Страница:
Мы рассмотрим два варианта алгоритма - АРИЗ-61 и АРИЗ-71. Это позволит читателю увидеть, в каком направлении идет развитие алгоритма и, следовательно, представить, каким примерно будет алгоритм через пять или десять лет.
АРИЗ-61 делит творческий процесс на три стадии:
аналитическая;
оперативная (устранение технического противоречия);
синтетическая (внесение дополнительных изменений).
Каждая стадия подразделяется на ряд последовательно осуществляемых шагов. Таким образом, одно сложное (и потому очень трудное) действие алгоритм разбивает на ряд частичных, более легких действий. Выглядит это так.
АРИЗ-61
1. Аналитическая стадия
Первый шаг. Поставить задачу.
Второй шаг. Представить себе идеальный конечный результат.
Третий шаг. Определить, что мешает достижению этого результата (т. е. найти противоречие).
Четвертый шаг. Определить, почему мешает (найти причину противоречия).
Пятый шаг. Определить, при каких условиях не мешало бы (т. е. найти условия, при которых противоречие снимается).
2. Оперативная стадия
Первый шаг. Проверка возможности изменений в самом объекте (т. е. в данной машине, данном технологическом процессе).
1. Изменение размеров.
2. Изменение формы.
3. Изменение материала.
* 4. Изменение температуры.
5. Изменение давления.
6. Изменение скорости.
7. Изменение окраски.
8. Изменение взаимного расположения частей.
9. Изменение режима работы частей с целью максимальной их нагрузки.
Второй шаг. Проверка возможности разделения объекта на независимые части.
1. Выделение «слабой» части.
2. Выделение «необходимой и достаточной» части.
3. Разделение объекта на одинаковые части. Третий шаг. Проверка возможности изменений в«]
внешней (для данного объекта) среде.
1. Изменение параметров среды.
2. Замена среды.
3. Разделение среды на несколько частичных сред.
4. Использование свойств внешней среды для выпол нения полезных функций.
Четвертый шаг. Проверка возможности изменений в соседних (т. е. работающих совместно с данным) объектах.
1. Установление взаимосвязи между независимыми объектами, участвующими в выполнении одной работы.
2. Устранение одного объекта за счет передачи его функций другому объекту.
3. Увеличение числа объектов, одновременно действующих на ограниченной площади, за счет использования свободной обратной стороны этой площади.
Питый ш аг. Исследование прообразов из других отраслей техники (поставить вопрос: как данное противоречие устраняется в других отраслях техники?).
Шестой шаг. Возвращение (в случае непригодности всех рассмотренных приемов) к исходной задаче и расширение ее условий, т. е. переход к другой, более об щей задаче.
3. Синтетическая стадия
Первый шаг. Внесение изменений в форму дан| ного объекта (новой сущности машины должна соотвец ствовать новая форма).
Второй шаг. Внесение изменений в другие обц екты, связанные с данным.
Третий шаг. Внесение изменений в методы использования объекта.
Четвертый шаг. Проверка применимости найденного принципа изобретения к решению других технических задач.
* * *
В 1949 году Министерство угольной промышленности объявило всесоюзный открытый конкурс на создание холодильного костюма для горноспасателей, занимающихся
спасением людей, оставшихся в шахтах при подземных пожарах. Задача была исключительно трудной, на первый взгляд вообще неразрешимой.
Проследим ход решения этой задачи с помощью АРИЗ-61.
Задача 4
Подземные пожары сопровождаются выделением ядовитого газа- окиси углерода, поэтому горноспасатели вынуждены применять кислородные аппараты. Работают эти аппараты по так называемой замкнутой схеме: кислород, хранящийся под давлением, постепенно подается в дыхательный мешок, а оттуда - в маску; выдыхаемые газы (они содержат много неиспользованного кислорода) очищаются в специальном патроне и снова идут в дыхательный мешок.
Такая система значительно экономичнее открытой (принятой, например, в аквалангах), при которой выдох производится наружу. И все же эта система далеко несовершенна. Кислородный аппарат довольно тяжел - он весит свыше 12 кг, а главное - он не защищает от высокой температуры. Между тем воздух в горящих горных выработках быстро нагревается до 100° С и выше.
При тяжелой физической работе организм человека выделяет тепла около 400 ккал в час. И отвести эти калории некуда - температура окружающей среды выше температуры тела. Не помогает и интенсивное выделение пота: при подземных пожарах влажность воздуха такова, что пот не испаряется, а стекает по телу. А тут еще извне идет мощный поток тепла - при температуре 100° С более 300 ккал в час. Таким образом, за два часа работы нужно отвести примерно 1400 ккал!
Главная трудность создания холодильного костюма заключается в том, что он должен мало весить - на горноспасателя можно нагрузить не более 28 кг, иначе он не сможет работать. Из этих 28 кг на долю кислородного аппарата приходится 12 кг, на долю инструментов- 7 кг. Остается всего 9 кг. Если бы даже весь аппарат состоял из холодильного вещества (а ведь и сама конструкция должна что-то весить!), то и в этом случае запас холодильной мощности был бы недостаточен для двухчасовой работы (этот срок указывался в условиях конкурса). Лед, сухой лед, фреон, сжиженные газы… Ни
одно холодильное вещество не укладывается в жесткие весовые рамки!
Возьмем, например, лед. Это очень мощное холодильное вещество. Чтобы расплавить 1 кг льда, нужно затратить 80 ккал. А для нагревания образовавшейся воды до 35°С - еще 35 ккал. Таким образом, один килограмм льда дает возможность отвести от человека 115 ккал. А у нас этих калорий 1400, значит, потребуется 12 кг льда. Если учесть вес костюма и холодильного устройства (ведь холод надо распределять и регулировать!), получится, что нужен запас веса никак не меньше 15-20 кг.
Решение задачи 4
Логические операции
Ход размышлений при решении задачи
Аналитическая стадия
Первый шаг
Поставить задачу в об- Создать холодильный
щем виде. аппарат.
Второй шаг
Представить себе иде- Максимальная холо-
альный конечный резуль- дильная мощность,
тат.
Третий шаг
Что этому мешает? Большой вес необходи-
мого (запасаемого) холодильного вещества.
