Алгоритм решения изобретательских задач

В связи с  тем, что такое противоречие, как  правило, формулируется руководством (администрацией) оно у Г. Альтшуллера  и называется административным противоречием (АП). 

Таким образом, поверхностное противоречие (ПП) выражается или в виде нежелательного эффекта (НЭ) - что-то плохо, или в виде необходимо создать что-то новое, но неизвестно каким образом. 

Покажем, как  формулируется поверхностное противоречие. 

Задача 1.1. Авиадвигатели 

Перед конструкторским бюро А.Н.Туполева была поставлена задача создания к концу 50-х годов нового пассажирского самолета на 170 мест с большой дальностью полета. Для этого потребовалось авиадвигатели на суммарную мощность 50 тыс. л.с. У самого мощного из имеющихся в СССР двигателей ТВ-2 было всего 6 тыс. л.с. (Техника и Наука, № 9, 1982, с.24-27). Как быть? 

Это типичное ПП в виде нежелательного эффекта. 

Задача 1.2. Скорость судна 

Необходимо увеличить  скорость судна, а как - неизвестно. 

ПП в виде создание нового. 

Задача 1.3. Мощный двигатель 

Хочется, чтобы  автомобиль имел более мощный двигатель. 

ПП в виде создание нового. 

Задача 1.4. Кастрюля 

Можно обжечься, когда берешь горячую кастрюлю с  плиты. Как устранить этот недостаток? 

ПП в виде нежелательного эффекта.

[править]

Углубленное противоречие 

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, т.е. полезное действие, вызывает одновременно и вредное. 

УП можно рассматривать  и как введение или усиление полезного  действия, либо устранение или ослабление вредного действия вызывает ухудшение (в частности, недопустимое усложнение) одной из частей системы или всей системы в целом. 

УП представляет собой причину возникновения  поверхностного противоречия, углубляя его. В глубине одного ПП, чаще всего, лежит несколько УП. 

Как правило, улучшая  одни характеристики объекта, мы резко  ухудшаем другие. Обычно приходится искать компромисс, то есть чем-то жертвовать. 

При решении  технических задач, изменяют технические  характеристики объекта, поэтому Г. Альтшуллер углубленное противоречие назвал техническим противоречием (ТП). 

Техническое (углубленное) противоречие возникает в результате диспропорции развития различных частей (параметров) системы. При значительных количественных изменениях одной из частей (параметров) системы и резком "отставании" другой (других) ее частей возникает ситуации, когда количественные изменения одной из сторон системы вступают в противоречие с другими. Разрешение такого противоречия часто требует качественного изменения этой технической системы. В этом и проявляется закон перехода количественных изменений в качественные [5][6]. 

Продолжим рассмотрение задач, формулируя углубленное (техническое) противоречие.

 

Рис. 2. Сдвоенный  двигатель самолета

 

Рис. 3. Самолет  ТУ 114 

Задача 1.1. Авиадвигатели (продолжение). 

Чтобы получить требуемую суммарную мощность нужно  использовать 8 двигателей. При этом самые крайние двигатели располагаются на расстоянии 25 м от фюзеляжа, что недопустимо удлиняет крылья. Возникает углубленное противоречие между МОЩНОСТЬЮ самолета и недопустимым увеличением ДЛИНЫ крыла. 

Сформулируем  другое углубленное противоречие. Если перейти к спаренным двигателям на общую мощность 12 тыс. л.с., то нужно использовать воздушный винт диаметром 9 м, что приводит к необходимости поднять самолет над землей на 5 м. Углубленное противоречие в этом случае между МОЩНОСТЬЮ двигателей и большой ВЫСОТОЙ самолета. 

Такие виды УП могут  быть, в частности, устранены использованием приема 17 "Переход в другое измерение" [7]. 

А.Н.Туполев разрешил описанное противоречие следующим  образом. 

