Концепция создания микростандартов для алгоритма решения задач на ЭВМ

1. Микростандарты для решения изобретательских задач, отличающиеся от стандартов, входящих в "Систему стандартов", тем, что с целью повышения инструментальности для каждого из моментов, предусмотренных АРИЗ-85-В, разработаны свои серии стандартов.

2. Система микростандартов-1 по п. 1, отличающаяся тем, что она направлена на решение задач, содержащих сформулированное ТП;

3. Система микростандартов-2 по п. I, отличающаяся тем, что она направлена на решение задач, содержащих сформулированное ФП;

4. Система микростандартов-3 по п. 1, отличающаяся тем, что она направлена на усовершенствование низкоэффективных ТС.

В ТРИЗ не существует четких определений "прием" и "стандарт", каждый автор и преподаватель дают свои определения, по своему формулируют различия между этими понятиями. Сегодня появилась настоятельная необходимость точно разобраться с этими понятиями в связи с тем, что в различных школах страны идет работа по совершенствованию АРИЗ 85-В.

В алгоритме последовательно, несколько раз рекомендуется обращаться к системе стандартов. Считается, что каждый раз мы приходим к стандартам все более и более обогащенными знаниями о решаемой задаче. Это в какой-то момент и позволяет решить её, преодолев барьер психологической инерции. Эта система рассчитана на универсала - эрудита, блестяще владеющего всем аппаратом ТРИЗ (таких у нас в стране не более сотни). Для рядового инженера, даже знакомого с ТРИЗ, она работает, в основном, за счет аналогий в примерах. И уж она совсем не идеальна для того, чтобы на её базе строить алгоритм. В "ИМ" она заложена за неимением лучшего.

Для работы с ЭВМ в рамках алгоритма предлагается новая концепция стандартов. Отмечу, что в понимании этой концепции я основываюсь не только на своих рассуждениях, но и на выводах С.С. Литвина, Б.Л. Злотина и других моих коллег, с которыми работал в последнее время и с которыми обсуждал этот материал.

Обычно под стандартом понимается прием решения целого класса различных изобретательских задач, то есть общая схема или общий принцип решения этих задач. Это наиболее общие рекомендации к поиску ответа для некоторых изобретательских ситуаций. Отметим, что, по мнению С.С. Литвина, существует два типа инструментов - рекомендаций (в том числе в рамках системы "Стандарт-76"):

- инструмент типа "стандарт", а именно инструмент, подсказывающий вепольную структуру будущего решения;

- инструмент типа "прием", то есть конкретные предложения по устранению противоречия.

Несмотря на эти различия, в обоих случаях мы имеем дело со стандартной схемой решения изобретательской задачи.

Вернемся к алгоритму. На шаге 1.6 рекомендуется первое обращение к стандартам. Что мы знаем к этому моменту? Определены инструмент и изделие, сформулировано техническое противоречие. В этот момент нам нужны далеко не все стандарты, а только стандарты, разрешающие техническое противоречие. Примером такого приема может служить "Селективный выбор" ["Журнал ТРИЗ", 1, №1, с. 44] используемый, если к шагу 1.6 появилось ТП - "требуемая точность выше возможной по технологии при существующем оборудовании, а изменение технологии для повышения точности ведет к недопустимым затратам". Обратим внимание: узко сформулированное противоречие и четкий, почти 100%-ный ответ.

Именно такая схема решения в дальнейшем будет называться микростандартом (МС). Еще одним примером может быть МС "Суньте его в мешок". В приложении он приведен в сокращенном виде. Такие МС эффективно работают на шаге 1.6. К сожалению, в системе "Стандарты-76" их очень немного. А ведь чем полнее будет система, тем большее количество задач она сможет решить уже на этом шаге.

Итак, одна из стратегических задач на сегодня - разработка системы "Микростандарты-1" - системы МС разрешения ТП и снятия противоречий за счет решения обходных задач. Эта система должна состоять из приемов, применимых к конкретным противоречиям с узкими условиями, но зато дающих большую вероятность получения сильного решения.

