Основы ТРИЗ. Теория решения изобретательских задач. Издание 2-е, исправленное и дополненное

Основы ТРИЗ

Теория решения изобретательских задач. Издание 2-е, исправленное и дополненное

Владимир Петров

© Владимир Петров, 2020

ISBN 978-5-4493-3726-9

Создано в интеллектуальной издательской системе Ridero

Рецензенты:

Заведующий кафедрой Управления инновациями в реальном секторе экономики ГУУ, доктор экономических наук, профессор Волков А. Т.

Заведующий кафедрой Управления инновациями в реальном секторе экономики ГУУ, доктор экономических наук, профессор Волков А. Т.

Данный учебник посвящен системному изложению теории решения изобретательских задач (ТРИЗ). В книге подробно рассмотрены методы постановки нестандартных задач и способы их решения, законы развития систем, методика прогнозирования развития систем, структурный анализ и синтез систем, методы моделирования систем, способы выявления и разрешения противоречий, методика выявления и использования ресурсов.

Теоретический материал иллюстрируется большим количеством примеров, задач и графического материала (более 300 примеров и задач и более 300 иллюстраций). Описывается более 300 понятий.А В конце каждой главы представлен материал для самостоятельной работы.

Книга подготовлена в соответствии с Федеральным государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования по специальности 222000 Инноватика: по учебной дисциплине «Алгоритмы решения нестандартных задач».

Книга предназначена для студентов инженерных специальностей. Она также может быть полезна инженерам и изобретателям, ученым, преподавателям университетов и людям, решающим творческие задачи.

Список сокращений

АРИЗ – алгоритм решения изобретательских задач;

АП – административное противоречие;

а. с. – авторское свидетельство (документ, утверждающий авторское право на изобретение). Выдавался в СССР;

БД – база данных;

В – вещество;

ВПР – вещественно-полевые ресурсы;

ГФ – главная функция;

ДР – другие решения;

ЗРТС – законы развития технических систем;

И – инструмент;

ИН – измененная надсистема;

ИС – изобретательская ситуация;

ИКР – идеальный конечный результат;

ИР – идея решения (рис. 6.44);

ИР – журнал «Изобретатель и рационализатор»;

ИФ – информационный фонд;

КП – конфликтующая пара;

КР – корректировка решения;

КС – компоненты системы;

М – модель задачи;

МА ТРИЗ – международная Ассоциация ТРИЗ;

МЗ – мини-задача;

ММЧ – моделирование маленькими человечками;

НИОКР – научно-исследовательская и опытно-конструкторская работа;

НПр – неправильное выполнение шагов;

НЭ – нежелательный эффект;

О – объект (изделие);

ОВ – оперативное время;

ОЗ – оперативная зона;

ОП – оперативный параметр;

ОР – оценка решения

(рис. 6.27, 6.58);

ОР – ожидаемый результат (рис. 6.31);

ОУ – операционный усилитель;

ОФ – основная функция;

ОХР – оценка хода решения;

П – поле;

ПА – прямая аналогия;

ПЗ – подзадача;

ПН – применение системы по-новому;

Пр – правильное выполнение шагов;

ПЭ – положительный эффект;

Р – решение задачи;

Р – реальность (см. Метод золотой рыбки);

РИ – развитие идеи;

РВС – размер – время – стоимость;

РТВ – развитие творческого воображения;

С – свойство системы;

СИ – состояние инструмента;

СК – состояние конфликта;

СМ – структурная модель;

СР – структурное решение;

ТП – техническое противоречие;

ТРИЗ – теория решения изобретательских задач;

ТРТЛ – теория развития творческой личности;

ТРТК – теория развития творческих коллективов;

ТС – техническая система;

УК – усиленный конфликт;

УОФ – уточненная основная функция системы;

УФК – усиленная формулировка конфликта;

Ф – фантазия (см. Метод золотой рыбки);

УИКР – усиление формулировки ИКР-1;

ФН – формальная новизна;

ФП – физическое противоречие;

ФР – физическое решение;

ФСА – функционально-стоимостный анализ;

ХР – ход решения задачи;

Х-эл-т – икс-элемент.

