АРИЗ-2010. Теория решения изобретательских задач

АРИЗ-2010

Теория решения изобретательских задач

Владимир Петров

© Владимир Петров, 2020

ISBN 978-5-4496-8415-8

Создано в интеллектуальной издательской системе Ridero

Введение

Данная работа проводилась к подготовке Саммита разработчиков ТРИЗ 2010. Первая редакция АРИЗ-2010 была выполнена в конце 2009 года1. Последняя версия этой работы была закончена 27.07.2012.

Глава 1. Историческая справка

Ниже излагаются материалы, которые прошли более чем 30-летнюю апробацию в процессе преподавания и применения АРИЗ при решении практических задач.

Начиная с 1973 г., автор исследовал развитие АРИЗ, осуществлял сравнительный анализ модификаций АРИЗ, выявляя их достоинства и недостатки.

Наибольшие сложности в преподавании и понимании АРИЗ возникли у большинства преподавателей при переходе от АРИЗ-71 к АРИЗ-77. В АРИЗ-71 Б (1975 г.) впервые было сформулировано понятие «физическое противоречие» и это уже вызвало большие сложности в понимании АРИЗ, а в АРИЗ-77 была сформирована современная логика АРИЗ и он значительно усложнился. АРИЗ-77 преподавали постепенным изучением от первого шага 1.1 первой части до последнего шага 7.2 последней седьмой части. За «частоколом» шагов, которые слушатели механически выполняли, они не видели и не понимали логику АРИЗ.

С 1975 года автор преподавал АРИЗ по другой методике. Первоначально изучались понятия о противоречиях (административном, техническом и физическом) и идеальном конечном результате (ИКР). Затем решались задачи по цепочке, представленной в виде формулы (1): «административное противоречие (АП) – техническое противоречие (ТП) – идеальный конечный результат (ИКР) – физическое противоречие (ФП) – решение (Р)».

В 1976 г. автор разработал логику АРИЗ2 (см. ниже). Она изучалась после указанной цепочки. Слушатели решали задачи, используя логику АРИЗ. Освоив эти материалы, они переходили к освоению полной модификации АРИЗ (в то время АРИЗ-77). Таким образом, слушатели стали понимать смысл и логику выполняемых шагов.

Такая последовательность послужила основой для разработки адаптивного АРИЗ, который создавался группой исследователей ленинградской школы ТРИЗ (С. Литвин, Б. Злотин, Э. Злотина, В. Петров). Он состоял из блоков и, в зависимости от решаемой задачи, алгоритм подсказывал, как, когда и в какой последовательности нужно использовать отдельные блоки. АРИЗ адаптировался под степень сложности задачи. Самые простые задачи решались с помощью основной цепочки АРИЗ (1). С увеличением степени сложности задачи увеличивалась степень сложности (подробности) АРИЗ. Самые сложные задачи решались по наиболее детальному алгоритму, например, более сложному, чем АРИЗ-85-В.

В 1983 году В. М. Петровы и Э. С. Злотиной был разработан АРИЗ-84. Это была модификация АРИЗ-82Г с введением части 1 «Анализ исходной ситуации» и четким отражением логики АРИЗ.

Работа по исследованию развития АРИЗ была доложены на конференции разработчиков и преподавателей ТРИЗ (Петрозаводск-85)3.

Детальный анализ истории развития АРИЗ4 и приемов разрешения противоречий5 был опубликован в работе [18, 19], где были собраны предыдущие материалы автора по исследованию всех известных ему модификаций АРИЗ, разработанных Г. С. Альтшуллером [1‒15]: АРИЗ-56, АРИЗ-59, АРИЗ-61, АРИЗ-62, АРИЗ-63, АРИЗ-64, АРИЗ-65, АРИЗ-68, АРИЗ-71, АРИЗ-71Б (75), АРИЗ-71В (75), АРИЗ-77, АРИЗ-82, АРИЗ-82А, АРИЗ-82Б, АРИЗ-82В, АРИЗ-82Г, АРИЗ-85А, АРИЗ-85Б, АРИЗ-85В. В частности, в работах [18, 19] автор показал эволюцию логики развития модификаций АРИЗ, которая представлена ниже.