Но допустим, что на шаге 1.6 нам не удалось решить задачу. Как действовать дальше? Идти по алгоритму! Определяется 03 и ОВ, выявляется и формулируется ФП. А вот шаг 3.6. - повторное использование стандартов. Какие стандарты здесь нужны? С.С. Литвин в своей работе "Приёмы разрешения ФП" высказал концепцию использования здесь модифицированной системы "Стандарты-76". В основе модифицированной системы, по его мнению, должны лежать знания, полученные при формулировании ФП и определении физической сущности задачи.

С этим утверждением нельзя согласиться полностью - стандарты, необходимые для решения на этом уровне - т.е. с использованием информации об ОЗ и ОВ, со знанием ФП задачи - это уже не модифицированные "Микростандарты-1", а специальные МС, нацеленные на разрешение ФП, - четко сформулированные и четко применяемые. Примером служит МС "Работать цугом" ("Журнал ТРИЗ", I, № 1, 44.).

Сравним этот пример со стандартом 3.1.1 - "Переход к надсистеме", в который он входит. Если стандарт 3.1.1 в крайне общей формулировке говорит о том, что эффективность системы повышается при переходе к полисистеме, то в приеме дается конкретный ответ, разрешающий противоречие.

Еще один прием из этой группы - "Примем удар на себя" (см. Приложение).

Отметим, что этот пример выделен из стандарта 1.2.1. системы "Стандарты-76". Он охватывает намного меньший класс задач, но здесь на конкретную ситуацию и узко сформулированное ФП дается конкретный и инструментальный ответ.

Заметим, что из каждого стандарта системы "Стандарты 76" при таком анализе получается несколько. Например, из стандарта 1.2.1 кроме "Примем удар на себя" получается еще несколько МС (Приложение.). И каждый из них - не "модификация" исходного стандарта, а новый МС. Такие МС и должны образовать систему "Микростандарты-2". Часть из них может быть выявлена на базе системы "Стандарты-76" и 40 приемов устранения ТП, но эти приемы можно выявлять и на основе патентного фонда.

Замечание. МС позволяют не только указать предлагаемую структуру решения, но и дают рекомендации к выбору вводимых веществ и полей (или преобразованию уже имеющихся в системе). В них оговариваются свойства вводимых компонентов, необходимые для решения задачи. С учетом этого предстоит создать алгоритм выбора вводимых элементов. Одной из работ, на которых может базироваться такой алгоритм, является исследование С.С. Литвина "Портрет физэффекта". Кроме этого предстоит создать указатель веществ и полей (в том числе заложенный в компьютерную программу), отвечающих тому или иному набору физических свойств. Здесь же должен располагаться и "банк технических эффектов", собираемый в Ленинграде.

Что общего в системах МС-1 и МС-2? Это, в основном, их инструментальность, т.е. конкретные рекомендации для конкретных задач, т.е., по существу, это системы задач-аналогов. Л.А: Каплан в своей работе об аналогии ("Журнал ТРИЗ", 1, № 1, 41.) показал, что инженера-новичка в ТРИЗ от профессионала-поисковика отличает, в основном, уровень применяемых аналогий, - прямые аналогии в первом случае и аналогии по противоречиям - во втором. Таким образом, системы МС позволят инженеру с минимальным тризовским образованием работать достаточно эффективно.

Создание системы МС следует начать с анализа имеющихся инструментов ТРИЗ, патентного фонда и обобщения фонда задач-аналогов, имеющихся в распоряжении профессионалов-тризовцев, однако до сих пор не обобщенного (в алгоритме имеется лишь рекомендация для каждого тризовца собирать свой фонд задач-аналогов).

В процессе работы над системами "Микростандарты-1" и "Микростандарты-2" выявились МС, которые не разрешают никаких противоречий.

При проведении анализа с целью совершенствования технологии мы часто сталкиваемся не столько с противоречиями, сколько с желанием получить результат дешевле и проще (условно это противоречия типа: нужная функция выполняется, но расплата за нее слишком велика). Есть много приемов, позволяющих улучшить ТС. Среди них и свертывание, а точнее-целый куст МС, вытекающих из концепции свертывания систем, а также приемы, вытекающие из принципов универсальности, использования обратной связи, эквипотенциальности и др.

