, качественно более совершенное состояние, от простого к сложному от низшего к высшему. Можно определить развитие как увеличение отношения суммы полезных функций к сумме факторов расплаты [16].
- ТЕХНИЧЕСКИЕ ПРОТИВОРЕЧИЯ
Самым первым выявлен закон о неравномерном развитии частей технических систем - о технических противоречиях /1/. В развитии технических систем (ТС) происходит чередование этапов количественного роста в качественных скачков. В процессе количественного роста имеет место неравномерное развитие разных характеристик ТС и появляются противоречия. Всякое изменение выбранного объекта сказывается, чаще всего отрицательно, на других объектах: на системе, в которую входит этот, объект, или на подсистемах, из которых он состоит. Возникает техническое противоречие (ТП): выигрыш в одном, сопровождается проигрышем в чем-то другом.(Рис.5).
Например, увеличение крейсерской скорости самолета требует уменьшения площади крыла, а сохранение хороших взлетно-посадочных: характеристик - ее увеличения. На начальных этапах развития ТС, когда различия требований относительно невелики, а ТС обладает достаточными ресурсами, такие противоречивые требования решаются путем компромисса - отыскивают варианты конструкций, способов, обеспечивающие приемлемые значения обеих конкурирующих характеристик. Но количественный рост продолжается, происходит накопление и обострение ТП. Эти противоречия разрешаются (снимаются) в результате качественных скачков - создания новых технических решений, исключающих ТП обходным путем.
В самом факте возникновения изобретательской задачи уже присутствует противоречие: нужно что-то сделать (устранить как-то нежелательный эффект, возникающий, проявляющийся в ТС), а как это сделать - неизвестно. Назовем такое противоречие административным. Как правило, такие противоречия лежат на поверхности задач, они подсказывают наличие общественной потребности, но не имеют эвристической силы - не подсказывают, в каком направлении искать решение.
Если известными способами улучшить одну часть (характеристику, один параметр) ТС, то будет устранен нежелательный эффект (первый - НЭ-1), но недопустимо ухудшится другая часть (характеристика, другой параметр) этой ТС, возникнет второй НЭ (НЭ-2).
Правильно сформулированное техническое противоречие (ТП) обладает определенной эвристической ценностью, хотя и не дает указания на конкретный ответ. Она позволяет сразу отбросить множество "пустых" вариантов - заведомо не годны все варианты решений, в которых выигрыш в одном сопровождается недопустимая проигрышем в другом.
Каждое ТП обусловлено конкретными физическими причинами: к одной и той же части Объекта, элемента ТС предъявляются взаимопротивоположные требования - требования несовместимых физических свойств. Такую ситуацию называют физическим противоречием (ФП). Оно строится по схеме: объект (часть объекта) должен обладать свойством С и вместе с тем иметь противоположное свойство анти-С.
При анализе технических задач по поиску новых технических решений следует в соответствии с ТРИЗ формулировать два ТП, основанных. на противоположных подходах; выбрав главное из них, усилить его до предела. Если инженер-конструктор ищет оптимальное -решение путем компромисса между противоречивые техническими требованиями, составляющими суть ТП, то изобретателю, напротив, следует пытаться усилить противоречие до предела, обусловленного физическими принципами элементов ТС. Такой подход включает следующие этапы анализа задачи [ 9, 19]:
- описание назначения ТС и перечень ее основных частей, - описание главного нежелательного эффекта, недостатка ТС (НЭ-1),
- описания известного способа устранения HЭ-1 - "средства устранения", (СУ),
- описания нового нежелательного эффекта (НЭ-2), недопус-тимого ухудшения другой части, характеристики, параметра ТС,
Схемы технического противоречий: ТП-1 и ТП-2
Рис.5
- формулировка TП-1: если что-то сделать (А), то улучшится параметр В, но недопустимо ухудшится параметр С,
- формулировка ТП-2: если не делать (не-А), то не ухудшают С, но плохой параметр В.
- выбор главного противоречия задачи (чаше всего ТП-2) по признаку улучшения главной функции ТС, по признаку полезности ТС.
- усиление выбранного ТП до предела (доведение ТП до "абсурда"),
- определение модели задачи на основе усиленного ТП и описания главного назначения ТС (что нужно сохранить или устранить, улучшить, обеспечить и т.д.).