В 1991 г. было выпущено две модификации АРИЗ: АРИЗ-916 под редакцией С. С. Литвина и АРИЗ-СМВА-91 (Э)7, разработанный Б. Л. Злотиным и А. В. Зусман. АРИЗ-СМВА-91 (Э) представлял собой комплекс материалов и был предназначен для машинной версии.

Требования к разработке АРИЗ-2010 были изложены в работах [28, 29] и обсуждены на Саммите разработчиков ТРИЗ-2009.

На Саммите-2009 автору поручили разработать основы текста (предварительный вариант) АРИЗ-2010.

За основу разработки АРИЗ-2010 были взяты АРИЗ-85В, АРИЗ-91 и «Практический АРИЗ»8, кроме того, были использованы отдельные материалы из АРИЗ-СМВА-91 (Э) и [22‒31]. Основными критериями построения АРИЗ-2010 были требования, описанные в работе «Об итогах ТРИЗ Саммита-2009».

Глава 2. Эволюция логики АРИЗ

Изменение логики АРИЗ показано в виде схем.

Где обозначены:

АП – административное противоречие,

ТП – техническое противоречие,

ТПу – усиленное техническое противоречие (предельное состояние),

ИКР – идеальный конечный результат,

ИКР1у – усиленная формулировка ИКР1,

ФП – физическое противоречие,

ФПмак – физическое противоречие на макроуровне,

ФПмик – физическое противоречие на микроуровне,

Р – решение.

По результатам исследований АРИЗ, в 1985 г. автор разработал свою последовательность решения задач, которую назвал «практический АРИЗ». Эта последовательность изложена ниже. Более детально с материалами по АРИЗ можно ознакомиться в пособии автора9.

Глава 3. Последовательность решения задач

Решение практических задач может проводиться использованием инструментов разной сложности в следующей последовательности:

1. Использование основной цепочки решения задач (1), при этом должна соблюдаться логика АРИЗ. Если задача не решена, то переходят ко второму этапу.

2. Использование краткого АРИЗ. Если задача не решена, то переходят к третьему этапу.

3. Использование АРИЗ-2010. Как правило, этого достаточно для решения большинства задач. В отдельных случаях переходят к четвертому этапу.

4. Использование дополнительных частей текста АРИЗ-85 В, которые не вошли в текст АРИЗ-2010, и использование боле сложного АРИЗ, например АРИЗ-СМВА-91 (Э).

Ниже опишем эти инструменты. Текст «упрощенного АРИЗ» приводится без сокращений в виде материала, который раздается слушателям на семинарах.

Логика АРИЗ

Автору приходилось преподавать не только инженерам и решать не только технические задачи, поэтому он изменил названия противоречий, кроме того, они больше соответствовали логике АРИЗ.

Такие названия, на наш взгляд, более подходят для решения задач из области информационных технологий и программирования.

Административное противоречие (АП) автор назвал поверхностнымпротиворечием (ПП), техническое противоречие (ТП) – углубленным противоречием (УП), а физическое противоречие (ФП) – обостренным противоречием (ОП).

Приведем определения этих противоречий.

ПОВЕРХНОСТНОЕ ПРОТИВОРЕЧИЕ – противоречие между потребностью и возможностью ее удовлетворения. Его достаточно легко выявить. Оно часто формулируется в виде: «Надо выполнить то-то, а как – неизвестно», «Какой-то параметр системы плохой, нужно его улучшить», «Нужно устранить такой-то недостаток, но неизвестно, как», «Имеется брак в производстве изделий, а причина его неизвестна».

Таким образом, ПП выражается в виде нежелательного эффекта (НЭ) или необходимости создать что-то новое неизвестно каким образом.

УГЛУБЛЕННОЕ ПРОТИВОРЕЧИЕ (УП) – это противоречие между определенными частями, качествами или параметрами системы. УП возникает при улучшении одних частей (качеств или параметров) системы за счет недопустимого ухудшения других. Оно представляет собой причину возникновения поверхностного противоречия, углубляя его. В глубине одного ПП, чаще всего, лежит несколько УП.

ОБОСТРЕННОЕ ПРОТИВОРЕЧИЕ (ОП) – предъявление диаметрально противоположных свойств (например, физических) к определенной части системы. Оно необходимо для определения причин, породивших углубленное противоречие, т. е. является дальнейшим его углублением. Уточнение (углубление) противоречий может продолжаться и дальше для выявления первопричины. Для человека, не знакомого с АРИЗ, формулировка ОП звучит непривычно и даже дико – некоторая часть системы должна находиться сразу в двух взаимоисключающих состояниях.