В качестве примера рассмотрим прием "Ослабим неглавные направления" (см. Приложение), вытекающий из принципа "Асимметрии". В нем нет противоречия как такового, но снижение прочности и надежности в местах, где в них нет необходимости, позволяет удешевить ТС. Обратим внимание: если прием "Асимметрия" рекомендует проверить переход к асимметричной форме объекта "в общем", то МС указывает весьма конкретно где, что и как можно попытаться удешевить.

К какой системе отнести такие приемы? После анализа стало ясно - существует система "Микростандарт-3". Эти приемы не разрешают противоречий, а следовательно, они не нужны на шагах 1.6 и 3.6. Необходимость в них появляется при совершенствовании, упрощении и удешевлении ТС. Следовательно, эта совокупность МС для прогнозирования и совершенствования ТС. В рамках алгоритма они могут быть использованы на этапе 8. В систему "Микростандарты-3" должен войти комплекс МС по совершенствованию ТС на базе функционально-идеального моделирования, приемов, стандартов, ЗРТС и других инструментов ТРИЗ.

Безусловно, каждая из систем должна быть структурирована. Но это возможно лишь после накопления достаточного количества МС в каждой из систем. Необходимо также создать алгоритм поиска нужного МС в рамках системы. Это и должно стать основой инструментальной части алгоритма программы для персональных компьютеров.

Следует согласиться с мнением Б.Л. Злотина, что такая система принципиально не могла появиться лет 10-15 назад, без использования ПК, так как она была бы слишком громоздка и неудобна в работе. Появление же ПК не только дает возможность ее появления, но и делает необходимым такое изменение технологии поиска решения. Отказ от "человеческого" принципа работы в ТРИЗ в пользу "машинного" требует и создания инструмента, отличающегося от того, которым мы сегодня решаем задачи.

ВЫВОДЫ

1 . Современные инструменты - приемы устранения ТП и "Стандарты-76" - имеют достаточно общие формулировки. В этом их сила -возможность охватить широкий класс задач с помощью каждого из них, но в этом и их слабость - относительно невысокая ин-струментальность и необходимость в достаточно широких и глубоких знаниях всех областей ТРИЗ. (Знаменитая шутка о том, что "ИМ" особенно хорошо работает, когда за дисплеем сидит Н. Н. Хоменко, достаточно четко отражает это).

В значительной степени инструментальность этих частей ТРИЗ (как и ряда других) обеспечивают великолепно подобранные примеры, дающие большое количество аналогов, правда, без формализации в виде моделей задач-аналогов с указанием общности в противоречиях и конфликтующих элементах. Уровень мышления инженера и его способность решать задачи определяются уровнем аналогий, которыми он оперирует. Рядовой инженер работает на уровне прямых аналогий, сильный поисковик - на уровне аналогий в противоречиях. Но до последнего времени в ТРИЗ нет инструмента, формализующего мышление на уровне аналогий в противоречиях. Квалифицированные специалисты-тризовцы пользуются этим инструментом, не формализуя и не конкретизируя его, на уровне общего знания всех инструментов ТРИЗ и идейной направленности на поиск и разрешение противоречий.

Именно с этим связано недостаточно эффективное использование ТРИЗ (в том числе "ИМ") инженерами, прошедшими обучение.

2 . Поднять уровень мышления инженеров, работающих с программами типа "ИМ", может создание инструмента под названием МС (микростандарты) модели задач-аналогов, в которых имеется узкая постановочная часть и конкретные рекомендации к решению задачи. В них формулируются противоречия, ограничения и конфликтующие элементы в виде конкретной модели и даются четкие предложения по решению задачи. Это позволяет поднять уровень рядового инженера до мышления в аналогиях по противоречиям.

Для работы предлагается создание трех систем МС:

- "Микростандарты-1", предназначенные для решения ТП и поиска обходных путей;

- "Микростандарты-2", предназначенные для разрешения ФП;

- "Микростандарты-3", предназначенные для развития ТС.

МС можно выявлять как на базе имеющихся инструментов ТРИЗ - стандартов, приемов, задач-аналогов, так и на основе патентного фонда.

