Алгоритм (теория) решения изобретательских задач

↑

⇐ ПредыдущаяСтр 32 из 47Следующая ⇒

Для эффективного решения сложных изобретательских задач может быть использована эвристическая программа, позволяющая заменить перебор вариантов целенаправленным продвижением в район решения. Такая программа предложена советским исследователем изобретательских задач Генрихом Альтшуллером.

По Альтшуллеру изобретательские задачи разделяются на пять уровней в зависимости от сложности их решения. Задачи первого уровня (легкие) решаются с применением средств, которые прямо предназначены именно для этой цели. На втором и третьем уровнях сложности задачи, при решении которых используются неочевидные средства, которые существенно изменяют объект.

При решении задач четвёртого уровня трудности объект претерпевает полные изменения, а для решения задач пятого уровня требуется изменить всю техническую систему, в которую входит объект.

Решение задач первого уровня требует некоторого количества очевидных вариантов и по сути эти задачи не являются изобретательскими, поскольку практически не содержат элементов неожиданности. На втором уровне требуется перебрать несколько (в том числе неочевидных) десятков вариантов (50 – 70), на третьем – несколько сотен, на четвёртом – несколько тысяч, а на пятом – несколько сотен тысяч. Например, Эдисон прежде, чем изобрести щелочной аккумулятор, опробовал экспериментально 50 тысяч вариантов решения задачи.

При работе над изобретательскими задачами высших уровней действует эстафетный механизм. Нередко задача сама находит своего «разрешителя». Например, физик Крукс в конце XIX века обозначил важность проблемы связывания атмосферного азота, а норвежский специалист по полярным сияниям Биркеланд решил её, используя аналогию с процесса- ми в верхних слоях атмосферы.

Задачи нижних и верхних уровней сложности отличаются не только по числу необходимых пробных вариантов решений. Задачи низших уровней решаются средствами, используемыми в аналогичной или смежной отраслях. Решения же задач высших уровней достигаются средствами науки с использованием малоприменяемых эффектов, а некоторые задачи пятого уровня сложности для своего решения требуют научных открытий. Чем более высокий уровень трудности задачи, тем более широкие знания необходимы для её решения.

Научно-технический прогресс требует, чтобы задачи высших уровней решались во всё более короткие сроки. Возможности традиционного способа интенсификации, заключающегося в увеличении числа людей, работающих над проблемой на сегодня практически исчерпаны.

В связи с этим возникает потребность в разработке способа перевода изобретательских задач с высших уровней на низшие. Если задачу четвёртого или пятого уровня удаётся перевести на первый или второй уровень, то срабатывает традиционный механизм перебора вариантов.

Изобретательские задачи принципиально отличаются от задач технических, инженерных, конструкторских. Это отличие заключается в том, что при решении изобретательских задач необходимо преодолеть противоречие.

Противоречие уже заложено в самом факте возникновения изобретательской задачи: нужно что-то сделать, а как это сделать неизвестно. Такие противоречия принято называть административными противоречиями. Выявлять административные противоречия нет необходимости, поскольку они лежат на поверхности задачи. Но эвристическая (поисковая) сила таких противоречий равна нулю, поскольку они не указывают, в каком направлении следует искать решение задачи.

Второй вид противоречий – это технические противоречия. Они лежат, как правило, в глубине административных противоречий. В обобщённой формулировке это противоречие можно представить в следующем виде: если известными способами решить проблему недопустимо, в частности, ухудшатся свойства объекта в целом. Правильно сформулированное техническое противоречие обладает определённой эвристической ценностью, поскольку позволяет отбросить некоторые «пустые» области поисков, в которых выигрыш в одном свойстве сопровождается проигрышем в другом.

Предельная острота взаимоисключающих требований наблюдается в физических противоречиях, т.е. когда к одной и той же системе предъявляют требование наличия взаимоисключающих физических свойств. Например, при полировке оптических стёкол необходимый эффект может быть достигнут только в случае сплошной поверхности абразивного инструмента, однако при этом наблюдается поверхностное подплавливание стекла, снижающее качество последнего. Названная проблема может быть сформулирована в виде следующего физического противоречия:

1) поверхность абразивного инструмента должна быть сплошной, чтобы

хорошо полировать; 2) поверхность инструмента должна иметь отверстия (каналы) для подвода охлаждающей жидкости к полируемой поверхности.

 Физические противоречия присущи только изобретательским задачам высших уровней сложности, в связи с чем преодолевать физические противоречия целесообразно в процессе решения этих задач, т.е. путём ознакомления с описаниями изобретений высший уровней.

Несмотря на то, что существующий фонд описаний изобретений очень велик (ежегодно в мире выдаётся около 300 тыс. патентов и авторских свидетельств), изобретений высших уровней не более 2…3%. С учётом того, что для выявления современных приёмов устранения физических противоречий достаточно исследовать самый «свежий патентный слой» глубиной около 5 – 10 лет потребуется вполне доступное число описаний – порядка 10 тысяч. Для того чтобы рационально воспользоваться известными приёмами преодоления противоречий, необходимо располагать критериями оценки получаемых результатов. Такая оценка предполагает знание закона развития технических систем.

Развитие технических систем подчиняется общим законам диалектики. Для того чтобы установить закон развития технической системы, необходимо глубокое патентное исследование так называемой «патентной скважины». Патентная скважина – это патентные и историко-технические материалы, отражающие развитие одной технической системы за многие десятилетия (приблизительно за 100 лет).

На основе законов развития технических систем строится программа решения изобретательских задач высших уровней, позволяющая без перебора вариантов сводить их к задачам низших уровней.

На первом этапе реализации программы выявляется физическое противоречие. Этот результат достигается путём использования специальных операторов по определённым правилам.

Для преодоления физического противоречия в программах используется информационный фонд, содержащий изобретательские приёмы, представленные в виде таблиц в зависимости от типа задачи и противоречия, а также в виде таблиц применения физических эффектов.

В программе должны содержаться средства управления психологическими факторами (активизацией воображения и преодоления психологической инерции).

Программы, характеризующиеся перечисленными свойствами, получили название алгоритмов решения изобретательских задач. В этом случае «алгоритм» следует понимать как достаточно чёткую программу действий.

Существует несколько модификаций алгоритма решения изобретательских задач (АРИЗ), которые обозначаются двумя цифрами, соответствующими году их разработки. В каждой последующей разработке усиливаются главные признаки алгоритма: детерминированность, массовость, результативность. Внешне работа с АРИЗ выглядит следующим образом: с помощью операторов алгоритма изобретатель шаг за шагом (без пустых проб) выявляет физическое противоречие и определяет ту часть системы, к которой оно относится, затем используются операторы изменяющие выделенную часть системы и устраняющие противоречие.

АРИЗ оперирует таблицами типовых приёмов устранения физических противоречий, которые в одной из последних модификаций созданы на основе анализа 40 тысяч описаний изобретений высших уровней. Такая таблица отражает коллективный опыт огромного числа изобретателей и сохраняет эффективность на 10 – 15 лет после её разработки. АРИЗ организует мышление изобретателя так, как будто в распоряжении одного человека имеется опыт огромного числа изобретателей. И что важно, этот опыт используется творчески. Аппарат АРИЗ регулярно пополняется и совершенствуется.

Познавательные статьи:



Где возникла философия и почему?

Относительная высота сжатой зоны бетона

Сущность проекции Гаусса-Крюгера и использование ее в геодезии

Тарифы на перевозку пассажиров