Четвертый шаг
Почему? Потому что вес аппара-
та ограничен. Из 28 кг допустимой для горноспасателя нагрузки на долю холодильного аппарата приходится только 9 кг.
Пятый шаг
При каких условиях не будет мешать?
Если на долю холодильного аппарата будет приходиться не 9 кг, а больше- 15 или 20 кг.
Вывод; надо снизить вес кислородного аппарата и инструментов.
Проверить изменения в самом объекте, в частности возможность его разделения.
«Самим объектом» теперь являются кислородный аппарат и инструменты, вес которых надо уменьшить. Путь этот "чрезвычайно затруднителен, ибо инструменты и кислородный аппарат совершенствовались годами. Конструкторы боролись буквально за каждый грамм… Нет, здесь мы многого не добьемся…
Проверить возможность изменения в соседних объектах.
Внешняя среда - шахтный воздух. Конечно, если бы этот воздух был чист, можно было бы отказаться от кислородного аппарата. Но шахтный воздух во время пожара не очистишь.
Оперативная стадия
Первый шаг
Втор ой ш аг
Проверить возможность изменения в среде.
Соседним объектом для кислородного аппарата и инструментов является третья составная часть нагрузки на горноспасателя - искомый хол*»диль-
Третий шаг
Логические операции
Ход размышлений пои решении
задачи
ный аппарат. Заставить его одновременно давать кислород? Для этого нужно взять в качестве холодильного вещества не лед, не сухой лед, а жидкий кислород. Черт побери, кажется, это возможно. Правда, жидкий кислород менее мощное холодильное вещество, чем, например, жидкий аммиак, но зато мы сможем взять его много, чуть ли не 15 кг!
Итог Намечается идея: вместо двух аппаратов - кислородного и холодильного - иметь один. В этом аппарате будет использоваться жидкий кислород. Испарение и нагревание кислорода обеспечат охлаждающее действие; нагретый до нормальной температуры кислород пойдет на дыхание. Весить такой прибор может 12 +а-21 кг.
Синтетическая стадия
Первый шаг
Придание новой формы. Новой сущностью на-
шего аппарата является работа на сжиженном кислороде. Кислорода много. А раньше в кислородном аппарате его было мало и приходилось для экономии применять круговой цикл - выдыхаемый кислород шел на очистку в патрон с известью и снова на дыхание. Те-
Логические операции
Ход размышлений при решении
задачи
перь можно отказаться от сложного и громоздкого кругового цикла. Комплексный аппарат окажется проще и дешевле, чем каждый из соединяемых аппаратов!
Изменения в методе использования.
Изменения в других объектах.
Подумаем, чем будет отличаться наш аппарат в использовании. Кислород быстро испаряется… Значит, вес аппарата будет быстро уменьшаться: из 21 кг на кислород приходится 15 кг. К концу работы аппарат будет весить всего 6 кг. А утомляемость зависит от среднего веса. Значит, можно сначала основательно перегрузить аппарат, брать побольше кислорода.
Четвертый шаг
Применимость найденного принципа к решению других задач.
Где можно применить совмещение двух совместно работающих аппаратов? Помнится, аналогич* ная задача была в сварочной технике, где Приме-
Второй шаг
Единственный «другой объект» - инструменты. Дать и им дополнительную нагрузку? Вряд ли это возможно.
Третий шаг
Логические операции I
няют переносные бензо-бачки и кислородные аппараты.
Общий итог: комплексный холодильный аппарат на жидком кислороде, некруговая схема питания кислородом, начальная перегрузка для увеличения мощности.
Были разработаны (мною совместно с инженером Р. Шапиро) два варианта комплексного холодильно-ды-хательного аппарата. Оба проекта получили на конкурсе высшие премии - первую и вторую. Основной принцип - объединение холодильного и дыхательного аппаратов - лег в основу современных газотеплозащитных костюмов, впервые в мире созданных в Советском Союзе.
«Аппарат для индивидуальной газотепловой защиты,- сказано в авторском свидетельстве № 111144,- состоящий из герметизированного комбинезона, шлема, соединительного кольца, дыхательного мешка, маски и размещенного в подкостюмном пространстве резервуара жидкого кислорода, отличающийся тем, что для устранения необходимости в специальных респираторах отработанный в холодильной системе газ используется для дыхания».
На рис. 6 видно, как устроен газотеплозащитный костюм. Жидкий кислород размещен в ранцевом резервуаре Л Испаряясь, кислород поступает в инжектор 2,расположенный по оси сквозного канала 3.Вытекая из инжектора, кислород смешивается с теплым воздухом под-костюмного пространства и охлаждает его.
В резервуар может быть залито 15-16 кг жидкого кислорода; это обеспечивает 2000-2200 ккал теплоотво-да. Начальный вес скафандра при этом составляет 20- 22 кг. Если же повысить начальный вес до 30-35 кг, запас кислорода можно увеличить в полтора раза. В таком скафандре не страшно войти и в раскаленную печь…
* * *Познакомимся теперь с новым вариантом алгоритма.
Рис. 6. Газотеплозащитный костюм для горноспасателей, впервые созданный в Советском Союзе,
АРИЗ-71
1-1. Первый шаг. Определить конечную цель решения задачи.
а) Какова техническая цель решения задачи («Какую характеристику объекта надо изменить?»).
б) Какие характеристики объекта заведомо нельзя менять при решении задачи?
в) Какова экономическая цель решения задачи («Какие расходы снизятся, если задача будет решена?»),
г) Каковы (примерно) допустимые затраты?
д) Какой главный технико-экономический показатель надо улучшить?
1-2. Второй шаг. Проверить обходной путь. Допустим, задача принципиально нерешима; какую другую- более общую - задачу надо решить, чтобы получить требуемый конечный результат?
1-3. Третий шаг. Определить, решение какой задачи целесообразнее - первоначальной или обходной.
а) Сравнить первоначальную задачу с тенденциями развития данной отрасли техники.
б) Сравнить первоначальную задачу с тенденциями развития ведущей отрасли техники.
в) Сравнить обходную задачу с тенденциями развития данной отрасли техники.
