Главная    ПРОЕКТЫ     Компания «Метод». Проект «Изобретающая программа Новатор»

Размещено на сайте 16.10.2007.

Компания «Метод». Проект «Изобретающая программа Новатор»

Глазунов В.Н.



Цель проекта

Целью данного проекта является разработка изобретающей программы 2-го поколения. В настоящее время на рынке программного обеспечения реализуется большое число изобретающих программ. Например, TechOptimizer, Ideation программы, TriSolver, и т.д. Алгоритмической основой всех этих программ являются эвристические методы решения технических проблем. По этой причине существующие программы можно отнести к изобретающим программам 1-го поколения.

Использование эвристических методов приводит к двум принципиальным, неустранимым недостаткам, присущим этим программ: необходимость предварительного обучения пользователя и низкая конкретность решения технических проблем. С изобретающими программами 1-го поколения может работать только подготовленный пользователь, который прошел предварительное обучение эвристическим методам, например, методам ТРИЗ (см. Профиль, «ТРИЗ и концептуальное проектирование»). Овладеть этими методами на должном уровне можно только после длительного обучения на специальных курсах у опытного преподавателя.

Изобретающие программы 1-го поколения не решают поставленную пользователем проблему, а только подсказывают направления ее решения. Опираясь на эту подсказку и ряд поясняющих примеров, пользователь должен самостоятельно решить проблему. Поэтому при работе с такими программами весь объем творческих операций, необходимых для решения проблемы, пользователь выполняет сам. Указанные недостатки существенно ограничивают применение в инженерной практике изобретающих программ 1-го поколения и, следовательно, объемы продаж этих программ.

Новатор (версия 4.0) – изобретающая программа 2-го поколения. Для работы с этой программой не требуется предварительного обучения. Новатор находит конкретные решения технических проблем, которые не требуют последующего домысливания.
Эти преимущества Новатора обеспечивают формальные методы решения технических проблем и использование больших баз конкретных знаний.

Позиционирование Новатора на рынке

Отсутствие предварительного обучения и конкретность получаемых технических решений значительно расширяют круг потенциальных пользователей изобретающих программ 2-го поколения. Поэтому Новатор может быть полезен:

  • широкому кругу инженеров и конструкторов;
  • студентам технических вузов;
  • изобретателям;
  • патентным поверенным;
  • маркетологам.

Новатор поможет пользователям и их предприятиям автоматизировать такие виды деятельности как:

  • моделирование и анализ технических проблемных ситуаций;
  • разработка концепций новых изделий и технологий вне зависимости от области их применения;
  • повышение качества выпускаемой продукции без принципиальных изменений;
  • снижение издержек производства;
  • прогноз развития конкретной области техники;
  • разработка группы изобретений, достаточной для получения приоритета в заданной области техники;
  • создание и развитие базы знаний предприятия;
  • управление интеллектуальной собственностью предприятия;
  • анализ поломок и отказов технических систем;
  • предсказание аварий и диверсий.

Как работает Новатор

Процесс решения Новатором технической проблемы можно разделить на 4 этапа:

  • Выявление проблемы
  • Анализ проблемы
  • Решение проблемы
  • Выбор решения

Исходной информацией для Новатора служит модель проблемной ситуации, которую разрабатывает пользователь. Используя эту модель, Новатор находит решения в виде описаний технических устройств (способов). Применение этих устройств в рамках рассматриваемой ситуации позволяет устранить поставленную пользователем проблему.

Процесс решения Новатором технической проблемы поясняет следующая блок – схема.

1. Выявление проблемы

Новатор можно использовать после того, как пользователь осознал необходимость устранить ту или иную техническую проблему. Обычно в сознании пользователя эта проблема присутствует в виде некоторой проблемной ситуации.

В проблемной ситуации описание проблемы и ситуации взаимосвязаны и неотделимы друг от друга. Проблема – это то, что в ситуации не соответствует предъявляемым требованиям. С другой стороны, ситуация – это совокупность условий и обстоятельств, в рамках которых предполагается устранить поставленную проблему.

Исходное описание проблемной ситуации обычно состоит из разноформатных частей: фрагментов текста, рисунков, диаграмм, математических формул и т.п. Подобная информация пока не может служить исходными данными для компьютерной программы. Поэтому вначале пользователь на основе исходного описания проблемной ситуации создает ее модель.

