Особенности формулирования противоречий.
Авторы: Владимир Никитин, Александр Быстрицкий.
Введение.
Есть задачи, направленные на поиск оптимальных сочетаний нескольких параметров, обеспечивающих наиболее эффективное функционирование объектов. Также можно выделить класс изобретательских задач, в которых проявляется конфликт между различными требованиями к объекту и возникает противоречие. Формулирование и разрешение противоречий является одним из основных инструментов решения изобретательских задач. Специалистам, изучающим ТРИЗ, важно понимать особенности формулирования и разрешения физических противоречий (ФП). В литературе и учебных материалах по ТРИЗ встречаются формулировки физических противоречий, которые по содержанию существенно отличаются друг от друга. В чём разница между ними? Отличается ли подход к разным вариантам? Каковы особенности применения известных способов преодоления противоречий в процессе решения задач? Какие существуют принципы разрешения ФП? Вашему вниманию предлагается цикл из трёх статей о противоречиях, в которых содержатся ответы на эти и другие возникающие вопросы. В данной статье повествуется об особенностях формулирования противоречий. Вторая статья будет посвящена описанию четырёх способов преодоления противоречий, а третья – описанию принципов разрешения противоречий.
Надеемся, что предложенный материал позволит специалистам более эффективно использовать понятие противоречия и способы преодоления противоречий при решении изобретательских задач.
Логика решения изобретательских задач.
Изобретательскими в ТРИЗ считаются задачи, содержащие противоречия. Логика решения таких задач (Рис. 1) заключается в последовательных переходах от задачи к её модели, затем к модели (образу) решения и далее – к искомому решению. При моделировании происходит уточнение условий и переформулирование задач так, чтобы легче было получить решение.
Рис. 1
Техническое противоречие и физическое противоречие.
Противоречие возникает при таком изменении объекта, которое приводит его и к улучшению, и к ухудшению. Техническое противоречие (ТП), как «противоречие потребительских свойств», [1] отражает конфликт двух требований к объекту. Требования определяются заинтересованными лицами. С позиции идеального конечного результата (ИКР) необходимо улучшить одно потребительское свойство и не допустить ухудшения второго при заданных изменениях объекта. Необходимо улучшить одно потребительское свойство и не допустить ухудшения второго при заданных изменениях объекта. Потребительские свойства объекта улучшаются при устранении недостатков, а также зависят от количества и уровня выполняемых им функций.
Классическое определение ФП: «...типичное физическое противоречие: к физическому состоянию одного и того же объекта предъявлены взаимно противоположные требования». [2, стр. 186]
Физическое состояние характеризуется совокупностью свойств и параметров объекта. Параметры при этом являются измеряемой характеристикой какого-либо свойства. Например, свойство «Электропроводность», а параметр «Электрическое сопротивление». [3]
Физическое противоречие (ФП) отражает конфликт двух состояний объекта и описывает противоположные требования к его параметру. Необходимо обеспечить два разных состояния объекта, изменяя параметр в противоположные стороны. В одном состоянии улучшается одно потребительское свойство (характеристика, ценность, функциональность) объекта, но ухудшается второе. В другом состоянии – наоборот, первое ухудшается, второе – улучшается.
Заметим, что описание требований является основой при формулировании и ТП (требования к объекту), и ФП (противоположные требования к состоянию или параметру объекта). Это означает, что введение нового понятия «противоречие требований» вместо ТП или ФП имеет одинаковое основание и для одного, и для второго варианта, а поэтому – нецелесообразно. В данной статье параметр, к которому предъявляются противоположные требования, будем называть ключевым параметром, а требование к объекту – ключевым требованием.
Модель противоречия.
Для иллюстрации примеров в статье будем использовать графическую модель противоречия «ромб» (Рис. 2). Модель удобна тем, что содержит в себе описание как ТП-1 и ТП-2, так и ФП.
Рис. 2
Модель «ромб» предложена А. Кудрявцевым [1] как модель технического противоречия и представляет собой доработку схем, представленных Б. Голдовским [4, стр. 41] (Рис. 3). В учебнике по курсу ТРИЗ [5] авторы более подробно раскрыли заложенные в этом ромбике связи (Рис. 4).