3 . В ряде МС-2 рекомендуется вводить вещества или поля. В этих приемах даются четкие рекомендации по свойствам, которыми должны обладать вводимые элементы. Для эффективного их поиска во время работы необходимо создание указателя веществ и полей, а также алгоритма выбора тех из них, которые обеспечат реализацию приема. Особенно удобен будет такой указатель как подпрограмма в компьютерной программе типа "ИМ".

ПРИЛОЖЕНИЕ

ОСЛАБИМ НЕГЛАВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ

Рассмотрим два решения: Патент США 3 435 875: Асимметричная пневматическая шина имеет одну боковину повышенной прочности и сопротивляемости ударам о бордюрный камень тротуара. Японская заявка 55-65353: Способ изготовления односторонне оцинкованного листа. Такой лист позволяет вполовину сэкономить дорогостоящий цинк, если защищать лист нужно только с одной стороны.

Итак, в обоих случаях работает одна и та же закономерность:

Если в объекте для выполнения основной функции (или всех необходимых функций, выполняемых объектом) не во всех местах требуется то или иное свойство, обеспечение которого требует значительных затрат, то следует выполнить объект асимметричным, снимая дорогостоящие элементы с неглавных зон объекта, не требующих обеспечения вышеуказанного свойства.

Сравним этот прием с принципом "Асимметрии". В первом случае - общие рекомендации типа "А не лучше ли сделать объект асимметричным", во втором - конкретные рекомендации, где и за счет чего удешевить объект.

"НУ ТАК СУНЬТЕ ЕГО В МЕШОК!"

Есть несколько очень похожих решений:

1. Чтобы мясо не разбрызгивалось при приготовлении отбивных, предлагается поместить его в полиэтиленовый мешок и отбивать прямо в мешке.

2. На заводе редких металлов аналогичным способом (в мешке) размалывают фториды редких металлов - материалы довольно прочные и очень дорогие.

3. На том же заводе редких металлов применили хитрый прием для смешивания материалов. Дело в том, что мешалка одна, а смешивать надо разные материалы. Отмыть камеру смешивания невозможно, так как требуется очень высокая чистота материала (до 0,0001%). И тогда нашли решение - материал поместили в герметичный мешок, который установили в камеру смешивания. Камера вращается, и материал в мешке перемешивается.

Что общего в этих трех решениях? Есть единое противоречие и одинаковое его разрешение, то есть МС-3:

Если необходимо проводить какой-либо технологический процесс, то есть необходимо какое-то воздействие инструмента на изделие, но оно вызывает ответное вредное действие (мясо брызгает, фториды загрязняют и т.д.), то изделие помещают и обрабатывают в замкнутой камере (мешке), пропускающем полезное действие инструмента на изделие, но не допускающем вредного действия изделия на инструмент или внешнюю среду.

Частным случаем является действие механического поля: если полезное действие оказывает механическое поле, то в качестве камеры рекомендуется выбирать эластичный мешок, передающий механическое воздействие и изготовленный из такого материала, который не допускает вредного действия.

Еще один частный случай: если поле световое - камера выполняется из прозрачного материала - стекла, оргстекла, полиэтилена и т.д.

"ПРИМЕМ УДАР НА СЕБЯ"

Стандарт 1.2.1: Если между двумя веществами в веполе возникают сопряженные полезное и вредное действия (причем непосредственное соприкосновение веществ сохранять необязательно), задачу решают введением между двумя веществами постороннего третьего вещества, дарового или достаточно дешевого.

А.с. 937 726. При взрывном уплотнении стенок скважины взрывные газы, выполняя полезную функцию, одновременно оказывают и вредное воздействие - приводят к образованию трещин в стенках. Предложено "окутать" шнуровой заряд оболочкой из пластилина: давление передается, трещин нет.

А.С. 724 242. Способ гибки ошипованной трубы намоткой ее в холодном состоянии на гибочный шаблон, отличающийся тем, что с целью повышения качества при гибке трубы на радиус менее трех наружных диаметров трубы, при намотке трубы ее шипы погружают в слой эластичного материала, например полиуретана.

А.С. 460 148. Способ изготовления изделий без снятия поверхностного слоя материала, например пластическим деформированием в технологической среде с последующей очисткой (например, ультразвуковой) в моющей жидкости, отличающий ся тем, что с целью интенсификации процесса очистки на поверхность изделия перед обработкой наносят вещество, удаляющееся в моющей жидкости легче, чем технологическая среда.