  • Моделирование проблемной ситуации

Модель проблемной ситуации представляет собой блок-схему, которую пользователь строит с помощью специального объектного графического редактора. В этой модели пользователь указывает:

  • объекты, образующие ситуацию, в том числе, технические системы, их подсистемы и элементы;
  • свойства объектов;
  • отношения между объектами;
  • отношения между показателями технической системы и свойствами ее элементов;
  • желательность объектов, их свойств и отношений (желательные, нежелательные);
  • определение объектов, их свойств и отношений между ними через словарь терминов.

Для того чтобы описать изменение проблемной ситуации во времени пользователь может разделить ее модель на стадии. Модель стадии проблемной ситуации представляет собой отдельную блок-схему. Такие модели стадий связаны между собой наличием в них хотя бы одного общего объекта.

Используя модель проблемной ситуации, Новатор формулирует перечень исходных проблем, присущих рассматриваемой ситуации.

  • Расширение модели проблемной ситуации

Модель проблемной ситуации фиксирует исходное представление пользователя о проблеме. Однако, часто лучший способ устранения проблемной ситуации находят за счет решения не исходной проблемы, а связанных с ней проблем.

Для того чтобы определить, какие проблемы связаны с исходной проблемой, Новатор задает пользователю ряд специальных вопросов. Далее, опираясь на ответы пользователя, Новатор предлагает ему расширить модель проблемной ситуации, включив в нее новые объекты, отношения между ними, а также свойства объектов. После того как пользователь определит желательность новых объектов, их свойств и отношений, Новатор может выявить проблемы, связанные с исходной проблемой.

  • Анализ модели

Проводя анализ расширенной модели проблемной ситуации, Новатор формирует перечень всех проблем, присущих этой ситуации. Решение любой из этих проблем позволяет устранить хотя бы одну исходную проблему.

  • Определение очередности решения

В результате анализа расширенной модели проблемной ситуации Новатор может сформировать очень большой перечень проблем. Это приводит к необходимости определения очередности решения этих проблем.

Пользователь указывает в полученном перечне самую важную, по его мнению, проблему. После этого Новатор определяет последовательность решения всех выявленных проблем.

2. Анализ проблемы

  • Поиск схожих проблем

Описывая проблемную ситуацию, пользователь применяет привычный для него набор терминов. При этом он может описать исходную проблему с различной степенью общности. База знаний Новатора содержит обобщенные технические решения, т.е. решения имеющие предельную степень общности. Для записи обобщенных технических решений используется фиксированный набор терминов. Поэтому велика вероятность формального несовпадения описания выявленной проблемы с описанием ее решения в базе знаний Новатора. В этом случае Новатор не сможет найти решение выявленной проблемы.

Чтобы устранить указанное несоответствие Новатор формирует перечень проблем, содержательно похожих на выявленную проблему. Используя онтологический словарь и базу проблем, Новатор для выявленной проблемы находит обходные, синонимичные, общие, частные и аналогичные проблемы.

  • Деление проблемы

Проблема является сложным объектом – системой и, поэтому, она имеет структуру. В общем случае, решение сложной проблемы можно свести к решению более простых проблем, а тех, в свою очередь, – к решению элементарных.

База знаний Новатора может не содержать решение сложной проблемы. В то же время в ней могут быть решения элементарных проблем, к которым сводится сложная проблема. Используя базу проблем, Новатор находит перечень элементарных проблем для выявленной проблемы. Далее для каждой элементарной проблемы Новатор находит похожие на нее проблемы.

3. Решение проблемы

  • Поиск решений

Для решения выявленной проблемы Новатор формирует последовательность запросов к базе решений. Запросами являются описания выявленной проблемы, похожих на нее проблем или соответствующих элементарных проблем. Найденные Новатором решения оформляются в виде списка решений, структурированного в соответствии со структурой решаемых проблем.

Сначала в этом списке решения разделены на две группы: прямые и обходные решения. В каждой из этих групп решения делятся на четыре подгруппы: точные, общие, частные и аналогичные. В первую подгруппу входят решения выявленной проблемы и синонимичные проблемы. В остальные подгруппы входят, соответственно, решения общих, частных и аналогичных проблем.

Решения сложной проблемы группируются относительно соответствующих элементарных проблем. При этом решения элементарных проблем так же разделены на две группы и четыре подгруппы.

