БАЗА ДАННЫХ «ЭФФЕКТЫ 200»

В работе рассматриваются: тенденции развития баз эффектов, понятие и структура описания эффекта, сравнение базы данных «Эффекты 200» с TechOptimizer 3.0 и с интернетными поисковыми машинами, функциональная структура и использование базы данных «Эффекты 200» для решения изобретательских задач.

Ключевые слова: эффект, явление, база эффектов, изобретательство, изобретательская задача, технический анализ, свойства материалов, словарь терминов, техническая функция.

Введение

Разработка и использование указателей и баз эффектов в изобретательстве – это один из важных разделов ТРИЗ [1]. За последние десятилетия в этой области выполнен большой объем исследовательских и практических работ [2, 3, 4]. Был пройден путь от первых указателей эффектов [5, 6, 7] до больших баз эффектов с развитыми функциями поиска отдельных эффектов, синтеза физических принципов действия, и технического анализа. Среди известных (автору) баз эффектов следует отметить:

• IM-Phenomenon 1.0, TechOptimizer 3.0, Goldfire Innovator 3.0 (Invention Machine Corporation, США,invention-machine.com)
• Innovation WorkBench (Ideation International, США, ideationtriz.com)
• TriSolver 2.1, 4.net (TriSolver, Германия, trisolver.com)
• Creax Innovation Suite 3.1 (Creax, Голландия, creax.com)
• Эдисон 4.03 (Компания «Метод», Россия, method.ru)

Практическое использование некоторых из этих программ дало возможность определить направления дальнейшего развития баз эффектов.

Направления развития содержательной части баз эффектов

Таблица 1

Направление развития	Пояснения
Включение в базу только технически значимых эффектов	В технике используется небольшая часть полученных научных знаний
Структуризация и стандартизация описания эффекта	Деление описания всех эффектов на определенное число разделов.
Количественная оценка показателей эффекта	Включение в описание эффекта расчетных математических моделей его показателей.
Стандартизация объяснения эффекта	Сведение объяснения разных эффектов к небольшому числу известных теорий, законов и правил.
Структуризация описания области применения эффекта	Создание иерархической классификации областей применения эффекта.
Использование анимации	Анимация ускоряет понимание сути эффекта и возможности его применения.
Ссылки в описании эффекта на стабильные интернет - ресурсы	Подобные ссылки ускоряют поиск дополнительной информации об эффекте.

Направления развития программной части баз эффектов

Таблица 2

Направление развития	Пояснения
Многоаспектный поиск эффектов	Поиск по причинам и следствиям эффектов, по объектам, на которых реализуется эффект, по процессам, связанным с эффектом и т.п.
Увеличение точности синтеза физического принципа действия	Отбраковка логически противоречивых вариантов принципа действия. Сортировка вариантов принципа действия по степени сходства.
Создание пользовательского редактора базы эффектов	Редактор позволяет пользователю изменять и расширять исходную базу эффектов.

В Компании «Метод» разработана база данных «Эффекты 200», в которой учтена большая часть перечисленных направлений развития.

Примечание.

1. В базе данных «Эффекты 200» отсутствует функция синтеза физического принципа действия. Аналогичная функция используется в другой разработке Компании «Метод» - в изобретательской программе Новатор 4.0.

2. Далее вместо термина «база данных «Эффекты 200»» используется термин «программа «Эффекты 200»».

Определение эффекта

При разработке программы «Эффекты 200» было принято следующее определение эффекта. Эффект – это причинно-следственная связь между двумя явлениями, реализующаяся в определенных условиях. Первое из этих явлений принято называть причиной эффекта, а второе – его следствием.

Явления представляют собой количественные или качественные изменения объектов, свойств объектов, а также отношений между ними.

Условия реализации эффекта определяют:

• отношения между объектами причины и следствия эффекта, а также их отношения с окружающими объектами;
• отношения между свойствами этих объектов, в том числе, допустимые пределы их изменения;
• дополнительные причины, необходимые для проявления эффекта.

Из данного определения следует, что, с точностью до условий реализации, возможны 9 несводимых друг к другу типов эффектов.