Рис. 3
Рис. 4
Варианты физических противоречий.
В литературе и учебно-методических материалах по ТРИЗ встречаются самые разные формулировки физических противоречий, отличающиеся между собой не только по структуре, но и по смыслу. Далее будут представлены 5 вариантов ФП с примерами.
Названия ФП приводятся условно, и используются авторами в рамках данной статьи.
1. Классическое ФП. Указаны противоположные требования к физическому состоянию объекта (ключевому параметру, который должен измениться в противоположные стороны, чтобы обеспечить выполнение двух ключевых требований).
Пример 1. Задача о макете парашюта. [6, стр. 13] Ключевой параметр: толщина слоя краски. Ключевые требования: длительное время окрашивания вихрей, отсутствие искажений макета (Рис. 5).
Рис. 5
2. Обострённое ФП. Указаны требования к объекту или его свойству быть и не быть. Является предельно обострённым вариантом классического ФП (одно из состояний ключевого параметра равняется нулю).
Пример 2. Задача о макете парашюта. «...краски на стропе должно быть бесконечно много и совсем не должно быть». [6, стр. 36] Состояние «краски нет» соответствует нулевому значению ключевого параметра «толщина слоя краски» (Рис. 6).
Рис. 6
Пример 3. Паутина должна быть липкой, чтобы прилипали насекомые, и не должна быть липкой, чтобы по ней мог бегать паук. [7, стр. 102] Свойство паутины «липкость» должно быть и не должно быть (сила адгезии равна нулю).
3. Две альтернативы. Указаны два альтернативных варианта реализации объекта (по материалу, форме, принципу действия, конструктивным особенностям...) для выполнения ключевых требований.
Пример 4. Перевязь для шпаги Портоса должна быть золотой, и должна быть кожаной. Ключевые требования: респектабельность, доступная цена. Указаны два альтернативных материала перевязи.
Пример 5. Подшипник должен быть и качения, и скольжения (Рис. 7). Ключевые требования: низкий пусковой момент, способность выдерживать большие нагрузки. [8, стр. 14] Указаны две альтернативные конструкции подшипника.
Рис. 7
4. Все альтернативы. Указаны противоречивые требования к объекту обладать одним из альтернативных свойств и не обладать им. Является предельно расширенным вариантом «две альтернативы» (предполагается не две, а множество различных альтернатив).
Пример 6. Перевязь для шпаги Портоса должна быть золотой и должна быть не золотой (оловянной, кожаной, серебряной...). Ключевые требования: респектабельность, доступная цена. Предполагается множество альтернативных материалов для перевязи.
Пример 7. Задача о перевозке кабельных катушек (Рис. 8). «Катушка должна быть круглой, чтобы удобно было сматывать с нее кабель, и не должна быть круглой, чтобы не кататься по вагону». [9, стр. 67] Предполагается множество геометрических форм для катушки, которые не будут кататься по поверхности.
Рис. 8
5. Две задачи. Указаны два требования к потребительским свойствам, способностям или функциям одного объекта по отношению к двум другим разным объектам.
Пример 8. Окно должно пропускать воздух, чтобы в комнате был свежий воздух, но не должно пропускать комаров, чтобы не было комаров в комнате (Рис. 9). Указаны требования к потребительским свойствам объекта (пропускать воздух – не пропускать комаров). При этом отсутствует описание состояний или параметров объекта, которые обеспечивают указанные потребительские свойства.
Рис. 9
Основное отличие рассмотренных выше вариантов формулирования ФП касается описания состояний объекта, которые должны обеспечить выполнение двух ключевых требований (Табл. 1).
Таблица 1
Особенности формулирования противоречий.
1. ТП и ФП с разных сторон описывают одно и то же противоречие, представляющее собой совокупность отношений двух ключевых требований к объекту и двух состояний объекта. «...каждому ТП соответствует ФП и наоборот». [4, стр. 49] В ТП акцент делается на ключевых требованиях, которые выполняются или не выполняются при разных состояниях объекта. В ФП акцент делается на состояниях объекта, которые обеспечивают выполнение или невыполнение ключевых требований.
