Изобретательская задача

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ТЕОРИИ РЕШЕНИЯ ИЗОБРЕТАТЕЛЬСКИХ ЗАДАЧ

2.1. Понятие о теории решения изобретательских задач

2.2. Изобретательская задача

2.3. Уровни решения изобретательских задач

2.4. Техническая система

 

Понятие о теории решения изобретательских задач

Теория решения изобретательских задач (ТРИЗ) - это интеллектуальная технология анализа и совершенствования развивающихся технических систем. Основоположником ТРИЗ является Г. С. Альтшуллер (1926-1998), который начал работы в этом направлении в середине 40-х годов в г. Баку.

ТРИЗ включает в качестве составных частей:

- закономерности (законы) развития технических систем;

- типовые приемы разрешения и устранения технических противоречий;

- моделирование технических систем - вепольный анализ;

 - пошаговую методику решения нестандартных задач - алгоритм решения изобретательских задач (АРИЗ).

ТРИЗ помогает развить творческое воображение, дает навыки управления мыслительной деятельностью. По утверждению А. С. Альтшуллера "ТРИЗ превращает производство новых идей в науку". ТРИЗ позволяет сделать изобретательство профессией, научить находить новые технические решения, заменить неуловимое озарение работой - непростой, но доступной каждому.

Любой студент путем интеллектуального тренинга с использованием ТРИЗ может достичь значительных творческих результатов. В этой связи следует вспомнить студента Горьковского института инженеров водного транспорта, который изобрел разновидность дизельного двигателя, работающего по новому циклу, названного впоследствии в честь автора циклом Тринклера. В настоящее время практически все дизельные двигатели работают по этому циклу.

Изобретательская задача

Развитие разнообразных сфер деятельности человека и особенно применение, и развитие техники сопровождается возникновением и решением технических задач. Для решения технических задач используются накопленные знания и разнообразные технические средства. Однако в некоторых случаях они оказываются непригодными, так как задача содержит противоречие: к объекту техники предъявляются взаимоисключающие требования. Устранение или преодоление подобного конфликта и составляет суть решения изобретательской задачи.

Изобретательская задача - это такая техническая задача, которая содержит техническое противоречие, неразрешимое известными техническими средствами и знаниями, причем условие задачи исключают компромиссное решение. Если техническое противоречие преодолено - изобретательская задача решена, получено изобретение.

Изобретательские задачи весьма разнообразны и отличаются от физических, математических и других подобных задач следующим:

   1) Изобретательским задачам присуща неопределенность условий, формулировок. В процессе решения происходит уточнение формулировки задачи и углубление условий, однако некоторая неопределенность остается. Иногда оказывается, что для достижения поставленной цели по отношению к заданному объекту техники следует улучшить, изменить, а возможно, устранить сложный объект техники.

   2) Чаще всего изобретательские задачи возникают вследствие появ­ления потребности в улучшении какой-либо характеристики технической системы. Между тем во многих случаях менять надо надсистему или подсистему.

   3) Изобретательские задачи имеют несколько вариантов и возникает необходимость выбора оптимального решения для конкретных условий.

   Изобретательская задача – разновидность творческой задачи. Если создано что-то новое, то значит это сделано в результате творческой работы. В то же время любое, в том числе и научно-техническое творчество – понятие относительное, меняющееся с течением времени, его содержание постоянно обновляется.

   В Средние века даже умение производить 4 арифметических действия (с римскими цифрами) считались научным творчеством и удостаивалось степени доктора натурфилософии. Величайшими догадками были идеи соединить паровой двигатель с кораблем и получить пароход или паровой двигатель с рельсовой тележкой и получить паровоз. Имена их авторов Роберта Фултона (1765-1815) и Джорджа Стефенсона (1781-1848) вошли в историю и всем известны.

 

                          2.3. Уровни решения изобретательских задач

В ТРИЗ принято делить изобретательские задачи на пять уровней.

Первый уровень. Решение таких задач не связано с устранением технических противоречий и приводит к мельчайшим изобретениям (неизобретательские изобретения). Задача первого уровня и средства ее решения лежат в пределах одной профессии, решение задачи под силу каждому специалисту. Объект задачи указан точно и правильно. Вариантов изменений мало. Сами изменения локальны: незначительно перестраивая объект, они не отражаются на иерархии систем.

