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

…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, 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.

Генрих Саулович Альтшуллер

1926—1998 гг.

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.

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.

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).

Таблица 2.1. Процесс изобретательского творчества7. Структурная схема

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 (рис. 2.1).

1-й уровень 32%

2-й уровень 45%

3-й уровень 19%

4-й уровень менее 4%

5-й уровень менее 0,3%

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

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 технических 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.

Рис. 2.3. Структурная схема ТРИЗ для функции решения задач

Кратко опишем каждую из частей ТРИЗ.

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

2. Информационный фонд включает:

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

2.2. Технологические эффекты:

2.2.1. физические эффекты [28] и [35];

2.2.2. химические эффекты [29];

2.2.3. биологические эффекты [37];

2.2.4. математические эффекты.

– наиболее разработанные из них – геометрические [30].

2.2.5. Таблицы их использования.

2.3. Приемы устранения противоречий и таблицы их применения

(п. 7.1);

2.3.1. приемы разрешения технических противоречий (п. 7.1.2).

– 40 основных приемов [12];

– 10 дополнительных [10].

2.3.2. приемы разрешения физических противоречий (п. 7.1.3).

– приемы – анти-приемы [14];

– приемы, разбитые на группы;

– способы разрешения физического противоречия [24].

2.4. Ресурсы природы и техники и способы их использования (п. 7.3).

Часто в информационный фонд включают также задачи-аналоги. Это решенные задачи, в которых разрешено конкретное противоречие.

Технологические эффекты также называют научными эффектами или просто эффектами.

3. АРИЗ представляет собой программу (последовательность действий) по выявлению и разрешению противоречий, т. е. решению задач. АРИЗ включает: собственно программу, информационное обеспечение, питающееся из информационного фонда (на рис. 2.3 показано стрелкой), и методы управления психологическими факторами, которые входят составной частью в методы развития творческого воображения (РТВ). Кроме того, в АРИЗ предусмотрены части, предназначенные для выбора и формулировки задачи, а также оценки полученного решения. Последняя модификация, разработанная Г. С. Альтшуллером – это АРИЗ-85-В.

4. Вепольный анализ (структурный вещественно-полевой анализ) – это специальный язык, позволяющий представить исходную систему в виде структурной модели, выявить ее свойства, с помощью специальных правил и закономерностей преобразовать модель задачи в структуру решения, которое устраняет недостатки исходной задачи.

Классификация системы стандартов на решение изобретательских задач и сами стандарты построены на основе вепольного анализа и законов развития технических систем. Кроме того, он включен в программу АРИЗ (это показано стрелками на рис. 2.3).

Кратко опишем и другие элементы ТРИЗ показанные на рис. 2.2.

Метод выявления и прогнозирования аварийных ситуаций и нежелательных явлений разработан Б. Л. Злотиным и А. В. Зусман и назван «диверсионным» подходом. Он основан на использовании ТРИЗ, функционального, системного и морфологического анализов, диаграммы Исикавы (диаграмма «рыбьей кости») и специально разработанных списков контрольных вопросов. С помощью этой методики «изобретаются» для данной системы аварийные ситуации и нежелательные явления, рассматривается вероятность их появления. Сначала придумывают «диверсию», а потом способы, как ее совершить. При этом проводится анализ существующей ситуации и тенденций ее развития, формулируются и разрешаются противоречия, возникающие при решении задачи. На следующем этапе изыскиваются и анализируются способы, позволяющие предотвратить возникновение чрезвычайных ситуаций и нежелательных явлений. При этом максимально используются все ресурсы системы.

Методы системного анализа и синтеза включают:

– системный подход;

– анализ и синтез потребностей;

– функциональный анализ и синтез.

Эти инструменты позволяют создать системную картину мира и прогнозировать развитие систем.

В ТРИЗ широко используется системный подход, включающий аппарат системных исследований, специализированный для анализа и синтеза технических систем, основанный на закономерностях развития техники и для прогнозирования развития технических систем. Кроме того, системный подход используется для развития творческого мышления.

Функционально-стоимостный анализ (ФСА) – метод технико-экономического исследования систем, направленный на оптимизацию соотношения между их потребительскими свойствами (функции, также воспринимаемые как качество) и затратами на достижения этих свойств. Используется как методология для непрерывного совершенствования: продукции, услуг, производственных технологий, организационных структур. Задачей ФСА является достижение наивысших потребительских свойств продукции при одновременном снижении всех видов производственных затрат. Классический ФСА имеет три английских названия-синонима – Value Engineering, Value Management, Value Analysis.

ФСА, используемый в ТРИЗ, значительно отличается от классического функционально-стоимостного анализа. Он был существенно модифицирован и дополнен разработчиками ТРИЗ. Сегодня ФСА – это практически иная методология, которая рассматривается в рамках методов системного анализа и синтеза.