Делая корпус корабля более узким, снижаем затраты на трение и получаем высокую скорость хода. Но при этом снижается и остойчивость корабля, при волнении на море он может перевер-нуться. Делая корабль более широким, добьёмся хорошей остой-чивости, но снизится скорость хода.
Уменьшая размер кнопок на панели мобильного телефона, делаем его максимально компактным. Но набирать номер станет неу-добно. Увеличив размер кнопок, получаем возможность удобного набора номера, но для размещения таких кнопок потребуется большой корпус.
Используя пароли, состоящие из нескольких десятков знаков, по-вышаем защиту компьютерных программ от взлома. Но такой пароль трудно запомнить. Короткий пароль легко запомнить, но легко и подделать.
Используя более вместительные автобусы, уменьшаем количество автобусов на маршрутах и затраты на заработную плату водителей, но при этом увеличиваются время посадки и выхода пассажиров и интервалы движения. Используя небольшие авто-бусы, интервалы движения сокращаем, но затраты на заработную плату водителей возрастают.
Триз
Техническое противоречие можно отобразить следующей схемой (рис. 10):
Свойство «А»
ВЫЯВЛЕНИЕ ТЕХНИЧЕСКИХ ПРОТИВОРЕЧИЙ
Эта работа может быть выполнена в несколько шагов.
| шаг Пример выполнения | ||
| 1. Выберите техническую систему | Окно | Акваланг |
| 2. Поставьте цель развития ТС - улучшить какую-либо характеристику | Повысить прочность | Увеличить срок автономной работы |
| 3. Предложите, какой элемент ТС можно изменить и как, чтобы достичь цели | Увеличить толщину стекла | Увеличить размер воздушных балло-нов |
| 4. Выявите, какая полезная характеристика ТС при этом ухудшится | Уменьшится прозрачность стекла | Ухудшится манёвренность аквалан-гиста |
| 5. На основе шагов 3 и 4 сформулируйте техническое противоречие | Увеличивая в окне толщину стекла, повышаем его прочность, но при этом снижается освещённость | Увеличивая размер баллонов, увеличи-ваем длительность автономного плава-ния, но при этом акваланг становится менее удобным для манёвров |
| 6. Измените элемент, выбранный на шаге 3, противоположным образом и постройте техническое противоречие, обратное сде-ланному на шаге 5 | Уменьшая в окне толщину стекла, улучшаем освещённость, но при этом снижается его прочность | Уменьшая размер баллонов, делаем акваланг удобным для манёвров, но при этом снижается длительность автономного плавания |
Рис. 11. Схема ТПдля окна
Рис. 12. Схема ТПдля акваланга
Формулировка ИС в виде ТП имеет эвристический потенциал - она как бы отрезает пути поиска компромиссных, не идеальных решений, а также позволяет использовать инструмент «Приёмы устранения технических противоречий».
Противоречия
ФИЗИЧЕСКОЕ ПРОТИВОРЕЧИЕ
Ещё большим эвристическим потенциалом обладает физическое противоречие.
Стандартный путь совершенствования ТС - оптимизация, то есть выбор оптимальных значений их характеристик. При этом стараются достичь простого компромисса между противоположными требованиями к ТС. Но это не всегда возможно. Когда оптимизация не позволяет достичь нужного потребительского качества, приходится решать изобретательскую задачу.
Для этого нужно точно поставить задачу - достичь максимально возможного уровня реализации противоположных свойств. Такая задача формулируется в виде так называемого физического противоречия.
Большой толщины Малой толщины Большой Малый
для прочности для прозрачности для автономности для манёвренности
Рис. 13, ФП для окна Рис. 14. ФП для акваланга
В предлагаемой вниманию читателей работе А.С. Токарева показано, как одна и та же задача могла бы решаться с помощью каждого из сорока приемов, предложенных Г.С. Альтшуллером. Эти примеры конечно же не претендуют на то, чтобы закрыть реальную проблему защиты крыш от снега, о которой идет речь в работе. Это, в первую очередь, любопытные иллюстрации к приемам, позволяющие рассмотреть и сопоставить механизмы их действия. За многие годы, прошедшие после публикации Г.С. Альтшуллером списка из 40 приемов, накоплен определенный опыт практического использования этого инструмента.
В то же время, при изучении приемов они как правило иллюстрируются довольно ограниченным набором технических решений, взятых из различных областей техники. В подавляющем своем большинстве эти решения - иллюстрации были получены их авторами без применения приемов. Эти два фактора (ограниченное число иллюстраций и крайне ограниченное количество примеров реального использования приемов) затрудняют представление совокупности приемов именно как целостного и работающего инструмента. Предлагаемая работа призвана частично устранить этот недостаток. Она может быть полезна преподавателям, позволяя строить объяснение работы всей совокупности методов вокруг одной задачи.
Редактор
Примеры применения приемов
устранения технических противоречий
Токарев А.С.
Московский общественный институт технического творчества
2005/2006
Выпускная работа Часть 2
Разбор задачи с применением инструментов ТРИЗ
***
Одну из значимых частей ТРИЗ составляют приемы устранения технических противоречий (предложены Г.С.Альтшуллером. Подробнее смотри в http://www.altshuller.ru/triz/tools.asp) Приемы были получены путем обобщения решений большого количества задач в технике. Сегодня их применяют не только в технике, но и в бизнесе, рекламе. Рассмотрим использование этого инструмента при решении следующей проблемы.
Проблема: снег, падающий зимой на автостоянку, затрудняет передвижение автомобилей и пешеходов.
Прежде чем применять какие-либо методы решения, следует проблему свести к задаче, так как аналитически решать можно только задачу. Проблема, представляет собой негативное ощущение человека, поставившего ее. Задача же содержит исходные условия и характер результата, который должен быть получен. Поэтому, сначала следует хотя бы в общих чертах определить возможные направления решения проблемы, чтобы впоследствии конкретизировать их вплоть до формулировки задач. В нашем случае возможны следующие направления решения проблемы:
1. Совершенствовать средства передвижения пешеходов и автомобилей. Сейчас есть для пешеходов - лыжи, снегоступы, коньки, снегоходы с мотором; для автотранспорта - зимняя резина, цепи, гусеничный ход. Можно заняться их модернизацией.
2. Убирать или уничтожать упавший снег. Этим сейчас и занимаются дорожные службы в городах. В арсенале - дорожные машины, снегоуборщики, самосвалы, снегоплавильные станции, реагенты. Можно сконцентрировать усилия на их совершенствование.
3. Не допускать падения снега на поверхность дороги или тротуара. Из имеющихся средств - навесы. Улучшению этой, последней, технической системы (ТС) и будет посвящен дальнейший разбор.
Навесы используются для защиты поверхности от падения снега очень давно, но в условиях рыночной экономики к ним предъявляется дополнительное требование - иметь низкую себестоимость. Отсюда можно сформулировать новую, более узкую проблему: при защите автопарковки от падающего снега при использовании навеса приходится тратить деньги на его строительство. Мы получили административное противоречие: требуется снизить себестоимость навеса, но неизвестно, как это сделать. Это еще не задача - нет ни исходных данных, ни характера результата. Для того, чтобы привести это противоречие к технической задаче необходимо конкретизировать условия. Для этого следует описать техническую систему, с которой, или на основе которой, будет вестись разработка решений. Сразу нужно отметить, что получаемые решения не обязательно должны быть похожи на исходную ТС, ведь главной побуждающей силой является решение проблемы, а не модернизация имеющейся ТС.