Типология эффектов

Таблица 3

Тип	Формула	Пример эффекта
1	IО->IО	Испарение жидкости создает пар.
2	IО->IСО	Плавление металла увеличивает его удельное сопротивление.
3	IО->IR(О, О)	Ионизация газа создает электрический контакт между проводниками.
4	IСО -> IО	Перепад давления перемещает жидкую среду.
5	IСО -> IСО	Температура влияет на вязкость жидкости.
6	IСО -> IR(О, О)	Резкое понижение давления над перегретой жидкостью превращает её в пар.
7	IR(О, О) -> IО	Смешивание жидкости с мелкодисперсным порошком создает суспензию.
8	IR(О, О) -> IСО	Контакт между двумя разнородными полупроводниками создает между ними разность потенциалов.
9	IR(О, О) -> IR(О, О)	Механический контакт создает между проводниками электрический контакт.

Примечания.

1. Здесь:

• IО – качественное изменение (создание или устранение) объекта.
• IСО – количественное изменение (изменение, увеличение, уменьшение, создание, устранение) свойства объекта;
• IR(О, О) – качественное изменение (создание или устранение) отношения между разными объектами;
• -> - причинно-следственная связь.

2. Подформулы IО, IСО, IR(О, О), стоящие перед знаком “->” – причины эффектов, эти же подформулы, стоящие после знака “->” – их следствия.

3. В таблице 3 приведены упрощенные формулы эффектов, не учитывающие онтологические отношения между объектами. Например, в 1-ом эффекте «испарение» – это процесс, реализующийся на материальном объекте «жидкость».

Структура описания эффекта

В программе «Эффекты 200» принята следующая структура описания эффекта.

Название. Развернутое название эффекта, в котором указаны его причина и следствие, а также наиболее важные условия реализации эффекта.

Иллюстрация «Что». Показывает внешнюю взаимосвязь причины и следствия эффекта.

Иллюстрация «Почему». Показывает внутреннюю взаимосвязь причины и следствия эффекта.

Синонимы. Общепринятые названия эффекта.

Условия реализации. Список условий, которые необходимо создать для реализации эффекта. Условия реализации позволяют определить сферы возможного применения эффекта.

Показатели эффекта. Экспертная оценка пределов, в которых могут изменяться показатели эффекта.

Объяснение. Популярное описание одной из наиболее распространенных концепций, объясняющей взаимосвязь причины и следствия эффекта. Обычно эта взаимосвязь описывается на уровне взаимодействия частей или частиц, входящих в состав материальных объектов – носителей эффекта. Информация, содержащаяся в этом разделе, наиболее полно поясняет сущность эффекта. Объем этой информации достаточен для принятия решения о применении эффекта в конкретных условиях.

Объяснение все эффектов составлено по единой схеме и базируется на небольшом числе известных теорий, законов и правил. В первом абзаце приводятся сведения об условиях реализации эффекта, а также указывается взаимосвязь между его причиной и следствием. Представленная в этом абзаце информация соответствует иллюстрации «Что». В основной части описывается механизм эффекта – последовательность процессов, связывающих его причину и следствие. Описанию механизма эффекта соответствует иллюстрация «Почему». В конце объяснения может быть приведена дополнительная информация, например, особенности проявления эффекта, историческая справка или примечания.

Расчетные модели. Одна или несколько расчетных моделей, позволяющие определить значение показателя эффекта. Все модели дополняются примером расчета.

Свойства. Значения свойств веществ и материалов, входящие в формулы расчетных моделей. В этом разделе представлены, в основном, те вещества и материалы, которые используются практически и на которых данный эффект проявляется наиболее значимо.

Применение. Способы применения эффекта в технике. Для большинства указанных способов приведены конкретные технические примеры со ссылками на патенты и авторские свидетельства.

Разделы науки. Список научных дисциплин, которые занимаются изучением данного эффекта.

Литература. Список общедоступных литературных источников на русском и английском языках с дополнительной информацией об эффекте.