Благодарности

Я премного благодарен Генриху Альтшуллеру, автору теории решения изобретательских задач – ТРИЗ, моему учителю, коллеге и другу, за то, что он создал эту увлекательную теорию. Признателен ему за незабываемое время, проведенное вместе с ним и за то, что он изменил мою жизнь, сделал ее разнообразней и интересней. Некоторые из материалов этой книги обсуждались с Генрихом Альтшуллером.

Введение

Теория решения изобретательских задач – это новая технология творчества, при которой процесс мышления не хаотичен, а организован и четко управляем.

Г. С. Альтшуллер

Перед Вами, дорогой читатель, учебник «Теория решения изобретательских задач (ТРИЗ)».

Книга подготовлена в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования по специальности 222000 Инноватика: по учебной дисциплине «Алгоритмы решения нестандартных задач».

Данный учебник ставит задачу дать знания и умения в постановке и решении нестандартных задач, прогнозировании развития технических систем (ТС) и развитии творческого мышления.

Книга содержит введение, 8 глав, заключение и приложения.

Введение. Описывает предназначение и структуру книги, а также рекомендации по эффективному ее использованию.

Глава 1 посвящена традиционной технологии решения задач. Прежде всего, показывается место изобретательства в инженерной деятельности. Рассматриваются достоинства и недостатки этой технологии, а также присущие ей метод проб и ошибок, психологическая инерция и отсутствие изобретательского подхода. Показаны виды психологической инерции и способы ее преодоления, необходимость изобретательского мышления (ТРИЗного мышления).

Глава 2 описывает общие представления о ТРИЗ. Это обзор ТРИЗ с высоты птичьего полета. В этой главе излагаются постулаты ТРИЗ, уровни изобретений, структура и функции ТРИЗ, составляющие изобретательского мышления и способы их развития, алгоритм применения инструментов ТРИЗ и развитие ТРИЗ в мире.

Глава 3 посвящена системному подходу. В ней даются основные понятия системного подхода, определение системы, технической системы, иерархии, функции и потребности. Описаны основные принципы системного подхода, его инструменты, функциональный подход, комплексно-структурный подход, последовательность разработки новых систем. Приводятся примеры разработки новых систем. Разбирается один из простейших инструментов системного подхода – системный оператор.

В главе 4 излагаются системы законов Г. С. Альтшуллера и автора книги. Детально рассматривается каждый из законов, закономерностей и линий развития систем. Описана методика прогнозирования развития ТС, разработанная автором книги, приводится пример прогноза развития конкретной ТС.

Глава 5 посвящена структурному анализу и синтезу систем, который Г. С. Альтшуллер назвал вепольным анализом.

Глава 6 описывает алгоритм решения изобретательских задач (АРИЗ). Даются определения всех видов противоречий, идеального конечного результата (ИКР), основная линия решения задач по АРИЗ. Особое внимание уделяется логике АРИЗ. Это материалы, предшествующие рассмотрению практического АРИЗ и АРИЗ-85В. Детально рассматривается практический АРИЗ, разработанный автором книги.

Глава 7 посвящена информационному фонду ТРИЗ, в который входят приемы разрешения противоречий, различные виды эффектов (физические, химические, биологические и геометрические), стандарты на решение изобретательских задач и ресурсы. В главе детально описываются каждый из этих инструментов, а также методика их использования.

В главе 8 излагаются методы развития личности и коллектива. К ним относятся методы развития изобретательского мышления, теория развития творческой личности (ТРТЛ) и теория развития творческих коллективов (ТРТК). Дается обзор методов развития творческого воображения (РТВ) и подробно описываются оператор размер-время-стоимость (РВС) и метод моделирования маленькими человечками (ММЧ). Кратко излагаются ТРТЛ и ТРТК.

В заключении приводятся рекомендации по эффективному использованию инструментов ТРИЗ, по совершенствованию знаний, умений и отработке навыков применения ТРИЗ, а также развитию изобретательского мышления.

Приложение 1 содержит текст практического АРИЗ.

Приложение 2 посвящено разбору задач.

Приложение 3 дает ссылки на основные сайты ТРИЗ.