Таким образом, по цепочке (2)

определяют причинно-следственные связи, т. е. первопричину – корень проблемы.

Общая последовательность решения задач проводится по цепочке (3)

Схема логики АРИЗ изображена ниже.

Обозначения:

ПП – поверхностное противоречие,

УП – углубленное противоречие,

ОП – обостренное противоречие,

ИКР – идеальный конечный результат,

Р – решение,

А, Б – качества системы,

С – свойства или действия, которыми должна обладать система,

│ – вертикальная черта между С и анти-С – знак разделения противоречий.

Краткий АРИЗ

Краткий АРИЗ более детален, чем логика АРИЗ, но немногим отличается от нее. Основные отличия: последовательность изложена в виде шагов, имеется шаг формулировки задачи, указаны инструменты разрешения противоречивых свойств, для каждого шага краткого АРИЗ имеются правила их формулирования. В данном материале правила не приводятся.

Последовательность шагов «краткого АРИЗ»:

1. Краткая формулировка задачи

2. Формулировка поверхностного противоречия (ПП)

ПП: анти-B (Нежелательный эффект – НЭ)

3. Определение углубленного противоречия (УП)

УП1: А – анти-Б,

УП2: Б – анти-А,

Выбор УП.

4. Формулировка ИКР

ИКР: А, Б

5. Формулировка обостренного противоречия (ОП).

ОП: C → А, анти-С → Б

6. Формулировка обостренного противоречия 1 (ОП1).

ОП1: C → С1, анти-С → анти-С1

7. Решение задачи (разрешение ОП).

Противоречивые свойства можно разделить, например:

– в пространстве,

– во времени,

– изменяя структуру системы, в частности, изменяя агрегатное состояние,

– по условию.

Для разрешения противоречия могут быть использованы все элементы информационного фонда (приемы, эффекты, стандарты и ресурсы).

Глава 4. Описание АРИЗ-2010

Общие замечания

АРИЗ – алгоритм решения изобретательских задач (см. Приложение 4. Определение 17).

Внимание!

АРИЗ – сложный инструмент, не применяйте его для решения новых практических задач без предварительного обучения.

АРИЗ – инструмент для мышления, а не вместо мышления. Не спешите, тщательно обдумывайте формулировку каждого шага, обязательно записывайте на полях все соображения, возникающие по ходу решения задачи.

АРИЗ – инструмент для решения нестандартных задач. Проверьте: может быть, ваша задача решается по стандартам?

Полезные советы10

– Не бороться с проблемой, а создавать условия, при которых она не возникает.

– Что порождает проблему, то и должно ее устранять.

– Формулировать задачу необходимо в месте ее начального возникновения. Чем дальше от первопричины формулируется задача, тем сложнее потребуется решение.

– Для эффективного решения используют ресурсы только в зоне возникновения задачи.

– Большие изменения в системе надо получать малыми изменениями в подсистеме.

– Текст идеально составленной задачи несет в себе… ответ.

Проверка проблемы на ложность

1. Выяснить, возникают ли вредные последствия в будущем на уровнях системы, надсистемы и подсистемы, если проблему не решать.

2. Выяснить, не является ли проблема результатом устаревших или ошибочных указаний и распоряжений, произведенных в прошлом.

3. Выяснить, не является ли проблема результатом ошибочных или излишних действий, совершаемых в настоящем на предыдущих технологических постах.

4. Проверить возможность самоустранения проблемы на последующих постах.

5. Проверить возможность передачи проблемы элементам надсистемы, для которых она является полезной при выполнении их функции.

Структура АРИЗ-2010

Часть 1. Анализ задачи.

Часть 2. Анализ модели задачи.

Часть 3 Определение обостренного противоречия (ОП).

Часть 4. Получение решения.

АРИЗ постепенно сужает поле исследования, выявляя «самую больную точку».

Анализ по АРИЗ выявляет первопричину – корень задачи.

Первоначально решатель сталкивается с туманной ситуацией, называемой «изобретательской ситуацией» (см. Приложение 4. Определение 18).

Часть 1. Анализ задачи

Цель первой части АРИЗ – переход от расплывчатой изобретательской ситуации к четко построенной и предельно простой модели задачи (см. Приложение 4. Определение 22).

