Основы ТРИЗ. Теория решения изобретательских задач. Издание 3-е, исправленное и дополненное

Пример 1.6. Цветы в Альпах

В Швейцарских Альпах путника призывают не рвать цветы.

Призывы эти сделаны с учетом национальной психологии.

Надпись, сделанная по-французски, гласит: «Наслаждайтесь цветами, но не обрывайте их!».

На английском языке она звучит как вежливая просьба: «Пожалуйста, не рвите цветы!».

Немецкое запрещение категорично – «Цветы не рвать!».

Этот вид психологической инерции можно преодолеть, если рассмотреть, как можно большее количество «решений», предлагаемых другими специальностями, компаниями, странами, национальностями и религиями и т. д. При этом необходимо использовать самые лучшие решения.

1.3.4. Система ценностей

Ценностные представления о вещах и понятиях (система ценностей) накладывают на них свое мировоззрение, которое мешает их увидеть в другом свете.

Пример 1.7. Вода

В странах, где много рек и озер, вода считается даровым ресурсом, а в пустыни каждый глоток воды ценится очень дорого.

Преодоление этого вида психологической инерции требует изменить представление об имеющейся ценности. Представить наиболее ценный объект рассмотрения неценным или наоборот, неценный – ценным и представить для себя следствия этого подхода.

1.3.5. Принцип действия

Пожалуй, с особым упорством психологическая инерция проявляется в сохранении прежнего принципа действия в новых изобретениях. Много таких примеров хранит история техники. Вспомним некоторые из них.

Пример 1.8. Первое паровое судно

Первое паровое судно, построенное в конце XVIII века американским изобретателем Джоном Фитчем (John Fitch), приводилось в движение… веслами. Гребцы были заменены паровым двигателем, в остальном старый принцип действия корабля не изменился (рис. 1.4). А главное, что движитель (весла) были оставлены от старого судна.

Рис. 1.4. Первый пароход

Пример 1.9. Шагающий паровоз

Паровоз, изобретенный Уильямом Бруном (William Brunton), использовал принцип действия лошади. В качестве движителя использовались не колеса, а ноги (рис. 1.5). С помощью их паровоз отталкивался. Брун получил патент №3700, выданный 22 мая 1813 г.

Рис. 1.4. Первый пароход

Пример 1.10. Корабли Наполеона

Американский изобретатель Фултон предложил Наполеону заменить французский парусный флот кораблями с паровым двигателем. Они могли бы пересекать Ла-Манш при любой погоде и осуществлять десантные операции в самые неожиданные для противника моменты.

Корабли без парусов? Эта идея показалась великому полководцу настолько невероятной, он высмеял изобретателя.

По мнению британских историков, Англия была спасена от вторжения во многом потому, что Наполеон не сумел должным образом оценить изобретение Фултона. В данном случае психологическая инерция мышления проявилась в виде полного отрицания новой идеи без особых доказательств1.

Пример 1.11. Пулемет

Известный русский военный мыслитель, передовой человек своего времени генерал Драгомиров так отзывался о новом изобретении – пулемете:

– Если бы одного и того же человека нужно было убивать по нескольку раз, то это было бы чудесное оружие, так как при 600 выстрелах в минуту приходится 10 пуль в секунду.

На беду, поклонников столь быстрого выпускания пуль, человека довольно подстрелить один раз, и расстреливать его затем вдогонку, пока он будет падать, надобности, сколько мне известно, нет.

Так генерал Драгомиров убедительно доказывал ненужность пулемета.

Пример 1.12. Радиоволны

Физик Герц, открывший радиоволны, никак не мог согласиться, что его открытие найдет применение в технике связи.

«И не спорьте, отмахивался Герц, – я сам открыл эти волны. Мне лучше знать».

Через некоторое время А. С. Попов построил первую радиостанцию.

Пример 1.13. Плесень

Микробиологи долго исследовали пути борьбы с бактериями. Провели тысячи опытов, но при этом часто мешала плесень. Где появлялась плесень, микробы сразу гибли, поэтому микробиологи отчаянно боролись с плесенью, тщательно мыли лабораторную посуду.