г) Сравнить обходную задачу с тенденциями развития ведущей отрасли техники.
д) Сопоставить первоначальную задачу с обходной. Произвести выбор.
1-4. Четвертый шаг. Определить требуемые количественные показатели.
1-5. Пятый шаг» Внести в требуемые количественные показатели «поправку на время».
1-6. Шестой шаг. Уточнить требования, вызванные конкретными условиями, в которых предполагается реализация изобретения.
а) Учесть особенности внедрения. В частности, допускаемую степень сложности решения.
б) Учесть предполагаемые масштабы применения.
2-1. Первый шаг. Уточнить задачу, используя патентную литературу.
а) Как (по патентным данным) решаются задачи, близкие к данной?
б) Как решаются задачи, похожие на данную, в ведущей отрасли техники?
в) Как решаются задачи, обратные данной?
2-2. Второй шаг. Применить оператор РВ С.
а) Мысленно меняем размеры объекта от заданной величины до нуля (Р -» 0). Как теперь решается задача?
б) Мысленно меняем размеры объекта от заданной
величины до бесконечности (Р-»оо). Как теперь решается задача?
в) Мысленно меняем время процесса (или скорость движения объекта) от заданной величины до нуля (В-*0), Как теперь решается задача?
г) Мысленно меняем время процесса (или скорость% движения объекта) от заданной величины до бесконечности (В - оо). Как теперь решается задача?
д) Мысленно меняем стоимость (допустимые затраты) объекта или процесса от заданной величины до нуля (С-> ()). Как теперь решается задача?
е) Мысленно меняем стоимость (допустимые затраты) объекта или процесса от заданной величины до бесконечности (С-*«v)). Как теперь решается задача?
2-3. Третий шаг. Изложить условия задачи (не используя специальные термины и не указывая, что именно нужно придумать, найти, создать) в двух фразах по следующей форме:
а) Дана система из (указать элементы).
б) Элемент (указать) при условии (указать) дает нежелательный эффект (указать).
Пример. Дан трубопровод с задвижкой; по трубопроводу движется вода с частицами железной руды. Частицы руды при движении истирают задвижку.
2-4. Четвертый шаг. Переписать элементы из 2-За в виде следующей таблицы:
Пример. Трубопровод и задвижка - «а»; вода и частицы руды - «б».
2-5. Пятыйшаг. Выбрать из 2-4а такой элемент, который в наибольшей степени поддается изменениям, переделке, переналадке.
а) Элементы, которые можно менять, переделывать, переналаживать (в условиях данной задачи).
б) Элементы, которые трудно видоизменять (в условиях
данной задачи).
Примечания: а) Если все элементы в 2-4а равноценны по степени допускаемых изменений, начните выбор с неподвижного элемента (обычно его легче менять, чем подвижный). б) Если в 2-4а есть элемент, непосредственно связанный с нежелательным эффектом (обычно этот элемент указывают в 2-36), выберите его в последнюю очередь, в) Если в системе есть только элементы 2-46, возьмите в качестве элемента внешнюю среду.
Пример. Выбрать надо трубопровод, так как задвижка связана с нежелательным явлением (истирается).
3- 1.Первый шаг. Составить формулировку ИКР (идеального конечного результата) по следующей форме:
а) Объект (взять элемент, выбранный в 2-5).
б) Что делает.
в) Как делает (на этот вопрос всегда следует ответить словами «сам», «сама», «само»).
г) Когда делает.
д) При каких обязательных условиях (ограничениях, требованиях и т. п.).
Пример. Трубопровод… меняет свое сечение… сам… когда надо регулировать поток… не истираясь.
3-2. Второй шаг. Сделать два рисунка: «Было» (до ИКР) и «Стало» (ИКР).
Примечания: а) Рисунки могут быть условные - лишь бы они отражали суть «Было» и «Стало». 6) Рисунок «Стало» должен совпадать со словесной формулировкой ИКР.
Проверка. На рисунках должны быть все элементы, перечисленные в 2-За. Если при шаге 2-5 выбрана внешняя среда, ее надо указать на рисунке «Стало».
3-3. Третий шаг. На рисунке «Стало» найти элемент, указанный в 3-1а, и выделить ту его часть, которая не может совершить требуемого действия при требуемых условиях. Отметить эту часть (штриховкой, другим цветом, обводкой контуров и т. п.).
Пример. В рассматриваемой задаче такой частью будет внутренняя поверхность трубопровода.
3-4. Четвертый шаг. Почему эта часть сама не может осуществить требуемое действие?
Вспомогательные вопросы
а) Чего мы хотим от выделенной части объекта?
б) Что мешает выделенной части самой осуществить требуемое действие?
в) В чем несоответствие между «а» и «б»?
Пример: а) Внутренняя поверхность трубы должна сама менять сечение потока, б) Она неподвижна, не может оторваться от стенок трубы, в) Она должна быть неподвижной (как элемент жесткой трубы) и подвижной (как сжимающийся и разжимающийся элемент регулятора).
3-5. Пятый шаг. При каких условиях эта часть сможет осуществить требуемое действие (какими свойствами она должна обладать)?
Примечание. Не надо пока думать - осуществимо ли практически желательное свойство. Назовите это свойство, не беспокоясь о том, как оно будет достигнуто.
Пример. На внутренней поверхности трубы появляется какой-то слой вещества, тем самым внутренняя поверхность переносится ближе к оси трубы. При необходимости этот слой исчезает, и внутренняя поверхность отдаляется от оси трубы.
3-6. Шестой шаг. Что надо сделать, чтобы выделенная часть объекта приобрела свойства, отмеченные в 3-5?
Вспомогательные вопросы
а) Покажите на рисунке стрелками силы, которые должны быть приложены к выделенной части объекта, чтобы обеспечить желательные свойства.
б) Какими способами можно создать эти силы? (Вычеркнуть способы, нарушающие условия 3-1д.)
Пример. Наращивать на внутреннюю поверхность трубы частицы железной руды или воду (лед). Других веществ внутри трубопровода нет, этим и определяется выбор.
3-7. Седьмой шаг. Сформулировать способ, который может быть практически осуществлен. Если таких способов несколько, обозначьте их цифрами (самый перспективный- цифрой 1 и т. д.). Запишите выбранные способы.
