ПЕРЕХОД ОТ АДМИНИСТРАТИВНОГО ПРОТИВОРЕЧИЯ К ТЕХНИЧЕСКОМУ
ПРИ АНАЛИЗЕ ИЗОБРЕТАТЕЛЬСКИХ ПРОБЛЕМ
А.М. Пиняев
Научно-исследовательская лаборатория изобретающих машин
Рассматривается алгоритм функционального анализа изобрета-
тельских ситуаций, предназначенный для замены шага 1.1 АРИЗ.
В теории решения изобретательских задач (ТРИЗ) определены
три типа противоречий: административные, технические, физические.
При этом под административным противоречием понимается явное ука-
зание на один или несколько нежелательных эффектов, устранить ко-
торые известными способами не представляется возможным. Анализ
изобретательской проблемы в рамках этих представлений является
предметом алгоритма решения изобретательских задач (АРИЗ) [1].
Однако нетрудно установить, что переход от технического противо-
речия к физическому совершается с помощью трех частей алгоритма
(части 1 - 3, 13 шагов), в то время, как переход от администра-
тивного противоречия к техническому совершается всего за один шаг
(шаг 1.1).
Практика применения АРИЗ показывает, что среди шагов этого
алгоритма есть несколько таких, выполнение которых вызывает наи-
большие трудности. И едва ли не самым трудным среди них является
шаг 1.1. Зачастую выполнение шага 1.1 при обучении занимает
столько же времени, сколько и весь остальной анализ. И это - для
учебных задач, что же говорить о задачах практических? В то же
время значение шага 1.1 трудно переоценить - неверно поставленная
задача, ложно сформулированное техническое противоречие (ТП) зат-
рудняют или делают невозможным получение сильного ответа.
В предлагаемой работе предложен алгоритм анализа изобрета-
тельской ситуации (ИС), целью которого является выявление и фор-
мулирование изобретательской задачи (ИЗ). Итогом работы по алго-
ритму являются формулировки технических противоречий и цели,
которой необходимо достичь в результате решения задачи. Таким об-
разом, предложенный алгоритм выполняет все функции шага 1.1 АРИЗ
и может быть рекомендован для его замены. Методика анализа осно-
вывается на идеях функционального анализа изобретательских ситуа-
Алгоритм ФАИС: структурная схема
ЪДДДДДДДДДї
ісписок НЭі
АДДДДВДДДДЩ
ЙНННННННКННННННННН»
єпостроение ПСЦ НЭє
ИНННННННЛНННННННННј
ЪДДДДДДДБДДДДДДДДДї
іопределение КНЭ і<ДДДДДДДДДДДї
АДДДДДДДВДДДДДДДДДЩ і
ЪДДДДДДДДБДДДДДДДДДї і
Ф іфункциональный/ і З і
ЪДДДДДґзатратный КНЭ ГДДДї і
і АДДДДДДДДДДДДДДДДДДЩ і і
і і і
ЪДДДДБДДДДїПФНЭЙННННННННННН» ЪДДБДї і
іВФНЭ/ПФНЭГДДД>єанализ ПФНЭє<ДДґПФНЭі і
АДДДДВДДДДЩ ИНННННЛНННННј АДДДДЩ і
ВФНЭ і ЪДДДДДДБДДДДДДДДДДї і
ЙНННННКННННН» і какие объекты і і
єанализ ВФНЭМН>і можно изменять і і
ИНННННННННННј АДДДДДДДВДДДДДДДДДЩ і
ЪДДДДДДДБДДДДДДДДДї і
і замена в КЗ і і
і спецтерминов і і
АДДДДДДДВДДДДДДДДДЩ і
ЪДДДДДДДБДДДДДДДДДї і
іформулирование ТПі і
АДДДДДДДВДДДДДДДДДЩ і
ЪДДДДДДДДДДДБДДДДДДДДДДДДДї і
ЪДДД>і РЕШЕНИЕ ГДДДДДДЩ
і АДДДДДДДДДДДВДДДДДДДДДДДДДЩ
і ЪДДДДДДДБДДДДДДДДДї
АДДДДДДДДґизменение задачи і
АДДДДДДДДДДДДДДДДДЩ
Рис.1
ций (ФАИС) [2-3]. Алгоритм ФАИС приведен в Приложении 1, а приме-
ры его практического применения - в Приложении 2.
Структурная схема предлагаемого алгоритма представлена на
рис.1.
В известных работах по анализу изобретательской ситуации
[1-6] можно выделить две возможности выбора отправной точки ана-
лиза: от главной полезной функции технической системы (ТС) и от
нежелательного эффекта. Очевидным недостатком первого варианта
(более раннего) является неопределенность относительно того,
главную функцию какой именно ТС из иерархии систем необходимо оп-
ределять. Поэтому в настоящей работе предпочтение отдано второму
варианту, начало которому положено работой [2].