Через 20 лет английский исследователь Флеминг открыл, что плесень содержит вещество, уничтожающее микробов. Он изобрел пенициллин.

Пример 1.14. Синхронизатор стрельбы

Синхронизатор, позволяющий пулемету стрелять через диск пропеллера самолета, был изобретен задолго до первой мировой войны. Но тогда все военные спецы считали, что стрельба с самолета – это чистая фантастика.

Преодоление этого вида психологической инерции требует функционального подхода. Принцип действия подбирается, так, чтобы максимально эффективно выполнить функцию.

1.3.6. Форма

Сохранение старой формы в новых изобретениях – один из наиболее распространенных видов психологической инерции.

Рассмотрим пример из история техники.

Пример 1.15. Первый автомобиль

Первый автомобиль повторял форму привычной коляски. Паровой двигатель этого автомобиля был расположен впереди в специальном кожухе, выполненном в форме… крупа лошади. Интересно, что и управление этой машиной осталось традиционным. Повороты осуществлялись с помощью привычных… вожжей. Посмотрите на карикатуру того времени (рис. 1.6).

Рис. 1.6. Первый автомобиль2

Пример 1.16. Иконка для программ

Для компьютерной программы нужно было нарисовать иконку фильтра данных. Традиционно ее представляют в виде воронки. На рис. 1.7 показано изображение, которое представили заказчику.

Рис. 1.7. Иконка фильтра данных3

Заказчик ответил: «Мне не совсем понятно, почему вы нарисовали иконку фильтра в виде бокала для мартини!».

В данном случае у заказчика сработала психологическая инерция. Художнику не нужно было делать объемную фигуру с тенями.

Преодоление этого вида психологической инерции требует функционального подхода. Форма подбирается так, чтобы максимально эффективно выполнить функцию и принцип действия.

Однако, иногда старая форма может быть следствием психологической инерции потребителей, отдающих предпочтение привычному, традиционному представлению об изделии. Все большее распространение получают изделия в стиле «ретро». Кроме того, старые формы часто повторяются в моде.

Использование методов развития творческого воображения позволяет управлять психологической инерцией.

1.4. Отсутствие системного мышления

Помимо психологической инерции традиционному мышлению свойственно отсутствие системного мышления (системного подхода).

Прежде всего, вспомним притчу.

Пример 1.11. Притча о слепцах

К слепым подвели по очереди слона и просили описать, что это такое (рис. 1.8).

Один из них потрогал ногу и сказал, что это что-то круглое и толстое, похожее на столб.

Другой потрогал хобот и сказал, что это что-то гибкое, похожее на змею.

Третий потрогал хвост и сказал, что это что-то тонкое, похожее на веревку.

Четвертый потрогал бок и сказал, что это похоже на стену.

Это типичный пример несистемного мышления.

Рис. 1.8. Слепцы4

Вспомним миф о Миндасе.

Пример 1.12. Миндас

Царь Миндас с почетом принял в своем дворце учителя Диониса Силена, отставшего от Диониса. В награду Дионис предложил Миндасу выбрать себе любой дар.

Миндас воскликнул:

– О, великий бог Дионис, сделай так, чтобы все, к чему прикоснусь, превращалось в чистое, блестящее золото!

Миндас не подумал, что пища и его близкие тоже будут превращаться в золото.

Понятие системного мышления мы рассмотрим ниже (глава 3).

Выводы

Использование традиционного метода проб и ошибок приводит к:

– неоправданно большим затратам времени и средств на проектирование и производство;

– невысокой вероятности получения идей требуемого уровня в выделенные сроки.

Очевидно, что необходима другая более прогрессивная технология получения идей. Такая технология создана русским ученым Г. С. Альтшуллером. Он назвал ее теория решения изобретательских задач (ТРИЗ).

1.5. Самостоятельная работа

1.5.1. Контрольные вопросы

1. Какое место занимает изобретательство в инженерной деятельности?

2. Что такое метод «проб и ошибок»? Его достоинства и недостатки?