Книга является вводной. Она знакомит читателя с основными понятиями и инструментами ТРИЗ. Информации, содержащейся в книге, достаточно для получения общих знаний о ТРИЗ и ее практического использования.

Книга написана в последовательности, в которой рекомендуется осваивать ТРИЗ.

Каждая глава начинается с описания ее структуры и предназначения. Элементы этой структуры рассматриваются в параграфах и подпараграфах.

Теоретический материал иллюстрируется большим количеством примеров, задач и графического материала (около 300 примеров и задач и около 400 иллюстраций). Описываются более 300 понятий, в конце каждой главы дается материал для самостоятельной работы.

Книга предназначена для студентов и аспирантов инженерных специальностей. Она также может быть полезна преподавателям университетов, инженерам, изобретателям, ученым и людям, решающим творческие задачи.

Желаю успехов, ДОРОГОЙ ЧИТАТЕЛЬ, в освоении столь необходимой и увлекательной науки, называемой ТРИЗ.

В заключение этого параграфа хотелось процитировать мысль великого английского философа, родоначальника английского материализма, основоположника эмпиризма, лорд-канцлера при короле Якове I, барона Веруламского и виконта Сент-Олбанского Фрэнсиса Бэкона (Francis Bacon)

[22 января 1561 – 9 апреля 1626].

Читай не затем, чтобы противоречить и опровергать, не затем, чтобы принимать на веру; и не затем, чтобы найти предмет для беседы; но чтобы мыслить и рассуждать.

Фрэнсис Бэкон

Глава 1. ТРАДИЦИОННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ

Принцип Компетентности по Питеру: чтобы избегать ошибок, надо набираться опыта; чтобы набираться опыта, надо делать ошибки.

Содержание главы 1:

1.1. Введение

1.2. Метод проб и ошибок

1.3. Психологическая инерция

1.4. Отсутствие системного мышления

1.1. Введение

Потребность в изобретательстве была у человечества всегда.

Истоки изобретательства уходят своими корнями в глубокую древность. Для добычи пищи и защиты наши далекие предки первоначально пользовались объектами, «изготовленными» природой: камни, палки и т. д. Поэтому первые «изобретения» были ориентированы на применение известных в природе «устройств», веществ и способов. Процесс изобретательства в те далекие времена заключался в наблюдении и удаче (случайности) нашего предка. Кто-то обратил внимание, что острым камнем или рогом можно обрабатывать землю или шкуру животных, можно использовать огонь после лесных пожаров и т. д.

Так, судоходство, скорее всего, началось с момента, когда человек заметил, что бревно, находящееся в воде, может поддерживать его на плаву, а судостроение берет начало с изобретения первого плота. Еще в древности человек использовал водные пути рек и морское пространство для передвижения. Особенно интенсивно морское дело развивалось в рабовладельческом обществе.

Изобретение колеса в корне изменило способы передвижения по суше.

Изобретения характерны для многих областей деятельности: строительство, архитектура, литература, искусство, сельское хозяйство, спорт и т. д. В каждом из этих видов имеются свои нововведения. Так история нововведений в изобразительном искусстве связана с изобретением перспективы, новых видов красок, новых направлений и т. д.

Безусловно, особую роль изобретательство играет в инженерной деятельности.

Инженер происходит от французского «ingénieur» и латинского слова «ingenium» – изобретательность, а также врожденная способность, дарование, ум.

Изобретательские способности необходимы инженеру не только при разработке принципиально новых решений, которые, как правило, оформляются в виде патентов, но и на этапах проектирования, создания опытных образцов, разработки серийных и массовых изделий, эксплуатации и утилизации оборудования. На всех этапах возникают задачи, которые для решения требуют изобретательства.

В связи с этим актуальным становится знание методов изобретательства и умение их использования в различных ситуациях.

1.2. Метод «проб и ошибок»

Выясним, зачем нужна «технология решения задач»?

Вы можете справедливо сказать, что все мы каждый день, решая задачи без всякой технологии, справляемся с ними. Зачем нам какая-то «технология решения задач»?

Действительно, когда специалист решает известный ему тип задачи из области его знаний, то он это делает быстро и на профессиональном уровне. Этот рутинный процесс показан на рис. 1.1.