Пример. С целью обеспечения прохода судна под низкопролетными мостами, судовая заваливающая мачта содержит опорный шарнир, расположенный в центре тяжести стойки.

Второй уровень. Задачи с техническими противоречиями, легко преодолеваемые с помощью способов, известных применительно к родственным системам. Решение задачи второго уровня — мелкие изобретения.

Пример. Для обеспечения постоянного расхода газа при изменении его температуры в диске дроссельной заслонки выполнено сквозное отверстие, перекрываемое биметаллическим чувствительным элементом.

Третий уровень. Противоречия и способы его преодоления находятся в пределах одной науки, т. е. механическая задача решается механически, химическая задача - химически. Полностью меняется один из элементов системы, другие элементы меняются частично. Результатом решения задач третьего уровня являются средние изобретения.

Пример. Существует специальный вид фотографирования с использованием взрывного затвора: с помощью сильного электрического заряда уничтожают шторку, перекрывающую путь световому потоку. Решено было использовать этот принцип при киносъемке. Но киносъемка требует непрерывности, надо снимать один кадр за другим. Возникает проблема: каким образом быстро менять шторку, уничтоженную взрывом?

С целью многократного использования одного и того же прерывателя светового пучка, взрыв и искровой разряд производят в жидкости, помещенной между двумя защитными стеклами так, чтобы ее свободная поверхность в спокойном состоянии касалась светового канала оптической системы.

Четвертый уровень. Синтезируется новая техническая система. Поскольку эта система не содержит технических противоречий, иногда создается впечатление, что изобретение сделано без преодоления технического противоречия (ТП). На самом деле ТП было, однако относилось оно к прототипу - старой технической системе. В задачах четвертого уровня противоречия устраняются средствами, подчас далеко выходящими за пределы науки, к которой относится задача (например, механическая задача решается химически). В итоге крупное изобретение. Нередко найденный принцип является "ключом" к решению других задач второго - четвертого уровней.

Пример. Отлив листового стекла на поверхность ванны из жидкого олова. Это нереализованное предложение Г. С. Альтшуллера, было позже переоткрыто в Англии.

Пятый уровень. Изобретательская ситуация представляет собой клубок сложных проблем, например, очистка океанов и морей от нефтяных и прочих загрязнений. Изобретения пятого уровня создают принципиально новые системы, они постепенно обрастают менее крупными изобретениями, возникает новая отрасль техники.

Пример. Изобретение самолета создало авиацию, радио - радиотехнику, киноаппарата - кино и т. п.

Техническая система

Понятие система является фундаментальным для многих отраслей науки. Системы подразделяют на природные (биологические) и искусственные (инженерные), созданные человеком. С точки зрения ТРИЗ для системы характерны следующие признаки:

1. Система имеет структуру, то есть состоит из элементов, связанных между собой определенным образом.

2. Система обладает эмерджентностью (системным качеством), то есть ее определяющие свойства не совпадают с суммой свойств отдельных элементов.

3. Система эволюционирует,  т. е. имеет историю развития и обладает вероятностью прогрессивных изменений в будущем.

Техническая система (ТС) - это комплекс (множество) организованных в пространстве и времени взаимосвязанных между собой элементов, необходимых и достаточных для выполнения требуемой функции (потребности человека).

В качестве примера ТС можно привести буровую установку, скважинную штанговую насосную установку, установку электроприводных центробежных насосов и т. п. Поскольку ТС может выполнять несколько функций, выделяют главную полезную функцию (ГПФ) - это та, ради которой и создается ТС. Например, буровая установка. Для нее ГПФ – бурение скважин. Однако буровую установку можно использовать для ремонта скважин.

В природе и технике не существует каких-либо обособленных систем. Поэтому любая ТС является частью другой системы, которая называется надсистемой, а та, в свою очередь, и сама является частью другой, более крупной надсистемы. В то же время любая ТС состоит из ряда других, более мелких систем, называемых подсистемами.

Например, такая ТС, как буровая установка  имеет следующие надсистемы и подсистемы:

           надсистема