Размещено на сайте 30.09.2008.

Часть 1
Часть 2

Часть 3

 В технике человек понимает и описывает проблему, а так же содержащиеся в ней противоречия на трех различных уровнях: – административном, техническом, физическом.

Административный уровень описания проблемы отражает  конфликт между технической системой и человеком, между технической системой и надсистемой.

Конфликт состоит в том, что техническая система не удовлетворяет экономическим, эксплуатационным, экологическим или иным требованиям, которые предъявляет ей человек. Этот уровень описания проблемы является чисто субъективным и называется административным. Слабость формулировок выполненных на административном уровне состоит в том, что они допускают много вариантов их толкования и, как правило, отражают последствия проблемы, но не ее причину.

Все зависит от того, как человек воспринимает проблему и какие лично он выставляет требования. При этом требования человека могут изменяться в зависимости от его мнения, образа мышления и внешних обстоятельств. Подтвердим данное утверждение примером.

 Пример № 17.1

Труба для отвода отходов Завод платит штрафы за загрязнение прилегающих к нему территорий. Труба, по которой самотеком отводятся жидкие отходы, переполняется,  и отходы выливаются на землю.

Директор завода издал приказ: - «Техническим службам завода обеспечить транспортировку жидких отходов без переполнения трубы и загрязнения территории.»

В данном описании проблемной ситуации можно выявить следующие противоречие:   «Завод должен иметь отходы, так как он перерабатывает сырье, и завод не должен иметь отходы потому, что они загрязняют территорию города»

 Возможен другой вариант;-

«Отходы должны транспортироваться и отходы не должны транспортироваться, так как они загрязняют территорию» Возможны и еще много других вариантов формулировок противоречий. Но все они будут субъективными, потому что отражают желания человека, и не отражают объективных физических причин, порождающие проблему.

Если мы попытаемся решать проблему, составленную на административном уровне то, скорее всего, получим сложное, энергоемкое и удаленное от идеала решение. Например, для решения описываемой проблемы можно предложить заводу выпускать другую продукцию, которая не будет иметь жидких отходов, а потому исчезнут штрафы. Или предложить вывозить отходы автотранспортом. Или копить отходы на своей территории, а потом их вывозить. Первое, второе, третье и все последующие решения проблемы, сформулированной на административном уровне, будут экономически не оправданными, сложными, дорогими и далекими от идеала.

 Выявленное административное противоречие может быть только отправной точкой, из которой нужно начинать искать истоки возникновения проблемы и находить первопричину. 

Технический уровень описания проблемы отражает конфликт между двумя и более конкретными техническими системами.

Конфликт состоит в том, что при улучшении одной технической системы, недопустимо ухудшается другая. Или при улучшении одного технического параметра, недопустимо ухудшается другой.

Этот уровень описания частично является субъективным, частично объективным. Это происходит от того, что решение о изменении какого либо параметра  принимает человек (субъективный фактор), а ухудшение другого параметра возникает само ( объективный фактор). При этом ухудшения возникают самые различные, в зависимости от того, какой параметр изменил человек.

На начальном этапе разработки ТРИЗ, ее автором Генрихом Сауловичем Альшуллером, были разработаны специальные приемы устранения технических противоречий¹. [1]

Однако, решать проблему, которая описана на техническом уровне, даже с использованием приемов, достаточно трудно, а порой невозможно.  Причина в том, что техническое противоречие, как и административное, отражает конфликт между несколькими объектами, поэтому возникает многовариантность и значительная доля субъективизма.

Все зависит от того, какие параметры и критерии выберет человек, что он будет считать главным, основным, а что второстепенным.

А это значит, что велика вероятность получить решение, которое  будет устранять последствия, но не причину и потому будет сложным, энергоемким и удаленным от идеала.

Пример № 17.2(продолжение) Труба для отвода отходов

Труба, по которой  самотеком  отводятся жидкие отходы завода, забивается осадками  и переполняется. Территория завода и города загрязняется. Чтобы частицы не выпадали в осадок и не забивали трубу необходимо увеличить скорость их движения. Для этого надо увеличить угол наклона трубы.  Но в этом случае труба поднимается над дорогой и  преграждает проезд автомобилям. Можно не поднимать трубу, если отходы качать насосом. Но в этом случае система усложняется, потребуются  новые трубы, специальные  насосы и электрические коммуникации. Как быть?

 Из данного описания проблемы можно выявить следующие противоречия:-       Труба должна иметь большой угол наклона, чтобы увеличить скорость движения отходов  и труба не должна иметь большой угол наклона, так как преграждает путь автомобилям»

Другой вариант.« Труба должна иметь насосную станцию, чтобы увеличить скорость движения отходов, и труба не должна иметь насосную станцию, чтобы не усложнять и не повышать ее стоимость»

Кроме предложенных технических противоречий можно сформулировать еще ряд других, и будут другие решения.