Анализ ИС (см. рис.1) начинается с составления списка неже-
лательных эффектов (НЭ), после чего необходимо выбрать из них
ключевой. Для этого предназначен микро-алгоритм построения при-
чинно-следственной цепочки (ПСЦ) нежелательных эффектов (см. При-
ложение 1, шаги 2-3). Следует иметь в виду, что ключевых НЭ может
быть несколько, что свидетельствует о том, что в ИС содержится
несколько ключевых ИЗ, каждая из которых должна быть сформулиро-
вана и решена.
Отметим, что идея построения ПСЦ для выбора задачи достаточ-
но давно известна в ТРИЗ (см., например, [4]). Особенностью дан-
ной работы является способ построения ПСЦ, а именно - сравнение
двух взаимно противоположных утверждений и выбор из них правиль-
ного (шаг 2). Такой способ позволяет дать надежные критерии при-
чинно-следственной связи и тем самым формализовать построение
ПСЦ.
Как показано в [2], все НЭ можно разделить на два типа:
"функциональные" (заключающиеся во вредном или неэффективном
функционировании) и "затратные" (недопустимо большие затраты на
выполнение полезных функций - сложность, стоимость, габариты,
энергопотребление и т.п.). Аналогично, "функциональные" НЭ делят-
ся на два больших класса: вредно-функциональные (ВФНЭ) и полезно-
функциональные (ПФНЭ). ВФНЭ заключаются в выполнении вредных
функций (ВФ), то есть действий по ухудшению параметров материаль-
ных объектов. ПФНЭ заключаются в недостаточно эффективном выпол-
нении полезных функций (ПФ). В соответствии с этими представлени-
ями производится классификация ключевого НЭ (шаги 4-6), причем
"затратные" НЭ приводятся к функциональному виду. Таким образом,
результатом первых шести шагов алгоритма является ключевой НЭ,
отнесенный к одному из классов - ВФНЭ или ПФНЭ. Такая классифика-
ция необходима потому, что различия в причинах возникновения НЭ
каждого из указанных классов настолько велики, что требуют раз-
личных методик для их анализа.
Анализ ВФНЭ (шаг 7 Алгоритма) основан на анализе функций и
свойств элемента, выполняющего вредную функцию. Целью при этом
является выявление пары сопряженных функций, т.е. таких функций,
которые связаны общим свойством инструмента или общими объектами.
Всего в этом случае определено три возможных типа пары сопряжен-
ных функций. Эти типы соответствуют минимальному набору моделей
изобретательских задач в случае анализа ВФНЭ:
а) полная пара сопряженных функций: инструмент выполняет и
ПФ, и ВФ. Функции в паре связаны общим свойством инстру-
мента.
ПРИМЕР (Испытание кубических образцов). Даны агрессивная жид-
кость, кубики и стенка сосуда. Агрессивная жидкость разъедает по-
верхность кубиков, что необходимо для их испытания, но разъедает
и стенку сосуда, что недопустимо. Необходимо разъедать поверх-
ность кубиков, не разъедая стенку сосуда.
(Решение: стенки сосуда изготавливают из испытываемых образцов)
Общим свойством инструмента здесь является "агрессивность"
жидкости. В приведенном примере объекты ПФ и ВФ различны. В дру-
гих случаях они могут совпадать [3].
б) полная пара сопряженных функций: выполняется и ВФ, и ПФ,
но объект полезной функции является субъектом вредной
функции, и наоборот. Поэтому функции в паре связаны объ-
ектами.
ПРИМЕР (Транспортировка стальных шариков). Даны изгиб трубопрово-
да и стальные шарики. Изгиб трубопровода направляет стальные ша-
рики, но шарики разрушают изгиб. Необходимо направлять шарики, не
разрушая трубопровод.
(Решение: в местах изгибов делают накопители шариков, и запас не-
подвижных шариков предотвращает разрушение изгиба).
Видно, что объект полезной функции (стальные шарики) выпол-
няет вредную функцию, т.е. является ее субъектом, и наоборот, что
и делает функции сопряженными.
в) вырожденная пара сопряженных функций: ПФ отсутствует, ин-
струмент выполняет только ВФ.
ПРИМЕР. (Разрушение подводного крыла). Даны кавитационные пузырь-
ки и поверхность подводного крыла. Кавитационные пузырьки разру-
шают поверхность подводного крыла, что недопустимо. Необходимо
устранить способность пузырьков разрушать поверхность крыла.
(Решение: на поверхности подводного крыла намораживают тонкий
слой льда).
Очевидно, что кавитационные пузырьки не выполняют никаких
полезных функций в рассматриваемой ТС, и поэтому сопряженная пара
функций является вырожденной.