Пример. Выполнить участок трубы из немагнитного материала и с помощью электромагнитного поля «наращивать» на внутреннюю поверхность частицы руды.
3-8. Восьмой шаг. Дать схему устройства для осуществления первого способа.
Вспомогательные вопросы
а) Каково агрегатное состояние рабочей части устройства?
б) Как меняется устройство в течение одного рабочего цикла?
в) Как меняется устройство после многих циклов? (После решения задачи следует вернуться к шагу 3-7
и рассмотреть другие перечисленные в нем способы.)
4-1. Первый шаг. Что улучшается и что ухудшается при использовании предлагаемого устройства или способа? Запишите, что достигается предложением и что при этом усложняется, удорожается и т. д.
4-2. Второй шаг. Можно ли видоизменением предлагаемого устройства или способа предотвратить это ухудшение? Нарисуйте схему видоизмененного устройства или способа.
4-3. Третий шаг. В чем теперь ухудшение (что усложняется, удорожается и т. д.)?
4-4. Четвертый шаг. Сопоставить выигрыш и проигрыш, а) Что больше? б) Почему?
Если выигрыш больше проигрыша (хотя бы и в перспективе), перейти к синтетической части АРИЗ.
Если проигрыш больше выигрыша, вернуться к шагу 3-1. Записать на том же листе ход повторного анализа и его результат.
4-5. Пятый шаг. Если теперь выигрыш больше, перейти к синтетической стадии АРИЗ Если повторный анализ не дал новых результатов, вернуться к шагу 2-4, проверить таблицу. Взять в 2-5 другой элемент системы и заново провести анализ. Записать ход анализа на том же листе.
Если нет удовлетворительного решения после 4-5, перейти к следующей части АРИЗ,
5-1. Первый шаг. В таблице устранения технических противоречий (см. приложение 1), выбрать в вертикальной колонке показатель, который надо улучшить по условиям задачи.
5-2. Второй шаг.
а) Как улучшить этот показатель, используя известные пути (если не считаться с проигрышем)?
б) Какой показатель недопустимо ухудшится, если использовать известные пути?
5-3. Третий шаг. Выбрать в горизонтальном ряду таблицы показатель, соответствующий 5-26.
5-4. Четвертый шаг. Определить по таблице приемы устранения технического противоречия (т. е. найти клетку на пересечении строки, выбранной в 5-1, и ряда 5-26).
5-5. Пятый шаг. Проверить применимость этих приемов (о приемах рассказано в следующих главах).
Если задача решена, вернуться к четвертой части АРИЗ, оценить найденную идею и перейти к шестой части АРИЗ. Если задача не решена, проделать следующие шаги пятой части.
5-6. Шестой шаг. Проверить возможность применения физических эффектов и явлений.
5-7. Седьмой шаг. Проверить возможные изменения во времени.
Вспомогательные вопросы
а) Нельзя ли устранить противоречие, «растянув» во времени происходящее по условиям задачи действие?
б) Нельзя ли устранить противоречие, «сжав» во времени происходящее по условиям задачи действие?
в) Нельзя ли устранить противоречие, выполнив требуемое действие заранее, до начала работы объекта?
г) Нельзя ли устранить противоречие, выполнив требуемое действие после того, как объект закончит работу?
д) Если по условиям задачи действие непрерывно - проверить возможность перехода к импульсному действию.
е) Если по условиям задачи действие периодично -
проверить возможность перехода к непрерывному дейСт^ вию. т »
5-8. Восьмой шаг. Как решаются аналогичные задачи в природе?
Вспомогательные вопросы
а) Как решаются подобные задачи в неживой природе?
б) Как решались подобные задачи у вымерших или древних организмов?
в) Как решаются подобные задачи у современных организмов? Каковы в данном случае тенденции развития?
г) Какие поправки надо внести, учитывая особенности используемых техникой материалов?
5-9. Шестой шаг. Проверить возможные изменения в объектах, работающих совместно с данным.
Вспомогательные вопросы
а) В какую надсистему входит система, рассматриваемая в задаче?
б) Как решить данную задачу, если менять не систему, а надсистему?
Если задача не решена, вернуться к шагу 1-3. Если задача решена, вернуться к четвертой части АРИЗ, оценить найденную идею и перейти к шестой части АРЙЗ.
Часть 6. Синтетическая стадия
6-1. Первый шаг. Определить, как должна быть изменена надсистема, в которую входит измененная система (данная по условиям задачи).
6-2. Второй шаг. Проверить, может лн измененная система применяться по-новому.
6-3. Третий шаг. Использовать найденную техническую идею (или идею, обратную найденной) при решении других технических задач.
* * *
Чем же АРИЗ-71 отличается от АРИЗ-61?
Прежде всего наличием двух стадий, «обрабатывающих» задачу (и отношение к ней изобретателя) до анализа. Это не только облегчает анализ, но и позволяет получить- на выходе аналитической стадии - более точ-
ные результаты. Новый алгоритм намного детальнее. Трудные шаги разделены в нем на «подшаги», чтобы повысить надежность решения.
Существенно изменена и оперативная стадия. Вместо отдельных приемов изобретателю предлагается система типовых приемов и таблица, показывающая, какие приемы наиболее перспективны для устранения данного противоречия.
Развитие алгоритма идет, таким образом, по двум направлениям:
полнее учитываются психологические факторы, и это делает алгоритм более гибким;
совершенствуется система поисков на всех стадиях творческого процесса, и это делает алгоритм точнее.
СПЛАВ ЛОГИКИ , ИНТУИЦИИ И ОПЫТА
АРИЗ-61 делит творческий процесс на три стадии:
аналитическая;
оперативная (устранение технического противоречия);
синтетическая (внесение дополнительных изменений).
Каждая стадия подразделяется на ряд последовательно осуществляемых шагов. Таким образом, одно сложное (и потому очень трудное) действие алгоритм разбивает на ряд частичных, более легких действий. Выглядит это так.
АРИЗ-61
1. Аналитическая стадия
Первый шаг. Поставить задачу.
Второй шаг. Представить себе идеальный конечный результат.
