Алгоритм решения изобретательских задач

МОДЕЛЬ ЗАДАЧИ - это мысленная, условная схема задачи, отражающая структуру конфликта  в системе. Один из элементов конфликтующей пары является главным объектом рассмотрения, и его называют изделием или объектом, а второй элемент – инструментом. 

ИЗДЕЛИЕ – элемент  ТС, который по условиям задачи надо обработать (изготовить, переместить, изменить, улучшить, защитить от вредного воздействия, обнаружить, проконтролировать, измерить и т.д.). К изделию можно отнести обрабатываемую деталь; электрорадиоэлемент, у которого измеряют параметры; обнаруживаемое электромагнитное поле и т.п. В задачах на обнаружение и измерение изделием может оказаться элемент, являющийся по своей основной (рабочей) функции инструментом. 

Например, резец  токарного станка или шлифовальный круг обычно являются инструментами, но при их измерении они являются изделиями. 

ИНСТРУМЕНТ –  элемент, с которым непосредственно взаимодействует изделие (резец, а не весь токарный станок; паяющий стержень (жало), а не паяльник; волна припоя при пайке волной; раскаленный газ в газовой горелке или паяльнике; пучок электронов или лазерный луч при электронно-лучевой или лазерной сварке или при радиальной пайке). В частности, инструмент может быть окружающей средой, например, климатические воздействия на изделие – влага, туман, температура, давление. Иногда к инструменту относятся стандартные детали, используемые для сборки изделия: функциональные модули, микромодули, интегральные микросхемы (ИМС) – инструмент для создания различных электронных боков, радио- и электроаппаратуры. При выборе конфликтующей пары не редко возникают затруднения. Рассмотрим их на примере, приведенном в [1]. 

Задача 1.17. Кубик 

Имеется установка  для испытания длительного действия кислот на поверхность образцов сплавов. Установка представляет собой герметично закрытую металлическую камеру. На дно камеры устанавливают образцы (кубики). Камеру заполняют агрессивной жидкостью, создают необходимую температуру и давление. Агрессивная жидкость действует не только на кубики, но и на стенки камеры, вызывая их коррозию и быстрое разрушение. Приходится камеру изготавливать из благородных металлов, что чрезвычайно дорого. Как быть? 

Перед нами изобретательская ситуация с четко видным поверхностным  противоречием (ПП): нужно как-то уменьшить  стоимость системы, а как именно – неизвестно. В системе три  части (элемента): камера (корпус камеры, стенки), агрессивная жидкость и кубик – образец. Из них нужно выбрать конфликтующую пару. Собственно имеется три пары элементов (частей): 

1) камера - агрессивная  жидкость, 

2) камера - кубик, 

3) агрессивная  жидкость - кубик. 

Конфликт имеется  только в первой и третьей парах. Между камерой и кубиком нет конфликта, поскольку нет вредного воздействия. Две конфликтующие пары - это две различные изобретательские задачи со своими углубленными противоречиями (УП). 

Можно выбрать  первую конфликтующую пару: камера-жидкость. Тогда задача - борьба с коррозией весьма широкая и во многом исследовательская задача несоизмеримо более трудная, чем испытание образцов. 

Операцию выбора конфликтующей пары не всегда можно  выполнить так легко. В более  сложных случаях первоначально  нужно выбрать изделие, нежелательный эффект и, если это возможно, желаемый результат, который мы хотим получить. Бывают случаи, когда трудно однозначно выбрать инструмент, особенно если их несколько. Для выбора инструмента следует построить таблицу взаимодействий элементов, своего рода "турнирную" таблицу (см. табл. 1.2). 

Таблица 1.2. 

Элементы 1 2 3 …  n 1 2 3 . . . n 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

В таблице буквой "n" обозначено количество рассматриваемых элементов в задаче. 

В данной задаче изделие - это кубик. Нежелательный  эффект - порча (коррозия) камеры. Желаемый результат - испытание кубика. 