Логика анализа ВФНЭ может быть представлена следующей после-
довательностью (см. шаг 7 Алгоритма):
ВФНЭ-->ВФ-->Э-->ВС-->набор ПФ-->анти-ВС-->сопряженная ПФ,
где Э - элемент, выполняющий ВФ;
ВС - "вредное свойство" Э;
анти-ВС - свойство, противоположное ВС.
Кроме того, подшаги 7.6-7.8 предназначены для выявления мо-
делей задач типа б) и в) (см. выше). Шаги 7.11 и 7.12 введены для
определения ПФ надсистемы, что понадобится для выбора схемы конф-
ликта на шаге 1.4 АРИЗ и переформулирования задачи.
Таким образом, логика анализа ВФНЭ исходит из предположения
о том, что причиной этого типа НЭ является наличие у одного из
элементов ТС "вредного свойства", приводящего к выполнению им ВФ.
В задаче об испытании кубических образцов (см.выше) вредным
свойством является "агрессивность" жидкости, в задаче о транспор-
тировке стальных шариков - их твердость и скорость, в задаче о
разрушении подводного крыла - способность пузырьков создавать
гидродинамический удар. При этом следует обратить внимание на от-
носительный характер понятия "вредное свойство": свойство, вред-
ное в одном отношении, может одновременно быть полезным в другом,
как в задаче об испытании кубических образцов. Мы будем понимать
под ВС свойство элемента, необходимое для выполнения им ВФ, неза-
висимо от того, необходимо ли оно для выполнения каких-либо ПФ,
или нет.
Причина возникновения ПФНЭ существенно иная. Поскольку ВФ в
этом случае не выполняется, то нельзя говорить о наличии ка-
ких-либо ВС. Действительной причиной ПФНЭ является невозможность
выполнения требуемого действия известным способом. Под способом
здесь понимается любая функция, необходимая для выполнения требу-
емого действия в существующей ТС.
ПРИМЕР (Измерение высоты пещеры). Необходимо измерить высоту пе-
щеры, которая настолько велика, что свет фонаря не позволяет уви-
деть ее потолок.
Возможный способ измерения высоты пещеры - влезть наверх по
стене и спустить сверху измерительный шнур. "Влезть наверх" -
значит "поднять человека со шнуром". Эта функция, с одной сторо-
ны, необходима для измерения высоты пещеры указанным способом, а,
с другой стороны, невозможность ее эффективного выполнения оче-
видна. Противоречие в подобных случаях возникает, если предъявить
к системе требование выполнения функции - следствия без выполне-
ния функции - причины, т.е. для данного случая - измерить высоту
пещеры, не поднимая человека со шнуром.
Аналогичный подход позволил П.Н.Яблочкову изящно решить за-
дачу об обгорании электродов дуговой лампы: следовало только пос-
тавить задачу по выполнению функции-следствия (поддерживать горе-
ние дуги) без выполнения функции-причины (сближать электроды).
Проведенные мной в последнее время исследования показали
возможность существенного продвижения к решению с помощью уточне-
ния формулировки задачи путем достройки причинно-следственной це-
почки функций промежуточной полезной функцией. Тогда противоречие
строится путем предъявления к системе требований выполнения про-
межуточной функции без выполнения функции-причины. В задаче об
измерении высоты пещеры (знак --> используется вместо слов "необ-
ходимо для того, чтобы", и обозначает причинно-следственную
связь):
поднимать человека со шнуром --> поднимать шнур --> измерять
высоту пещеры.
В задаче Яблочкова:
сближать электроды --> поддерживать постоянное расстояние
между электродами --> поддерживать горение дуги.
В первом случае промежуточная функция - "поднимать шнур", во
втором - "поддерживать постоянное расстояние между электродами".
Задачи, соответственно, формулируются следующим обрвзом: "подни-
мать шнур, не поднимая человека со шнуром" и "поддерживать посто-
янное расстояние между электродами, не сближая их", что сущест-
венно облегчает переход к решениям - поднимать шнур воздушным ша-
ром, расположить электроды параллельно.
В соответствии с этими представлениями построена логика ана-
лиза ПФНЭ (шаг 8 Алгоритма), которую можно представить следующей
последовательностью:
Ф-у --> СУ Ф-у --> Э Ф-у --> Ф-н --> ППФ, где
Ф-у - функция, которую по условиям задачи необходимо выпол-
нить или улучшить,
СУ Ф-у - известный способ, которым можно выполнить или улуч-
шить Ф-у,
Э Ф-у - элемент ТС, выполняющий или улучшающий выполнение
Ф-у в рамках СУ Ф-у,
Ф-н - функция, выполнение которой необходимо в рамках СУ
Ф-у,
ППФ - промежуточная полезная функция.