Рис. 1.1. Процесс решения известного типа задачи

Другое дело, если перед специалистом стоит задача нового типа – ничего подобного он ни разу в жизни не решал. Он пытается ее решать, но «упирается в стенку», появляется непреодолимый барьер (рис. 1.2). Специалист не может получить решение потому, что ему не хватает знаний и опыта.

Рис. 1.2. Процесс решения неизвестного типа задачи

Давайте разберемся, как в этом случае обычно решают задачи?

Решение любых задач, а тем более, творческих, изобретательских, в нашем представлении связано с перебором большого количества вариантов (рис. 1.3).

Рис. 1.3. Метод «проб и ошибок»

Попробовали решать задачу, двигаясь в одном направлении, – не вышло, попробовали чуть изменить направление, тоже не вышло. Вернулись в исходную точку и выбрали другое направление. Снова попытались решать задачу, и снова потерпели неудачу. И вот на какой-то пробе получили первое решение. Как правило, это решение достаточно низкого уровня. Оно чаще всего лежит на поверхности.

Обычно используют именно это решение. Реже процесс решения продолжается, и снова совершаются очередные пробы и очередные ошибки.

В науке такой процесс решения задач перебором вариантов называют метод «проб и ошибок».

На решение задач методом «проб и ошибок» уходит слишком много времени и полученные результаты не всегда являются наилучшими.

Условно все решения задач можно разделить на 5 уровней. Первый уровень – самый низкий, а пятый – самый высокий.

Чем выше уровень решения, тем больше проб нужно сделать. Так для решения 1-го уровня необходимо совершить не более 10 проб, а для получения решения 5-го уровня не менее 1 миллиона проб. Подробно уровни решений описаны в параграфе 2.2.

Как правило, используя метод «проб и ошибок» получают решения1-го, реже 2-го уровня.

Попробуем разобраться почему, используя метод «проб и ошибок», получают слабые решения. Решая задачи, специалист, прежде всего, опирается на свои знания и опыт. Это хорошо, когда он решает известные ему типы задач. При решении принципиально новых задач, такой опыт подсказывает уже известные пути, которые в данном случае не помогают, а тормозят процесс. Эти решения, как правило, уже были опробованы, иначе задача была бы решена. Такой опыт оказывает «медвежью услугу». Память подсказывает уже известные решения, навязанные психологической инерцией. Это понятие также называют «инерция мышления» или «психологический барьер» Поэтому вектор психологической инерции всегда направлен в сторону решений низкого уровня (слабых решений) – решений 1-го, реже 2-го уровней.

Решая задачи методом «проб и ошибок», мы тратим много времени и далеко не всегда получаем лучшие результаты, а полученные решения, как правило, являются дорогими.

1.3. Психологическая инерция

Приступая к решению новой задачи, мы невольно пытаемся применить уже известные нам решения, методики или понятия. Эта «услужливая» память подсказывает пути, ранее используемые нами, то есть заставляет идти по «проторенной дорожке». Вот это-то явление и получило название психологическая инерция.

Таким образом, психологическая инерция – явление при котором непроизвольно используют известные решения, методы, действия и т. д., опирающиеся на предыдущий опыт. Это хорошо, когда решаются известные, для специалиста, типы задач – это рутинный процесс. При этом не нужно тратить время на то, что известно. Однако, если решаются задачи новых типов, то психологическая инерция является помехой.

Для устранения психологической инерции имеются специальные методы.

Опишем некоторые из причин появления психологической инерции:

– употребление специальных терминов;

– параметрические представления, например, пространственно-временные представления об объекте;

– система ценностей;

– употребление привычного принципа действия;

– употребление привычной формы;

– традиции (профессиональные, корпоративные, национальные, территориальные, религиозные и т. п.).

1.3.1. Употребление специальных терминов

Одна из причин появления психологической инерции – употребление привычных терминов, приводимых в условиях задачи. Мы мыслим понятиями, и термины незаметно «толкают» нас в направлении уже известных решений.

Пример 1.1. Ледокол

Рассматривая, например, задачу с передвижением ледокола во льдах, мы уже невольно представляем определенную «технологию» передвижения во льдах. «Ледокол» – значит, лед необходимо колоть. Хотя может быть его лучше резать, пилить, взрывать или двигаться подо льдом, надо льдом или сквозь лед?