1.1. Формулировка условия мини-задачи.

1.2. Формулировка конфликтующей пары.

1.3. Формулировка углубленного (технического) противоречия – УП (ТП).

1.4. Выбор конфликтующей пары.

1.5. Усиление конфликта, указав предельное состояние (действие) элементов.

1.6. Формулировка модели задачи.

1.7. Применение вепольного анализа.

Часть 2. Анализ модели задачи

Цель второй части АРИЗ – учет имеющихся ресурсов, которые можно использовать при решении задачи. Это ресурсы (см. Приложение 4. Определение 30):

– пространства,

– времени,

– веществ,

– полей,

– функций.

2.1. Определение оперативной зоны (ОЗ).

2.2. Определение оперативного времени (0В).

2.3. Определение вещественно-полевых ресурсов (ВПР).

Часть 3. Определение обостренного противоречия (ОП)

В результате применения третьей части АРИЗ должно быть сформулировано обостренное противоречие (ОП). Выстраивается цепочка более глубинных ОП: ОП → ОП1 → ОП2 → ОП3 и т. д., определяя причинно-следственные связи – первопричину. Для этого сначала формулируется идеальный конечный результат (ИКР). Не всегда возможно достичь идеального решения, но ИКР указывает направление на наиболее сильное из них.

3.1. Формулировка идеального конечного результата (ИКР).

3.2. Усиление формулировки ИКР – использование ВПР.

3.3. Формулировка обостренного противоречия (ОП).

3.4. Формулировка углубленного обостренного противоречия (ОП1).

3.5. Углубление обостренного противоречия 1 (ОП2).

3.6. Углубление обостренного противоречия 2 (ОП3).

Часть 4. Получение решения

Цель четвертой части АРИЗ – получить решение. Для этого используются типовые преобразования и инструменты из информационного фонда ТРИЗ (ресурсы, стандарты, задачи-аналоги, эффекты и приемы).

4.1. Использование типовых преобразований.

4.2. Использование ресурсов.

4.3. Использование системы стандартов.

4.4. Использование задач-аналогов.

4.5. Использование технологических эффектов.

4.6. Использование приемов.

4.7. Шаг назад от ИКР.

4.8. Применение метода ММЧ.

Примечание. Шаги 4.7 и 4.8 не обязательные.

Глава 5. Текст АРИЗ-2010

1. АНАЛИЗ ЗАДАЧИ

1.1. Формулировка условия мини-задачи (без специальных терминов). Определение мини-задачи см. Приложение 4, п. 21.

1.1.1. Определить объект усовершенствования

Определить техническую систему (ТС), в которой возникла задача (см. Приложение 4. «Определения»: ТС – п. 1).

Правило 1. Рассматривается конкретный объект в определенных условиях работы.

Правило 2. В качестве объекта усовершенствования выбирается ТС, в которой имеется недопустимый по условиям задачи нежелательный эффект (НЭ). Определение НЭ см. Приложение 4, п. 19.

Правило 3. Если в условии задачи описаны две и более ТС (прототипа), то в качестве объекта усовершенствования выбирается наиболее производительная ТС.

1.1.2. Главная функция системы (указать). Определение ГФ – см. Приложение 4, п. 10.

Сформулировать главную функцию (ГФ) ТС, выбранной на шаге 1.1.1.

Формулирование ГФ проводится по следующим правилам:

Правило 4. ГФ формулируются для данной ТС в определенных условиях работы.

Правило 5. Формулировка ГФ не должна содержать указаний на конкретное воплощение объекта (для ТС – на конкретное конструкторско-технологическое исполнение).

Правило 6. Исходя из определения функции (см. Приложение 4, п. 5), объектом ГФ должен быть объект: вещество или поле. При анализе информационных систем информация рассматривается как объект.

Параметры и свойства не должны выбираться в качестве объекта функции.

Правило 7. Исходя из определения функции (см. Приложение 4, п. 5), критерием наличия функции является изменение хотя бы одного параметра объекта функции.

Правило 8. Исходя из определения функции (см. Приложение 4, п. 5), она проявляется только в действии (взаимодействии). Поэтому в формулировке должна быть глагольная часть, отражающая это действие по изменению параметров объекта функции.