Самым первым методическим приемом, разработанным в ТРИЗ еще в 60-70-е годы (1,5-7), первым инструментом решения задач на основе ТРИЗ стала система 40 основных приемов разрешения ТД путем выбора пары противоречивых параметров ТС из их списка в 39 параметров-ключей. В настоящее время такой подход к решению задач включен в алгоритм работы программ ИМ-П для ПЭВМ и МИП для микро-ЭВМ в классе КУВТ-86. Программа ИМП для IBM PC/XT включает банки данных: описания 50 приемов РТП, 300 описаний идей изобретений и 100 рисунков к ним (как примеров к приемам). Далее (в разделах 1.3-5) рассмотрим алгоритм программы "MIP" для КУВТ-86 (это часть 1 АРИЗ-85в).
- РАБОТА ПО ПРОГРАММЕ MIP В КУВТ-86
Рабочее место преподавателя КУВТ-86 рекомендуется дополнить электронным квазидиском, заменяющим накопитель НГМД-6022 и уменьшающим нагрузку на него при считывании информации банков данных к программе MIP, хранящихся на рабочем диска и в эквивалентной ему области квазидиcка. Общий объем программы MIP вместе с требуемыми банками данных составляет 40 Кбайт, а вместе с дополнительными программами (демонстрационными по работе MIP в конкретных задачах, контролирующими знания MIP и ТРИЗ, схемами-иллюстрациями к приемам РТП - более 200 Кб. Основными блоками баз данных к MIP являются: TPROT - описание алгоритма программы MIP, 39 блоков - строк таблицы использования приемов РТП (с Т01 до Т39), 40 блоков описаний для каждого приема РТП (от ТР1 до ТР40) /28/.
Алгоритм работы программы MIP (блок TPROT) включает следующие действия:
1. ТС для (назначение) (описание роли ТС)
2. включает (перечислить части ТС)
3. НЭ-1 (недостаток) (описание нежелательного эффект
4. СУ: (как обычно устраняют НЭ-1)
5. НЭ-2: (возникает новый НЭ)
6. Хотите исправить НЭ (1/0)? (1 - возврат к п. 3,
0 - продолжение – к п. 7)
7. ТП-1: Если (сделать А) (описание СУ),
6. * то (хорошо В) (устраняется НЭ-1),
9. ** но (плохо С) (возникает НЭ-2).
10. ТП-2: Если (не А /не делать А) (не применять СУ)
11. * то (нет недостатка С) (нет НЭ-2)
12. ** но (сохраняется В) (есть НЭ-1)
13. Выбрать: ТП-1 или ТП-2 ? (…..)
14. Усилить выбранное ТП: Если (А/ не-А довести до
физического предела),
15. * то (что очень хорошо ?)…, ** но (что очень плохо ?)…
16. Можно ли усилить ТП (1/0)? (1 - возврат к п. 13,
0 – продолжение – к п. 17)
17. Модель задачи: (конфликтующая пара)
18. Усиленный конфликт:
19. Необходимо (требуемый идеальный результат)
20. Что надо улучшить (устранить, усилить) (какой параметр ТС
соответствует А ?)
21. Список 39 параметров ТС:
22. Какой параметр надо улучшить (№, название, причина):
23. Как обычно делают ? (СУ, не считаясь с потерями)
24. Какой параметр недопустимо ухудшается (№, название, почему)
25. Надо ли исправить №№ параметров (1/0)? (Если 1, то к п. 22,
если 0 – продолжить)
26. Число приемов РТП: (перечень рекомендуемых приемов)
27. Прием (№, название, описание)
28.* Найдена идея: (записать сущность идеи)
29. Прием
30. * Найдена идея:
31. Прием
32. * Найдена идея:
33. Прием
34. * Найдена идея
35. Подведем итог-1:
36. Нужно ли повторить поиск приемов РТП (1/0)?
37. Подведем итог-2:
38. Нужно ли повторить поиск приемов РТП (2/1)?
39. Подведем итог-3:
40. *** Конец протокола ... Дата ...Исполнитель ...
- ТИПОВЫЕ ПРИЕМЫ РАЗРЕШЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ ПРОТИВОРЕЧИЙ
Многие опытные изобретатели, решая технические задачи, были вынуждены (как правило, неосознанно) придумывать новый для себя прием обходного действия, чтобы разрешить ТП, с помощью которого находилась идея решения. Затем этот прием, как правило, забывался. В 60-е годы было отобрано 40000 изобретений – для этого было просмотрено их полтора миллиона. Как оказалось, их можно разделить на 1250 типов задач-противоречий, при решении которых были применены 40 типовых приемов РТП (или 83 подприемов) [5, 16]. Обычно опытный изобретатель хорошо владеет 2-3 такими приемами - система приемов РТП в ТРИЗ усиливает возможности изобретателя в 20 раз, в том числе с помощью программ ИМ-П и MIP. В данном случае для MIP описания приёмов РТП дополнены химической интерпретацией.