Для того, чтобы выйти на техническое противоречие, для устранения которого можно будет применить приемы, необходимо предъявить к нашей ТС такие технические требования, которые требовали бы существования ТС в противоположных состояниях одновременно. Одно требование вытекает из главной функции ТС - не пропускать снег на автостоянку. Второе требование - "низкая себестоимость" не является техническим, так как напрямую не относится к технической стороне навеса. Значит надо найти технический эквивалент себестоимости и формулировать противоречие относительно него. В нашем случае возможно несколько вариантов таких эквивалентов. Рассмотрим некоторые из них.
Себестоимость навеса в основном складывается из стоимости материалов и стоимости работ по его постройке. Для обычных конструкций стоимость работ пропорциональна стоимости материалов, к тому же стоимость работ также не является технической характеристикой навеса и формулирование противоречия на ее основе не даст продвижения вперед. Стоимость материалов пропорциональна размеру защищаемой площади автостоянки, которая определяется заказчиком. Обратим внимание на конструкцию, которая состоит из крыши и опор. Площадь крыши также определяется размерами автостоянки. Из оставшихся технических характеристик можно выделить: толщину крыши, количество и расположение опор, площадь сечения опор.
Здесь следует особо подчеркнуть, что выбранная характеристика (например, толщина крыши) будет являться "наживкой", на которую мы будем "ловить" новые идеи, и выбор ее не имеет определяющего значения для решения задачи. В зависимости от выбранной характеристики и предъявленным к ней требованиям решение задачи может пойти по разным путям, но все они должны привести к решениям. Если вдруг выяснится, что в конкретных условиях на выбранную "наживку" реальные идеи "не ловятся", тогда можно выбрать другую (скажем, количество опор на единицу площади навеса), третью и так до полной победы. Более того, как будет показано ниже, получаемые решения часто будут иметь мало общего, как с исходно выбранной характеристикой, так и со структурой исходной ТС вообще.
В нашем случае выберем толщину крыши. Для того, чтобы стоимость материалов крыши была минимальной при определенной площади, ее толщина должна быть минимальна. Таким образом мы заменяем экономический критерий "низкая себестоимость" на техническую характеристику "минимальная толщина крыши".
Теперь можно сформулировать техническое противоречие: если толщину крыши сделать большой, то крыша удержит вес снега, но получится очень дорогой; если толщину крыши сделать маленькой, то она будет дешевой, но не сможет удержать вес снега и разрушится.
Итак, у нас образовалась конфликтующая пара в виде крыши и снега. Поскольку в ТС входит только крыша, то основные изменения будем осуществлять с ней. (В некоторых случаях, снег тоже может стать объектом применения приемов, то есть служить ресурсом для достижения нашей цели - борьбы с вредным давлением толщи снега).
Внимательный читатель заметит в приведенных выкладках еще одну пару противоположностей, касающуюся главной полезной функции крыши, а именно - не пропускать снег и удерживать вес снега. При кажущейся эквивалентности этих понятий существует следующая разница. Запись "удерживать вес снега" предполагает, что снег будет скапливаться и находиться на крыше все время. Запись "не пропускать снег" более общая, так как заранее не предполагает никакого конкретного "поведения" снега, кроме того, она точнее отражает функцию навеса - защита автостоянки, а не удержание снега. Ввиду того, что своей толщиной крыша обязана именно весу снега, который она должна удерживать в рамках традиционного решения, противоречие записано именно с термином "удержать вес снега". В противном случае не будет понятно, зачем нужна толщина, которая обеспечивает крыше прочность. Далее будут предложены примеры использования каждого приема для решения поставленной задачи.
Изложение организовано по следующей схеме: название приема, краткое его содержание, привязка или адаптация содержания приема к рассматриваемой задаче и решение, которое из этого вытекает. Название приемов и их краткое содержание цитируется по работе Г.С. Альтшуллера http://www.altshuller.ru/triz/technique1.asp . Процедура адапации не входит в число рекомендованных Г.С. Альтшуллером и почерпнута из иных методов работы с приемами (метод записной книжки Хефеле). Идеи решений носят оригинальный характер, они были получены автором настоящей работы. Следует отметить, что предлагаемые варианты адаптации и тем более полученные идеи решений не являются единственно возможными, а только одними из вариантов. В реальной практике, мысли, образующиеся в результате применения приемов, будут зависеть от опыта, эрудиции, фантазии, особенностей видения ресурсов и иных особенностей ситуации и многих других процессов, происходящих в психике решателя.
Прием 1. Принцип дробления. а) Разделить объект на независимые части;
б) Выполнить объект разборным;
в) Увеличить степень дробления объекта.
Адаптация: разделить крышу на много маленьких крыш, стоящих на своих опорах. Тогда основную нагрузку веса снега будут нести опоры и крышу можно делать тонкой.
Решение: сделать крышу в виде множества маленьких крыш на своих опорах. Представленное решение промежуточное, так как сразу возникает проблема большого количества опор.
Прием 2. Принцип вынесения. Отделить от объекта "мешающую" часть ("мешающее" свойство) или, наоборот, выделить единственно нужную часть (нужное свойство).
Адаптация: Мешающей частью является толщина крыши. Она появляется в основном из-за того, что нагрузка на крышу получается изгибающая и напряжения в материале весьма велики. Вот если бы удалось сделать нагрузку только растягивающую, то это значительно снизило бы напряжения.
Решение: Подвесить крышу на многочисленных тонких тросах, закрепленных на зданиях или высоких опорах.
Прием 3. Принцип местного качества.
а) Перейти от одной структуры объекта (или внешней среды, внешнего воздействия) к неоднородной.
б) Разные части объекта должны иметь (выполнять) различные функции.
в) Каждая часть объекта должна находиться в условиях, наиболее благоприятных для ее работы.
Адаптация: поскольку у крыши две функции - не пропускать снег и удерживать его вес, следует разделить ее на элементы, специализирующиеся на этих функциях.
Решение: Сделать крышу из двух слоев - один будет снегонепроницаемым, второй силовым, удерживающим весовую нагрузку.
Прием 4. Принцип ассиметрии.
а) Перейти от симметричной формы объекта к асимметричной.
б) Если объект асимметричен, увеличить степень асимметрии.
Адаптация: Исходная ТС представлена как плоскость, лежащая на опорах. Придать ей ассиметричную форму можно наклонив эту плоскость.
Решение: Сделать крышу наклонной, уменьшив тем самым нагрузку на единицу площади крыши, а также с наклонной крыши снег будет скатываться и не будет накапливаться на ней, что тоже уменьшит нагрузку.
Прием 5. Принцип объединения.
а) Соединить однородные или предназначенные для смежных операций объекты.
б) Объединить во времени однородные или смежные операции.
Адаптация: следует соединить все соседние крыши между собой, уменьшив таким образом количество опор и увеличив надежность.
Решение: Делать крыши единым навесом используя в качестве опор все годные для этого сооружения (здания, столбы, киоски и пр.)
Прием 6. Принцип универсальности. Объект выполняет несколько разных функций, благодаря чему отпадает необходимость в других объектах.
Адаптация: Следует добавить крыше выполнение других функций, например быть полом.
Решение: Надстроить над автостоянкой один этаж, который использовать под офис или склад.
Прием 7. Принцип "матрешки".
а) Один объект размещен внутри другого объекта, который, в свою очередь, находится внутри третьего и т. д.;
б) Один объект проходит сквозь полость в другом объекте.
Адаптация: Разместить крышу внутри другой крыши.
Решение: Организовать автостоянку под имеющимися сооружениями - эстакадами, мостами, перекрытиями или заглубить автостоянку под землю.