Решения, которые находит Новатор, представляют собой описания устройств. Использование этих устройств в рамках указанной ситуации устраняет выявленную проблему. На 1-м этапе решения проблемы Новатор предлагает использовать известные устройства в новых условиях. Тем самым, Новатор находит новые способы применения известных устройств, что является предметом изобретения.

  • Улучшение решения

Решения, которые находит Новатор, представляют собой описания устройств. Эти устройства характеризуются функциональными и общетехническими показателями, такими как вес, габарит, надежность и т.п.

Обращаясь к базе решений и эффектов, Новатор находит способы улучшения показателей найденных устройств за счет:

  • изменения свойств материала элементов устройства;
  • замены материала элементов устройства;
  • изменения конструкции и режима работы устройства.

Используя тот или иной способ, Новатор создает устройство с улучшенными показателями (улучшенное устройство). Это устройство будет характеризоваться новыми конструктивными признаками, которые являются предметом изобретения.

  • Обеспечение условий реализации решения

Использование найденных Новатором устройств в рамках указанной ситуации позволяет решить выявленную проблему. Однако, при этом возникают новые проблемы, связанные с необходимостью обеспечить функционирование найденного устройства (проблемы функционирования).

Проблемы функционирования Новатор решает таким же образом, как и проблемы, выявленные при анализе исходной проблемной ситуации. Результат решения проблем функционирования – это устройства, обеспечивающие функционирование исходного устройства. Новатор объединяет исходное устройство и устройства, обеспечивающие его функционирование, в одно целостное устройство. Это устройство имеет новый принцип действия, что является предметом изобретения.

4. Выбор решения

  • Количественная оценка решения

Новатор находит несколько решений одной проблемы. Поэтому возникает проблема выбора лучшего из них.

Каждое решение содержит математическую модель эффекта, на котором основано это решение. Используя эту модель, пользователь может подсчитать значение функционального показателя устройства, описанного в решении.

Математическая модель эффекта состоит из:

  • расчетной формулы;
  • таблиц со значениями свойств веществ и материалов, необходимых для расчета;
  • пределов изменения параметров, входящих в расчетную формулу;
  • результатов расчета для типичного случая.

Сравнивая значения функционального показателя различных устройств, пользователь может выбрать лучшее устройство (решение).

  • Ограничение число решений

Если Новатор нашел очень много решений, то пользователь может обоснованно ограничить их число перед выбором лучшего решения. Для этого пользователь указывает:

  • вещества, излучения, частицы и физические поля, которые не должны использоваться в устройствах (решениях);
  • требования, которым должно удовлетворять устройство;
  • число решений для дальнейшего выбора.

Учитывая заданные пользователем ограничения, Новатор уменьшит число решений до требуемой величины.

5. База знаний

  • Словарь терминов

Словарь – это совокупность научно-технических терминов (понятий), между которыми установлены отношения синонимии и подчиненности. Словарь терминов – это часть Онтологического словаря, необходимая и достаточная для работы Новатора. Термины словаря разделены на три группы: объекты, свойства и отношения. Все термины имеют определения, а физические свойства – еще и размерность. Кроме этого, в словаре указаны значения метасвойств объектов, свойств и отношений, которые учитываются при моделировании проблемной ситуации.

Словарь терминов применяется почти на всех этапах работы Новатора.

  • На этапе выявления проблемы пользователь использует термины словаря для описания проблемной ситуации.
  • При анализе проблемы Новатор, учитывая отношения между терминами, находит проблемы – синонимы и общие проблемы.
  • При выборе решения пользователь использует термины словаря для записи ограничений, которым должны удовлетворять найденные решения.

Кроме этого, словарь терминов используется при формальном описании всех элементов базы знаний: причин, следствий и условий реализации эффектов, математических моделей эффектов, технических проблем, таблиц значений свойств и т.п.

  • База проблем

Эта база представляет собой совокупность проблем, между которыми установлены отношения синонимии, подчиненности, «часть-целое», «прямая – обходная проблема».

База проблем используется на этапе анализа выявленной проблемы. С помощью этого анализа Новатор, находит, по отношению к выявленной проблеме, обходные, синонимичные, общие, частные и аналогичные проблемы.

