ТРИЗ. Алгоритм Решения Инженерных Проблем

Шаг 1. Рекомендации и комментарии.

Целью первого шага является формулировка именно технической задачи. Бывает так, что исходно задача поставлена технически и требует только небольших уточнений. Но, как правило, проблема формулируется на административном языке.

Для составления первичного описания проблемы мы отвечаем на вопросы: «Что происходит? Где происходит? Когда происходит? Почему происходит?» и уточняем функцию системы.

Например, есть задача «Обеспечить надежную подачу сырья на технологическую линию».

Работая на этом шаге, мы должны выйти на конкретную техническую постановку, поэтому формулируем вопрос: «Почему обеспечение ненадежное?». Ответ: «Потому, что есть простои оборудования, из-за которых подача сырья прекращается.»

Идем дальше: «С чем связаны простои оборудования?». Ответ: «Происходит поломка вала привода, и его приходится ремонтировать.»

Таким образом мы дошли до технической сути проблемы: «Происходит поломка вала». Для формулировки технической задачи мы нашли конкретное физическое событие с его негативным результатом.

На шаге 1 мы останавливаемся на первом найденном техническом событии и причине его возникновения, которая очевидна. Дальнейшее уточнение, раскручивание причины поломки мы будем осуществлять на шаге 3.

Таким образом, результатом работы по первому шагу будет определение конкретной технической проблемы и ее причины. Словесная ее формула представлена в основных материалах.

Для показанного выше примера, эта проблема будет выглядеть так: «В системе предназначенной для транспортировки сырья, во время подачи сырья происходит поломка вала привода из-за перегруза».

Обратите внимание, что уже на первом шаге, при вдумчивом анализе, у вас будут появляться идеи решения. Постарайтесь не зависать на них, хотя иногда это может быть очень заманчиво.

Лучше всего - взять лист бумаги и записывать на него приходящие в голову идеи. Этот лист должен быть с вами на протяжении всей работы по алгоритму. И каждую появившуюся идею вы должны фиксировать. Не пытайтесь сразу критиковать идею, а просто записывайте ее. Анализ и критика будут проводиться на шаге 8. До этого момента все будет фиксироваться и накапливаться.

Смысл в том, чтобы не отбрасывать явно слабые идеи, так как «слабая» сейчас идея может быть скомбинирована с другой и третьей идеей и дать мощный результат.

И даже если идей на первом шаге не появилось, обязательно возьмите лист бумаги, напишите заголовок «Идеи» и держите под рукой в готовности.

Шаг 2. Рекомендации и комментарии.

На этом шаге мы производим проверку проблемы на «ложность». В нашем случае положительный результат проверки не означает что проблемы нет, а будет означать, что есть более легкие пути решения или даже самоустранение проблемы, и не надо будет решать эту задачу именно изобретательским путем.

Мы ищем возможные обходные пути в прошлом, будущем и надсистеме обьекта.

«Прошлое» и «будущее» понимается не столько во времени, сколько как предшествующие и последующие операции или события жизненного цикла объекта.

Шаг 3. Рекомендации и комментарии.

Цель данного шага - выявить первопричину проблемы. Это значит, что от видимого результата нужно дойти до той точки в которой появляется проблема. Ваша задача выявить физический механизм появления проблемы.

Чаще всего сложность проблемы заключается в том, что на самом деле в ней не одна, а несколько взаимосвязанных задач. Иногда задача одна, но ее причина находится вне области поиска решения. То есть, решение ищется не там.

В процессе анализа мы должны выйти на исходное нежелательное явление (НЯ), найти место где оно возникает и нежелательный элемент (НЭ), который вызывает НЯ.

Инструментом для этого служат системный оператор или полиэкранная схема и причинно-следственный анализ.

Проводя анализ, вы ищете последовательную серию ответов на вопрос «Почему это происходит?» и «При каких условиях?». Искомое место будет там, где ответ на вопрос «Почему» является в виде «Для того, чтобы...» или «Таков закон природы». Полезно задать вопрос: Можем ли мы «для того чтобы...» выполнить другим способом, без наличия нежелательного явления? Это может привести к появлению нового направления для поиска идей.

Найденное место вы оформляете в виде рисунка оперативной зоны (ОЗ). Если этих мест несколько, то ОЗ нумеруются и делается рисунок для каждой оперативной зоны.

Для этого нарисуйте общую схему вашей системы. На этой схеме красными кружочками отметьте выявленные ОЗ и пронумеруйте их. Для каждой ОЗ выполните отдельный крупный рисунок.