А.С. 880 889. Способ упаковки и консервации изделий со сложнорельефной поверхностью, предусматривающий окунание их в расплав полимера. Отличается тем, что с целью .облегчения съема упаковки перед окунанием в расплав вводят подслой, содержащий парообразующее вещество.

Проанализируем вышеуказанные примеры.

В а.с. 724 242 ГПП - гибка трубы. ОВ - время деформирования. 03 - деформируемый объем металла. Инструмент - оправка. Изделие - ошипованная труба. ФП - шипы и поверхностные слои металла должны испытывать значительные механические нагрузки, чтобы поле механических напряжений, создаваемое инструментом, могло деформировать трубу. Шипы и поверхностные слои металла" не должны испытывать значительных механических нагрузок, так как они снимаются. Такие большие нагрузки вызываются тем, что напряжения концентрируются на месте контакта инструмента с изделием, т.е. на шипах, превышая при этом допустимые величины. Инструмент действует на изделие одним единственным полем, но его действие оказывается полезным для всего объема металла, и вредным для его поверхностных слоев. Решение состоит в том, что вводится третье вещество, перераспределяющее напряжения, создавая безопасное распределение напряжений во всех местах изделия, в том числе для поверхностных слоев и шипов. При этом, поскольку мы знаем условия деформирования - формирования, нетрудно оценить и свойства этого вводимого вещества. Оно должно выдержать нагрузку деформирования, не разрушаясь, и легко удаляться после деформирования. Простейший перебор говорит, что это полиуретан.

В а.с. 937 726 ГПП - уплотнение материала в скважине полем механических сил давления взрыва. ОВ - время взрыва. ОЗ - поверхность скважины и слои породы, прилегающие к ней.

ФП-- давление газов полезно действует полем механических сил, уплотняя слои породы, и оно же действует вредно, разрушая поверхность скважины. Вполне типовое разрешение противоречия - введение третьего вещества, пластичного, передающего давление и не разрушающего основную поверхность. Свойства его нетрудно выявить, и будет ясно, что пластилин вполне подходит.

Теперь можно сформулировать МС "Примем удар на себя" для задач такого типа:

Если инструмент при помощи поля действует на изделие, оказывая сопряженные (полезное и вредное) действия, причем действие, полезное для всего объема, оказывается вредным для поверхности или части ее, то решение состоит в покрытии поверхности изделия третьим веществом, принимающим на себя вредное воздействие поля, оставляя ему возможность оказывать полезное действие на весь объем. При этом поле, выполняющее производственный процесс, условия протекания процесса, свойства инструмента и изделия достаточно конкретно определят требования, предъявляемые к вводимому веществу.

Для поля механических сил он формулируется более узко:

Если инструмент действует на изделие полем механических сил, оказывающим сопряженное полезное и вредное действие, причем это поле оказывает полезное действие, деформируя весь объем тела, в то время как вредное действие связано с разрушением поверхности (а в дальнейшем и всего изделия), то решение состоит в покрытии поверхности контакта инструмент - изделие веществом, пластичным при условиях действия инструмента и обеспечивающим передачу необходимого поля механических сил для воздействия инструмента на изделие.

После деформации вводимое вещество, как правило, удаляется.

С точки зрения теории обработки металлов давлением такое решение объясняется следующим. Приложение значительных механических напряжений к поверхности, имеющей большое количество концентраторов напряжений, ведет к образованию трещин и разрушению изделия. Этому способствует и неравномерность распределения по поверхности поля механических сил (в первую очередь сдвига). Их концентрация обычно наблюдается на выступах изделия. Соединение поверхности изделия с пластичным промежуточным материалом позволяет избежать таких локальных нагрузок, трещин и разрушения изделия.

Используя этот МС, нетрудно решить следующую задачу.

Задача. Необходимо решить проблему изготовления шаров из жаропрочной стали. Установки для прокатки шаров из прутковой стали есть, но хрупкая жаропрочная сталь трещит при прокатке. Трещины зарождаются на поверхности и, являясь концентраторами напряжений, быстро распространяются вглубь, разрушая готовые шары. Как быть?