Пользоваться системой приемов РТП можно двумя способами:
во-первых, просматривать все подряд, подбирая наиболее подходящий прием для данной задачи; во-вторых, применяя таблицу использования приемов РТП [ 5, 16, 22] - в том числе с помощью программ MIP. При этом в перечне 39 параметров-ключей находят тот, который в данной ТС надо улучшить, чтобы разрешить ТП. Затем опираясь на известный способ улучшения требуемого параметра определяют, какой № параметра недопустимо ухудшается. Таким образом ТП задачи раскладывается на 2 части, которые означают номера строки и колонки таблицы использования приемов РТП, на пересечении которых записаны от 1 до 4-х рекомендуемых приемов РТП. Опираясь на эти приемы, а чаще на комбинации 2-3-х таких приёмов, можно найти принцип преодоления, устранения ТП [ 5, 16]. Два примера решения задач по алгоритму MIP приведены в разделе 1.5.
Конечно, эта таблица выбора приемов РТП и программа' MIP не помогут, если неверно выбрано ТП для данной задачи. Чтобы гарантировать выбор ТП, в программу MIP включены несколько шагов формулировок ТП: формулировки НЭ-1, СУ и НЭ-2, затем ТП-1, ТП-2, выбор главного ТП, усиление ТП, возможности возврата для исправления ТП, после этого выбирают параметры ТС. Здесь в алгоритм работы MIP включены элементы части 1-й АРИЗ-85в. При проверке пригодности рекомендуемых приемов РТП нужно тщательно и не спеша проверять их возможности в данной ТС.
ОПИСАНИЕ ПРИЕМОВ РТП (от ТР 1 до ТР 40):
ТР 1. Принцип .ДРОБЛЕНИЯ: (Рис. 6)
а) разделить объект на независимые части;
6) выполнять его разборным;
в) увеличить степень дробления /вплоть до атомов, молекул/.
Схемы действия приёмов разрешения ТП: 1, 5 и 7
Рис.6
ТР 2. Принцип ВЫНЕСЕНИЯ: Отдалить от объекта мешающую часть
(свойство, вредную химическую реакцию/ или выделить
нужную часть) свойство, реакцию.
ТР З. Принцип местного качества:
а) от однородной структуры к неоднородной;
б) разные части - разные функции;
в) каждую часть - в наилучшее условия.
ТР 4. Принцип АСИММЕТРИИ:
а) от симметричней форма перейти к ассиметричной;
б) если объект асимметричен - увеличить асимметрию.
ТР5. Принцип объединения: (Рис. 6)
в) объединить однородные или смежные объекты; б) объединить во времени однородные или смежные операции (химические процессы).
ТР 6. Принцип универсальности: Объект выполняет несколько разных
функций - отпадает необходимость в других объектах.
ТР 7. Принцип "матрешки":
а) один объект размещен внутри другого - который может быть
внутри третьего;
б) один проходит сквозь полости в другом. (Рис. 6)
ТР 8. Принцип "антивеса": Компенсировать вес объекта:
а) соединением с другим, обладающим подъемной силой;
б) взаимодействием со средой (аэро-гидро-динамическими
силами).
ТР 9. Принцип предварительного антидействия:
а) заранее придать объекту напряжение - противоположное
рабочему;
б) заранее совершить антидействие (заранее ввести "Антияд").
ТР 10. Принцип предварительного действия:
а) заранее выполнить требуемое действие (хотя бы частично)
б) заранее расставить объекты так, чтобы они сразу вступили в
действие с удобного места.
ТР 11. Принцип "заранее подложенной подушки": Компенсировать
невысокую надежность заранее подготовленными
противоаварийными средствами.
ТР 12. Принцип эквипотенциальности: Изменить условия работы так,
чтобы не поднимать или не опускать объект.
ТР 13. Принцип "наоборот":
а) вместо действия по условию задачи осуществить обратное,
б) сделать движущую часть неподвижной и наоборот;
в) перевернуть объект "вверх ногами" - вывернуть его.
г) вместо химического синтеза применить разложение или
наоборот.
ТР 14. Принцип сфероидальности:
а) от прямых к криволинейным, сферическим деталям,
б) использовать ролики, шарики, спирали;
в) применить вращение - использовать центробежную силу.
ТР 15. Принцип динамичности: а) подвижность;
б) характеристики объекта или среды меняются так, чтобы быть
оптимальными на каждом этапе;
в) части объекта способны перемещаться;
г) в химии: от неподвижного слоя к кипящему или "летящему"
слою, применить противоток реагентов.
ТР 16. Принцип частичного или избыточного действия:
Если трудно получить 100% требуемого эффекта - надо
получить чуть больше или чуть меньше.