Типовой минимальный рисунок ОЗ представляет из себя 2 элемента и вредное взаимодействие между ними. Вредным взаимодействием и будет выявленное нежелательное явление. Рисунок может быть дополнен деталями, которые вы считаете важными.

После этого составьте уточненную формулу проблемы (минизадачи), как указано в п.3.6. алгоритма.

Для каждой оперативной зоны должна быть уточнена минизадача, то есть составлена своя уточненная формула.

Возможен вариант, когда в одном месте происходит 2 НЯ в разное время. В этом случае считаем это место двумя оперативными зонами, с разным оперативным временем. И оформляем их соответственно описанию.

Шаг 4. Рекомендации и комментарии.

Анализ Вещественно-Полевых Ресурсов (ВПР).

Материалом для работы по данному шагу является перечень ОЗ с их минизадачами из предыдущего.

Результатом вашей работы будет готовый список ресурсов.

Принцип анализа ВПР прост: описываю все, что вижу.

Начинается сбор ресурсов с Оперативной Зоны (ОЗ). Сколько ОЗ вы выявили на предыдущем шаге, столько списков ресурсов у вас и должно получиться.

В оперативной зоне первым зафиксированным ресурсом будет нежелательный элемент (НЭ). Дальше вы записываете все, что видите в ОЗ, затем то, что рядом с ОЗ, потом то, что в надсистеме, вплоть до уровня предприятия. Также, указываете все ресурсы окружающей среды.

У вас могут возникнуть сложности с заполнением вложенной таблицы на слайде 1. Они связаны с тем, что не всегда четко различаются вещества, свойства и параметры.

Например, раскаленная заготовка позволяет нам что-то подогреть. Возникает соблазн написать, что ресурс - это «температура». Но это неправильно. Температура - это параметр, который относится к свойствам отдавать и сохранять тепло, через свойство теплоемкости материала. Соответственно, ресурсом будет «заготовка» с ее тепловым полем и с такими-то парметрами.

Обратите внимание, что ресурсы будут повторятся в разных списках по ОЗ. Различие будет происходить по их расположению. То, что для ОЗ1 будет ресурсом внутри ОЗ, для ОЗ2 будет либо ресурсом прилегающей зоны, либо надсистемы. Соответственно один и тот же ресурс в разных ОЗ будет иметь разный вес.

Как оценивать вес ресурса - показано на слайде 2 вложения для данного шага, а логика описана на 3-м слайде.

Логика проста: полезный ресурс мы привлекли для функционирования системы, у него есть своя стоимость и для его увеличения нужно нести дополнительные затраты. А вредный ресурс образовался сам по себе, и совершенно бесплатно. Поэтому, использование вредного ресурса даст нам более идеальное решение, т. е. вес вредного ресурса выше.

Ресурс находящийся в ОЗ весит больше, потому что он уже находится в том месте, где мы собираемся его использовать. «Дальние» ресурсы потребуют усилий для доставки их в ОЗ.

Аналогично пройдемся и по присутствию ресурса в оперативной зоне. Если он есть в ОЗ постоянно, то мы всегда можем его использовать. Если он там временно, то надо либо затрачивать усилия по обеспечению его постоянного присутствия, либо подстраиваться под известный временной график наличия его в ОЗ. Эпизодически присутствующий ресурс использовать еще сложнее, так как порой мы не можем предсказать, когда он возникнет в ОЗ.

Ресурс, энергетически насыщенный, позволяет использовать нам больше энергии для решения нашей проблемы, чем слабо насыщенный.

Энергонасыщенность считается двумя способами:

1-й, если ресурс участвует в выполнении функции, то его насыщенность определяется относительно потребности на выполнение этой функции. «Адекватно выполняет» - значит «достаточен». «Не тянет» - значит «слабый». «Рвет шпонки и валы» - значит «Избыточный».

2-й способ. Если ресурс сам по себе, то оцениваем его из корыстных технических соображений: «А сколько мы можем с него получить для решения нашей задачи?» Учитывайте, что эти «много», «средне», «мало» оцениваются не на вкус, а относительно того, сколько надо по условиям задачи.

Результатом работы будет список приоритетных ресурсов, отранжированный по их весам.

Для чего нужно ранжирование? Если ресурсов всего 5-7, то ранжирование не нужно, и на следующий шаг идет список всех ресурсов. Но, обычно этих ресурсов много. Мы можем использовать их все на следующем шаге, но объем работы, с учетом комбинаций ресурсов, будет очень велик. Если у вас большой запас времени, то можете так и сделать.

