Анализ и Синтез

Модель — Познавательная и Прагматическая (управляющая) — Согласование со средой — Подобие и Ограниченность — Адекватность

Система — Чёрный ящик — Положительная и Отрицательная обратная связь — Модель состава — Модель структуры — Свойство объекта — Функция — Граф

Основы ТРИЗ

Теория Решения Изобретательских Задач (ТРИЗ) была разработана в СССР, начиная с конца 1940-х годов, советским инженером Г.С.Альтшуллером и школой его последователей. ТРИЗ не была признана официальной наукой, исследования проводились в основном на общественных началах. В настоящее время несколько компаний и учебных заведений в странах Запада и Азии коммерчески используют ТРИЗ. С материалами и ссылками по ТРИЗ можно подробно ознакомиться в Интернет [28].

Основные методы исследований в ТРИЗ — (1) анализ мирового патентного фонда и развития техники и (2) анализ процесса поиска изобретательских идей.

Многоэкранная схема сильного мышления

Каждая техническая система входит в надсистему, являясь одной из ее частей и взаимодействуя с другими ее частями; но и сами системы тоже состоят из взаимодействующих частей — подсистем. Признак талантливого мышления — умение переходить от системы к надсистеме и подсистемам. Для этого должны работать три мысленных экрана:

Когда речь идет о дереве (системе), надо видеть лес (надсистему) и отдельные части дерева (корни, ствол, ветки, листья — подсистемы). На каждом этапе также необходимо видеть линию развития: как изменяются подсистема, система и надсистема в прошлом, настоящем и будущем:

Одновременно надо представить такую же многоэкранную схему для альтернативных и конкурирующих систем [29].

$ Подумайте, что является подсистемой, надсистемой и альтернативной системой для рыночной экономики?

Линии жизни технических систем

Жизнь технических систем (как и других систем, например, биологических) можно изобразить в виде S-образной кривой, показывающей, как меняются во времени главные характеристики системы (мощность, производительность, скорость, число выпускаемых систем и т.д.). S-кривая была получена в результате анализа истории развития множества технических систем.

У разных технических систем эта кривая имеет свои индивидуальные особенности. Но на ней всегда есть характерные участки, которые можно представить схематически, с подчеркнутым огрублением:

В «детстве» (участок 1) техническая система развивается медленно. Затем наступает пора «возмужания» и «зрелости» (участок 2) — техническая система быстро совершенствуется, начинается массовое ее применение. С какого-то момента темпы развития начинают спадать (участок 3) — наступает «старость». Далее (после точки g) возможны два варианта. Техническая система А либо деградирует, становясь принципиально другой системой Б (современные парусники не имеют таких высоких скоростей, на которых сто лет назад ходили прославленные чайные клиперы), либо на долгое время сохраняет (участок 4) достигнутые показатели (велосипед не претерпел существенных изменений за последние полвека и не был вытеснен мотоциклом).

$ Подумайте о линии жизни религии и цивилизации.

* * *

S-кривой можно описать и переход количественных изменений в качественные [30]. По вертикальной оси отложим полезность системы (соответствие своему назначению), по горизонтальной — увеличение параметра системы [31].

Например, система — автомобиль, полезность — перевозка пассажиров, тогда скорость автомобиля — изменяемый параметр [32].

Точка a соответствует минимальному уровню работоспособности системы. Точка b — точка насыщения, когда дальнейший рост не приводит к увеличению полезности, а наоборот, к вреду. Участок 2 — участок прямого роста, когда увеличение параметра напрямую приводит к увеличению полезности.

Для автомобиля точка a будет соответствовать скорости в 15-20 км/ч, от a до b чем выше скорость, тем приятнее езда. Точка b — 200 км/ч (или ниже, в зависимости от дороги). Увеличение скорости свыше 200 км/ч приведёт только к опасности.

Пример.