Данные противоречия составлены на техническом уровне. Они описывают конфликт между двумя техническими системами – ( труба и автомобиль, труба и насосная станция) или конфликт между параметрами системы – (скорость движения отходов и сложность устройства).  Как уже указывалось, для разрешения технических противоречий, автором ТРИЗ были разработаны специальные приемы, которые действительно показывают, как можно решать проблему. Но слабость приемов состоит в том, что в них присутствует значительная доля субъективизма, тоесть от человека зависит, какой параметр он выберет, какой критерий посчитает главным. А все это определяется его знаниями, желаниями и личным пониманием ситуации. В результате вновь допускается многовариантность и не определенность. Поэтому, решая задачу, которая сформулирована на уровне технического противоречия, имеется возможность пройти мимо наиболее экономичного решения и предложить энергоемкое, удаленное от идеала решение.

Например, в данной ситуации, используя приемы, мы предложим поднять дорогу над трубой, или трубу поднять выше автомобилей, или применить вибрацию, чтобы частицы легче двигались по днищу трубы, или покрыть внутреннею поверхность трубы особо скользким веществом или барботировать жидкость воздухом и многое другое. Все эти решения будут работоспособными, но не оптимальными, так как потребуют новых элементов, которых ранее не было в системе и потому произойдет ее усложнение и повышение затрат.

 Избежать указанного недостатка можно только в том случае, если найти тот элемент, который испытывает субъективное (физическое) противоречие, которое не зависит уже от воли человека. А для этого необходимо найти первопричину, тоесть зону где находится этот элемент, порождающий нежелательное явление (забивание трубы) и выявить какие противоречивые требования по физическому(!) состоянию к нему предъявляются и затем помочь ему выполнить их., Конечно, для этого нужно получить всю необходимую информацию и подробно изучить  происходящие физико – химические процессы в анализируемом объекте. Это сложно, но это единственная возможность выявить истинную причину проблемы и получить решение максимально приближенное к идеалу.  

Физический уровень описания проблемы отражает конфликт, который находится в зоне первопричины и который возникает в одном(!) элементе технической системы или даже в части его.

Конфликт состоит в том, что найденный нами элемент должен выполнять противоречивые требования. Например, быть горячим и холодным, или быть подвижным и неподвижным, или быть легким и тяжелым, и так далее. Этот уровень описания является уже чисто объективным, так как описываются те физические или химические процессы, которые являются природными и которые происходят независимо от воли человека.

Выявленные физические противоречия уже более уверенно могут быть разрешены известными принципами, которые используются в природе.

Поэтому  любую проблемную ситуацию необходимо анализировать до выявления места ее первичного возникновения и там уже находить тот элемент испытывающий физическое противоречие. С этих позиций описание проблемной ситуации может быть таким.

Пример № 17.3. (продолжение) Труба для отвода отходов

«Труба, по которой самотеком отводятся жидкие отходы завода, забивается осадками и переполняется. Территория завода и города загрязняется. Причина состоит в том, что частицы, образующие осадок, имеют пористую структуру и во время движения в трубе пропитываются водой, теряют свою плавучесть и оседают на дно. Как предотвратить пропитывание частиц водой?

Из данного описания уже можно выявить четкое физическое противоречие :- «Частица должна пропитываться водой, так как она пористая, и частица не должна пропитываться водой, чтобы не терять плавучесть»

В этой формулировке указан один(!) элемент являющийся первопричиной и указаны противоречивые (физические!) требования, которые он должен выполнить. Другую формулировку составить уже невозможно, так как она не будет отражать истинную причину.  Как видим, проблема свернулась в один элемент, с которым и нужно работать, разрешая объективные(!) противоречия.  (О том как правильно применять диалектические принципы разрешения противоречий мы подробно остановимся в следующем разделе) 

Что касается рассматриваемого примера, то выявленное на физическом  уровне противоречие (уже объективное!) можно разрешить разнесением противоречивых требований во времени. То есть, пористая частица, находясь в обычном состоянии, пропитывается водой, но, попадая в трубу, она, по каким то причинам, становится водоотталкивающей, не пропитывается водой и потому не теряет плавучесть.

Проблема свернулась в один вопрос – как сделать, чтобы пористая частица отталкивала воду? Эту задачу уже можно поручить школьнику. Он, открыв учебник по физике, скажет вам, что частицу нужно смазать жиром или маслом.

 Где взять масло? Анализируем ресурсы рассматриваемой системы и надсистемы. Несложный анализ ресурсов показывает, что на заводе есть отработанное машинное масло и другие жиросодержащие вещества, которые тоже сливаются в отходы, но по другой, гораздо меньшей, трубе. Теперь решение стало очевидным – объединить слив отходов.