Прием 8. Принцип антивеса.
а) Компенсировать вес объекта соединением с другими объектами, обладающими подъемной силой.
б) Компенсировать вес объекта взаимодействием со средой (за счет аэро-, гидродинамических и других сил).
Адаптация: Следует компенсировать вес снега соединением его или крыши с объектом, обладающим подъемной силой.
Решение: Прикрепить к крыше воздушный шар или дирижабль, который будет удерживать вес снега.
Прием 9. Принцип предварительного антидействия.
а) Заранее придать объекту напряжения, противоположные недопустимым или нежелательным рабочим напряжениям.
б) Если по условиям задачи необходимо совершить какое-то действие, надо заранее совершить антидействие.)
Адаптация: Нужно создать в крыше напряжения, противоположные рабочим.
Решение: Крышу изготавливать из двух или более листов, создав в этом пакете предварительные напряжения и установить ее так, чтобы эти напряжения были противоположны рабочим напряжениям, образующимся под действием веса снега.
Адаптация: Создать в крыше предварительные напряжения, которые использовать для сброса снега с крыши.
Решение: Сделать крышу в виде полотна закрепленного по периметру на пружинах (как в раскладной кровати или батуте). Перед падением снега прогнуть крышу вниз и закрепить. Когда накопится снег, крышу отпустить и тогда, под действием пружин, крыша взлетит вверх и сбросит снег с себя.
Прием 10. Принцип предварительного действия.
а) Заранее выполнить требуемое изменение объекта (полностью или хотя бы частично).
б) Заранее расставить объекты так, чтобы они могли вступить в действие с наиболее удобного места и без затрат времени на доставку.
Адаптация: Заранее уменьшить количество снега, падающего на крышу.
Решение: Сдувать падающий снег в сторону от крыши с помощью больших вентиляторов.
Прием 11. Принцип "заранее подложенной подушки". Компенсировать относительно невысокую надежность объекта заранее подготовленными аварийными средствами.
Адаптация: Невысокая надежность крыши может привести к ее обрушению. Следует позаботиться о предотвращении разрушительных последствий.
Решение: Крыша рассчитывается на средние нагрузки и при этом делается еще один уровень под ней на случай обрушения.
Прием 12. Принцип эквипотенциальности.
Изменить условия работы так, чтобы не приходилось поднимать или опускать объект.
Адаптация: снег не должен опускаться на крышу, снег не должен покидать тучу.
Решение: Уничтожать снежные тучи или заставить снег идти в другом месте.
Прием 13. Принцип "наоборот".
а) Вместо действия, диктуемого условиями задачи, осуществить обратное действие (например, не охлаждать объект, а нагревать).
б) Сделать движущуюся часть объекта (или внешней среды) неподвижной, а неподвижную - движущейся.
в) Перевернуть объект "вверх ногами".
Адаптация: Перевернуть систему снег-крыша. Снег должен поддерживать крышу. Решение: Сделать крышу в виде сетки, к которой с высокой частотой прикреплено большое количество нитей, свисающих с сетки вниз. Снег должен застревать между нитями, уплотняться и держать себя сам.
Прием 14. Принцип сфероидальности.
а) Перейти от прямолинейных частей объекта к криволинейным, от плоских поверхностей к сферическим, от частей, выполненных в виде куба или параллелепипеда, к шаровым конструкциям.
б) Использовать ролики, шарики, спирали.
в) Перейти к вращательному движению, использовать центробежную силу.
Адаптация: перейти от плоской крыши к сферической.
Решение: Сделать крышу в виде сферического или полуцилиндрического купола. Это уменьшит нагрузку на единицу поверхности крыши, а также будет способствовать скатыванию снега с крыши.
Адаптация: перейти к вращательному движению крыши.
Решение: Сделать крышу в виде вращающегося диска. Снег под действием центробежных сил будет слетать с крыши, уменьшая нагрузку. Кроме того. Центробежные силы будут растягивать саму крышу, компенсируя изгибающие нагрузки от веса снега.
Прием 15. Принцип динамичности.
а) Характеристики объекта (или внешней среды) должны меняться так, чтобы быть оптимальными на каждом этапе работы.
б) Разделить объект на части, способные перемещаться относительно друг друга;
в) Если объект в целом неподвижен, сделать его подвижным, перемещающимся.
Адаптация: сделать крышу подвижной.
Решение: сделать крышу в виде горизонтально расположенной транспортерной ленты. Когда начнет падать снег включить транспортер и тогда крыша будет сбрасывать снег в сторону.
Прием 16. Принцип частичного или избыточного решения.
Если трудно получить 100% требуемого эффекта, надо получить "чуть меньше" или "чуть больше". Задача при этом может существенно упроститься.
Адаптация: "Чуть меньше" означает, что крыша может задерживать не весь упавший на нее снег.
Решение: Сделать крышу с отверстиями, что снизит расход материала. Некоторое количество снега, выпадающего в отверстия не создаст серьезных проблем для движения на автопарковке и будет растоплено шинами и выхлопными газами.
Прием 17. Принцип перехода в другое измерение.
а) Трудности, связанные с движением (или размещением) объекта по линии, устраняются, если объект приобретает возможность перемещаться в двух измерениях (то есть на плоскости). Соответственно, задачи, связанные с движением (или размещением) объектов в одной плоскости, устраняются при переходе к пространству трех измерений.
б) Многоэтажная компоновка объектов вместо одноэтажной.
в) Наклонить объект или положить его "набок".
г) Использовать обратную сторону данной площади.
д) Использовать оптические потоки, падающие на соседнюю площадь или на обратную сторону имеющейся площади.
Адаптация: Сделать крышу не из одного слоя, а из нескольких.
Решение: Сделать крышу в виде нескольких слоев сеток, расположенных на небольшом расстоянии друг от друга и имеющим разный размер ячейки - крупные ячейки выше, мелкие ниже. Снег будет просачиваться через верхние слои, постепенно достигая нижних. Тогда нагрузка будет распределена по вертикали, и вес приходящийся на одну сетку будет значительно меньше.
Прием 18. Использование механических колебаний.
а) Привести объект в колебательное движение.
б) Если такое движение уже совершается, увеличить его частоту (вплоть до ультразвуковой).
в) Использовать резонансную частоту.
г) Применить вместо механических вибраторов пьезовибраторы.
д) Использовать ультразвуковые колебания в сочетании с электромагнитными полями.
Адаптация: привести крышу в колебательное движение.
Решение: Возбудить в крыше вертикальные колебания, что позволит поддерживать снег за счет динамических сил. Если при этом слегка наклонить крышу, то постепенно снег будет с нее сползать.
Прием 19. Принцип периодического действия.
а) Перейти от непрерывного действия к периодическому (импульсному).
б) Если действие уже осуществляется периодически - изменить периодичность.
в) Использовать паузы между импульсами для другого действия. Адаптация: крыша должна удерживать снег периодически, а периодически не удерживать снег. Крыша должна периодически очищаться от снега. Следует установить на ней периодический очиститель.
Решение: Установить на крыше надувную подушку, в которую периодически резко подавать газ. Надуваясь и увеличиваясь подушка будет сбрасывать снег с себя и крыши.
Прием 20. Принцип непрерывности полезного действия.
а) вести работу непрерывно (все части объекта должны все время работать с полной нагрузкой).
б) устранить холостые и промежуточные ходы.
Адаптация: Исходя из этого приема, крыша должна непрерывно находиться под максимальной нагрузкой. Но снег падает периодически, значит нагрузку надо добавить. Например, собрать на крышу весь снег из соседних участков. Тогда оправдано сделать крышу толстой.