Он предложил  спарить двигатели в единый блок, а на одном валу блока расположить сразу два четырехлопастных воздушных винта, которые вращаются в разные стороны (рис. 2). Потребовалось всего 4 блока (по два на крыло), диаметр винта составил 5,2 м. Самолет не нужно поднимать на большую высоту. В результате был создан самолет ТУ-114 (рис. 3) с достаточно высокой скоростью полета до 870 км/час. 

Задача 1.2. Скорость судна (продолжение). 

Увеличение грузоподъемности судна связано с уменьшением  скорости хода. В свою очередь, увеличение скорости хода судна приводит к росту мощности двигателей, увеличению энергозатрат, что требует увеличения веса и габаритов силовой установки и запасов топлива. Чрезмерное их увеличение может привести к тому, что негде будет размещать полезный груз. В данном примере выявлены технические (углубленные) противоречия: ГРУЗОПОДЪЕМНОСТЬ - СКОРОСТЬ, СКОРОСТЬ - МОЩНОСТЬ, МОЩНОСТЬ - ЭНЕРГОЗАТРАТЫ, ЭНЕРГОЗАТРАТЫ - ВЕС и т.д. 

Задача 1.3. Мощный двигатель (продолжение). 

Увеличение мощности автомобиля приводит к повышенному  расходу бензина. 

Т.е. УП – увеличение мощности – расход вещества. 

Задача 1.4. Кастрюля (продолжение). 

Необходимость нагрева кастрюли при приготовлении  пищи вступает в противоречие с процедурой снятия кастрюли голыми руками? 

Т.е. УП – температура (приготовление пиши) – вредные факторы, генерируемые самим объектом (безопасность). 

Рассмотрим еще  задачи. 

Задача 1.5. Микросхема 

Обычно проводники в интегральных микросхемах (ИМС) делают из золота, имеющего самое малое  удельное сопротивление току, но недопустимо  плохую адгезию с материалом подложки. Как быть? 

Возникает углубленное  противоречие (УП) между ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬЮ  и АДГЕЗИЕЙ. 

Задача 1.6. Корпус яхты

"В конце  концов, конструкторы пришли к  выводу, что при проектировании  корпуса яхты необходимо добиваться  некоторого оптимального компромисса в соблюдении трех основных предпосылок:

минимального  сопротивления формы корпуса;

максимальной  остойчивости;

минимального  сопротивления трения.

Эти требования взаимопротиворечивы. Узкая длинная  яхта имеет малое сопротивление  формы, однако, как мало остойчивая, не может нести достаточно большой парусности. Повышение остойчивости путем увеличения веса балласта сопровождается одновременным увеличением осадки и, следовательно, увеличивает сопротивление трения. Увеличение остойчивости путем увеличения ширины корпуса вызывает увеличение сопротивления формы корпуса. Задача конструктора состоит в отыскании "золотой середины", в применении трех противоречивых условий конструирования". (Михай Чеслав. Теория плавания под парусами. - Л.: Судостроение, 1963, с. 43). 

Прежде чем  решать эти задачи рассмотрим еще  один вид противоречий, рассматривающийся  в АРИЗ.

[править]

Обостренное противореиче 
 

ОБОСТРЕННОЕ ПРОТИВОРЕЧИЕ (ОП) - предъявление диаметрально противоположных  свойств (например, физических) к определенной части технической 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, незнакомого с АРИЗ, формулировка ОП звучит непривычно и даже дико - некоторая часть ТС должна находится сразу в двух взаимоисключающих (взаимопротивоположных) состояниях: быть холодной и горячей, подвижной и неподвижной, длинной и короткой, гибкой и жесткой, электропроводной и неэлектропроводной и т.д. 

Изучение причин, породивших углубленное (техническое) противоречие, в технических системах, как правило, приводит к необходимости  выявления противоречивых физических свойств системы, поэтому Г.Альтшуллер назвал это физическим противоречием.