Таблица взаимодействий элементов для данной задачи показана в таблице 1.3. 

Таблица 1.3. Взаимосвязей элементов. 

Элементы системы 1. Камера 2. Агрессивная жидкость 3. Кубик 1. Камера + - 2. Агрессивная жидкость + 3. Кубик 

Примечание. В  таблице обозначено: 

"+" – наличие  конфликта; 

"-" – отсутствие  конфликта; 

– связь не рассматривается. 

В таблице можно  рассматривать или верхнюю или  нижнюю половину (относительно диагонали), так как прямое и обратное взаимодействия, для выявления конфликтующей пары, одинаковы. 

Итак, в системе  две конфликтующие пары, которые  мы описывали раньше. Как из них  выбрать одну. Первое правило –  пара должна состоять из изделия и  инструмента. 

Изделие – кубик, значит, стоит рассматривать только столбец 3. 

От сюда следует, что конфликтующая пара: Кубик - Агрессивная  жидкость. 

Если это правило  не выявило одну конфликтующую пару, то следует использовать еще одно правило – должна рассматриваться  пара, в которой рассматриваются  элементы, выполняющие полезную функцию (желаемый результат). Часто бывает полезно рассмотреть и пару, связанную с нежелательным эффектом. 

Положительная функция – исследование кубика. 

И это правило  нас наталкивает на выбор той  же конфликтующей пары. 

Отметим еще одно. Исходя из закона увеличения степени идеальности системы, в конфликтующую пару должны входить изделие и та часть инструмента, которая непосредственно обрабатывает изделие. Инструмент тем идеальнее, чем его меньше. 

Этим правилом мы должны ограничить количество инструмента – агрессивной жидкости. Таким образом, уточненная конфликтующая пара – кубик и агрессивная жидкость около кубика. Реально это может существовать, если жидкость сама удерживается на кубике или кубик удерживает жидкость. 

Жидкость может удержаться, если она не будет жидкостью, а будет гель (мазь или пластилин) или льдом. Кубик может удержать жидкость за счет различных полей, например, электрического: жидкость заряжается одним знаком, а кубик – другим; магнитного – в жидкость добавляют ферромагнитные частицы, а кубик представляет собой магнит, но лучше всего использовать гравитационное поле – кубик должен быть полым. Жидкость наливается в полый кубик и таким образом происходит испытание (рис.1.16). 
 

Вернемся к  двум предыдущим примерам и выявим в них конфликтующие пары. 
 
 

Задача 1.11. Радиолокационная станция (продолжение). 

Конфликтующая пара: изделие – вал, инструмент – фиксирующий элемент. 

Задача 1.12. Лавина (продолжение). 

Изделие определяется легко - это передатчик, а вот инструмент определить сложнее. В данном случае нужно посмотреть, с каким элементом связан нежелательный эффект (НЭ). 

Напомним, что  НЭ – сокращение длительности работы передатчика. Он связан с источником питания. Итак, изделие - передатчик, инструмент – источник питания. 

Рассмотрим еще  одно понятие АРИЗ – ОПЕРАТИВНЫЙ  ПАРАМЕТР. 

Оперативные параметры  системы – параметры, которые  следует изменить (или легче всего  меняются) для решения задачи. 

В качестве этих параметров могут быть части системы, физические величины, экономические, эстетические и эксплутационные и пр. 

Наиболее часто  используются оперативная зона и  оперативное время. 

ОПЕРАТИВНАЯ ЗОНА - пространство, в котором происходит конфликт. Она может рассматриваться  достаточно широко, включая в себя полностью изделие и инструмент, часть надсистемы и окружающей среды. Менее широко – только конфликтующую пару или узко – место взаимодействия инструмента с изделием. Целесообразность выбора широкой или узкой зоны определяется при решении конкретной задачи. 

