Поиск и использование информации в ТРИЗ

Информационное обеспечение – важнейшая составляющая изобретательской деятельности в любой области. В ТРИЗ можно выделить несколько разделов информационного обеспечения технологии решения изобретательских задач. Мы уже описывали, например, приемы решения противоречий требований и принципы разрешения противоречий свойств – это не что иное, как концентрированный опыт изобретателей на протяжении сотен лет развития техники и других систем. Система стандартов и паттернов программирования – еще одна подсистема информационного обеспечения в ТРИЗ, в которой собран опыт решения изобретательских задач.

Важной составляющей инструментария ТРИЗ являются фонды различных эффектов (физических, химических, биологических, геометрических, психологических) и указателей для их применения. Первый указатель физических эффектов был подготовлен в ТРИЗ в 1973 году Ю.В.Гориным[3]. Кроме описания физических эффектов и примеров их применения для решения изобретательских задач, этот указатель содержит функциональный вход (требуемое для реализации действие) для поиска нужного эффекта: измерение температуры, индикация положения и перемещения объекта, разделение смесей, управление электромагнитными полями и т. д.

Существенную помощь при решении задач имеют так называемые задачи-аналоги, когда в процессе решения задачи просто вспоминается похожая задача и применяется аналогичных подход для ее решения. Очень важным является ведение личной картотеки, которая помогает собирать, классифицировать и использовать яркие идеи и красивые решения в своей изобретательской практике.

Очень эффективным и перспективным является технология функционально-ориентированного поиска (ФОП). Функционально-ориен-тированный информационный поиск – это метод поиска информации в различных хранилищах, при котором область поиска выбирается на основе сходства функций улучшаемой системы и систем (а также их компонентов), относящихся к этой области. В этом основное отличие данного способа поиска информации от объектно-ориентированных методов.

Целью функционально-ориентированного информационного поиска является выявление наиболее эффективных решений, которые могут быть использованы для устранения ключевых недостатков. Кроме того, этим методом проводят поиск систем, конкурирующих с улучшаемой (или ее компонентами).

Обобщенный алгоритм функционально-ориентированного поиска:

1. Идентификация ключевой проблемы

2. Формулирование функции для решения ключевой проблемы

3. Формулирование требуемого уровня параметра функции

4. Формулирование обобщенной функции

5. Идентификация лидирующей области техники, в которой реализация этой функции наиболее успешна (чем отдаленнее область, тем неожиданнее и эффективнее могут оказаться аналогии)

6. Поиск экспертов в данной области

7. Отбор технологий

8. Адаптация отобранных технологий (через формулирование и разрешение вторичных проблем).

ФОП – это альтернативный подход к решению задач: вместо того, чтобы ее заново решать – находят уже известные решения. Это не только быстрее, но и эффективнее: наличие работающего аналога позволяет использовать уже работающие технологии и обращаться к экспертам, имеющим опыт использования и развития этих технологий.

Перенос уже известных решений и структур из функционально-подобных систем эффективен не только для технических систем, но и в развитии информационных технологий. Например, решения, найденные для программ обмена данными с периферийными устройствами, вполне могут быть использованы и для организации работы с интерфейсом или в телекоммуникационных системах. Идеи решений, известных в системах транспорта грузов могут быть полезны и для систем транспорта информации. Аналогия между центрами гигиены и эпидемиологии и службами борьбы с вирусами в информационных сетях также может оказаться вполне эффективной.

Кроме функционального подобия, между системами может устанавливаться подобие по морфологии (по элементам и характерным структурам связей между ними) и по «ткани» системы (то, из чего формируются элементы системы).

Поиск готовых решений перекликается с концепцией открытых инноваций. Концепция открытых инноваций основана на том, что инновации разрабатываются не внутри компаний, которые их могут использовать (закрытые инновации), а вне этих компаний. Нужные инновации заказываются, приобретаются, заимствуются в сторонних организациях или разработчиков. В ТРИЗ и методике G3:ID этот подход дополняется тем, что и поиск ведется не только внутри той области, к которой относится рассматриваемая проблема или система.

Контрольные вопросы и задания

1. Что такое элеполь, из чего он состоит, какие связи имеются в элеполе?

2. Что такое веполь?

3. Приведите примеры веполей и элеполей.

4. Какие правила и основные сложности построения элеполей можно назвать?

5. Приведите примеры элепольных моделей для проблемных ситуаций и моделей их решений. Назовите типы элеполей.

6. Приведите примеры решения задачи при помощи элеполей.

7. Что такое система стандартов на решение изобретательских задач? Какая система стандартов сейчас распространена в ТРИЗ?

8. Чем принципиально отличается универсальная система стандартов на решение изобретательских задач от других систем стандартов в ТРИЗ?

9. Что такое АИСТ-2010 и чем отличается от АИСТ-2010-П?