Решение: Сделать толстую крышу в виде хранилища снега, куда собирать его со всех соседних участков.
Прием 21. Принцип проскока.
Вести процесс или отдельные его этапы (например, вредные или опасные) на большой скорости.
Адаптация: Вредным является процесс удержания снега. Его нужно осуществлять так быстро, чтобы нагрузка на крышу не превзошла критическую. Крыша должна появляться на некоторое время, в течение которого она начнет деформироваться под действием нагрузки, но недостаточное для развития разрушающих деформаций. После чего на ее месте должна оказываться другая, недеформированная крыша.
Решение: Крыша должна представлять собой ленту, движущуюся с огромной скоростью так, чтобы ее участок, на котором лежит снег, не успел деформироваться до разрушающих нагрузок.
Прием 22. Принцип "обратить вред в пользу".
а) Использовать вредные факторы (в частности, вредное воздействие среды) для получения положительного эффекта.
б) Устранить вредный фактор за счет сложения с другим вредным фактором.
в) Усилить вредный фактор до такой степени, чтобы он перестал быть вредным.
Адаптация: Вредным фактором является снег. Усилить его - значит увеличить его количество. Если увеличить количество снега аж до самой земли, то он начнет держать себя сам.
Решение: Сделать крышу в виде перевернутых конусов, опирающихся на землю. Снег заполняя конусы будет частично поддерживать себя.
Прием 23. Принцип обратной связи.
а) Ввести обратную связь.
б) Если обратная связь есть - изменить ее.
Адаптация: обратная связь в нашем случае может быть записана так: чем больше снега - тем толще нужна крыша или чем больше снега - тем быстрее его надо убирать. Используя полученное ранее решение с наклоном крыши можно получить его модификацию.
Решение: Наклон крыши увеличивается по мере усиления снегопада.
Прием 24. Принцип "посредника".
а) Использовать промежуточный объект, переносящий или передающий действие.
б) На время присоединить к объекту другой (легко удаляемый) объект.
Адаптация: На время присоединить к крыше элементы, помогающие ей удерживать снег.
Решение: В случае большого количества снега на крыше устанавливать дополнительные опоры, которые убирать после очистки крыши от снега.
Прием 25. Принцип самообслуживания.
а) Объект должен сам себя обслуживать, выполняя вспомогательные и ремонтные операции.
б) Использовать отходы (энергии, вещества).
Адаптация: крыша сама должна себя обслуживать. Так как снег она не пропускает (по условию задачи), то обслуживание может заключаться в самоочистке от снега. У крыши должны быть элементы, помогающие ей очиститься от снега. Желательно за счет самого снега.
Решение: Сделать крышу из пружинящих лепестков. Падающий снег, накапливаясь, будет сжимать пружинистые лепестки, которые распрямляясь будут отбрасывать снег в сторону от крыши.
Прием 26. Принцип копирования.
а) Вместо недоступного, сложного, дорогостоящего, неудобного или хрупкого объекта использовать его упрощенные и дешевые копии.
б) Заменить объект или систему объектов их оптическими копиями (изображениями). Использовать при этом изменение масштаба (увеличить или уменьшить копии).
в) Если используются видимые оптические копии, перейти к копиям инфракрасным или ультрафиолетовым.
Адаптация: оптическая копия крыши - это голограмма. Голограмма выполняется с помощью лазерного луча. Если мощность луча достаточно велика, то такая "лазерная" крыша может плавить снег сама.
Решение: Крыша в виде лазерного луча, организованного в плоскость и имеющего достаточную мощность для плавления падающего снега.
Прием 27. Дешевая недолговечность взамен дорогой долговечности. Заменить дорогой объект набором дешевых объектов, поступившись при этом некоторыми качествами (например, долговечностью).
Адаптация: крыша должна стать одноразовой и уничтожаться после каждого снегопада.
Решение: Сделать крышу в виде ковра, к которому прилипает снег. После снегопада ковер со снегом скатать в рулон и отправить на снегоплавильную станцию или складировать до весны, а на крыше расстелить новый ковер.
Прием 28. Замена механической схемы.
а) Заменить механическую систему оптической, акустической или "запаховой".
б) Использовать электрические, магнитные и электромагнитные поля для взаимодействия с объектом.
в) Перейти от неподвижных полей к движущимся, от фиксированных - к меняющимся по времени, от неструктурных - к имеющим определенную структуру.
г) Использовать поля в сочетании с ферромагнитными частицами.
Адаптация: применить для удержания снега электростатические или магнитные поля.
Решение: Перед подлетом снега к крыше его следует электростатически зарядить или намагнитить и далее удерживать или менять траекторию падения с помощью электростатических или магнитных полей.
Прием 29. Использование пневмо- и гидроконструкций. Вместо твердых частей объекта использовать газообразные и жидкие: надувные и гидронаполняемые, воздушную подушку, гидростатические и гидрореактивные.
Адаптация: использовать надувные конструкции крыши.
Решение: Сделать крышу в виде надувной подушки с постоянным давлением. В этом случае основную нагрузку будет держать газ, а нагрузка на оболочку, работающую только на растяжение будет заметно снижена.
Прием 30. Использование гибких оболочек и тонких пленок.
а) Вместо обычных конструкций использовать гибкие оболочки и тонкие пленки.
б) Изолировать объект от внешней среды с помощью гибких оболочек и тонких пленок.
Адаптация: Так как исходная задача уже подразумевает крышу, как плоскость не имеющую толщины, применение этого приема "в лоб" не даст ничего нового. Значит надо посмотреть на ситуацию по-другому. Пленка - это не обязательно пленка вещества, это может быть пленка воздуха.
Решение: Установить по всей поверхности крыши сопла, подающие воздух. Снег будет или динамически поддерживаться в воздухе или сдуваться в сторону, если крышу или сопла наклонить.
Прием 31. Применение пористых материалов.
а) Выполнить объект пористым или использовать дополнительные пористые элементы (вставки, покрытия и т. п.)
б) Если объект уже выполнен пористым, предварительно заполнить поры каким-то веществом.
Адаптация: крыша должна быть пористой
Решение: Сделать крышу в виде натянутой сетки с ячейками имеющими размер, не позволяющий снегу проникнуть через них. Расход материала уменьшится.
Решение 2: Сделать толстую крышу из легкого пористого материала с крупными порами. Снег забиваясь в поры будет формировать массу, способную нести силовую нагрузку.
Прием 32. Принцип изменения окраски.
а) Изменить окраску объекта или внешней среды.
б) Изменить степень прозрачности объекта или внешней среды.
в) Для наблюдения за плохо видимыми объектами или процессами использовать красящие добавки.
г) Если такие добавки уже применяются, использовать меченые атомы.
Адаптация: изменить окраску крыши или снега.
Решение: Если распылить на выпавший снег черную краску, то это будет способствовать быстрейшему его таянию под воздействием солнечных лучей.
Прием 33. Принцип однородности. Объекты, взаимодействующие с данным объектом, должны быть сделаны из того же материала (или близкого ему по свойствам).
Адаптация: крыша должна быть сделана из снега.
Решение: Сделать крышу ледяной либо из первого выпавшего снега, либо предварительно соорудить ледяную конструкцию.
Прием 34. Принцип отброса и регенерации частей.
а) Выполнившая свое назначение или ставшая ненужной часть объекта должна быть отброшена (растворена, испарена и т. д.) или видоизменена непосредственно в ходе работы.
б) Расходуемые части объекта должны быть восстановлены непосредственно в ходе работы.
