Решения изобретательских задач (АРИЗ). Понятие

 

«Знания не прибавляют ума.

Учеба развивает мозг –

это импульс к новой учебе».

Древний философ Пифагор.

 

Чтобы создавать новшества нужно постоянно развивать мозг, активизировать его работу и постоянно пополнять уровень знаний. Учеба решает эти две задачи.

Рассмотрим участие в создании новшеств творческих личностей, а также приемы и методы, которые при этом используются.

Рассматривать этот момент будем применительно к созданию технологических новшеств (изобретений).

В Советском Союзе стараниями Генриха Сауловича Альтшуллера в 80-е годы прошлого столетия была разработана и активно опробована на практике теория решения изобретательских задач. Разработки доведены до методик, представленных в виде алгоритма решения изобретательских задач [21].

Генрих Саулович предупреждает: «АРИЗ – инструмент для мышления, а не вместо мышления. Не ждите готовых решений, их нужно найти, используя АРИЗ, двигаясь шаг за шагом к решению поставленной задачи».

Историческая справка. Г.С. Альтшуллер – патентовед, сформулировал основные положения ТРИЗ к 1948г., но, натолкнувшись на непонимание важности вопроса со стороны властных чиновников, обратился с письмом к И.В.Сталину с критикой чиновников. За эту инициативу Г.С. был осужден на 25 лет лишения свободы. В 1954г. обвинение было снято, но взаимопонимание с властями было сложным, и лишь к 80-м годам теория получила достаточно широкое признание и развитие.

 

Что же такое АРИЗ? Это методика анализа проблем и формулирование на этой основе задач и поиска идей их решения. Алгоритм расписывает пошаговое движение от проблемы к решению:

1) анализ проблемы

2) формулирование задачи или построение модели и её анализ

3) определение идеального конечного результата (ИКР) и физических противоречий (ФП)

4) мобилизация и применение вещественно-полевых ресурсов (ВПР)

5) применение информационного фонда

6) изменение и/или замена задачи

7) анализ способа устранения физического противоречия

8) применение полученного ответа (результата анализа)

9) анализ хода решения.

 

АРИЗ – это тренинговый курс, чтобы им воспользоваться нужно долго и упорно тренироваться. При этом должны быть база знаний и умение анализировать, а также природный дар критического мышления, интуиции, целеустремленности и терпения. АРИЗ нельзя сразу освоить, а вот познакомиться можно, что мы и попытаемся сделать.

АРИЗ – это методика анализа, основанная на объективных знаниях развития технических систем и технологии человеческого мышления. Для решения задач привлекаются знания физических, химических законно и эффектов, знание всех областей энергетики и техники, знание приемов и стандартов решения технических задач.

АРИЗ помогает в поиске идей, а разработкой идей занимаются специалисты, инженеры-технологи, конструкторы и т.д.

Кроме ТРИЗ и АРИЗ в этом направлении разработаны стандарты на решение изобретательских задач, методические указания по их использованию, созданы курсы и учебные пособия, методические указания по использованию физических и химических эффектов.

Всё это показывает, как важно создать необходимую базу для эффективного творчества (изобретательской деятельности). И что этой базой являются достижения во всех областях науки и, прежде всего, в области фундаментальных наук, знания объективных законов природы (физические законы, энергетические поля, химические эффекты, биологические законы и т.д.). Чтобы понять и почувствовать эту область деятельности, рассмотрим конкретные примеры поиска идей и создания крупных новшеств.

Задача 1.1. При выплавке чугуна в домнах образуется расплавленный шлак. Температура 1000 С. Его сливают в ковши на рельсовом ходу и увозят на шлакопереработку (использование жидкого шлака экономически выгодно, переплав твердого шлака значительно дороже). Шлак, залитый в ковш охлаждается, на поверхности расплава образуется корка. Чтобы вылить шлак из ковша в корке пробивают два отверстия с помощью специального устройства. На это нужно время, а шлак продолжает охлаждаться, толщина корки увеличивается. В итоге удается слить не более 60–70% шлака. Далее ковши подвергают очистке от затвердевшего шлака (работа трудоемкая), а затвердевший шлак вывозится на шлакоотвал (выбрасывается). Все эти операции приносят затраты, убытки.

Как видим, для описания проблемы (ситуации) пришлось дать много поясняющей информации. В соответствии с п.1 АРИЗ осуществляется анализ проблемы, из описанной проблемы необходимо построить, сформулировать изобретательскую задачу с использованием только необходимой для этого информации (по АРИЗ построить минизадачу).

Тренинг. Дается подсказка (варианты решения).

1. Перемешивать шлак.

2. Обогревать шлак (ковш).

3. Закрыть ковш съемной крышкой.

4. Добавлять в шлак воду.

5. Накрыть шлак утеплительнымматериалом.

6. Поместить ковш в сильное магнитное поле.

7. Обрабатывать шлак ультразвуком.

Требуется выбрать решение с точки зрения эффективности (низкие затраты на реализацию), реальности реализации и обосновать его.

Пояснение. Устроить голосование по каждому пункту, для чего взять помощника для подсчета голосов.

 

Можно воспользоваться АРИЗ (п. 4), в противном случае, остается метод «проб и ошибок» или «гадание на кофейной гуще». Есть и более приемлемые методы – это база знаний, в которой необходимо искать аналоги, привлечь объективные законы природы.