10. Что такое паттерны программирования? Где можно прочитать их описание?

11. Приведите пример решения задачи на основе АИСТ-2010-П.

12. Решите задачи 14 и 15 при помощи алгоритма АИСТ-2010-П.

13. Что входит в понятия информационное обеспечение ТРИЗ, информационные фонды ТРИЗ?

14. Что такое ФОП? Для чего и как он применяется в ТРИЗ?

15. Приведите примеры функционально-подобных систем для информационных технологий. Приведите примеры переноса идей из одной области знаний в другую для решения изобретательских задач.

Введение в АРИЗ

Алгоритм решения изобретательских задач (АРИЗ) – это ключевой инструмент ТРИЗ. АРИЗ появился как методика решения изобретательских задач уже в первых публикациях Г.С.Альтшуллера и Р.Б.Шапиро в 1956 году. Долгое время до 1977 года методика изобретательства так и называлась – АРИЗ. Только с появлением законов развития технических систем и других разработок возникло понятие ТРИЗ, а АРИЗ стал только частью этой теории.

В АРИЗ входят все основные инструменты ТРИЗ, предназначенные для анализа задачи и поиска ее решения. При этом инструменты организованы в определенную систему, которая позволяет с каждым шагом уточнять суть проблемы, цели, ресурсы, возможные идеи решения.

Наибольшее распространение получил АРИЗ-85-В – АРИЗ модификации 1985 года. Он предназначен для решения изобретательских задач в технике. Блок-схема этого алгоритма приведена на рисунке 2.34.

Рис. 2.34. Блок-схема АРИЗ-85-В

На шаге 1.2 формулируется техническое противоречие (ТП) – вид противоречия требований. На шаге 2 определяются основные имеющиеся ресурсы. На шаге 3 дается формулировка идеального конечного результата (ИКР) и физического противоречия (ФП) – вид противоречия свойств. На 4-м и 5-м шагах определяется возможность применения ресурсов и информационного фонда. На 7-м шаге проверяется качество решения противоречия, затем на 8-м шаге выясняется, какие трудности возникают при реализации найденной идеи. На 9-м шаге проводится анализ правильности всего хода решения задачи. Дважды по ходу решения задачи на основе АРИЗ-85-В предлагается применить «Систему стандартов – 76».

С 1956 года было разработано около двух десятков различных модификаций текстов АРИЗ. Приведем краткий перечень развития текстов АРИЗ:

АРИЗ-56 – Аналитическая, Оперативная и Синтетическая стадии;

АРИЗ-59 – введен ИКР, поиск в других отраслях техники;

АРИЗ-61 – прообраз приемов разрешения противоречий;

АРИЗ-62 – введена стадия выбора задачи;

АРИЗ-63 – введен прообраз таблицы применения приемов;

АРИЗ-64/65, АРИЗ-65 – 31 прием; таблица 16х16;

АРИЗ-68 – введена стадия уточнения задачи, 35 приемов, таблица 32х32;

АРИЗ-71, АРИЗ-71-Б, АРИЗ-71-В – оператор РВС, 40 приемов, таблица 39х39;

АРИЗ-77 – введены веполь, стандарты, физические противоречия, физ физические эффекты, ММЧ;

АРИЗ-82 – микро-ФП, таблица решения физических противоречий;

АРИЗ-85-В – ВПР, ресурсный ИКР, «Стандарты-76», нет таблицы приемов;

АРИЗ-91 – более детальный и точный, но громоздкий для применения алгоритм;

АРИЗ-2010 (В.М.Петров, 2010) – используются преимущества АРИЗ-85-В и АРИЗ-91, устраняя их недостатки;

АРИЗ-Универсал-2010 (М.С.Рубин, 2010) – предназначен для решения не только технических задач, но и задач из других областей. Используется цикличность выполнения отдельных шагов и алгоритма в целом, применяются понятия элеполь, противоречия требований и т. д.

Для решения изобретательских задач в нетехнических областях, в том числе и в области программирования, развития информационных технологий в 2010 году был разработан АРИЗ-Универсал-2010. Блок-схема АРИЗ-Универсал-2010 показана на рисунке 2.34. Полный текст АРИЗ-Универсал-2010 с примерами решения задач приведен в Приложении П4.

Рис. 2.35. Блок-схема АРИЗ-Универсал-2010

Большинство инструментов, которые используются в АРИЗ-Универсал-2010, мы уже описали выше: модель функции и функциональный анализ, ИКР, ФОП, противоречия требований, элепольный анализ, универсальная система стандартов, противоречия свойств, аспект рассмотрения системы, информационные фонды. Для дальнейшего описания работы АРИЗ-Универсал-2010 мы более подробно опишем понятия «конфликтующие элементы (КЭ)», «оперативное время (ОВ)» и «оперативная зона (ОЗ) конфликта», а также сделаем введение в анализ и мобилизацию ресурсов для решения изобретательских задач.