Адаптация: крыша должна исчезать выполнив свою функцию - не дать снегу упасть на автостоянку. Тогда она должна исчезать вместе со снегом. Это похоже на непрерывный поток.
Решение: Пустить по наклонной крыше теплую воду, которая стекая, будет забирать с собой падающий на нее снег.
Прием 35. Изменение физико-химических параметров объекта.
а) Изменить агрегатное состояние объекта.
б) Изменить концентрацию или консистенцию.
в) Изменить степень гибкости.
г) Изменить температуру.
Адаптация: изменить агрегатное состояние снега.
Решение: Подогреть крышу и снег лежащий на ней, чтобы он превратился в воду. Тогда он сможет сам стечь с нее уменьшив нагрузку.
Прием 36. Применение фазовых переходов. Использовать явления, возникающие при фазовых переходах, например изменение объема, выделение или поглощение тепла и т. д.
Адаптация: Процесс уплотнения снега при его длительном лежании приводит к повышению плотности и прочности снега. Этот эффект можно использовать для поддержания прочности крыши.
Решение: Сделать крышу в виде толстой арочной конструкции с радиальными каналами. Снег заполняя каналы будет спрессовываться по мере приближения к геометрическому центру и станет способен выдерживать силовую нагрузку.
Прием 37. Применение термического расширения.
а) Использовать термическое расширение (или сжатие) материалов.
б) Если термическое расширение уже используется, применить несколько материалов с разными коэффициентами термического расширения.
Адаптация: можно использовать термическое расширение материала крыши для выравнивания нагрузки на нее.
Решение: Сделать крышу из двух листов с разным коэффициентом термического расширения. В результате выпадения снега температурное поле на крыше будет меняться и в крыше будут возникать напряжения, которые можно использовать для компенсации веса снега.
Приeм 38. Применение сильных окислителей.
а) Заменить обычный воздух обогащенным.
б) Заменить обогащенный воздух кислородом.
в) Воздействовать на воздух или кислород ионизирующими излучениями.
г) Использовать озонированный кислород.
д) Заменить озонированный (или ионизированный) кислород озоном.
Основная цель этой цепи приемов - повысить интенсивность процессов.
Адаптация: можно повысить интенсивность таяния или растворения снега.
Решение: Подавать на поверхность крыши специальные химические реагенты, растворяющие снег или переводящие его в жидкое состояние.
Прием 39. Применение инертной среды.
а) Заменить обычную среду инертной.
б) Вести процесс в вакууме.
Адаптация: Понятие "инертный" означает - не реагирующий. Следует сделать снег не реагирующим с крышей, например, исключить или значительно ослабить силу притяжения или удельный вес снега. Это возможно, если превратить его в пар. Решение: При подлете снега к крыше следует превратить его в пар путем нагревания тепловыми или СВЧ установками.
Прием 40. Применение композиционных материалов. Перейти от однородных материалов к композиционным.
Решение: Сделать крышу из композиционного материала.
Представленные решения можно разделить на две основные группы: повышающие несущую способность крыши и уменьшающие снеговую нагрузку на крышу. Следует отметить, что в случае постановки задачи в формулировке "удерживать снег" вторая часть массива решений не была бы получена, несмотря на их дееспособность.
Очевидно также, что не все приемы давали одинаково действенные решения, а некоторые приемы приводили к решениям, похожим на другие. Для того, чтобы оптимизировать работу с приемами была построена "Таблица выбора приема устранения технических противоречий" в которой для разрешения конкретных видов противоречий рекомендовалось применять не все приемы, а только определенные.
Для выбора приемов с помощью таблицы необходимо определить два параметра: что мы хотим улучшить и что при этом ухудшается. Для этого вспомним ТП, записанное в начале разбора: "если толщину крыши сделать большой, то крыша удержит вес снега, но получится очень дорогой; если толщину крыши сделать маленькой, то она будет дешевой, но не сможет удержать вес снега и разрушится". Но в стандартной таблице выбора приемов нет терминов "толщина" и "стоимость". Значит, придется найти адекватные замены этим терминам с учетом особенностей рассматриваемой технической задачи. Сразу нужно отметить, что возможно несколько вариантов замены. Рассмотрим два из возможных.
Вариант замены терминов №1
Как было показано в предварительном анализе, эквивалентом стоимости может служить материалоемкость крыши. Термина "материалоемкость" также нет в таблице, но есть термин "объем неподвижного объекта". Если представлять крышу относительно монолитной конструкцией, то "материалоемкость", как вес материала может быть заменена "объемом неподвижного объекта" (крыши), считая плотность материала постоянной.
Термин "толщина", как линейный размер, может быть заменен на "длину неподвижного объекта".
Тогда получаем, что по условиям задачи надо изменить "длину неподвижного объекта" и при этом ухудшается "объемом неподвижного объекта". С помощью таблицы, определяем рекомендуемые приемы разрешения ТП: №№ 35, 8, 2, 14. Решения, получаемые с помощью этих приемов описаны выше.
Вариант замены терминов №2
Используем часть ТП "если толщину крыши сделать маленькой, то она будет дешевой, но не сможет удержать вес снега и разрушится". Термин "толщина", как и прежде заменяем на "длину неподвижного объекта". Термин "удержать вес" может быть заменен на "прочность", таким образом, у нас при изменении "длины" (толщины) ухудшается "прочность". Но в таблице не оказывается рекомендаций по разрешению такого противоречия. Требуется еще одна замена терминов.
В нашем случае термин "толщина", для подстановки его в графу "что требуется изменить", путем нескольких итераций может быть заменен на "объем неподвижного объекта". Интересно, что в предыдущем варианте этот термин использовался в разделе "что ухудшается". В результате, при паре нужно изменить "объем неподвижного объекта" и при этом ухудшается "прочность", получаем рекомендацию воспользоваться приемами №№ 28, 6, 32.
Легко заметить, что среди них нет ни одного приема из рекомендованных для предыдущего рассмотренного варианта выбора параметров подстановки №1. Получается, что в зависимости от выбранной адаптации задачи к терминам таблицы могут быть рекомендованы совершенно разные приемы даже для одного и того же технического противоречия. Отсюда следует, что к вопросу замены терминов задачи на термины, присутствующие в таблице, следует подходить внимательно и в случае неоднозначности пробовать все возможные варианты для получения большего количества решений. Правда, так можно очень быстро придти к тотальному перебору всех приемов.
Обобщая результаты можно сделать следующие выводы: 1.
Качество решений, получаемых с помощью приемов, зависит как от кругозора решателя, так и от его настойчивости. 3.
Перечень терминов, используемых в качестве входных данных в таблице разрешения ТП, может оказаться недостаточным. Необходима работа по расширению таблицы и заполнению пустых клеток внутри существующей.
Объекты техники, как и весь мир, развиваются по закону единства и борьбы противоположностей, а само развитие выглядит как процесс зарождения, обострения и разрешения противоречий.
Социально-техническое противоречие - противоречия между потребностями общества и возможностями их удовлетворения с помощью технических средств. Потребность есть, а средств для ее удовлетворения нет. Например, давно у людей возникла потребность побывать на Луне, Марсе, но необходимых для этого технических средств не было.
Техническое противоречие - единство улучшения и ухудшения сторон технической системы, единство положительного и нежелательного эффектов при изменении части системы.
"Нет худа без добра и добра без худа".
Например, возникла потребность улучшить качество обработанной поверхности, фрезеруемой станке. Этого можно достичь, если увеличить скорость резания. Однако при этом возникают нежелательные (вредные) эффекты: увеличился уровень шума, возникла вибрация. Отношение между потребностью и обычным путем ее разрешения с помощью станка настолько обострилось, что стало тормозом дальнейшего развития.