 

ТРИЗ строится во многом на применении приемов и правил (как, например, игра шахматы на знании стандартных шагов). Некоторые из них:

1. Избавиться от всего отрицательного (нет зла, нет механизма, нет проблемы).

2. Замена узлом, механизмов с перераспределением их функций с другими узлами, механизмами, элементами объекта.

Например, по словам конструкторов, спускаемого аппарата ВЕНЕРА-8 каждый грамм веса и каждый кубический сантиметр пространства спускаемого «шарика» использован так, что дополнительно нельзя разместить даже спичечный коробок. Потребовалось разместить дополнительный прибор весом 6 кг. Решение было найдено без увеличения веса аппарата и без увеличения объема «шарика».

Анализ системы «шарика» показал, что в системе имеется центровочный балансир, необходимый для постоянной ориентации «шарика» в пространстве (система «Ванька-встанька»)

 

Решение –??? почти прозрачное – заменить балансир – прибором, то есть элементу – балансиру придать дополнительные полезные функции контейнера с прибором (п. 6 АРИЗ).

 

Набор приёмов для ТРИЗ имеет неограниченные возможности, так как патентный фонд исчисляется миллионами образцов – «задача-ответ». Остается эту базу только правильно анализировать, выявлять закономерности, то есть правильно использовать законы статистики.

Процесс улучшения АРИЗ, его надежности бесконечен, это целая отрасль науки. Знание законов позволяет принимать самые простые и оригинальные решения, пример 1:

Проектировалась станция ЛУНА-16. Нужен был прожектор для освещения поверхности Луны при её осмотре, фотографировании. Испытания электроламп показали, что они не выдерживают испытаний на перегрузку – цоколь отваливается от стеклянного баллона. Решения, как создать нужную новую лампу, не было. Казалось, конструкторы зашли в тупик. Но главный конструктор Георгий Николаевич Бабыкин нашел решение и избавил свой коллектив от проблемы (дайте ответ).

Ответ. На Луне вакуум, а стеклянный баллон у лампы нужен именно для того, чтобы обеспечить вакуум для нити накаливания. Значит, баллон на Луне вообще не нужен (Идеальное решение по АРИЗ – удалить ненужный элемент).

На основе знания законов действия энергетических полей создано множество изобретений.

В ТРИЗЕ взаимодействие вещество-поле получило свое отдельное направление и краткое наименование – веполь.

Пример 1 – для очистки проволоки от окалины предложено проволоку пропускать через абразивный ферромагнитный порошок, поджимаемый к проволоке магнитным полем.

 

Пример 2 – для временного образования пробки в трубопроводе, в него закачивают полимерную жидкость, которая при затвердевании образует пробку, но пробка получается неопределенных размеров и трудно извлекается. Для создания пробки определенного размера и в нужном месте в полимерную жидкость добавляют ферромагнитный порошок и с помощью магнитного поля удерживают полимерную жидкость в нужном месте до её затвердевания.

 

Пример 3 – для хонингования отверстий (сверхточная обработка) применяется инструмент в виде алмазных брусков, которые вводятся в отверстие, а затем радиально разводятся до нужного размера с помощью специального механизма, который сложен и ненадежен.

Изобретение – механизм удалить, брусок сделать единым (цельным), заготовку с отверстием нагреть до температуры, позволяющей увеличить размер отверстия за счет линейного расширения металла, ввести в отверстие калибрующий алмазный брусок, а затем заготовку охлаждать вращая либо заготовку, либо стержень. Охлажденная заготовка будет иметь откалиброванное отверстие нужного размера.

 

Во всех приведенных примерах АРИЗ позволяет найти решение с помощью отработанных приёмов замены одним механизмов другими, и использования знаний законов и действия энергетических полей.

 

Очередным приемом АРИЗ может быть комбинация сред (вода +воздух). Результат – газированная вода, пульпа, пена. В результате комбинации изменяется плотность, текучесть, сопротивление и т.д. Замена одной среды другой – немагнитной на магнитную среды, с низким коэффициентом скольжения – на среду с высоким коэффициентом скольжения и т.д.

ТРИЗу известны более 5000 физических эффектов, в том числе тепловые расширения, некоторые вещества при замерзании расширяются – эффекты фазовых превращений.

Например, ставится задача – измерить снижение уровня воды в водонапорной башне. Прибор находится в закрытом помещении недалеко от башни (стационарный теодолит). Задача решается с использованием эффекта сообщающихся сосудов (с помощью шланга, заполненного водой). Подобный эффект очень часто используется в приборах измерения жидкостей в закрытых сосудах.

Из приведенных примеров можно убедиться, что ТРИЗ и АРИЗ являются определенным инструментом изобретателей, суть которого в том, что принципиально меняется технология производства новых технических идей (новшеств). Вместо перебора вариантов ТРИЗ предлагает мыслительные действия, опирающиеся на знание законов развития технических систем и широкий опыт использования их при создании изобретений (новшеств).

Мир творчества становится неограниченно управляемым и потому может быть неограниченно расширен. Творческая революция наступила и движется в одном строю с революциями научными, техническими, космическими, то есть как неотъемлемая часть инновационной эпохи, эпохи знаний.