Суть противоречия состоит в том, что при выполнении одного ключевого требования (на модели это обозначено знаком «+»), не выполняется второе (знак «–»), и наоборот.
Пример 9. Сшивание разноцветной ткани (Рис. 10). [10, стр. 12]
ТП-1: Если нить многоцветная, то шов на цветной ткани не видно, но необходимо использовать сложную и дорогую швейную машину. ТП-2: Если нить одноцветная, то не нужно использовать сложную и дорогую швейную машину, но на цветной ткани будет виден шов.
ФП: Нить должна быть многоцветной (под цвет ткани), чтобы не было видно шва, и нить должна быть одноцветной, чтобы не использовать сложную и дорогую швейную машину.
Рис. 10
На этом и других примерах показано, что одна модель противоречия иллюстрирует как ТП-1 и ТП-2, так и ФП.
2. Для решения изобретательской задачи может быть составлено множество противоречий.
Это зависит от того, какие свойства или параметры выбраны для описания состояний объекта. Каждое составленное противоречие может быть описано уникальным набором формулировок ТП и ФП. При этом каждой паре ТП-1 и ТП-2 соответствует только одно ФП. Решение задачи будет направлено на реализацию выбранных состояний объекта, указанных в ФП.
Пример 10. Вместимость городских автобусов (Рис. 11-13). [10, стр. 57] Составлены противоречия, возникающие при изменении трёх разных параметров объекта. Изменение каждого параметра в сторону увеличения для выполнения ключевого требования «Вместимость» сопровождается нарушением других ключевых требований: «манёвренность» для первого противоречия, «безопасность движения» для второго и «устойчивость» для третьего.
Рис.11
Рис.12
Рис.13
Решение задачи будет направлено на изменение либо длины, либо ширины, либо высоты автобуса.
3. Противоречие сужает зону поиска решений.
ФП – «...это особая модель, позволяющая сжать, сузить поисковое поле, свести его к точно заданному набору требований к заданному элементу». [11]
Разные варианты противоречий с разной степенью определённости отражают поисковую зону. Наиболее точная формулировка необходимых изменений объекта, когда указаны два состояния конкретного свойства или параметра, содержится в вариантах «классическое ФП» (примеры 1, 9 и 10), «обострённое ФП» (пример 3) или «две альтернативы» (пример 4).
Те варианты противоречий, в которых нет описания конкретных свойств объекта, содержат расплывчатые формулировки и предполагают широкий спектр направлений решения (примеры 2, 5, 6 и 7). Для таких случаев рекомендуется уточнить задачу и переформулировать противоречие.
Пример 11. Сшивание разноцветной ткани (Рис. 14). [10, стр. 12]
ТП-1: Если использовать швейную машину-автомат, то шов на цветной ткани не видно, но её устройство слишком сложное.
ТП-2: Если использовать обычную швейную машину, то её устройство простое, но шов на цветной ткани видно.
ФП («две альтернативы»): швейная машина должна быть обычной, чтобы не использовать сложное устройство и должна быть машиной-автоматом, чтобы на цветной ткани не было видно шва.
Рис. 14
Данное противоречие не указывает, какое свойство или параметр швейной машины необходимо изменить. После уточнения задачи противоречие может быть переформулировано как на рис. 10.
4. Не все вышеприведённые варианты противоречий являются противоречиями.
Вариант ФП «две задачи» не является противоречием, так как в нём нет описания состояний объекта. В примере 8 (Рис. 9) не указаны состояния окна. Какие свойства или параметры окна должны быть изменены, чтобы пропускать воздух и не пропускать комаров? Не определено. Для этих случаев рекомендуется решать задачи раздельно либо переформулировать данный вариант в «классическое ФП» или «обострённое ФП».
Пример 8. После уточнения сформулирован вариант «классического ФП». Площадь открытого окна должна быть большой, чтобы пропускать много воздуха, и должна быть маленькой, чтобы задерживать комаров.
Если строго считать, что состояния (свойства или параметры) объекта, указанные в противоречии, должны быть противоположными, то варианты ФП «две альтернативы» и «все альтернативы» также не являются противоречиями. Альтернативы не являются противоположностями (золотой – кожаный, подшипники качения и скольжения).