Третий шаг. Определить, что мешает достижению этого результата (т. е. найти противоречие).
Четвертый шаг. Определить, почему мешает (найти причину противоречия).
Пятый шаг. Определить, при каких условиях не мешало бы (т. е. найти условия, при которых противоречие снимается).
2. Оперативная стадия
Первый шаг. Проверка возможности изменений в самом объекте (т. е. в данной машине, данном технологическом процессе).
1. Изменение размеров.
2. Изменение формы.
3. Изменение материала.
* 4. Изменение температуры.
5. Изменение давления.
6. Изменение скорости.
7. Изменение окраски.
8. Изменение взаимного расположения частей.
9. Изменение режима работы частей с целью максимальной их нагрузки.
Второй шаг. Проверка возможности разделения объекта на независимые части.
1. Выделение «слабой» части.
2. Выделение «необходимой и достаточной» части.
3. Разделение объекта на одинаковые части. Третий шаг. Проверка возможности изменений в«]
внешней (для данного объекта) среде.
1. Изменение параметров среды.
2. Замена среды.
3. Разделение среды на несколько частичных сред.
4. Использование свойств внешней среды для выпол нения полезных функций.
Четвертый шаг. Проверка возможности изменений в соседних (т. е. работающих совместно с данным) объектах.
1. Установление взаимосвязи между независимыми объектами, участвующими в выполнении одной работы.
2. Устранение одного объекта за счет передачи его функций другому объекту.
3. Увеличение числа объектов, одновременно действующих на ограниченной площади, за счет использования свободной обратной стороны этой площади.
Питый ш аг. Исследование прообразов из других отраслей техники (поставить вопрос: как данное противоречие устраняется в других отраслях техники?).
Шестой шаг. Возвращение (в случае непригодности всех рассмотренных приемов) к исходной задаче и расширение ее условий, т. е. переход к другой, более об щей задаче.
3. Синтетическая стадия
Первый шаг. Внесение изменений в форму дан| ного объекта (новой сущности машины должна соотвец ствовать новая форма).
Второй шаг. Внесение изменений в другие обц екты, связанные с данным.
Третий шаг. Внесение изменений в методы использования объекта.
Четвертый шаг. Проверка применимости найденного принципа изобретения к решению других технических задач.
* * *
В 1949 году Министерство угольной промышленности объявило всесоюзный открытый конкурс на создание холодильного костюма для горноспасателей, занимающихся
спасением людей, оставшихся в шахтах при подземных пожарах. Задача была исключительно трудной, на первый взгляд вообще неразрешимой.
Проследим ход решения этой задачи с помощью АРИЗ-61.
Задача 4
Подземные пожары сопровождаются выделением ядовитого газа- окиси углерода, поэтому горноспасатели вынуждены применять кислородные аппараты. Работают эти аппараты по так называемой замкнутой схеме: кислород, хранящийся под давлением, постепенно подается в дыхательный мешок, а оттуда - в маску; выдыхаемые газы (они содержат много неиспользованного кислорода) очищаются в специальном патроне и снова идут в дыхательный мешок.
Такая система значительно экономичнее открытой (принятой, например, в аквалангах), при которой выдох производится наружу. И все же эта система далеко несовершенна. Кислородный аппарат довольно тяжел - он весит свыше 12 кг, а главное - он не защищает от высокой температуры. Между тем воздух в горящих горных выработках быстро нагревается до 100° С и выше.
При тяжелой физической работе организм человека выделяет тепла около 400 ккал в час. И отвести эти калории некуда - температура окружающей среды выше температуры тела. Не помогает и интенсивное выделение пота: при подземных пожарах влажность воздуха такова, что пот не испаряется, а стекает по телу. А тут еще извне идет мощный поток тепла - при температуре 100° С более 300 ккал в час. Таким образом, за два часа работы нужно отвести примерно 1400 ккал!
Главная трудность создания холодильного костюма заключается в том, что он должен мало весить - на горноспасателя можно нагрузить не более 28 кг, иначе он не сможет работать. Из этих 28 кг на долю кислородного аппарата приходится 12 кг, на долю инструментов- 7 кг. Остается всего 9 кг. Если бы даже весь аппарат состоял из холодильного вещества (а ведь и сама конструкция должна что-то весить!), то и в этом случае запас холодильной мощности был бы недостаточен для двухчасовой работы (этот срок указывался в условиях конкурса). Лед, сухой лед, фреон, сжиженные газы… Ни
одно холодильное вещество не укладывается в жесткие весовые рамки!
Возьмем, например, лед. Это очень мощное холодильное вещество. Чтобы расплавить 1 кг льда, нужно затратить 80 ккал. А для нагревания образовавшейся воды до 35°С - еще 35 ккал. Таким образом, один килограмм льда дает возможность отвести от человека 115 ккал. А у нас этих калорий 1400, значит, потребуется 12 кг льда. Если учесть вес костюма и холодильного устройства (ведь холод надо распределять и регулировать!), получится, что нужен запас веса никак не меньше 15-20 кг.
Решение задачи 4
Логические операции
Ход размышлений при решении задачи
Аналитическая стадия
Первый шаг
Поставить задачу в об- Создать холодильный
щем виде. аппарат.
Второй шаг
Представить себе иде- Максимальная холо-
альный конечный резуль- дильная мощность,
тат.
Третий шаг
Что этому мешает? Большой вес необходи-
мого (запасаемого) холодильного вещества.
Четвертый шаг
Почему? Потому что вес аппара-
та ограничен. Из 28 кг допустимой для горноспасателя нагрузки на долю холодильного аппарата приходится только 9 кг.
Пятый шаг
При каких условиях не будет мешать?
Если на долю холодильного аппарата будет приходиться не 9 кг, а больше- 15 или 20 кг.
Вывод; надо снизить вес кислородного аппарата и инструментов.
Проверить изменения в самом объекте, в частности возможность его разделения.
«Самим объектом» теперь являются кислородный аппарат и инструменты, вес которых надо уменьшить. Путь этот "чрезвычайно затруднителен, ибо инструменты и кислородный аппарат совершенствовались годами. Конструкторы боролись буквально за каждый грамм… Нет, здесь мы многого не добьемся…
Проверить возможность изменения в соседних объектах.