Идея ранжирования в том, чтобы значительно уменьшить объем работы, но при этом гарантировать, что решения будут максимально близки к идеальным. Так вероятность получить «идеальное» решение с использованием малозначимых ресурсов достаточно мала и ею можно пренебречь.

Шаг 5. Рекомендации и комментарии.

Материалом для работы по данному шагу является список приоритетных ресурсов с шага 4.

На основании этого списка вы формулируете свое ИКР. Их может получиться много, возможно, несколько десятков, сотня и все они будут разными.

Это происходит потому, что кроме ресурса, в формулу ИКР вы подставляете свойства этого ресурса. Свойств тоже может быть много, и ваша задача - выбрать значимое свойство по условиям задачи.

Например, ресурс «стальная деталь» имеет свойства: масса, теплопроводность, электропроводность, теплоемкость, упругость, пластичность, окисляемость и т.п. При составлении такого списка стоит мысленно выбирать те свойства, которые значимы в вашей задаче. Если вы решаете механическую задачу, то и параметры должны быть механическими, если тепловую, то и параметры теплотехнические и т.д.

Кроме того, по формуле 3 вы комбинируете ресурсы: 1-й со 2-м, 3-м, 4-и и т.д. Затем 2-й с 3-м, 4-м и т.д. Потом 3-й с 4-м и т.д.

Порядок формулировки ИКР определяется их предпочтительностью/идеальностью. То есть, формула 1 предпочтительнее формулы 2, а формула 2 предпочтительнее формулы 3. И, только в последнюю очередь формулируются ИКР с Х-элементом.

Для дальнейшей работы необходимо рассортировать сформулированные ИКР.

В итоге вы получаете 4 основных группы по типу ИКР:

Тип 1. Известное решение, условно "Банальность". Глядя на ИКР, вы видите, что система так и работает, так и задумана, вы видите готовый известный ответ.

Тип 2. Новое решение. Сформулировав ИКР, вы видите, что это готовый ответ, неизвестный до сих пор.

Тип 3. Физический бред. ИКР нарушает законы физики. Например, "Батарейка АА сама обеспечивает пробег автомобиля в 100 км." Очевидно явное нарушение закона сохранения энергии, или предложение сделать вечный двигатель.

Тип 4. Читая полученный ИКР, вы думаете, что так было бы хорошо, но либо вы не знаете, как это сделать, либо видите какое-то препятствие, мешающее это сделать.

Именно 4 группа решений и будет материалом для следующего шага.

Грань между 3-м и 4-м типами решений может быть нечеткой. Можно посчитать, что законы физики нарушаются однозначно, а можно все-таки подумать над тем, как используя другие законы, обойти нарушаемый.

Например: Задача уменьшить сопротивление движению судна. Формулируем ИКР: "Судно само при движении уменьшает свой объем, обеспечивая снижение сопротивления движению". Первоначально это выглядит как абсурд: как это большое судно вдруг станет маленьким в воде? Ведь это нарушение закона Архимеда, главного закона гидростатики. Но, посмотрев на другие законы, мы увидим, что можно создать подъемную силу, используя гидродинамику - за счет скорости судна. Таким образом мы получим глиссер или судно на подводных крыльях.

Обратите внимание, что ИКР с Х-элементом не входят ни в одну группу. Х-элемент нам пока не известен, поэтому он не может быть готовым решением. По этой же причине мы не можем сказать, нарушает этот Х-элемент какие-либо физические законы или нет.

Х-элемент - это портрет решения. Ответ формируется либо по портрету, либо, если сразу не получается, мы смотрим на него через приемы.

Для чего нужен Х-элемент? Во-первых, на шаге 4 мы оставили часть ресурсов за списком приоритетных. Во-вторых, мы заведомо не можем внести в список ВСЕ надсистемные ресурсы. Соответственно, составляя портрет Х-элемента, мы имеем шанс обнаружить его либо в оставшихся малоприоритетных ресурсах, либо в надсистеме найти ресурс, которого нет в нашем списке.

Х-элемент относится к функциям. В виде постановки вопроса: "Как это сделать?"

В-третьих, этот Х-элемент может быть чем-то новым, что надо купить или спроектировать и изготовить.

В результате работы на этом шаге вы получаете:

1. Новые готовые решения.

2. Группу ИКР 4-го типа, которые будут источником для работы на следующим шаге.

3. Решения с Х-элементом. В данном случае речь идет о конкретном объекте, который мы нашли по составленному портрету Х-элемента.