Слишком медленный процессор в компьютере, до 120 МГц, вообще не даст возможности запустить Виндоус. По мере увеличения скорости с 120 МГц до 500-600 МГц будет получен прямой выигрыш в скорости работы Виндоус. Увеличение скорости процессора свыше 600 МГц даст очень маленький выигрыш, а то и никакого, и в конечном счёте увеличит цену компьютера, принося вред.

$ Подумайте, где находятся точки минимальной достаточности и насыщения для человека и общества при потреблении еды, лекарств, одежды. Что происходит, если потребление продолжается после точки насыщения?

* * *

От чего зависит соотношение между участками? Иными словами, чем определяется положение точек перегиба (a, b, g) на «жизненной кривой» той или иной технической системы?

Изучение кривых развития параметров различных технических систем (скорости движения самолетов и кораблей, скорости бурения, роста энергии ускорителей и т. д.) заставляет обратить внимание на то, что реальные кривые заметно отличаются от ожидаемых теоретических кривых. Характер различия показан на рисунке ниже, где штриховая кривая — теоретическая, а сплошная — реальная.

Казалось бы, с момента появления техническая система должна неуклонно (хотя и не очень быстро) развиваться до a', т. е. до момента перехода к массовому применению. На самом деле переход к массовому применению (a") начинается с опозданием и на более низком техническом уровне.

Период быстрого развития технической системы должен был бы завершиться в точке b', там, где исчерпываются возможности использованного в системе принципа, и обнаруживается экономическая нецелесообразность дальнейшего развития данной системы (уровень 1).

Однако этого не происходит: реальная точка b" всегда намного выше теоретической b'. Когда кривая А" доходит до уровня 1, в дальнейшем развитии системы оказываются заинтересованными многие люди. Возникает инерция интересов — финансовых, научных, карьерных и просто человеческих (боязнь оставить привычную и обжитую систему). Инерция интересов оказывается сильнее экономических факторов. Но и сами экономические факторы умеют приспосабливаться к инерции интересов. Вплоть до уровня 2 система продолжает оставаться экономически выгодной за счет разрушения и загрязнения внешней среды.

Типичным примером может служить интенсивное строительство больших танкеров. Катастрофа с танкером «Торри Каньон», когда 120 тысяч тонн нефти попали в море, привела к тяжелейшим последствиям на побережьях Англии и Франции [33]. С тех пор океан не стал спокойнее, мореплавание не стало безопаснее. Но уже построены танкеры в полмиллиона тонн и в миллион тонн. Кривая А" идет к уровню 2. Экономичность, то есть прибыль для владельцев судов, обеспечена за счет ущерба внешней среде. Число больших танкеров увеличивается, скорость тоже возрастает (хотя до сих пор нет эффективного решения проблемы торможения), неуклонно растет опасность суперкатастрофы.

«Сегодня это выгодно, остальное не имеет значения» — эта формула тянет кривую А" вверх, к уровню 2 (экономично при условии причинения вреда внешней среде). А потом все-таки достигается потолок — уровень 3, определяемый физическими пределами. Нельзя, например, втиснуть на улицу больше автомобилей, чем там может поместиться, когда автомобили стоят впритирку один к другому — от стенки до стенки.

Закон увеличения степени идеальности системы

Анализ изобретений показывает, что развитие всех систем идёт в направлении идеализации, то есть элемент или система уменьшается или исчезает, а её функция сохраняется.

Примеры.

Громоздкие и тяжёлые электронно-лучевые компьютерные мониторы заменяются лёгкими и плоскими жидкокристаллическими. Скорость процессора увеличивается в сотни раз, но его размер и потребление энергии не повышаются. Сотовые телефоны усложняются, но их размер уменьшается.

$ Подумайте об идеализации денег.

Элементы АРИЗ

Рассмотрим базовые шаги Алгоритма решения изобретательских задач (АРИЗ [34]).

1. Началом анализа является составление структурной модели ТС (как описано выше).