ГПП - прокатка шаров. ОВ - время прокатки. ОЗ - место контакта валков, с прутком и зона распространения деформации. Сформулируем ФП: поле сил давления валков оказывает сопряженное действие: полезное - деформируя металл, и вредное - разрушая его поверхность, а затем и само изделие. Ясно, что вредное действие направлено на поверхность, которую и нужно защищать.

Типовое противоречие с таким же типовым разрешением - ввести третье вещество на поверхность. В соответствии МС можно, сразу оценить свойства, необходимые этому веществу.

Нужен слой вещества, не передающий сдвигающее напряжение на поверхность металла, а передающий лишь давление. Оно должно при температуре 1000° С быть пластичным, выдерживать значительные механические напряжения, не разрушаясь, скользить по поверхности инструмента, не прилипая к ней и не оказывая на нее вредного действия. Нетрудно выбрать такой материал - это обыкновенная сталь.

Теперь решение очевидно. На пруток-заготовку жаропрочной стали одеть тонкую трубку из простой.

В других примерах к стандарту 1.2.1 разрешаются другие ФП.

В а.с. 880 889 ГПП - защита изделия от коррозии. 03 - поверхность изделия. ОВ - время защиты и время отмывки. Изделие - "то, что защищаем". Инструмент - "то, что. защищает". На изделие направлено сопряженное вредное и полезное действие инструмента. Хорошо защищает от поля коррозии, но плохо отмывается - большое сцепление, большие силы адгезии. Решение в введении третьего вещества между инструментами и изделием, но в отличие от вышеуказанных задач схема конфликта принципиально другая. Инструмент действует на изделие двумя полями. Одно из них (нейтральность пленки по отношению к изделию и предотвращение действия кислорода) действует полезно, в то время как другое (поле сил адгезии) вредно.

МС для решения задач такого типа имеет другой вид:

Если инструмент действует на изделие сдвоенным полем, причем одно из них является полезным, а другое - вредным, и воздействие обоих полей направлено на поверхность изделия, то решение в нанесении на контактирующую поверхность слоя третьего вещества, сохраняющего действие полезного поля, но предотвращающего действие вредного.

Заметим, что этот МС-2 тоже входит в стандарт 1.2.1, но значительно инструментальнее его, поскольку определяет физические свойства вводимого вещества.

При молевом сплаве бревен, они намокают и тонут. Как быть? РПП - транспортировка бревен. Инструмент - вода: Изделие - бревна.

ОВ - время транспортировки и время намокания. ОЗ - весь объем бревна и воды, обеспечивающий его плавучесть. ФП - вода обеспечивает полезное действие, обеспечивая подъёмную силу, но она и приводит к вредному действию, попадая внутрь бревна и утяжеляя его.

Как и в задаче о защите поверхности от коррозии, налицо сдвоенное, полезное и вредное, действие двух полей. Полезное действие обеспечивают силы Архимеда, в то время как вредное - вес попавшей внутрь бревна воды. Однако при внешнем сходстве двух задач в формулировке ФП и в понимании физической сущности задачи есть принципиальное отличие. В данном случае действие сил обращено не на поверхность, а на объем. И теперь надо не защищать поверхность, а предотвращать вредное действие поля на весь объем.

В одном из решений для разрешения противоречия предлагается красить торцы бревен краской, предотвращающей их намокание. Таким образом, сохраняя действие полезного поля в течение всего ОВ, мы одновременно препятствуем действию вредного поля, изолируя его действие на объем защитой поверхности. И хотя решение то же - введение третьего вещества, но формулировка иная:

Если инструмент действует на изделие сдвоенным полем, причем одно из них является полезным, а другое - вредным, и действие обоих полей распространяется на весь объем, решение может быть найдено введением третьего вещества на поверхность изделия, причем его свойства должны предотвратить действие вредного поля, сохраняя действие полезного.

Выводы. Все сформулированные МС вполне укладываются в стандарт 1.2.1, но, являясь более узкими, чем этот стандарт, они в то же время намного инструментальнее, поскольку позволяют четко сказать, куда следует вводить вещество, какими свойствами оно должно обладать и каким требованиям удовлетворять.