При этом для некоторых таких «противоречий» могут быть успешно применены известные приёмы и принципы. В других случаях целесообразно уточнить задачу и переформулировать противоречия.
5. Для разных противоречий – разные инструменты.
Особенности разных вариантов формулирования ФП позволяют использовать не только принципы разрешения противоречий (и типовые приёмы), но и другие инструменты ТРИЗ. Для «обострённых ФП» (объект есть – объекта нет) рекомендуется использовать ФИМ или тримминг. Для вариантов «две альтернативы» и «все альтернативы» рекомендуется использовать объединение альтернативных систем и перенос свойств.
Выводы.
1. Наличие противоречия является особенностью изобретательских задач. В статье показано, что понятие «противоречие» может быть раскрыто с двух сторон: через описание внешних отношений объекта (ТП-1 и ТП-2) и внутренних отношений (ФП).
ТП и ФП не могут существовать отдельно друг от друга. Они отражают двойственность единого изобретательского противоречия.
2. Понимание описанных в статье особенностей формулирования противоречий разных видов позволяет управлять процессом мышления при решении изобретательских задач. Переход от противоречий с обобщённым описанием задачи к формулировкам, указывающим на изменение конкретного параметра или свойства объекта, позволяет существенно уменьшить зону поиска и максимально приблизить решателя к конечному результату.
Преобразование физических противоречий по линии: «две задачи» → «все альтернативы» → «две альтернативы» → «обострённое ФП» или «классическое ФП» выполняется с использованием аналитических инструментов ТРИЗ (функциональный, потоковый, причинно-следственный и другие виды анализа).
Литература:
1. Кудрявцев А.В. От осознания потребности рынка к продуктовому предложению: этапы и инструменты управления. – Статья, сайт «Методолог», 2013. – Режим доступа: https://www.metodolog.ru/node/1619.
2. Основные положения методики проведения функционально-стоимостного анализа: метод. реком./ разработчики В.М. Герасимов, В.С. Калиш, М.Г. Карпунин, А.М. Кузьмин, С.С. Литвин –М.: Информ – ФСА, 1991 . – 40 с.
3. Альтшуллер, Г.С. Найти идею. Введение в теорию решения изобретательских задач. – 2-е изд., доп. – Новосибирск: Наука, Сибирское отделение, 1991. – 225 с.
4. Голдовский Б. И., Вайнерман М. И. Рациональное творчество. О направленном поиске новых технических решений. – М.: «Речной транспорт», 1990. (Методы анализа проблем и поиска решений в технике). – 120 с.
5. Учебник по ТРИЗ / Гасанов А.И., Бубенцов В.Ю., Евсюков С.А., Кудрявцев А.В., Ревенков А.В., 2000.
6. Поиск новых идей: от озарения к технологии: (теория и практика решения изобретательских задач) / Г.С. Альтшуллер [и др.]. – Кишинев: Картя Молдовеняскэ, 1989. – 381 с.
7. Иванов Г.И. Денис-изобретатель. Книга для развития изобретательских способностей детей младших и средних классов. – СПб.: ИГ «Весь», 2014. – 256 с. – (ТРИЗ).
8. Герасимов В.М. Зачем технике плюрализм: (развитие альтернативных технических систем путем их объединения в надсистему) / В.М. Герасимов, С.С. Литвин // Журнал ТРИЗ. - 1990. - Т.1. - No 1. - С. 11-26. – Режим доступа: http://www.metodolog.ru/00594/00594.html.
9. Злотин Б.Л., Зусман А.В. Месяц под звездами фантазии. Школа развития творческого воображения – Кишинев: Лумина, 1988. – 271 с.
10. Рубин М.С. Основы ТРИЗ для предприятий. Учебное пособие к базовому курсу по ТРИЗ для промышленных предприятий. – М.: КТК «Галактика». 2022. – 354 с.
11. Кудрявцев А.В. Противоречия, их альтернативы и возможности развития. – Статья, сайт «Методолог», 2008. – Режим доступа: https://www.metodolog.ru/01344/01344.html.