3. Что такое психологическая инерция? Расскажите о природе психологической инерции. Какие виды психологической инерции вы можете привести?

1.5.2. Темы докладов и рефератов

1. Роль метода «проб и ошибок» в изобретательстве.

2. Виды психологической инерции и способы преодоления ее.

1.5.3. Выполните задания

1. Приведите примеры на разные виды психологической инерции.

Покажите возможность преодоления каждого из видов психологической инерции.

Глава 2. ОБЗОР ТРИЗ

…ТРИЗ можно считать обобщением сильных сторон творческого опыта многих поколений изобретателей: отбираются и исследуются сильные решения, критически изучаются решения слабые и ошибочные.

Генрих Альтшуллер5

Содержание главы 2:

2.1. Что такое ТРИЗ?

2.2. Уровни изобретения

2.3. Функции ТРИЗ

2.4. Структура ТРИЗ

2.5. Изобретательское мышление

2.6. Использование инструментов ТРИЗ

2.7. ТРИЗ в мире

2.1. ЧТО ТАКОЕ ТРИЗ?

Теория решения изобретательских задач (ТРИЗ) – технология инноваций, при которой процесс творчества управляем, а не хаотичен.

Эта технология позволяет решать творческие задачи, используя специальные законы и закономерности, методы, правила и инструменты.

Применение ТРИЗ развивает творческое (изобретательское) мышление, качества творческой личности, дает возможность смотреть на вещи и явления по-новому, находить нетривиальные, принципиально новые решения высокого уровня, что повышает эффективность творческого труда.

ТРИЗ разработал ученый и изобретатель из России Генрих Саулович Альтшуллер, который был так же писателем-фантастом, известным под псевдонимом «Генрих Альтов». Альтшуллер первый осознал необходимость создания технологии, позволяющей отказаться от метода «проб и ошибок» и направленно искать решение.

Г. С. Альтшуллер проанализировал десятки тысяч патентов и сформулировал основные постулаты ТРИЗ:

1. Техника развивается закономерно. При решении задач и развитии систем необходимо использовать законы развития технических систем.

2. Любую изобретательскую задачу можно классифицировать и в соответствии с видом задачи выбрать вид решения.

3. Для решения сложных изобретательских задач необходимо выявить и разрешить противоречие, находящееся в глубине задачи.

Постулаты ТРИЗ указывают на принципиальное отличие изобретательского мышления от рутинного. При рутинном мышлении ищется компромисс, т. е. улучшение одних параметров за счет ухудшения других. В изобретательском мышлении выявляют противоречие, лежащее в глубине задачи. Углубляя и обостряя противоречие, определяют первопричины, породившие данное противоречие. Разрешая противоречие, получают результат практически без недостатков.

Сегодня ТРИЗ используется для решения задач из любой области знаний. Это не только техника и технология, для которых использовался ТРИЗ первоначально. Теперь ТРИЗ используется для решения бизнес-задач и управления, в программировании и информационных системах, биологии и медицине, в развитии наук, при решении жизненных задач и т. д.

Постепенное использование ТРИЗ развивает изобретательское, творческое, сильное, талантливое мышление.

2.2. Уровни изобретений

В процессе анализа патентного фонда Г. С. Альтшуллер понял, что изобретения имеют разные уровни. Он решил разделить их на 5-ть уровней. Так как изобретение – это конечный результат решения определенной задачи, то в дальнейшем мы будем говорить об уровнях решения задачи. Альтшуллер также называл их уровнями творчества.

Приведем классификацию уровней творчества, предложенную Г. С. Альтшуллером6.

Первый уровень – самый низкий, а пятый самый высокий.

Как правило, используя «Метод проб и ошибок» получают решения первого, реже второго уровня. Чем выше уровень решения, тем больше проб нужно совершить.

Уровень решения определяется по степени оценки этапов творческого процесса.

Г. С. Альтшуллер описывал следующие этапы:

А. Выбор задачи.

Б. Выбор поисковой концепции.

В. Сбор информации.

Г. Поиск идеи решения.

Д. Развитие идеи в конструкцию.

Е. Внедрение.