В выборе широкой или узкой оперативной зоны имеется свое противоречие. Если зона выбрана очень узко, то это может привести к самой точной формулировке обостренного противоречия, в случае если зона выбрана правильно, и к уводу от основного противоречия или не замечанию других противоречий, в случае если зона выбрана не правильно. Если зона выбрана очень широко, то мы не уйдем из зоны конфликта (или конфликтов) – можем обнаружить куст противоречий, но не выявим главного противоречия и не сформулируем его точно. 

На первых этапах обучения целесообразно выбирать более  широкую оперативную зону, а затем  в процессе решения и уточнения  задачи ее сужать. Возможно, для этого  придется несколько раз решать задачу, зато не будет упущено главное  противоречие, и выявятся сопутствующие трудности. Обязательными элементами зоны должны быть изделие и инструмент. 

ОПЕРАТИВНОЕ ВРЕМЯ  – время, в которое совершается  конфликтующее действие. Для разрешения конфликта может быть использовано время до конфликта (предварительная  подготовка) или время после совершения конфликта (время исправления конфликта). Идеальнее использовать время до конфликта, тогда конфликт не возникнет, и не нужно будет терять время на его устранение. Может быть, полезно рассмотреть и время, когда происходит конфликт. 

На этом мы закончим рассмотрение основных понятий АРИЗ. Остальные его особенности будут  изложены при рассмотрении структуры  АРИЗ. 

Все приводимые в книге примеры, так называемые учебные. 

УЧЕБНАЯ ЗАДАЧА - это задача, которая когда-то стояла перед инженерами или учеными, и были решены. Как правило, задачи были представлены в виде изобретательской ситуации. Учебная задача переформулирована так, чтобы задача была предельно понятна и проста. В ней представлена вся необходимая для решения задачи информация. 

Среди представленных в книге задач и примеров, имеются те, которые решал автор. 

КОНТРОЛЬНЫЙ ОТВЕТ  – наилучшее решение, которое  известно автору на время написания, или человеку, который представил эту задачу.

[править]

Практика по формулированию противоречий 

Ниже мы приведем еще несколько задач. Попробуйте разобрать их, пользуясь описанной  выше последовательностью. Разбор этих задач приведен в параграфе 1.6.2. 
 

[править]

Условия задач 
 

Задача 1.18. Шаровая  молния 

В лаборатории  под руководством академика П.Л.Капицы исследовалась искусственная шаровая молния в герметичной кварцевой цилиндрической камере, заполненной гелием под давлением 3 атм. Под действием мощного электромагнитного поля в гелии возникает плазменный шнуровой разряд, стягивающийся в сферический сгусток плазмы – "шаровую молнию". Для удержания "шаровой молнии" в центре камеры используют соленоид, расположенный вокруг камеры. По программе эксперимента нужно было увеличить мощность шаровой молнии, для чего повысить мощность электромагнитного излучения. Плазма стала более горячей, и, следовательно, менее плотной. Шаровая молния при этом становится легче и всплывает вверх, касаясь стенок камеры и разрушая их. Электромагнитные силы не уравновешивают архимедовы силы. Чтобы удержать молнию в центре камеры, попробовали повысить мощность магнитного поля в соленоиде, но ничего не получилось. Сотрудники предложили строить новую установку с более мощным соленоидом, но П.Л.Капица поступил иначе. Как быть? 

Задача 1.19. Запайка  ампул 

На фармацевтическом заводе возникла проблема по запайке ампул с лекарством. 

Ампулы с лекарством устанавливают в кассету. В кассете  содержится 25 ампул. Кассету подают к коллективной горелке. Против каждого  язычка пламени оказывается ампула. Язычки пламени в горелке точно  отрегулировать невозможно, поэтому их пламя не равномерно. Одни язычки пламени большие, а другие маленькие. 

Большие язычки пламени хорошо запаивают ампулу, но перегревают (портят) лекарство. Маленькие  язычки пламени не портят лекарство, но не запаивают ампулу. 

Как сделать, чтобы все ампулы были запаяны, но ни одна не испорчена? 

Задача 1.20. Колеса вагонов