Технических систем без противоречий не бывает . Вместо устраненного противоречия возникает другое. Поэтому задача разработчика технической системы сводится к устранению исходного нежелательного эффекта и недопущению других нежелательных эффектов.
Методы разрешения технических противоречий.
Для разрешения технических противоречий и поиска новых решений создано около тридцати методов.
Известные методы технического творчества можно объединить в несколько групп:
1. Метод мозгового штурма - базируется на принципе мозговой атаки.
2. Метод морфологического ящика - базируется на морфологическом анализе.
3. Метод контрольных вопросов.
4. Методы эвристических приемов.
5. Методы, основанные на алгоритмах решения изобретательских задач.
Метод мозгового штурма.
Был разработан морским офицером США Алексом Осборном после второй мировой войны.
Известна история рождения метода мозгового штурма.
Однажды судно А. Осборна, на которым он был капитаном, шло с грузом в Европу. Капитан получил предупреждение о возможной атаке немецких подводных лодок. А. Осборн собрал команду на палубе и попросил высказать соображения как спасти судно от торпед подлодок. Один из матросов сказал, что нужно всей команде встать вдоль борта и при обнаружении торпеды дружно дуть на нее, чтобы отдуть ее в сторону. Встреча с подлодками на этот раз не состоялась, однако высказанная идея была реализована. Вернувшись на базу, А. Осборн оснастил судно вентилятором, создающим мощный направленный воздушный поток, и этим вентилятором в одном из рейсов действительно отдул торпеду от борта. Используя этот опыт, после войны А. Осборн разработал метод мозговой атаки и создал свою школу изобретателей и рационализаторов.
Согласно методу поиск проводится двумя группами в два этапа. Первая группа – группа генераторов – предлагает идеи, строго придерживаясь правила запрета критики. Вторая группа – группа экспертов – обсуждает и анализирует выдвинутые идеи.
Группа генераторов состоит из 5…12 человек. В группу приглашаются специалисты-смежники (конструкторы, технологи, экономисты, снабженцы), один-два человека со стороны (врач, парикмахер). Заседание группы продолжается 30…50 мин под руководством ведущего. Ведущий должен обеспечить раскрепощенную обстановку в группе. Идеи записываются магнитофоном. За один сеанс обычно высказывается 50…150 разных идей.
Затем идеи передаются группе экспертов, которые их анализируют и пытаются оценить скрытые возможности предложений.
Благодаря своей простоте и легкости освоения в пятидесятых годах метод мозгового штурма быстро распространился и считался лучшим методом поиска во всех областях науки и техники.
На базе метода мозгового штурма в период 1952…1959 гг. Уильямом Дж. Гордоном разработан метод синектики . Слово “синектика” означает “совмещение разрозненных элементов”.
Метод синектики.
Для генерации новых идей формируется группа синекторов из 5…7 человек, прошедших предварительную подготовку. Синектор – человек с широким кругозором, имеющий, как правило, две специальности, например, врач-механик, химик-музыкант и т.п.
При подготовке синекторов учат применять в процессе поиска идей следующие четыре вида аналогий:
· прямая аналогия;
· личностная аналогия или эмпатия;
· аналогия фантастическая;
· аналогия символическая.
Прямая аналогия.
Ее используют все инженеры и изобретатели. Для этого они ищут аналогичные ситуации, встречающиеся в других задачах, в природе. Природа создала много примеров различных способов и механизмов. Например, известны сотни конструкций насосов, аналогами которым послужили сердца разных животных.
Основные понятия классической ТРИЗ, в том числе, противоречия, были определены еще в книгах Г.С. Альтшуллера и с тех пор не подвергались серьезной ревизии и уточнению.
Сегодня ТРИЗ применяется не только в сфере развития технических систем, но и в других сферах человеческой деятельности, в частности, в сферы развития информационных и бизнес-систем. Для успешного применения ТРИЗ в этих сферах требуется согласование понятий, в том числе, противоречий, с понятиями, которые используются специалистами по информационным и бизнес-системам.
Сегодня уже предпринимаются попытки, например, в , провести такую ревизию понятий. Однако пока не решены некоторые проблемы, в том числе,
- Плохо определена связь между административным и техническим противоречием.
- Нет единой модели, описывающей разные виды противоречий, в частности, как соотносится противоречие альтернативных систем с техническим и физическим противоречиями.
- Наименования и структура видов противоречий плохо подходят для использования в других (не-технических) областях.
В данной статье предлагается общая схема понятия противоречий, в которой устранены указанные недостатки.
Требования и ограничения
Понятие «требование» является одним из ключевых в инженерной деятельности. Пожалуй, наиболее зрелые технологии управления требованиями сегодня используются в таких сферах, как системная инженерия и инженерия программного обеспечения .
В системной инженерии сегодня принято различать 2 уровня требований:
- Система рассматривается в виде «чёрного ящика». Требования к системе описывают, что от системы хотят ее стейкхолдеры, а также что необходимо надсистеме, в которую входит рассматриваемая система. Такого рода требования называются требованиями стейкхолдеров .
- Система рассматривается в виде «прозрачного ящика» на различных стадиях жизненного цикла. Соответственно, такие требования включают предположения о том, как система должна быть устроена (состав и структура системы), а также как она должна себя вести (функционирование системы). Такого рода требования называются системными требованиями .
Очевидно, что системные требования связаны с требованиями стейкхолдеров. По сути, системные требования описывают способы, посредством которых в системе должны реализовываться требования стейкхолдеров.
Особый вид требований в системной инженерии – это ограничения, которым должна удовлетворять система. Широко применяемое в ТРИЗ понятие «нежелательный эффект» полностью соответствует понятию «ограничение».
Пример.
Компания «К» внедрила систему электронного документооборота. Данная система позволила планировать сроки обработки и длительность маршрута каждого документа в подразделениях компании «К». Для этого в компании «К» для каждого вида документа установлены нормативные сроки его обработки в подразделении.
Однако в деятельности компании «К» присутствуют документы, которые поступают от внешних контрагентов «А» (накладные, счета и т.п.), а также документы, маршрут обработки которых предполагает их передачу контрагентам «А» и последующий возврат в компанию «К» (коммерческие предложения, договоры, проектная документация и т.п.).
Одно из возможных решений – это согласование с контрагентами «А» для определенных видов документов нормативных сроков их обработки у контрагента. Но не все контрагенты согласны такие нормативы устанавливать и соблюдать. В некоторых случаях согласование нормативов невозможно из-за сроков или по каким-либо другим причинам.
В приведенном выше примере можно выделить следующие требования стейкхолдеров:
- Руководство компании «К» хочет, чтобы в системе документооборота устанавливались сроки и маршруты обработки каждого документа.
- Руководство контрагента «А» хочет, чтобы документы компании «К» обрабатывались без нормативов.
Системные требования
:
(СТ1) Для каждого вида документа и каждого вида обработки в подразделениях компании «К» должны быть установлены сроки выполнения.
Системное ограничение
:
(СО1) Для документов, обрабатываемы контрагентами «А», сроки выполнения обработки документов у контрагента неизвестны.
Общая схема противоречий
Административное противоречие
Известно следующее определение административного противоречия (АП): «нужно что-то сделать, а как сделать – неизвестно…» .
В рамках предлагаемой схемы АП может быть представлено как требование и неизвестный (или не определенный) способ его выполнения. Схема административного противоречия представлена на следующем рисунке.