Полнота описания эффекта в программе «Эффекты 200»

Наиболее известной (по мнению автора) программой, использующей эффекты, является программа TechOptimizer 3.0. Поэтому ниже приводится сравнение полноты описания эффекта в программах «Эффекты 200» и TechOptimizer 3.0

Сравнение описания эффекта в программах «Эффекты 200» и TechOptimizer 3.0

Таблица 4

Раздел эффекта в «Эффекты 200»	Раздел эффекта в TechOptimizer 3.0	Относительные достоинства и недостатки программы «Эффекты 200»
Название	Name	Достоинство: стандартизованное название, отображающее причину и следствие эффекта
Синонимы	нет	Достоинство: наличие раздела «Синонимы»
Иллюстрация «Что»	Illustration «What»	Достоинство: в большинстве случаев, более подробное и реалистичное изображение
Иллюстрация «Почему»	Illustration «Why»	аналогично
нет	Animation «What»	Недостаток: отсутствие Анимации «Что»
нет	Animation«Why»	Недостаток: отсутствие Анимации «Почему»
Условия реализации	Conditions	-
Показатели эффекта и их пределы	Effect Index и Limitations	-
Объяснение	Description	Достоинства: в большинстве случаев, объем объяснения значительно больше; текст объяснения структурирован
Расчетные модели	Formula	Достоинства: возможность выполнить расчет показателя эффекта; приводится пример расчета показателя
Свойства	Materials	Достоинства: представлены значения всех свойств, указанных в расчетной модели
Применение	Advantages и See Also (список примеров)	Достоинства: представлена иерархическая классификация способов применения эффекта Недостаток: отсутствует полное описание примера использования эффекта
Разделы науки	нет	Достоинство: наличие раздела «Разделы науки»
Литература	References	Достоинство: в большинстве случаев, список литературы больше

На основании проведенного анализа можно сказать, что объем описания эффектов в рассматриваемых программах примерно одинаков. Главным относительным недостатком программы «Эффекты 200» является отсутствие анимаций, а главное её достоинство – наличие расчетных моделей для всех эффектов.

Функциональная структура программы «Эффекты 200»

Программа «Эффекты 200» состоит из системы управления данными (программной оболочки) и собственно базы данных. Программную оболочку можно условно разделить на главное окно, поисковую машину и редакторы базы данных (см. ниже рис. 1). В ней реализованы следующие функции:

• поиск данных по ключевым словам,
• выбор ключевых слов из Словаря терминов,
• формирование отчета из отобранных данных,
• печать отдельных элементов базы данных,
• просмотр Глоссария,
• просмотр Справки,
• редактирование и пополнение разделов базы данных.

База данных состоит из:

• базы эффектов, содержащей 200 полных описаний эффектов и примерно 1000 эффектов с кратким описанием (только области применения);
• инженерного справочника, содержащего 100 таблиц со значениями свойств веществ и материалов, а также 16 групп математических формул;
• словаря терминов, включающего определения более 800 терминов.

Описанную структуру программы «Эффекты 200» иллюстрирует следующий рисунок.

Рис. 1. Функциональная структура программы «Эффекты 200».

Области применения программы «Эффекты 200»

Программа «Эффекты 200» позволяет решить следующие информационно-поисковые задачи.

1. Поиск эффектов:

• по названию,
• по действию причины и / или следствия,
• по реализуемой технической функции,
• по объектам – носителям,
• по наблюдаемым процессам и т.п.

2. Поиск значения свойств веществ и материалов.

3. Поиск часто используемых математических формул.

4. Поиск определений терминов, используемых в описании эффектов.

Результаты поиска в рассматриваемой базе эффектов можно использовать в процессе решения изобретательских задач (устранения проблемных ситуаций).

Использование программы «Эффекты 200» для решения изобретательских задач

Таблица 5

Программу «Эффекты 200» можно также применять при решении прямой и обратной задач технического анализа. Прямая задача анализа предполагает поиск следствий по заданной причине, а обратная – наоборот, поиск причин по заданному следствию. Результаты решения прямой задачи анализа можно использовать для выявления возможных последствий наблюдаемого явления, например, вредного воздействия. Результаты решения обратной задачи можно использовать для определения возможных причин наблюдаемого явления, например, для выявления причин отказов.