Пористые частицы, предварительно пропитанные маслом, длительное время не смачиваются водой, находятся на ее поверхности и не тонут. Теперь труба уже не забивается, и отходы не выливаются на землю. Завод перестал платить штрафы.

Пример № 18  Реактивный двигатель

Продолжительное время в гражданской реактивной авиации использовались одноконтурные реактивные двигатели. По мере увеличения их мощности возрастал и шум, который начал перекрывать все допустимые нормы. По этой причине полеты некоторых самолетов были запрещены или ограничены.

    Конструкторская мысль билась в неразрешимом административном противоречии;- если поднять мощность двигателей, то можно на борт самолета брать больше груза и пассажиров. Но в этом случае шум двигателей превышает все допустимые санитарные и экологические нормы.  Возник конфликт между технической системой и человеком.

Это административное противоречие пытались разрешить установкой на одном самолете увеличенным количеством маломощных двигателей с низким уровнем шума, но тогда самолет значительно усложнялся и делался тяжелым. Возник конфликт между двумя техническими параметрами – уменьшили шум от двигателей, но недопустимо увеличилась масса самолета.

Конструктора пытались устранить это техническое противоречие, используя опыт автомобилистов, поставили на авиационные реактивные двигатели глушители. Такие конструкции достаточно долго прорабатывались и испытывались, но результат оказался низким. Замедлять газовую струю реактивного двигателя никак было нельзя,- падала тяга, и значительно увеличивался расход горючего.

Как видим, административное противоречие - (недопустимый шум двигателей и нормативные требования человека), преобразовались в ряд технических  противоречий – (количеством двигателей и сложностью самолета,  глушителем и двигателем) Все решения на этих этапах оказались не эффективными.

Проведем  более детальный анализ ситуации, выйдем на первопричину и выявим элемент, который испытывает объективное (!) физическое противоречие.

    Шум это есть колебания воздуха, эти колебания впервые возникают на границе между неподвижным атмосферным воздухом и высокодинамизированной газовой струей реактивного двигателя. Газовую струю – источник колебаний, мы изменять не можем. Предметом изменения может быть только воздух прилегаемый к газовой струе. Если этот слой воздуха будет двигаться с такой же скоростью, как и газовая струя, то шумовые колебания в нем возникать не будут. Итак, возникло объективное физическое противоречие – воздух должен двигаться, чтобы в нем не возникали звуковые колебания и не должен двигаться потому, что это его естественное состояние.

Разделяем эти противоречивые требования в пространстве самого воздуха – Часть воздуха, которая прилегает к газовой струе, движется, остальная часть не движется. Что нужно сделать для того, чтобы слой воздуха, который прилегает к газовой струе, стал подвижным? На этот вопрос уже многие ответят правильно – нужно поставить вентилятор.

Действительно, именно этот принцип реализован, в так называемых, в двухконтурных реактивных двигателях. Специальным вентилятором встречный воздух разгоняется до скорости близкой к скорости реактивной газовой струи и заключает ее в своеобразную воздушную оболочку.

Двухконтурный реактивный двигатель

Колебания газовой струи передаются уже не всему атмосферному воздуху, а только его части - подвижной воздушной оболочке, в которой колебания возникают значительно меньшие, потому что ее скорость сопоставима со скоростью газовой струи. Кроме того, эта же газовая оболочка является, как бы, амортизатором и гасит в себе значительную часть колебаний. В результате шум, возникающий при работе мощных реактивных двигателей, удалось снизить до допустимых экологических норм. Все современные реактивные пассажирские самолеты имеют именно такие двухконтурные двигатели.

Основные мысли раздела: 

• Всякая проблема может быть описана на трех уровнях – административном, техническом, физическом. В инженерной практике рекомендуется анализировать и уточнять проблему до получения физического противоречия.
• Решать проблему, описанную на административном уровне не целесообразно, так как этот уровень допускает значительную долю субъективности и неопределенности.
• Решать проблему, описанную на техническом уровне так же трудно и не эффективно, потому что он отображает только функциональные неблагополучия возникающие между двумя и более техническими системами и так же включает себя элементы субъективизма.
• Решать проблему нужно только тогда, когда она сформулирована на физическом уровне, при котором отсутствует субъективизм и отражаются только объективные, действительно существующие, (физические!) противоречия.  
• Для этого проблему необходимо уточнять, чтобы найти место ее первичного  возникновения (первопричину) и уже этом месте находить тот один(!) элемент, который не выполняет противоречивых требований по своему физическому состоянию. 
• Выявленные физические противоречия необходимо разрешать, привлекая имеющиеся вещественно полевые ресурсы и используя принципы известные в природе.
• Уточнение проблемы до ее физического уровня, является основной задачей изобретателя.
  
  

¹ Приемы разрешения технических противоречий широко известны и по ним системе Интернет есть обширная информация.

В тексте сохранены авторская орфография и пунктуация.