ТР 17. Принцип перехода в другое измерение
а) от линии к плоскости или пространству; б) много этажей;
а) наклонить "на бок"; г) обратную сторону данной площади;
д) оптические потоки к соседней или обратной площади.
ТР 18. Принцип использование механических колебаний:
а) привести в колебание; б) увеличить частоту (до УЗ);
в) использовать резонанс; г) применить пьезовибраторы;
д) колебания (УЗ) вместе с электромагнитными полями.
ТП 19. Принцип периодического действия:
а) перейти от непрерывного к периодическому (импульсному)
действию;
б) изменить периодичность,
г) использовать паузы между импульсами.
ТР 20. Принцип непрерывного действия:
а) нести работу непрерывно (все части все время работают с
полной нагрузкой);
б) устранить холостые и промежуточные ходы.
ТП 21. Принцип проскока;
Вести процесс или отдельные его этапы (например: вредные
или опасные) на большой скорости.
ТР 22. Принцип "обратить вред в пользу": (Рис.7)
а) вредное воздействие для получения положительного эффект,
б) вредный фактор сложить с другим;
в) усилить так, чтобы перестал быть вредным.
ТР 23. Принцип обратной связи:
а) ввести обратную связь;
б) изменить ее: усилить, ослабить.
ТР 24. Принцип "посредника": (Рис.7)
а) использовать - промежуточный объект, переносящий или
передающей действие;
б) на время присоединить другой, легкоудаляемый объект.
в) в химии: применить промежуточное соединение.
ТР 25. Принцип "самообслуживания"
а) объект сам выполняет вспомогательные и ремонтные
операции;
б) использовать отходы (энергии, вещества).
ТР 26. Принцип "копирования";
а) вместо объекта использовать его упрощенные, дешевые
копии,
6) заменить объект оптическими копиями; изменить масштаб;
в) перейти от видимых копий к ИК или УФ.
ТР 27. Принцип "дешевая недолговечность взамен дорогой
долговечности": Применить набор дешевых объектов.
ТР 28. Замена механической схемы:
(линия М А Т Э М Эм Х Бх-Ж…)
а) оптической, акустической или запаховой;
б) электрическими, магнитными и электромагнитными полями;
в) от неподвижных полей к движущимся, меняющимся во
времени, структурированным полям.
ТР 29. Использование пневмо и гидроконструкций:
вместо твердых частей - газ, жидкость; надувные –
гидростатические и гидрореактивные.
ТР 30. Использование гибких оболочек и пленок:
а) вместо твердых частей - оболочки и пленки;
б) изолировать от внешней среды пленками.
ТР 31. Применение пористых материалов: (Рис.7)
а) выполнить объект пористым или дополнить таким
элементом;
б) если поры есть; заполнить их каким-то веществом
(использовать физико-химические эффекты).
ТР 32. Принцип изменения окраски:
а) изменить окраску объекта или внешней среды;
б) изменить их прозрачность.
ТР 33. Принцип однородности:
а) взаимодействующие объекты сделать из одинакового
материала или близкого по свойствам;
б) в химии: использовать в виде реагентов соединения разных
валентных форм одного химического элемента.
ТП 34. Принцип отброса и регенерации частей:
а) ставшая ненужной часть отбрасывается (растворяется,
испаряется);
б) расходуемая часть восстанавливается в ходе работы.
ТР 35. Изменение физико-химических параметров;
Изменить: а) агрегатное состояние объекта; б) концентрацию;
в) степень гибкости; г) температуру.
ТР 36. Применение фазовых переходов:
Использовать явление при фазовых переходах: изменение
объема, поглощение или выделение тепла и т.д.
ТР 37. Применение теплового расширения
Использовать: а) расширение или сжатие материалов;
б) несколько материалов с разными коэффициентами теплового
расширения (биметалл и т.п.);
в) материал с эффектом "памяти формы".
ТР 38. Применение сильных окислителей:
Заменить: а) обычный воздух обогащенным;
б) кислородом; подобрать катализатор;
в) ионизировать воздух или кислород; г) озонировать их;
д) применить синглетный кислород или "в момент выделения”.
ТР 39. Применение инертной среды:
Заменить; а) обычную среду - инертной (азотом, углекислым
газом, аргоном, гелием); б) вести процесс а вакууме.
ТР 40. Применение композитов:
Перейти от однородных материалов в композиционным.
Схемы действия приёмов разрешения ТП: 22, 24 и 31.
Рис. 7
Схемы сил, действующих в задаче " как приварить заплату к повреждённой трубе"
Рис.8
- ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ С ПОМОЩЬЮ "MIP"