Из представленной схемы следует, что АП описывает неопределенную изобретательскую ситуацию. Для ее уточнения и выявления противоречия необходимо выбрать известный способ выполнения требования.
Например, в приведенном выше примере требование СТ1 (для каждого вида документа и каждого вида обработки в подразделениях компании «К» должны быть установлены сроки выполнения) не может быть реализовано, для случая, когда документ обрабатывается контрагентом. В этом случае имеет место ограничение СО1 (для документов, обрабатываемы контрагентами «А», сроки выполнения обработки документов у контрагента неизвестны).
В рассматриваемом примере административное противоречие может быть определено следующим образом:
Как реализовать требование СТ2 (в системе документооборота нужно установить в нормативный срок обработки документа у контрагента «А»)?
Техническое противоречие
В ТРИЗ техническое противоречие (ТП) определено как …взаимодействия в системе, состоящие, например, в том, что полезное действие вызывает одновременно и вредное. Или – введение (усиление) полезного действия, либо устранение (ослабление) вредного действия вызывает ухудшение (в частности, недопустимое усложнение) одной из частей системы или всей системы в целом .
В рамках предлагаемой схемы ТП может быть представлено следующим образом: известный способ (или его изменение) приводит к возникновению противоречия между 2-мя требованиями. Схема ТП представлена на следующем рисунке.
Из схемы следует, что ТП описывает отношение между способом и противоречивыми требованиями. Соответственно, мы можем использовать для обозначения данной структуры термин «противоречие требований». Данный термин уже используют М. Рубин и В. Кияев в .
Пример.
Для реализации требования СТ2 (в системе документооборота нужно установить в нормативный срок обработки документа у контрагента «А») можно использовать следующий известный способ: согласовать с контрагентом «А» нормативный срок обработки документа. Однако использование данного способа нарушит одно из требований стейкхолдеров (руководство контрагента «А» хочет, чтобы документы компании «К» обрабатывались без нормативов).
В этом случае мы получаем противоречие:
Если
согласовать нормативные сроки обработки документов с контрагентом «А»,
То
(+) мы сможем реализовать требование СТ1 (в системе документооборота нужно установить в нормативный срок обработки документа у контрагента «А»),
Но
(-) не реализуем требование стейкхолдера (руководство контрагента «А» хочет, чтобы документы компании «К» обрабатывались без нормативов).
Разделение противоречия на ТП1 и ТП2 в АРИЗ в рамках предлагаемой схемы противоречий представляет собой операцию со способом: изменение способа порождает ТП1, не изменение способа – ТП2. В частном случае, это может быть использование и не использование известного способа.
Например, в системе документооборота ТП1 может быть сформулировано так, как указано выше, а ТП2 – следующим образом:
Если
Не согласовать нормативные сроки обработки документов с контрагентом «А»,
То
i>(+) мы обеспечиваем реализацию требования стейкхолдера (руководство контрагента «А» хочет, чтобы документы компании «К» обрабатывались без нормативов).
Но
(-) мы не сможем реализовать требование СТ1 (в системе документооборота нужно установить в нормативный срок обработки документа у контрагента «А»).
Противоречие альтернативных систем
Понятие альтернативного технического противоречия (АТП) или противоречия альтернативных систем предложено В. Герасимовым и С. Литвиным в методе объединения альтернативных систем в надсистему, описанном в . В соответствии с этим методом пара технических противоречий формулируется в соответствии со следующим шаблоном :
АТП1
: Если система реализована в виде базовой системы, то ее достоинством является (указать), но при этом имеется недостаток (указать).
АТП2
: Если система реализована в виде (указать название альтернативной системы), то ее достоинством является (указать устраненный недостаток базовой системы), но при этом имеется недостаток (указать).
В рамках предлагаемой схемы альтернативное техническое противоречие (АТП) может быть представлено следующим образом.
В ТРИЗ физическое противоречие (ФП) определено следующим образом:
… часть рассматриваемой системы должна находиться в таком-то физическом состоянии, чтобы удовлетворять одному требованию задачи, и должна находиться в противоположном состоянии, чтобы удовлетворять другому требованию задачи .
М. Рубин и В. Кияев в предложили новое наименование для ФП – противоречие свойств (ПС). Их определение выглядит так:
формулировка противоположного состояния того или иного свойства одного элемента системы, необходимое для реализации противоположенных требований к системе.
Другими словами, для определения ФП (ПС) необходимо выделить элемент, который должен обладать противоположными свойствами, чтобы удовлетворить противоречивым требованиям. Очевидно, что объект с противоположными свойствами – это элемент, который входит в состав способа, который был выбран в АП и рассматривался в ТП.
В рамках предлагаемой схемы ФП (ПС) может быть представлено следующим образом:
Например, в противоречии, сформулированном для системы документооборота, мы рассматриваем способ (согласовать нормативные сроки обработки документов с контрагентом «А»). Объект, который лежит в основе противоречия – это срок обработки документа у контрагента «А».
Соответственно, противоречие свойств можно сформулировать следующим образом:
нормативный срок должен быть установлен
, чтобы мы сможем реализовать требование СТ1 (в системе документооборота нужно установить в нормативный срок обработки документа у контрагента «А»),
И
нормативный срок не должен быть установлен
, чтобы мы смогли реализовать требование стейкхолдера (руководство контрагента «А» хочет, чтобы документы компании «К» обрабатывались без нормативов).
В случае АТП элемент является частью способа, реализованного в базовой системе.
Заключение
Предлагаемая общая схема противоречия отличается от существующих в ТРИЗ определений тем, что для описания противоречия используются понятия «требование» и «способ реализации требований».
Использование в схеме противоречия способа реализации требований позволяет установить связь между административным и техническим противоречием. На уровне административного противоречия нам не известен (либо не выбран) способ реализации требования. Выбирая способ, решатель переходит от административного к техническому противоречию (противоречию требований). Затем, выбирая элемент способа, решатель переходит от ТП (противоречия требований) к ФП (противоречию свойств).
Использование в структуре модели противоречия требований позволяет интегрировать ТРИЗ с достаточно развитыми в различных сферах деятельности технологиями управления требованиями. В перспективе данная схема противоречий и методы работы с ними могут быть интегрированы в системы управления требованиями (RMS) .
Литература
- Рубин М.С., Кияев В.И. Основы ТРИЗ и инновации. Применение ТРИЗ в программных и информационных системах: Учебное пособие. 2013.
- ISO/IEC 15288:2002. System Engineering. System Life-Cycle Processes.
- Software Engineering Body of Knowledge, IEEE, 2004
- Альтшуллер Г.С. Найти идею, Введение в теорию решения изобретательских задач, Петрозаводск, Скандинавия, 2003
- Альтшуллер Г.С. АРИЗ – значит победа. В сб. Правила игры без правил / Сост.: А.Б. Селюцкий, Петрозаводск, Карелия, 1989.
- Альтшуллер Г.С. Алгоритм решения изобретательских задач АРИЗ-85В. 1985.
- Герасимов В.М., Литвин С.С. Зачем технике плюрализм? Развитие альтернативных технических систем путем их объединения в надсистему. Ленинград. Журнал ТРИЗ, №1, 1990.
- Альтшуллер Г.С., Селюцкий А.Б. Крылья для Икара. Как решать изобретательские задачи. Петрозаводск, Карелия, 1980.
Попытаемся решить задачу о дождевателе обычными приемами. Нужно втрое увеличить размах крыльев; что ж, сделать трехсотметровую ферму технически вполне осуществимо. Что мы при этом проиграем? Возрастет вес. Если размах крыльев увеличить втрое, ферма станет тяжелее в 27 раз.