Конфликтующие элементы – основные элементы системы, которые входят в формулировку конфликта (противоречия требований).

Источником конфликта являются не сами эти элементы, а те требования, которые предъявляются к ним и к системе в целом. В формулировку противоречия обычно входит 2-3 элемента системы.

В некоторых случаях конфликтующие элементы могут быть разделены на изделие и инструмент.

Изделием называют элемент, который по условиям задачи надо обработать (изготовить, переместить, изменить, улучшить, защитить от вредного действия, обнаружить, измерить и т. д.). В задачах на обнаружение и изменение изделием может оказаться элемент, являющийся по своей основной функции собственно инструментом, например шлифовальный круг.

Инструментом называют элемент, с которым непосредственно взаимодействует изделие (например, фреза, а не станок; огонь, а не горелка). Инструментом могут быть и стандартные детали, из которых собирают изделие.

Бывают ситуации, когда изделие одновременно является и инструментом и изделием, то есть два элемента воздействуют друг на друга.

Например, при сравнении площадей двух треугольников (рис. 2.31) оба треугольника одновременно и изделие и инструмент.

Оперативное время (ОВ) конфликта – время, в течение которого возникает конфликт. При анализе выделяют время до конфликта, время во время конфликта и время после конфликта.

Оперативная зона (ОЗ) конфликта – пространство, в котором взаимодействуют конфликтующие элементы при возникновении конфликта. Оперативная зона конфликта может представлять собой не только физическое пространство, но и пространство взаимодействия (взаимосвязей) конфликтующих элементов.

Системные ресурсы – это элементы и поля взаимодействия, имеющиеся в системе и их свойства.

В материальных (технических) системах выделяютсявещественно-полевые ресурсы (ВПР) – это вещества и поля, которые уже имеются или могут быть легко получены по условиям задачи (рис. 2.36).

1. Внутрисистемные ВПР:

а) ВПР инструмента;

б) ВПР изделия.

2. Внешнесистемные ВПР:

а) ВПР среды, специфической именно для данной задачи, например вода в задаче о частицах в жидкости оптической чистоты;

б) ВПР, общие для любой внешней среды, «фоновые» поля, например, гравитационное, магнитное поле Земли.

3. Надсистемные ВПР:

а) отходы посторонней системы (если такая система доступна по условиям задачи);

б) «копеечные» – очень дешевые посторонние элементы, стоимостью которых можно пренебречь.

Анализ ВПР системы – это анализ, элементов, веществ и полей взаимодействия, которые уже имеются в Системе и Надсистеме и их производных, которые могут быть легко получены.

Ресурсы системы классифицируются по:

– виду;

– количеству;

– ценности;

– степени готовности к применению;

– источникам.

Примеры видов ресурсов: вещественные, энергетические, информационные, пространственные, временные, функциональные, системные и другие.

В задаче 7 о вычислении полинома после проведения процедуры частичного свертывания функциональной модели программы была поставлена задача в виде противоречия: форма ввода не должна накладывать ограничения, чтобы обеспечить возможность задания произвольного полинома, и должна иметь жесткие ограничения, чтобы проверять корректность введенной строки.

Проведем упрощенный анализ этого противоречия с использованием тех инструментов, о которых уже было сказано выше.

Функциональный ИКР: модель полинома САМА задается для программы во время ввода пользователем при сохранении произвольности полинома и обеспечении корректности.

Противоречия требований: ЕСЛИ сделать ввод полинома фиксированным, ТО полином будет введен (будет создана модель полинома), НО не будет обеспечена произвольность ввода.

ЕСЛИ осуществлять ввод полинома в произвольной форме (текстовой строкой), ТО будет обеспечена произвольность ввода полинома, НО проверка ввода и создание модели будут трудны.

Конфликтующие элементы: «Полином» и «Компоненты формы ввода». Они взаимодействуют между собой, можно менять форму ввода.

ОВ – время ввода полинома, ОЗ – область формы ввода.

Перечень основных ресурсов системы: ресурсы полинома, формы ввода, модели полинома.

Элепольное решение: Э1 – полином, Э2 – форма ввода. Между ними необходимо ввести поле взаимодействия П – некоторые правила создания модели полинома.

Ресурсный ИКР: Икс-элемент из ресурсов системы, абсолютно не усложняя систему и не вызывая вредных явлений, САМ устраняет необходимость проверки на корректность во время ввода полинома и в пределах области формы ввода, СОХРАНЯЯ возможность введения произвольного полинома.

Противоречие свойств: Конфликтующий элемент должен обладать свойством проверки, чтобы обеспечить корректность ввода, и должен обладать свойством произвольности, чтобы гарантировать ввод любого полинома.