Внешняя среда - шахтный воздух. Конечно, если бы этот воздух был чист, можно было бы отказаться от кислородного аппарата. Но шахтный воздух во время пожара не очистишь.
Оперативная стадия
Первый шаг
Втор ой ш аг
Проверить возможность изменения в среде.
Соседним объектом для кислородного аппарата и инструментов является третья составная часть нагрузки на горноспасателя - искомый хол*»диль-
Третий шаг
Логические операции
Ход размышлений пои решении
задачи
ный аппарат. Заставить его одновременно давать кислород? Для этого нужно взять в качестве холодильного вещества не лед, не сухой лед, а жидкий кислород. Черт побери, кажется, это возможно. Правда, жидкий кислород менее мощное холодильное вещество, чем, например, жидкий аммиак, но зато мы сможем взять его много, чуть ли не 15 кг!
Итог Намечается идея: вместо двух аппаратов - кислородного и холодильного - иметь один. В этом аппарате будет использоваться жидкий кислород. Испарение и нагревание кислорода обеспечат охлаждающее действие; нагретый до нормальной температуры кислород пойдет на дыхание. Весить такой прибор может 12 +а-21 кг.
Синтетическая стадия
Первый шаг
Придание новой формы. Новой сущностью на-
шего аппарата является работа на сжиженном кислороде. Кислорода много. А раньше в кислородном аппарате его было мало и приходилось для экономии применять круговой цикл - выдыхаемый кислород шел на очистку в патрон с известью и снова на дыхание. Те-
Логические операции
Ход размышлений при решении
задачи
перь можно отказаться от сложного и громоздкого кругового цикла. Комплексный аппарат окажется проще и дешевле, чем каждый из соединяемых аппаратов!
Изменения в методе использования.
Изменения в других объектах.
Подумаем, чем будет отличаться наш аппарат в использовании. Кислород быстро испаряется… Значит, вес аппарата будет быстро уменьшаться: из 21 кг на кислород приходится 15 кг. К концу работы аппарат будет весить всего 6 кг. А утомляемость зависит от среднего веса. Значит, можно сначала основательно перегрузить аппарат, брать побольше кислорода.
Четвертый шаг
Применимость найденного принципа к решению других задач.
Где можно применить совмещение двух совместно работающих аппаратов? Помнится, аналогич* ная задача была в сварочной технике, где Приме-
Второй шаг
Единственный «другой объект» - инструменты. Дать и им дополнительную нагрузку? Вряд ли это возможно.
Третий шаг
Логические операции I
няют переносные бензо-бачки и кислородные аппараты.
Общий итог: комплексный холодильный аппарат на жидком кислороде, некруговая схема питания кислородом, начальная перегрузка для увеличения мощности.
Были разработаны (мною совместно с инженером Р. Шапиро) два варианта комплексного холодильно-ды-хательного аппарата. Оба проекта получили на конкурсе высшие премии - первую и вторую. Основной принцип - объединение холодильного и дыхательного аппаратов - лег в основу современных газотеплозащитных костюмов, впервые в мире созданных в Советском Союзе.
«Аппарат для индивидуальной газотепловой защиты,- сказано в авторском свидетельстве № 111144,- состоящий из герметизированного комбинезона, шлема, соединительного кольца, дыхательного мешка, маски и размещенного в подкостюмном пространстве резервуара жидкого кислорода, отличающийся тем, что для устранения необходимости в специальных респираторах отработанный в холодильной системе газ используется для дыхания».
На рис. 6 видно, как устроен газотеплозащитный костюм. Жидкий кислород размещен в ранцевом резервуаре Л Испаряясь, кислород поступает в инжектор 2,расположенный по оси сквозного канала 3.Вытекая из инжектора, кислород смешивается с теплым воздухом под-костюмного пространства и охлаждает его.
В резервуар может быть залито 15-16 кг жидкого кислорода; это обеспечивает 2000-2200 ккал теплоотво-да. Начальный вес скафандра при этом составляет 20- 22 кг. Если же повысить начальный вес до 30-35 кг, запас кислорода можно увеличить в полтора раза. В таком скафандре не страшно войти и в раскаленную печь…
* * *Познакомимся теперь с новым вариантом алгоритма.
АРИЗ-71
Часть 1. Выбор задачи
1-1. Первый шаг. Определить конечную цель решения задачи.
а) Какова техническая цель решения задачи («Какую характеристику объекта надо изменить?»).
б) Какие характеристики объекта заведомо нельзя менять при решении задачи?
в) Какова экономическая цель решения задачи («Какие расходы снизятся, если задача будет решена?»),
г) Каковы (примерно) допустимые затраты?
д) Какой главный технико-экономический показатель надо улучшить?
1-2. Второй шаг. Проверить обходной путь. Допустим, задача принципиально нерешима; какую другую- более общую - задачу надо решить, чтобы получить требуемый конечный результат?
1-3. Третий шаг. Определить, решение какой задачи целесообразнее - первоначальной или обходной.
а) Сравнить первоначальную задачу с тенденциями развития данной отрасли техники.
б) Сравнить первоначальную задачу с тенденциями развития ведущей отрасли техники.
в) Сравнить обходную задачу с тенденциями развития данной отрасли техники.
г) Сравнить обходную задачу с тенденциями развития ведущей отрасли техники.
д) Сопоставить первоначальную задачу с обходной. Произвести выбор.
1-4. Четвертый шаг. Определить требуемые количественные показатели.
1-5. Пятый шаг» Внести в требуемые количественные показатели «поправку на время».
1-6. Шестой шаг. Уточнить требования, вызванные конкретными условиями, в которых предполагается реализация изобретения.
а) Учесть особенности внедрения. В частности, допускаемую степень сложности решения.
б) Учесть предполагаемые масштабы применения.
Часть 2. Уточнение условий задачи
2-1. Первый шаг. Уточнить задачу, используя патентную литературу.
а) Как (по патентным данным) решаются задачи, близкие к данной?
б) Как решаются задачи, похожие на данную, в ведущей отрасли техники?
в) Как решаются задачи, обратные данной?