  • База эффектов

Эта база представляет собой совокупность физических, физико-химических и биофизических эффектов, между которыми установлены отношения причинно-следственной связи.

Эффект – это причинно-следственная связь между двумя явлениями, реализующаяся в определенных условиях. Первое из этих явлений называется причиной, а второе – следствием.

Описание эффекта содержит:

  • развернутое название;
  • условия реализации;
  • расчетную формулу;
  • таблицы со значениями свойств веществ и материалов, необходимых для расчета;
  • пределы изменения параметров, входящих в расчетную формулу;
  • результат расчета для типичного случая;
  • показатель эффекта и пределы его изменения;
  • анимацию, показывающую макроскопическое проявление эффекта;
  • анимацию, объясняющую, почему происходит эффект;
  • текст объяснения;
  • литературные ссылки.

Один или несколько эффектов входят в описание каждого обобщенного технического решения как его неотъемлемая часть. Кроме этого, базу эффектов Новатор использует для выявления причин и последствий наблюдаемых процессов, например, отказов в технических системах.

  • База решений

Эта база представляет собой совокупность обобщенных технических решений, между которыми установлены отношения причинно-следственной связи.

Обобщенное техническое решение представляют собой описание устройства или способа, которое содержит:

  • развернутое название;
  • анимацию, показывающую, как работает устройство (способ);
  • достоинства и недостатки;
  • текст объяснения;
  • конкретные примеры;
  • литературные ссылки;
  • эффекты, реализующиеся в устройстве (способе).

6. Редактор базы знаний

Новатор имеет открытую базу знаний. В состав Новатора входит редактор базы знаний. С его помощью пользователь может пополнить любую часть базы знаний, записав в нее известные ему сведения. После этого Новатор объединяет новые и старые знания, установив между ними логические связи.

Если после дополнения базы знаний Новатора повторно решить проблему, то число ее решений увеличится!

7. Дополнительные функции

Кроме решения технических проблем Новатор выполняет ряд дополнительных функций, таких как:

  • выявление причин и последствий наблюдаемых процессов;
  • группировка решений по решаемым проблемам и используемым эффектам;
  • группировка эффектов по причинам, следствиям и решениям;
  • усиление или ослабления проявления эффекта;
  • обеспечение условий реализации эффекта;
  • использование эффекта для реализации других эффектов;
  • создание отчетов.

Согласно принципу сохранения функций, изобретающие программы 2-го поколения должны содержать все лучшее, что было реализовано в изобретающих программах 1-го поколения. Поэтому в Новаторе (версия 4.0) включены эвристические методы, которые использовались в 3-й версии Новатора:

1. Выявление и устранение физических противоречий (база из 16 эвристических приемов).

2. Улучшение показателей технических систем (база 124 стандартных решений).

3. Вычисление оптимальных значений элементов прототипа.

Эти методы Новатор применяет наравне с описанными выше формальными методами.

Теоретическая база проекта

Формальные и эвристические методы решения технической проблемы и принципы построения баз эффектов и обобщенных технических решений, в основном, изложены в следующих работах.

1. Глазунов В.Н. Поиск принципов действия технических систем. М., Речной транспорт, 1990.

2. Глазунов В.Н. Параметрический метод разрешения противоречий в технике. М., Речной транспорт,1990.

3. Альтшуллер Г.С. Творчество как точная наука. М., Советское радио, 1979.

4. Бородастов Г.В., Альтшуллер Г.С. Теория и практика решений изобретательских задач. М., ЦНИИатоминформ, 1980.

5. Альтшуллер Г.С. Как научиться изобретать. Томбов, Книжное издательство, 1961.

6. Альтшуллер Г.С. Основы изобретательства. Воронеж, Центрально-черноземное издательство, 1961.

7. Альтшуллер Г.С., Селюцкий А.Б. Крылья для Икара. Петрозаводск, Карелия, 1980.

8. Альтшуллер Г.С. Алгоритм изобретения. М., Московский рабочий, 1973.

9. Титов В.В. Выбор целей в поисковой деятельности. М., Речной транспорт, 1991.

10. Автоматизация поискового конструирования. Под редакцией А.И. Половинкина, М., Радио и связь, 1981.

В тексте сохранены авторская орфография и пунктуация.


Главная    ПРОЕКТЫ     Компания «Метод». Проект «Изобретающая программа Новатор»