2. Затем выделяется главное техническое противоречие (ТП).

Техническими противоречиями (ТП) называют такие взаимодействия в системе, когда положительное действие одновременно вызывает и негативное действие; или если введение/усиление положительного действия, либо устранение/ослабление негативного действия вызывает ухудшение (в частности, недопустимое усложнение) одной из частей системы или всей системы в целом.

Пример.

Для увеличения скорости винтового самолёта надо увеличить мощность двигателя, но увеличение мощности двигателя снизит скорость.

Часто для выявления главного ТП требуется проанализировать причинно-следственную цепочку (ПСЦ) связей и противоречий.

Пример.

Продолжим ПСЦ для противоречия «увеличение мощности двигателя снизит скорость». Для увеличения мощности двигателя надо увеличить объём двигателя, для чего надо увеличить массу двигателя, что приведёт к дополнительному расходу топлива, что увеличит массу самолёта, что сведёт на нет выигрыш в мощности и снизит скорость.

3. Производится мысленное отделение функций (свойств) от объектов.

В анализе любого элемента системы нас интересует не он сам, а его функция, то есть способность выполнять или воспринимать определённые воздействия. Для функций также существует причинно-следственная цепочка.

Пример.

Главная функция двигателя — не крутить винт, а толкать самолёт. Нам нужен не сам двигатель, а только его способность толкать самолёт. Точно так же нас интересует не телевизор, а его способность воспроизводить изображение.

4. Производится усиление противоречия.

Противоречие следует мысленно усилить, довести до предела. Много — всё, мало — ничего.

Пример.

Масса двигателя вообще не увеличивается, но скорость самолёта возрастает.

5. Определяются Оперативная зона (ОЗ) и Оперативное время (ОВ).

Следует выделить тот точный момент времени и пространства, в котором возникает противоречие.

Пример.

Противоречие массы двигателя и самолёта возникает всегда и везде. Противоречие между людьми, желающими попасть на самолёт, возникает только в определённое время (на праздники) и в определённых точках пространства (некоторые рейсы).

6. Формулируется идеальное решение.

Идеальное решение (или идеальный конечный результат) звучит так: икс-элемент, абсолютно не усложняя систему и не вызывая вредных явлений, устраняет вредное воздействие в течение оперативного времени (ОВ) и в пределах оперативной зоны (ОЗ), сохраняя полезное действие.

Пример.

Икс-элемент заменяет газовую плиту. Функция плиты нагревать пищу в домашних условиях в течение нескольких минут остаётся, но опасности взрыва газа или отравления газом нет. Икс-элемент меньше газовой плиты. Икс-элемент — микроволновая печь

7. Определяются имеющиеся ресурсы.

Для разрешения противоречия нужны ресурсы, то есть способности других уже существующих элементов системы выполнить интересующую нас функцию (воздействие).

Ресурсы могут быть найдены:

а) внутри системы,

б) за пределами системы, во внешней среде,

в) в надсистеме.

Пример.

Для перевозки пассажиров в пиковые дни можно найти следующие ресурсы:

а) внутри системы — уплотнить расположение кресел в самолёте,

б) за пределами системы — поставить на рейсы дополнительные самолёты,

в) в надсистеме (для авиации — транспорт) — использовать железную дорогу.

Далее нужно определить, какие из ресурсов могут стать икс-элементом. Возможно использовать также смесь или видоизменение существующих ресурсов.

8. Применяются способы разделения противоречий.

Разделить противоречивые свойства можно следующими способами:

— в пространстве,

— во времени,

— на уровнях системы, подсистемы и надсистемы,

— объединением или делением с другими системами.

Пример.

Предотвращение столкновения машин и пешеходов. Во времени — светофор, в пространстве — подземный переход.

Структурная модель — Поиск противоречия — Отделение свойств от объектов — Усиление противоречия — Определение точки времени и пространства — Идеальное решение — Поиск ресурсов — Разделение противоречий