2-2. Второй шаг. Применить оператор РВ С.
а) Мысленно меняем размеры объекта от заданной величины до нуля (Р -» 0). Как теперь решается задача?
б) Мысленно меняем размеры объекта от заданной
величины до бесконечности (Р-»оо). Как теперь решается задача?
в) Мысленно меняем время процесса (или скорость движения объекта) от заданной величины до нуля (В-*0), Как теперь решается задача?
г) Мысленно меняем время процесса (или скорость% движения объекта) от заданной величины до бесконечности (В - оо). Как теперь решается задача?
д) Мысленно меняем стоимость (допустимые затраты) объекта или процесса от заданной величины до нуля (С-> ()). Как теперь решается задача?
е) Мысленно меняем стоимость (допустимые затраты) объекта или процесса от заданной величины до бесконечности (С-*«v)). Как теперь решается задача?
2-3. Третий шаг. Изложить условия задачи (не используя специальные термины и не указывая, что именно нужно придумать, найти, создать) в двух фразах по следующей форме:
а) Дана система из (указать элементы).
б) Элемент (указать) при условии (указать) дает нежелательный эффект (указать).
Пример. Дан трубопровод с задвижкой; по трубопроводу движется вода с частицами железной руды. Частицы руды при движении истирают задвижку.
2-4. Четвертый шаг. Переписать элементы из 2-За в виде следующей таблицы:
Пример. Трубопровод и задвижка - «а»; вода и частицы руды - «б».
2-5. Пятыйшаг. Выбрать из 2-4а такой элемент, который в наибольшей степени поддается изменениям, переделке, переналадке.
а) Элементы, которые можно менять, переделывать, переналаживать (в условиях данной задачи).
б) Элементы, которые трудно видоизменять (в условиях
данной задачи).
Примечания: а) Если все элементы в 2-4а равноценны по степени допускаемых изменений, начните выбор с неподвижного элемента (обычно его легче менять, чем подвижный). б) Если в 2-4а есть элемент, непосредственно связанный с нежелательным эффектом (обычно этот элемент указывают в 2-36), выберите его в последнюю очередь, в) Если в системе есть только элементы 2-46, возьмите в качестве элемента внешнюю среду.
Пример. Выбрать надо трубопровод, так как задвижка связана с нежелательным явлением (истирается).
Часть 3. Аналитическая стадия
3- 1.Первый шаг. Составить формулировку ИКР (идеального конечного результата) по следующей форме:
а) Объект (взять элемент, выбранный в 2-5).
б) Что делает.
в) Как делает (на этот вопрос всегда следует ответить словами «сам», «сама», «само»).
г) Когда делает.
д) При каких обязательных условиях (ограничениях, требованиях и т. п.).
Пример. Трубопровод… меняет свое сечение… сам… когда надо регулировать поток… не истираясь.
3-2. Второй шаг. Сделать два рисунка: «Было» (до ИКР) и «Стало» (ИКР).
Примечания: а) Рисунки могут быть условные - лишь бы они отражали суть «Было» и «Стало». 6) Рисунок «Стало» должен совпадать со словесной формулировкой ИКР.
Проверка. На рисунках должны быть все элементы, перечисленные в 2-За. Если при шаге 2-5 выбрана внешняя среда, ее надо указать на рисунке «Стало».
3-3. Третий шаг. На рисунке «Стало» найти элемент, указанный в 3-1а, и выделить ту его часть, которая не может совершить требуемого действия при требуемых условиях. Отметить эту часть (штриховкой, другим цветом, обводкой контуров и т. п.).
Пример. В рассматриваемой задаче такой частью будет внутренняя поверхность трубопровода.
3-4. Четвертый шаг. Почему эта часть сама не может осуществить требуемое действие?
Вспомогательные вопросы
а) Чего мы хотим от выделенной части объекта?
б) Что мешает выделенной части самой осуществить требуемое действие?
в) В чем несоответствие между «а» и «б»?
Пример: а) Внутренняя поверхность трубы должна сама менять сечение потока, б) Она неподвижна, не может оторваться от стенок трубы, в) Она должна быть неподвижной (как элемент жесткой трубы) и подвижной (как сжимающийся и разжимающийся элемент регулятора).
3-5. Пятый шаг. При каких условиях эта часть сможет осуществить требуемое действие (какими свойствами она должна обладать)?
Примечание. Не надо пока думать - осуществимо ли практически желательное свойство. Назовите это свойство, не беспокоясь о том, как оно будет достигнуто.
Пример. На внутренней поверхности трубы появляется какой-то слой вещества, тем самым внутренняя поверхность переносится ближе к оси трубы. При необходимости этот слой исчезает, и внутренняя поверхность отдаляется от оси трубы.
3-6. Шестой шаг. Что надо сделать, чтобы выделенная часть объекта приобрела свойства, отмеченные в 3-5?
Вспомогательные вопросы
а) Покажите на рисунке стрелками силы, которые должны быть приложены к выделенной части объекта, чтобы обеспечить желательные свойства.
б) Какими способами можно создать эти силы? (Вычеркнуть способы, нарушающие условия 3-1д.)
Пример. Наращивать на внутреннюю поверхность трубы частицы железной руды или воду (лед). Других веществ внутри трубопровода нет, этим и определяется выбор.
3-7. Седьмой шаг. Сформулировать способ, который может быть практически осуществлен. Если таких способов несколько, обозначьте их цифрами (самый перспективный- цифрой 1 и т. д.). Запишите выбранные способы.
Пример. Выполнить участок трубы из немагнитного материала и с помощью электромагнитного поля «наращивать» на внутреннюю поверхность частицы руды.
3-8. Восьмой шаг. Дать схему устройства для осуществления первого способа.
Вспомогательные вопросы
а) Каково агрегатное состояние рабочей части устройства?
б) Как меняется устройство в течение одного рабочего цикла?
в) Как меняется устройство после многих циклов? (После решения задачи следует вернуться к шагу 3-7
и рассмотреть другие перечисленные в нем способы.)
Часть 4. Предварительная оценка найденной идеи
4-1. Первый шаг. Что улучшается и что ухудшается при использовании предлагаемого устройства или способа? Запишите, что достигается предложением и что при этом усложняется, удорожается и т. д.