Шаг 6. Рекомендации и комментарии.

Целью данного шага является уточнение сути физического противоречия и выбор принципа его разрешения.

Материалом для работы по данному шагу является список ИКР по 4 типу, полученный на предыдущем шаге.

В него должны входить ИКР, либо имеющиеся препятствия для его реализации, либо отсутствует решение по его реализации

Используя этот список, вы формулируете противоречия.

Противоречие - это два противоположных требования к элементу системы. Например, элемент должен быть горячим, чтобы нагревать и не должен быть горячим, чтобы не обжигать. Или должен быть большим для А и должен быть маленьким для Б. Трубка не должна иметь термическую деформацию, чтобы не разрушаться, но она ее имеет потому, что есть разность температур. Это и есть противоречия.

Ваша задача найти такое состояние или свойство, или параметр элемента, при появлении которого проблема исчезает. Это будет первой частью противоречия.

Во второй части вы указываете либо существующее анти-состояние, либо ту причину, по которой нужное состояние не достигается.

Если такого противоречия нет, а просто существует неясность, как именно достичь нужного результата, то такие ИКР не переформулируются в противоречия, а производится постановка задачи: «Как получить нужный результат?».

Результатом работы по данному шагу будут список противоречий, которые вы выявили и дополнительный список задач «Как получить нужный результат?»

Шаг 7. Рекомендации и комментарии.

Прием – это модель изменения проблемного объекта. Применяя прием, вы примеряете модель изменений объекта для поиска конкретного решения.

Несмотря на то, что понятие «Приемы разрешения технических противоречий» указывает на основное назначение этих приемов, их можно использовать и для функций системы: для улучшения полезной функции или для ликвидации/уменьшения вредной.

Порядок действий для работы с приемами:

1. Прочитайте прием.

2. Представьте, как изменится ваш объект при таком изменении.

a. Примените прием к объекту. Например, раздробить объект.

b. Примените прием к пространству, где расположен объект, в том числе к внутреннему. Например, раздробить пространство объекта.

c. Примените прием ко времени и/или процессу. Например, раздробить время действия, процесс или операцию, которую выполняет объект.

3. Проанализируйте, что положительного дает такое изменение?

4. В случае, если есть положительный эффект, то запишите себе идею решения.

Пройдитесь таким образом по всем 40-ка приемам. После того, как вы ознакомились со всеми приемами, сделайте 2-й проход, пытаясь комбинировать разные приемы, и находя новые решения.

Как правило, примение комбинации приемов дает более сильное и качественное решение.

Освоение приемов.

В процессе обучения на данном курсе вы только ознакомитесь с приемами. Для качественного овладения ими, их необходимо усвоить. Лучше это делать порциями по 5-7 приемов. Объём такой порции вы определите для себя сами

Порядок действий:

1. Утром прочитайте приемы и примеры.

2. В течении дня смотрите на окружающие вас объекты через призму этих приемов, выявляя их применение. Так вы начнете их узнавать.

3. Затем найдите эти приемы в вашей области деятельности и запишите их примеры.

4. Для развития инженерного мышления можно сделать следующий шаг: когда вы увидели прием, найдите причину его применения. Подумайте, какая проблема была до применения этого приема. Эта практика носит название реверс-инжиниринга.

а) разделить объект на независимые части;

б) выполнить объект разборным;

в) увеличить степень дробления объекта.

отделить от объекта мешающую часть (мешающее свойство) или, наоборот, выделить единственно нужную часть или нужное свойство

а) перейти от однородной структуры объекта или внешней среды (внешнего воздействия) к неоднородной;

б) разные части объекта должны выполнять различные функции;

в) каждая часть объекта должна находиться в условиях, наиболее благоприятных для ее работы.

а) перейти от симметрической формы объекта к асимметрической;

б) если объект уже асимметричен, увеличить степень асимметрии.

а) соединить однородные или предназначенные для смежных операций объекты;

б) объединить во времени однородные или смежные операции.

объект выполняет несколько разных функций, благодаря чему отпадает необходимость в других объектах.

а) один объект размещен внутри другого, который, в свою очередь, находится внутри третьего и т.д.;

б) один объект проходит сквозь полость в другом объекте.

а) компенсировать вес объекта соединением с другим объектом, обладающим подъемной силой;

б) компенсировать вес объекта взаимодействием со средой (преимущественно за счет аэро- и гидродинамических сил.

если по условиям задачи необходимо совершать какое-то действие, надо заранее совершить антидействие.