(Правило 8 указывает на недопустимость использования в формулировках функций глаголов, не отражающих действие по изменению параметров: «обеспечить», «улучшить», «добиться», «предотвратить», «исключить»).

Правило 9. Формулировка функции должна включать действие функции (Правило 8) – глагол в неопределенной форме + объект функции (Правило 6) – существительное в винительном падеже.

При необходимости в формулировку могут быть добавлены дополнения (обстоятельства), характеризующие место, время, направленность функции и др. Эти дополнения приводятся в скобках.

Правило 10. Не рекомендуется использовать при формулировании глагольной части функции частицу «не», т. е. функция должна быть позитивной.

Правило 11. Формулирование полезной функции ТС (определение см. Приложение 4, п. 8) рекомендуется вести в следующем порядке:

а. дать первоначальную формулировку функции ТС, которая представляется правильной;

б. проверить возможность выполнения ТС сформулированной функции самостоятельно (критерием является наличие у ТС хотя бы одного элемента, участвующего в выполнении этой функции);

в. дать уточненную формулировку функции, используя вопросы:

– если элемент по п. б) выявлен – «зачем выполняется эта функция?»;

– если такой элемент не выявлен – «каким образом выполняется эта функция?».

г. повторять процедуру по п.п. б) и в) до последней формулировки, по которой есть хотя бы один элемент, выполняющий эту функцию.

1.1.3. Состав системы

Определить компонентный состав выбранной ТС – ее подсистемы (см. определение в Приложении 4 п. 2).

Правило 12. В состав ТС включаются только элементы верхнего иерархического уровня.

Правило 13. Если какой-либо элемент имеет подсистемы, существенные для условий задачи и поэтому присутствующие в ее исходной формулировке, то рекомендуется эти подсистемы выделить в самостоятельные элементы.

Правило 14. Для проверки правильности включения какого-либо элемента в компонентный состав ТС рекомендуется контрольный вопрос: «Сохранится ли задача в отсутствие проверяемого элемента?».

1.1.4. Заменить в компонентном составе специальные термины

(см. Приложение 4, п. 22).

Правило 15. Специальные термины (спецтермины) следует заменять общеупотребительными (более общими) понятиями, охватывающими более широкий класс систем (элементов) и явлений, выполняющих ту же функцию. Или перейти к более общей функции. Они, как правило, несут меньшую психологическую инерцию:

– узкоспециальные термины («письменный стол», «бритва»);

– общие термины («стол», «режущий инструмент»);

– функциональные термины («поддержание», «отделение»);

– детские (бытовые, образные) термины («поддержалка», «резалка» – «отделялка»);

– универсальные термины («штуковина»).

Наиболее эффективными являются функциональные термины. Причем лучше переходить к наиболее общим функциям:

брить → резать → отделять.

1.1.5. Нежелательный эффект – НЭ («анти-Б»). Определение см. Приложение 4, п. 19.

1.1.6. Ожидаемый результат.

Необходимо при минимальных изменениях в системе (указать) не допустить (или устранить) нежелательный эффект (или указать другой результат, который должен быть достигнут – «А»).

1.1.7. Полная формулировка мини-задачи.

Сформулировать мини-задачу по следующей форме:

Необходимо при минимальных изменениях в ТС устранить НЭ, сохранив нормальный (требуемый) уровень выполнения полезной функции.

Правило 16. Минимальность изменений исходной ТС определяется граничными условиями, согласованными с заказчиками. В общем виде возможны 4 уровня изменений:

– изменение в технологии (без изменения конструкции);

– изменение конструкции (без изменения принципа действия);

– изменение принципа действия (без изменения главной функции);

– изменение главной функции.

1.1.7.1. Техническая система для (указать главную функцию – см. п. 1.1.2) состоит из (указать состав системы – основные компоненты – см. п. 1.1.3).

1.1.7.2. Нежелательный эффект (указать, см. п. 1.1.5 – «анти-Б»).

1.1.7.3. Необходимо при минимальных изменениях в системе (указать) не допустить (или устранить) нежелательный эффект (или указать другой результат, который должен быть достигнут – «А»), сохранив требуемый уровень выполнения полезной функции.

Примечание. Цель данного пункта – уточнить формулировки п.п. 1.1.2, 1.1.3, 1.1.5 и представить их вместе в виде мини-задачи.