Полностью структурная схема творческого процесса приведена ниже в табл. 2.1.

Таблица 2.1. Процесс изобретательского творчества7

Сегодня можно говорить о еще одном очень важном этапе инновационного процесса – это сбыт, под которым понимается все аспекты маркетинга, например, реклама и количество продаж. Ниже будет подробно рассмотрено, чем отличаются уровни изобретения в классификации Г. С. Альтшуллера, а пока опишем наиболее характерные черты:

1-й уровень: использование готового объекта без выбора или почти без выбора;

2-й уровень: выбор одного объекта из нескольких;

3-й уровень: частичное изменение выбранного объекта;

4-й уровень: создание нового объекта (или полное изменение исходного);

5-й уровень: создание нового комплекса объектов.

Теперь рассмотрим уровни более детально.

Решение 1-го уровня, при использовании метода проб и ошибок получают достаточно быстро, практически первое из пришедших на ум. Как правило, затрачивают не более 10 проб. Это решение известной задачи, с применением известной поисковой концепции, используя имеющуюся у нас известную информацию. При этом опираются на готовое решение (испытанная технология, существующая конструкция).

Решение 2-го уровня – использование до 100 проб. Выбирается одна из нескольких задач, которая решается одной из нескольких концепций, собирается информация из нескольких источников информации, выбирается одно из нескольких решений (одна из нескольких технологий, одна из нескольких конструкций).

Решение 3-го уровня – использование до 1000 проб. Изменена исходная задача, поисковая концепция изменена применительно к условиям задачи. Собранная информация изменена применительно к условиям задачи, изменено известное решение (изменена известная технология и / или конструкция).

Решение 4-го уровня – использование тысяч, десятков тысяч и, до

100 000 проб. Найдена новая задача, найдена новая поисковая концепция, получены новые данные, относящиеся к задаче, найдено новое решение (новая технология и / или новая конструкция).

Решение 5-го уровня – использование более сотен тысяч и миллионов проб. Количество проб может быть бесконечным. Это уровень пионерских решений (автомобиль, радио, телевизор, компьютер и т. д.) или открытия (квантовая теория, полупроводники, пенициллин, клонирование и т. д.).

Г. С. Альтшуллер проанализировал изобретения по 14 классам за 1965 и 1969 годы. Анализ дал следующее соотношение8 (данные и диаграмма см. рис. 2.1).

Рис. 2.1. Уровни изобретений

Примеры изобретений разных уровней приведены в книге «Алгоритм изобретения»9.

Попробуем на одном объекте привести примеры всех пяти уровней решений. В качестве примера возьмем указку.

Пример 2.1. Указка – 1-й уровень

В качестве указки использовали обычную палку – ветку дерева. Использовано готовое решение и готовая конструкция из природы, которую и внедрили.

Пример 2.2. Указка – 2-й уровень

Длинная палка тяжелая. Ей неудобно указывать. Противоречие: указка должна быть длинная, чтобы указывать, и короткая, чтобы было не тяжело ей указывать.

Решение. Указку к концу делают тоньше.

Выбрана одна из нескольких задач – сделать указку легче. Можно было бы развивать физические усилия человека или использовать приспособления для держания указки, а человек только бы перемещал ее.

Выбрана одна из нескольких поисковых концепций – уменьшения веса за счет убирания материала от рукоятки к концу указки. Могут быть и другие концепции, например, замена материала указки на более легкий или сделать указку полой. Стадии А и Б пройдены на 2 уровне.

Пример 2.3. Указка – 3-й уровень

Необходимо сделать указку легко переносимой. Для этого она должна быть маленькой. Противоречие: указка должна быть длинная, чтобы указывать, и короткая, чтобы было легко переносить.

Решения.

1. Сделать указку разборной и скреплять ее на месте, например, с помощью винтов. На это требуется много времени и сил.

2. Можно сделать указку складной, как метр.

3. Наилучшее решение сделать указку телескопической.

Изменена исходная задача. Сначала была задача сделать указку легче.

Изменено известное решение. Вместо разборной указки ее сделали телескопической. Применен геометрический эффект. Стадии А и Г пройдены на 3 уровне.