а) заранее выполнить требуемое действие (полностью или хотя бы частично);

б) заранее расставить объекты так, чтобы они могли вступить в действие без затрат времени на доставку и с наиболее удобного места.

компенсировать относительно невысокую надежность объекта аварийными средствами.

изменить условия работы так, чтобы не приходилось поднимать или опускать объект.

а) вместо действия, диктуемого условиями задачи, осуществить обратное действие;

б) сделать движущуюся часть объекта или внешней среды неподвижной, а неподвижную — движущейся;

в) повернуть объект вверх ногами, вывернуть его.

а) перейти от прямолинейных частей 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 от прямолинейного движении к вращательному, использовать центробежную силу.

а) характеристики объема (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.

если трудно получить 100% требуемого эффекта, надо получить чуть меньше или чуть больше, задача при этом может существенно упроститься.

а) трудности, связанные с движением (или размещением) объекта по линии, устраняются, если объект приобретает возможность перемещаться в двух-трех измерениях;

б) использовать многоэтажную компоновку объектов вместо одноэтажной;

в) наклонять 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.

Прием 17а можно объединить с приемами 7 или 15в. Получается цепь, характеризующая общую тенденцию развития технических систем: от точки к линии, затем к плоскости, потом к объему и, наконец, к совмещению многих объектов.

а) привести объект в колебательное движение;

б) если такое движение уже совершается, увеличить его частоту (вплоть до ультразвукового);

в) использовать резонансную частоту;

г) применить вместо механических вибраторов пьезовибраторы;

д) использовать ультразвуковые колебания в сочетании с электромагнитными полями.

а) перейти от непрерывного действия к периодическому (импульсному);

б) если действие уже осуществляется периодически, изменить периодичность;

в) использовать паузы между импульсами.

а) вести работу непрерывно (все части объекта должны все время работать с полной нагрузкой);

б) устранить холостые и промежуточные ходы.

вести процесс или отдельные его части (например. вредные или опасные) на большой скорости.

а) использовать вредные факторы (в частности, вредное воздействие среды) для получения положительного эффекта;

б) устранить вредный фактор за счет сложения с другими вредными факторами;

в) усилить вредный фактор, чтобы он перестал быть вредным.

а) ввести обратную связь;

б) если обратная связь есть, изменить ее.

а) использовать промежуточный объект, переносящий или передающий действие;

б) на время присоединить к объекту другой (легкоудаляемьй) объект.

а) объект должен сам себя обслуживать, выполняя вспомогательные и ремонтные операции;

б) использовать отходы (энергии, вещества).

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.

заменить дорогой объект набором дешевых объектов, поступившись при этом некоторыми качествами (например, долговечностью).

а) заменить механическую схему оптической, акустической или запаховой;

б) использовать электрические, магнитные или электромагнитные поля для взаимодействия с объектом;

в) перейти от неподвижных полей к движущимся, от фиксированных к меняющимся во времени, от неструктурных к имеющим определенную структуру;

г) использовать поля в сочетании с ферромагнитными частицами.

вместо твердых частей объекта использовать газообразные и жидкие: надувные и гидронаполняемые воздушные подушки, гидростатические и гидрореактивные.

а) вместо обычных конструкций использовать гибкие оболочки и тонкие пленки;

б) изолировать объект от внешней среды с помощью гибких оболочек и тонких пленок.

а) выполнить объект пористым или использовать дополнительные пористые элементы (вставки, покрытия в т. д.);

6) если объект уже выполнен пористым, заполнить поры каким-то веществом.

а) изменить окраску объекта или внешней среды;

б) изменить степень прозрачности объекта или внешней среды;

в) для наблюдений за плохо видимым объектом или процессами использовать красящие добавки;

г) если такие добавки уже применяются, использовать люминофоры.

объекты, взаимодействующие с данным объектом, должны быть сделаны из того же материала (или близкого ему по свойствам).

а) выполнившая свое назначение и 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.

сюда входят не только простые переходы, например, от твердого состояния к жидкому, но и переходы к «псевдосостояниям» (к «псевдожидкостям») и промежуточным состояниям, например, использование эластичных твердых тел.

использовать явления, возникающие при фазовых переходах, например изменение объема, выделение или потребление тепла и т. д.

а) использовать тепловое расширение (тли сжатие) материалов;

б) использовать несколько материалов с разными коэффициентами теплового расширения.

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.

а) заменить общую среду инертной;

б) вести процесс в вакууме. Этот прием можно считать антиподом предыдущего.

перейти от однородных материалов к композитным.