 

Рис. 4. Судно  на подводных крыльях

 

Рис. 5. Судно  на воздушной подушке

 

Рис. 6. Полупогруженное  судно

 

Рис. 7. Экраноплан 

Продолжим разбор приведенных ранее задач и  сформулируем для них обостренные  противоречия (ОП). 

Задача 1.2. Скорость судна (продолжение). 

Уменьшить энергозатраты  можно, ликвидировав подводную часть  корпуса корабля. Но чтобы судно  держалось на плаву, подводная часть  корпуса необходима. 

Итак, обостренное  противоречие: подводная часть корпуса должна быть для обеспечения плавучести и не должна быть, чтобы не увеличивать энергозатраты при увеличении скорости. 

Были придуманы  суда на подводных крыльях (рис.4), суда на воздушной подушке (рис.5), полупогруженные  суда (рис.6) и экранопланы (рис.7). 
 

Задача 1.3. Мощный двигатель (продолжение). 

Бензина должно тратиться много, чтобы двигатель  имел возможность работать на полную мощность, и бензина должно тратиться  мало, чтобы не создавать лишние расходы. Таким образом, ОП – расход бензина должен быть большой и маленький. 

Придуманы эжекторные двигатели. 

Задача 1.4. Кастрюля (продолжение). 

Кастрюля должна быть горячей, чтобы осуществлялся  процесс варки, и должна быть холодной, чтобы ее было безопасно брать. 

Горячим должна быть внутренняя поверхность кастрюли. Холодной должны быть ручки, внешняя поверхность кастрюли и крышки. 

Частичные решения: ручки выполняются из теплоизоляционного материала или ручку теплоизолируют от поверхности кастрюли. Такое же решение и с ручкой от крышки. 

Немного лучшее решение, если дно кастрюли делать теплопроводным (металлическим), а стенки кастрюли делать теплоизоляционными, например, пластмассовыми или керамическими. Полное решение – внешний слой кастрюли и крышки покрывать теплоизоляционным слоем. Тогда в кастрюле будет дольше сохраняться тепло. Это же решение может быть применено и к чайнику (решение предложил Владимир Петров). 

Задача 1.5. Микросхема (продолжение). 

Сформулируем  обостренное противоречие (ОП). 

Чтобы проводник  в интегральной микросхеме (ИМС) имел маленькое сопротивление, он должен быть выполнен из золота, а чтобы проводник имел хорошую адгезию с подложкой, должен быть из другого материала. 

Более короткое и обостренное ОП можно сформулировать: материал проводника должен быть из ЗОЛОТА и НЕ ИЗ ЗОЛОТА. 

Типичное разрешение такого обостренного противоречия - использование  ПОСРЕДНИКА (прием 24 "Принцип посредника")[8]. 

Правило использования  посредника подробно рассматриваться  при изучении веполного анализа[9]. 

Видимо, Вы уже  догадались о решении. Сначала наносят подслой, имеющий хорошую адгезию с подложкой и с золотом, а затем на него напыляют золото. В качестве подслоя берут никель или титан (Степаненко И.П. Основы микроэлектроники. Учебное пособие. - М.: Сов. радио, 1980.-424 с.).

 

Рис. 8. Катамаран 

Задача 1.6. Корпус яхты (продолжение). В задаче с проектированием корпуса яхты обостренных противоречий несколько:

Для того чтобы  яхта двигалась с большей скоростью (имело малое сопротивление формы), корпус должен быть узким и длинным, а чтобы вынести большую парусность (быть остойчивой), корпус должен быть широкий. Это противоречие было разрешено изобретением катамарана (рис. 8) – два параллельных корпуса, соединенных вместе. Каждый корпус узкий, поэтому имеет малое сопротивление движению, а а оба корпуса вместе, расположенные на определенном расстоянии друг от друга – образуют широкий корпус, поэтому яхта остойчивая.