Преодоление этого вида психологической инерции может осуществляться путем перехода к более общим терминам или функциям, которые выполняют эти объекты. Таким образом, нужно определить в какую систему входит данный объект, определить функцию, которую выполняет данный объект. Этого уже может быть достаточно, чтобы избавиться от психологической инерции. Может быть, придется определить надсистему, в которую входит данная система и определить ее функцию. Эту операцию можно продолжить – выйти в наднадсистему и т. д. Избавление от специальных терминов описывается в АРИЗ (п. 6.10.2).

Пример 1.1. Ледокол (продолжение)

Разберем термин ледокол. Его функция колоть лед. Более общая функция – ломать лед, разрушать лед. Можно выявить все способы разрушения льда. Мы уже упоминали выше: резать, пилить, взрывать. Можно добавить еще, например, плавить, растворять и т. д.

Теперь давайте выясним, зачем нам нужно разрушать лед? Для того, чтобы была возможность проходить судам сквозь лед. Значить необходимо определить другие способы прохода сквозь лед. Как мы отмечали раньше можно двигаться подо льдом, по льду, надо льдом или сквозь лед. Судну необходимо проходить сквозь лед, чтобы преодолеть определенное пространство. Значит, нужно выявить все возможные способы перемещения определенного груза из одного пункта в другой.

Таким образом, мы увидели много других способов преодоления пространства, и психологическая инерция термина не довлеет над нами.

Пример 1.2. Мясорубка

Рассмотрим другой термин мясорубка. Значит, мясо нужно только рубить, а почему его не рвать или не разделять какими-то другими способами. Таким образом, можно говорить о «мясорвалке», «мясовзрывалке», а в общем случае «мясоразделялке». Известно, что если не нарушать структуры волокон мяса, то пища получается более вкусная и полезная.

1.3.2. Параметрические представления

Психологическая инерция появляется с употреблением привычных для данной системы параметров.

Пример 1.3. Сверхзвуковой самолет

В момент перехода самолетом звукового барьера (скорость самолета превышает скорость звука) на передней кромке образуется ударная волна.

На фронте ударной волны скачкообразно происходят кардинальные изменения свойств потока – давление и температура газа скачком возрастают. Все эти изменения тем больше, чем выше скорость сверхзвукового потока. При гиперзвуковых скоростях (число Маха = 5 и выше) температура газа достигает нескольких тысяч градусов. Так, например, шаттл «Колумбия» разрушился 1 февраля 2003 года из-за повреждения термозащитной оболочки, возникшего в ходе полета).

Пример 1.4. Фазовые изменения

Изменяя температуру и давление, вода может превратиться в пар или лед.

Подобные изменения могут проводиться с любыми параметрами системы, при этом желательно выбирать наиболее существенные.

Для преодоления этого вида психологической инерции параметры повышают от заданных до бесконечности и уменьшают до нуля, а в некоторых случаях – до минус бесконечности.

С изменением условий до максимума или минимума зачастую происходят скачкообразные изменения свойств. Подробнее об этом будет описано в п. 8.1.3.

Психологическая инерция появляется с употреблением привычных пространственно-временных представлений, которые связываются с тем или иным объектом или процессом. Размеры объекта и продолжительность его действия либо прямо указаны в условиях задачи, либо подразумеваются сами собой.

Одним из способов преодоления этого вида психологической инерции, связанной с пространственно-временными и стоимостными представлениями, – использование оператора РВС (размер-время-стоимость), который рассматривается ниже (п. 8.1.3).

В общем случае этот вид психологической инерции связан с привычными значениями параметров системы. Для преодоления этого вида психологической инерции используют параметрический оператор – максимальное увеличение и уменьшение параметра и поиск новых решений. Примеры приведены в п. 8.1.3.

1.3.3. Традиция

Большое влияние на стиль нашей жизни, на моду, на способы приготовления пищи, на вид и содержание окружающих нас предметов, на стиль работы и мышления оказывает традиция (профессиональная, корпоративная, национальная, территориальная, религиозная и т. д.).