Сравнение программы «Эффекты 200» с Интернетом

В настоящее время основной конкурент для любой локальной базы данных – это открытые интернет - ресурсы. Ниже приведены результаты поиска сведений о некоторых эффектах в программе «Эффекты 200» и в русскоязычном сегменте Интернета.

Отбор результатов поиска в Интернете проходил с учетом следующих ограничений:

• использовалась поисковая система Google;
• анализировались только первые 10 ссылок;
• из эффектов, «найденных в Интернете», выбирался один, в описание которого имелись такие разделы, как иллюстрация, объяснение, расчетная модель, значения свойств веществ для расчета и применение.

Для повышения точности сравнения результатов поиск проводились по трем группам:

• эффекты, изучаемые в школе («общеизвестные»),
• эффекты, изучаемые в высшей технической школе («известные»),
• эффекты, которые не изучаются в высшей технической школе («специальные»).

Учитывая особенности организации данных в интернетных поисковых системах, в каждую из трех групп была включена половина эффектов, имеющих общеупотребимые названия.

Правила интерпретации результатов сравнения, которые представлены в таблицах 6 ÷ 8.

1. Если во всех столбцах указан знак минус (–), то при указанных выше ограничениях описание данного эффекта в Интернете не найдено.

2. Если в столбце указан знак минус (–), то в описании эффекта, найденного в Интернете, отсутствует соответствующий раздел.

3. Если в столбце указан знак плюс (+), то в описании эффекта, найденного в Интернете, имеется соответствующий раздел.

4. Цифры в разделе Объяснение и Применение показывают во сколько раз этот раздел описания эффекта, найденного в Интернете, больше соответствующего раздела эффекта из программы «Эффекты 200».

Результаты сравнения «общеизвестных» эффектов

Таблица 6

Здесь и ниже буквами обозначены разделы описания эффекта: И – иллюстрации, О – объяснение, М – расчетная модель, С – значения свойств веществ для расчета по модели, П – применение.

Результаты сравнения «известных» эффектов

Таблица 7

Результаты сравнения «специальных» эффектов

Таблица 8

* Найдено описание ионного синтеза только для конкретных материалов.

Выводы:

> Эффекты, представленные в Интернете, имеют низкую полноту описания. Найден только один эффект, в описании которого присутствуют все рассматриваемые разделы.

> Примерно о 1/3 эффектов в Интернете не было найдено никаких сведений.

> В Интернете крайне сложно найти информацию об эффектах, не имеющих общепринятого имени.

> Степень «известности» эффекта слабо влияет на результативность поиска в Интернете.

> Большинство (75%) описаний эффектов, представленных в Интернете, не имеют всех данных, необходимых для расчета значения их показателей.

> Большинство (80%) описаний эффектов, представленных в Интернете, не имеют сведений об области их применения.

> Наилучшие результаты при поиске в Интернете дают специализированные интернет ресурсы, например, «Виртуальный фонд естественнонаучных и научно-технических эффектов "Эффективная физика"» (www.effects.ru ) и «Википедия» (www.wikipedia.org).

Литература. [к началу]

1. Альтшуллер Г.С. Творчество как точная наука. Москва, Советское радио, 1979.

2. Половинкин А.И. и др. Автоматизация поискового конструирования. Москва, Радио и связь, 1981.

3. Зарипов М.Ф. и др. Энерго-информационный метод научно-технического творчества. Москва, ВНИИПИ, 1988.

4. Глазунов В.Н. Поиск принципов действия технических систем. Москва, Речной транспорт, 1990.

5. Горин Ю.В. Указатель физических эффектов и явлений для использования при решении изобретательских задач. Выпуск первый. Баку, 1973.

6. Koller R. Konstruktionsmethode für den Maschine, Geräte und Appratebau. Berlin, Springer – Verlag, 1976.

7. Бородастов Г.В., Денисов С.А. и др. Указатель физических явлений и эффектов для решения изобретательских задач. Москва, ЦНИИатоминформ, 1979.