ИКР свойств: Область формы ввода в течение ввода полинома САМА обеспечивает проверку на корректность и гарантирует возможность произвольного полинома.

Возможное решение. Согласно принципу дробления, структуру полинома следует разделить на части. Естественным образом он разбивается на слагаемые. По принципу заранее подложенной подушки нужно компенсировать ошибки при вводе слагаемых некоторыми средствами формы ввода и модели полинома. На коэффициенты и степени известно ограничение – они могут быть только числами. Это упрощает проверку (раньше при задании всего полинома могли быть введены как числа, так и буквы, обозначающие переменные). Таким образом, следует разбить ввод полинома на ввод слагаемых, проверка каждого из которых будет довольно проста.

Как видно из приведенного разбора решения задачи о вычислении полинома инструменты ТРИЗ могут выстраиваться в определенную последовательность, в результате чего постепенно проявляется идея, контуры возможного решения. АРИЗ построен на реализации именно этой идеи системного применения всех основных инструментов решения задач в ТРИЗ.

Пример применения АРИЗ-Универсал-2010 для решения задачи о защите общедоступной программы (задача 1) приведен в приложении 1 к тексту АРИЗ-Универсал-2010 (приложение П4).

Контрольные вопросы и задания

1. Каково основное назначение АРИЗ?

2. Когда появился первый вариант АРИЗ? Какой вариант АРИЗ сейчас получил наибольшее распространение?

3. Чем АРИЗ-Универсал-2010 отличается от других вариантов АРИЗ?

4. Перечислите основные понятия, которые используются в АРИЗ-Универсал-2010.

5. Изучите два примера решения задач в тексте АРИЗ-Универсал-2010 и его приложении: задача о защите общедоступной программы (задача 1) и задача о макете парашюта.

6. Проведите анализ задачи 8 по АРИЗ-Универсал-2010. Предложите идеи решения задачи.

7. Каким будет мобильный телефон будущего? Используйте линию моно-би-поли, линию индивидуально-коллективного пользования.

8. Предложите новый редактор текстов мобильных устройств. Используйте объединение альтернативных систем.

9. Прогноз компиляторов. Используйте перенос идей из подобных систем, ИКР, переход в надсистему.

10. Идея: Программа управления внешними датчиками в доме с помощью мобильного телефона. Используйте для развития этой идеи диаграмму на рис. 5.3 (стр. 111) и линию моно-би-поли-свертывание.

11. Идея: Программа идентификации пользователя (по голосу, отпечаткам пальцев…). Примените для развития этой идеи диаграмму на рис. 43 и линию моно-би-поли-свертывание.

3. Методы и инструменты развития творческого
воображения (РТВ)

3.1. Психологическая инерция. Метод проб и ошибок.
Классификации методов РТВ

ТРИЗ окажется бессильной перед человеком, не способным поверить, принять верные, но на первый взгляд совершенно дикие идеи решения. Такая «дикость» была разной в разные времена. Например, в 1873 году полиция Бостона предупреждала «невежественных людей», что телефон – это сказки, и вообще передача голоса на расстоянии невозможна. В 2005 году владельцы газет не верили, что объявления и новости могут куда-то уйти с бумажных страниц.

Психологическая инерция (ПИ) – это привычка к стандартным реакциям в стандартных ситуациях. Нешаблонность мышления – это наша способность бороться с психологической инерцией, умение увидеть ситуацию в совершенно новых обстоятельствах, с новыми «игроками». Методы РТВ и ТРИЗ позволяют вместо случайных шагов делать последовательные, методически отработанные шаги, приводящие к совершенно неожиданным, неочевидным идеям.

Рис. 3.1. Метод проб и ошибок уводит в сторону вектора инерции от идеального решения

Метод проб и ошибок существует с момента «сотворения мира» и сопровождает развитие цивилизации со дня ее зарождения. Случайная ветка становилась копьем, случайный камень – ножом. Случайная конструкция лодки или телеги закреплялась за счет своего выживания, а потом многократно повторялась учениками и последователями. Случайность привела к появлению резины и лампы накаливания. Ускорение темпов развития цивилизации сделало необходимым повысить эффективность метода проб и ошибок. В исследовательских работах эффективность этой технологии получения нового оценивается для не очень сложных задач примерно в 0,01%. Для действительно сложных задач эта эффективность уменьшается еще в 100 и даже в 1000 раз. Ни хватит не только ресурсов, но и просто времени для перебора разных вариантов (рис. 3.1).

Можно выделить три стратегии для повышения эффективности метода проб и ошибок (рис. 3.2):

– делать как можно больше проб;

– снизить влияние вектора инерции, чтобы эти пробы не «кучковались» только в одном и неверном направлении;

– перейти к целенаправленному поиску в направлении идеального решения вместо случайного поиска.

Рис. 3.2. Стратегии для повышения эффективности метода
проб и ошибок