Пример 2.4. Указка – 4-й уровень

Желательно, чтобы можно было пользоваться указкой на расстоянии 3—20 м. Такая указка должны быть очень прочной и легкой, что не может обеспечить механическая указка. Необходимо переходить к принципиально другому способу указывания.

Решение. Использовать луч лазера. Лазерный луч получают с помощью лазерного диода.

Найдена новая задача. Указывать с больших расстояний.

Найдено новое решение. Использован не обычный лазер, а лазерный диод.

Создана новая конструкция. Такой конструкции не существовало раньше.

Стадии А, Г и Д пройдены на 4 уровне.

Другая возможность – виртуальная указка (отсутствующая указка). Указка должна исчезнуть, а возможность указывать остается.

Решение. Используются возможности компьютера. Например, указывать можно с помощью курсора мышки. Такая указка может указывать на любом расстоянии. Расстояние зависит только от возможностей передачи изображения. Могут использоваться Интернет, спутники, средства космической передачи и т. д.

Найдена новая задача. Указывать с больших расстояний.

Найдено новое решение. Использован компьютер и его возможности (например, мышка). Стадии А и Г пройдены на 4 уровне.

Пример 2.5. Лазер и компьютер – 5-й уровень

Лазер и компьютер – это примеры пионерских решений.

Лазер был изобретен на основе открытий.

2.3. Функции ТРИЗ

Основные функции ТРИЗ:

1. Решение творческих и изобретательских задач любой сложности и направленности без значительного перебора вариантов.

2. Прогнозирование развития технических систем (ТС) и получение перспективных решений (в том числе и принципиально новых).

3. Развитие творческих качеств человека (творческого воображения и мышления, качеств творческой личности, развитие творческих коллективов).

ТРИЗ позволяет:

– выявить и устранить «узкие места»;

– снизить себестоимость изделий и технологий;

– повысить потребительские качества изделий;

– выявить и устранить причины брака и аварийных ситуаций и т. д.

2.4. Структура ТРИЗ

Основные разделы ТРИЗ:

1. Законы развития систем (глава 4) [64].

2. Информационный фонд ТРИЗ (глава 7) [45].

3. Вепольный анализ (структурный вещественно-полевой анализ) технических систем (глава 5) [46].

4. Алгоритм решения изобретательских задач (АРИЗ) (глава 6) [44].

5. Метод выявления и прогнозирования аварийных ситуаций и нежелательных явлений («диверсионный анализ») [36].

6. Методы системного анализа и синтеза (глава 3).

7. Функционально-стоимостный анализ (ФСА).

8. Методы развития творческого воображения (РТВ) (п. 8.1) [39—42].

9. Теория развития творческой личности (ТРТЛ) (п. 8.2) [38].

10. Теория развития творческих коллективов (ТРТК) (п. 8.3) [32].

Все разделы ТРИЗ можно разделить на две части: методы решения задач и методы развития творческих качеств. К методам решения задач относятся пп. 1—7 (приведенного выше списка), к методам развития творческих качеств – пп. 8—10. Структурная схема ТРИЗ согласно этой классификации представлена на рис. 2.2.

Рис. 2.2. Структурная схема ТРИЗ

Упрощенная структурная схема ТРИЗ для функции решения задач приведена на рис. 2.3. Кратко опишем каждую из частей ТРИЗ.

Законы развития технических систем – наиболее общие статистические закономерности и тенденции развития техники, выявленные в результате анализа патентного фонда и истории развития техники.

Сегодня мы говорим об более общих звонах и закономерностях развития искусственных (антропогенных) систем. Они изучаются на истории развития конкретных искусственных систем, а потом обобщаются.

Информационный фонд включает:

1. Систему стандартов на решение изобретательских задач – типовые решения определенного класса задач (п. 7.5) [29];

2. Технологические эффекты:

2.1. физические эффекты [28] и [35];

2.2. химические эффекты [29];

2.3. биологические эффекты [37];

2.4. математические эффекты.

– наиболее разработанные из них – геометрические [30].