4-2. Второй шаг. Можно ли видоизменением предлагаемого устройства или способа предотвратить это ухудшение? Нарисуйте схему видоизмененного устройства или способа.
4-3. Третий шаг. В чем теперь ухудшение (что усложняется, удорожается и т. д.)?
4-4. Четвертый шаг. Сопоставить выигрыш и проигрыш, а) Что больше? б) Почему?
Если выигрыш больше проигрыша (хотя бы и в перспективе), перейти к синтетической части АРИЗ.
Если проигрыш больше выигрыша, вернуться к шагу 3-1. Записать на том же листе ход повторного анализа и его результат.
4-5. Пятый шаг. Если теперь выигрыш больше, перейти к синтетической стадии АРИЗ Если повторный анализ не дал новых результатов, вернуться к шагу 2-4, проверить таблицу. Взять в 2-5 другой элемент системы и заново провести анализ. Записать ход анализа на том же листе.
Если нет удовлетворительного решения после 4-5, перейти к следующей части АРИЗ,
Часть 5. Оперативная стадия
5-1. Первый шаг. В таблице устранения технических противоречий (см. приложение 1), выбрать в вертикальной колонке показатель, который надо улучшить по условиям задачи.
5-2. Второй шаг.
а) Как улучшить этот показатель, используя известные пути (если не считаться с проигрышем)?
б) Какой показатель недопустимо ухудшится, если использовать известные пути?
5-3. Третий шаг. Выбрать в горизонтальном ряду таблицы показатель, соответствующий 5-26.
5-4. Четвертый шаг. Определить по таблице приемы устранения технического противоречия (т. е. найти клетку на пересечении строки, выбранной в 5-1, и ряда 5-26).
5-5. Пятый шаг. Проверить применимость этих приемов (о приемах рассказано в следующих главах).
Если задача решена, вернуться к четвертой части АРИЗ, оценить найденную идею и перейти к шестой части АРИЗ. Если задача не решена, проделать следующие шаги пятой части.
5-6. Шестой шаг. Проверить возможность применения физических эффектов и явлений.
5-7. Седьмой шаг. Проверить возможные изменения во времени.
Вспомогательные вопросы
а) Нельзя ли устранить противоречие, «растянув» во времени происходящее по условиям задачи действие?
б) Нельзя ли устранить противоречие, «сжав» во времени происходящее по условиям задачи действие?
в) Нельзя ли устранить противоречие, выполнив требуемое действие заранее, до начала работы объекта?
г) Нельзя ли устранить противоречие, выполнив требуемое действие после того, как объект закончит работу?
д) Если по условиям задачи действие непрерывно - проверить возможность перехода к импульсному действию.
е) Если по условиям задачи действие периодично -
проверить возможность перехода к непрерывному дейСт^ вию. т »
5-8. Восьмой шаг. Как решаются аналогичные задачи в природе?
Вспомогательные вопросы
а) Как решаются подобные задачи в неживой природе?
б) Как решались подобные задачи у вымерших или древних организмов?
в) Как решаются подобные задачи у современных организмов? Каковы в данном случае тенденции развития?
г) Какие поправки надо внести, учитывая особенности используемых техникой материалов?
5-9. Шестой шаг. Проверить возможные изменения в объектах, работающих совместно с данным.
Вспомогательные вопросы
а) В какую надсистему входит система, рассматриваемая в задаче?
б) Как решить данную задачу, если менять не систему, а надсистему?
Если задача не решена, вернуться к шагу 1-3. Если задача решена, вернуться к четвертой части АРИЗ, оценить найденную идею и перейти к шестой части АРЙЗ.
Часть 6. Синтетическая стадия
6-1. Первый шаг. Определить, как должна быть изменена надсистема, в которую входит измененная система (данная по условиям задачи).
6-2. Второй шаг. Проверить, может лн измененная система применяться по-новому.
6-3. Третий шаг. Использовать найденную техническую идею (или идею, обратную найденной) при решении других технических задач.
* * *
Чем же АРИЗ-71 отличается от АРИЗ-61?
Прежде всего наличием двух стадий, «обрабатывающих» задачу (и отношение к ней изобретателя) до анализа. Это не только облегчает анализ, но и позволяет получить- на выходе аналитической стадии - более точ-
ные результаты. Новый алгоритм намного детальнее. Трудные шаги разделены в нем на «подшаги», чтобы повысить надежность решения.
Существенно изменена и оперативная стадия. Вместо отдельных приемов изобретателю предлагается система типовых приемов и таблица, показывающая, какие приемы наиболее перспективны для устранения данного противоречия.
Развитие алгоритма идет, таким образом, по двум направлениям:
полнее учитываются психологические факторы, и это делает алгоритм более гибким;
совершенствуется система поисков на всех стадиях творческого процесса, и это делает алгоритм точнее.
СПЛАВ ЛОГИКИ , ИНТУИЦИИ И ОПЫТА
Пользуясь алгоритмом, изобретатель постепенно приближается к решению. Некоторые этапы этого пути почти нацело «логизированы», иногда логика отступает на второй план, и тогда алгоритм подталкивает в нужном направлении воображение изобретателя, создает условия для проявлелия интуиции. Есть и такие участки пути к решению, на которых алгоритм работает за счет обобщенного изобретательского опыта.
Две первые стадии творческого процесса изобретателя посвящены выбору задачи и уточнению ее условий. Первоначальная формулировка, в какой задача попадает изобретателю, почти всегда неточна или даже ошибочна. Например, изобретателю говорят: «Нужно найти способ осуществления такой-то операции». Но, возможно, выгоднее пойти в обход, устранив необходимость в этой операции! Очень часто обходные пути оказываются перспективнее прямых.
Две первые стадии творческого процесса изобретателя посвящены выбору задачи и уточнению ее условий. Первоначальная формулировка, в какой задача попадает изобретателю, почти всегда неточна или даже ошибочна. Например, изобретателю говорят: «Нужно найти способ осуществления такой-то операции». Но, возможно, выгоднее пойти в обход, устранив необходимость в этой операции! Очень часто обходные пути оказываются перспективнее прямых.