У машин и механизмов (вообще у технических объектов) есть несколько важнейших показателей, характеризующих степень их совершенства: вес, габариты, мощность, надежность и др. Между этими показателями существуют определенные взаимозависимости. Скажем, на одну единицу мощности требуется определенный вес конструкции. Чтобы увеличить одии из показателей уже известными в данной отрасли техники путями, приходится «платить» ухудшением другого.
Вот типичный пример из авиаконструкторской практики: «Увеличение в 2 раза площади вертикального оперения одного из типов самолетов уменьшило амплитуду колебаний самолета всего лишь на 50%. Но это, в свою очередь, повысило восприимчивость самолета к порывам ветра, увеличило лобовое сопротивление, утяжелило конструкцию самолета, -что выдвинуло дополнительные сложные задачи К
Конструктор, учитывая конкретные условия, выбирает наиболее благоприятное сочетание характеристик: что-то выигрывает, а что-то проигрывает. «Когда вы обдумываете решение и технические условия,- говорит известный авиаконструктор О. Антонов,- которые, может быть, и не будут никогда записаны на бумаге, выделите самое главное. Только в крайнем случае, если что-нибудь не удается выполнить, идите к допустимому. Допустимое - это некоторое невыполнение заданных технических условий, так сказать, компромиссное решение. Предположим, конструируя самолет, вы выполните требования по грузоподъемности и скорости, но у вас немножко не выйдет с длиной разбега. Тогда вы начнете взвешивать эти три важных требования и, возможно, несколько поступитесь разбегом - пусть разбег будет не 500, а 550 метров, зато все остальные качества будут достигнуты. Это как раз то, что допустимо».
Академик А. Н. Крылов в своих воспоминаниях рассказывает о таком эпизоде. В 1924 году ученый работал в составе советско-французской комиссии, осматривавшей в гавани Бизерты русские военные корабли, уведенные туда Врангелем. Здесь бок о бок с русским эсминцем стоял эсминец французский - примерно того же возраста и размеров. Разница в боевой мощи кораблей была настолько велика, что адмирал Буи - председатель комиссии- не выдержал и воскликнул: «У вас пушки, а у нас пукалки! Каким образом вы достигли такой разницы в вооружении эсминцев?» Крылов ответил так: «Взгляните, адмирал, на палубу: кроме стрингера, в котором вся крепость, все остальное, представляющее как бы крышу, проржавело почти насквозь, трубы, их кожухи, рубки и т. п.- все изношено. Посмотрите на ваш эсминец, на нем все как новенькое, правда, наш миноносец шесть лет без ухода и без окраски, но не в этом главная суть. Ваш миноносец построен из обыкновенной стали и на нем взято расчетное напряжение в 7 кг на 1 мм2, как будто бы это был коммерческий корабль, который должен служить не менее 24 лет. Hauf построен целиком из стали высокого сопротивления, напряжение допущено в 12 кг и больше - местами по 23 кг/мм2. Миноносец строится на 10-12 лет, ибо за это время он успевает настолько устареть, что не представляет более истинной боевой силы. Весь выигрыш в весе корпуса и употреблен на усиление боевого вооружения, и вы видите, что в артиллерийском бою наш миноносец разнесет вдребезги, по меньшей мере, четыре, т. е. дивизию ваших, раньше, чем они приблизятся на дальность выстрела своих пукалок». «Как это просто!» - сказал адмирал»2.
Искусство конструктора во многом зависит от умения определить, что надо выиграть и чем можно за это поступиться. Изобретательское творчество состоит в том, чтобы найти такой путь, при котором уступки вообще не требуется (или она непропорционально мала по сравнению с получаемым результатом).
Предположим, для ускорения погрузки-разгрузки на необорудованных аэродромах необходимо создать портативное подъемное устройство, монтируемое на тяжелых транспортных самолетах. Такую задачу вполне можно решить уже имеющимися в современной технике средствами. Основываясь на общих принципах конструирования подъемных устройств и используя, скажем, опыт создания легких автокранов, квалифицированный конструктор в состоянии спроектировать требуемое устройство. Понятно, что это увеличит в той или иной мере «мертвый вес самолета. Выигрывая в одном, конструктор одновременно проигрывает в чем-то другом. Зачастую с этим можно смириться, и задача конструктора сводится к тому, чтобы побольше выиграть и поменьше проиграть.
Необходимость в изобретении возникает в тех случаях, когда задача содержит дополнительное требование: выиграть и… ничего не проиграть. Например, подъемное устройство должно быть достаточно мощным и в то же время не должно утяжелять самолет. Решить эту задачу известными приемами невозможно: даже лучшие передвижные краны имеют немалый вес. Здесь нужен новый подход, нужно изобретение.
Таким образом, обычная задача переходит в разряд изобретательских в тех случаях, когда необходимым условием ее решения является устранение технического противоречия.
Нетрудно создать новую машину, игнорируя технические противоречия. Но тогда машина окажется неработоспособной и нежизненной.
Всегда ли изобретение состоит в устранении технического противоречия?
Надо сказать, что существуют два понятия «изобретение»- правовое (патентное) и техническое. Правовой понятие различно в разных странах, к тому же оно чаете! меняется.
Правовое понятие стремится возможно точнее отразить границы, в которых в данный момент экономически целесообразна юридическая защита новых инженерных конструкций. Для технического же понятия важны не столько эти границы, сколько сердцевина изобретения, его исторически устойчивая сущность.
С точки зрения инженера, создание нового изобретения всегда сводится к преодолению (полному или частичному) технического противоречия.
Возникновение и преодоление противоречия - одна из главных особенностей технического прогресса. Анализируя развитие мельниц, Маркс писал в «Капитале»: «Увеличение размеров рабочей машины и количества ее одновременно действующих орудий требует более крупного двигательного механизма… Уже в XVIII веке была сделана попытка приводить в движение два бегуна и два же постава посредством одного водяного колеса. Но увеличение размеров передаточного механизма вступило в конфликт с недостаточной силой воды…»
Это яркий пример технического противоречия: попытка улучшить какое-либо свойство машины вступает в конфликт с другим ее свойством.
Многочисленные примеры технических противоречий приводит Фридрих Энгельс в статье «История винтовки» В сущности, вся эта статья представляет собой анализ внутренних противоречий, определяющих историческое развитие винтовки. Энгельс показывает, например, что с» момента появления винтовки и до изобретения винтовок, заряжающихся с казенной части, главное противоречие состояло в том, что для усиления огневых свойств требовалось укорачивание ствола (заряжение производилось со ствола и при коротком стволе облегчалось), а для усиления «штыковых» свойств винтовки нужно было, наоборот, удлинять ствол. Эти противоречивые качества были соединены в винтовке, заряжающейся с казенной части.
Вот несколько задач из разных отраслей техники, содержащих технические противоречия. Задачи эти не придуманы автором, а взяты из газет, журналов, книг.
Горное дело
С давних пор для изоляции района подземного пожара шахтеры возводят перемычки - Специальные стенки из кирпича, бетона или брусчатки. Сооружение перемычек сильно осложняется, если в шахте выделяются газы. В таком случае перемычку нужно делать герметичной, тщательно заделывать каждую щелку, и все это под постоянной угрозой взрыва. Чтобы уберечься, горняки стали сооружать по две перемычки. Первую - временную- кладут наспех. Она пропускает воздух и служит лишь баррикадой, под прикрытием которой можно, уже не торопясь, сооружать вторую, постоянную. Таким образом, горняки выиграли в безопасности, но проиграли в трудоемкости.