Нетрудно заметить, что такая логика анализа также позволяет
получить сопряженную пару функций, в которой роль полезной функ-
ции играет ППФ, а роль вредной - Ф-н. Однако теперь "сопряжен-
ность" функций определяется не свойством инструмента и не объек-
тами функций, а причинно-следственной связью. Строго говоря, и в
случае анализа ВФНЭ ставится задача по разрушению причинно-следс-
твенной связи (в исходной ТС существует такая связь между ПФ и
ВФ). Таким образом, подход с точки зрения ФАИС позволяет устано-
вить глубинную связь между двумя различными типами ИЗ при всем
различии в механизмах их возникновения и методиках анализа.
Обратим внимание на шаги 8.8 - 8.10, позволяющие находить
ППФ. Обозначим литерой Э тот элемент ТС, который выполняет или
улучшает выполнение Ф-у. Сперва определяется действие, которое
нужно произвести над Э, чтобы улучшить выполнение функции Ф-у.
Это и будет действие функции Ф-н. Объектом Ф-н является Э. Затем
определяется та часть Э, над которой, собственно, и надо выпол-
нять это действие. В частном случае это может быть и весь Э. Та-
ким образом находится объект ППФ. Затем определяется, какое имен-
но действие, отличающееся от действия Ф-н, необходимо выполнить
над объектом ППФ. Если на первом подшаге удалось выделить часть
Э, то искомое действие может в каких-то случаях и совпадать с
действием Ф-н. Целью шагов 8.8 - 8.10 является поиск функции,
связанной с Ф-н и Ф-у причинно-следственными связями и не совпа-
дающей с какой-либо из них.
Подводя итоги способам анализа НЭ, отметим, что, согласно
представлениям ФАИС, существует четыре базовых модели ИЗ - три
для ВФНЭ и одна для ПФНЭ:
1. Сопряженное действие А: инструмент оказывает полезное
действие на объект ПФ и вредное на объект ВФ.
2. Сопряженное действие Б: инструмент оказывает полезное
действие на объект ПФ, а объект ПФ оказывает вредное
действие на инструмент.
3. Вредное действие: инструмент оказывает вредное действие
на объект ВФ.
4. Недопустимое действие: инструмент выполняет полезную
функцию ПФ путем выполнения недопустимой функции Ф-н,
причем весьма вероятно, что конфликты типа 2 всегда приводятся к
конфликтам типа 3. Любые другие типы конфликтов приводятся к че-
тырем указанным, причем инструментом приведения является Алгоритм
ФАИС.
Следующей операцией (шаг 9 Алгоритма) является определение
допустимых изменений в элементах ТС, входящих в модель задачи.
Необходимость этого шага определяется следующими соображения-
ми. Во-первых, он позволяет учесть ограничения, накладываемые
конкретными условиями, в которых будет осуществляться реализация
полученной идеи. Во-вторых, определение допустимых изменений поз-
воляет конкретизировать идеи, даваемые решательными инструментами
ТРИЗ (приемами разрешения ТП, стандартами, изобретательскими эф-
фектами и т.п.).
Следующий шаг, являющийся развитием известного шага АРИЗ
(последние известные модификации см. в [4,5]) предназначен для
замены специальных терминов в ИЗ. Новым здесь является то, что
полученная на предыдущих шагах информация позволяет собрать в
компактную группу термины, подлежащие замене.
Последним шагом перед решением задачи является формулирова-
ние ТП (шаг 11 Алгоритма). Проведенный анализ позволяет сделать
этот шаг полностью формальным. Приведенные формулировки ТП явля-
ются точными и универсальными, в сжатом виде отражая суть пробле-
мы.
Как известно, не каждая задача поддается решению, даже с по-
мощью АРИЗ. Поэтому в Алгоритме предусмотрены возможности замены
задачи. Первая такая возможность использует информацию о полезных
функциях надсистемы, полученную на шагах 7.11-7.12 и 8.3-8.4.
Ставится задача по выполнению функции надсистемы без выполнения
полезной функции ТС.
ПРИМЕР. На одном из семинаров по обучению ТРИЗ, ФСА и ИМ слуша-
тель сформулировал проблему, суть которой заключалась в том, что
нужно было с высокой точностью согласовать перемещения штоков
двух гидроцилиндров. Известные системы не обеспечивали требуемой
точности. Решение было найдено, но меня не оставляло ощущение,
что в этой ситуации существует решение более идеальное. Оказа-
лось, однако, что в рамках исходной постановки проблемы найти та-
кое решение невозможно. Замена задачи по предложенной схеме поз-
волила установить, что согласовывать перемещения штоков необходи-
мо для того, чтобы исключить заклинивание металлической балки,
снимаемой гидроцилиндрами с двух цилиндрических пальцев. Новая
задача была сформулирована следующим образом: необходимо устра-
нить заклинивание балки, не согласовывая движения штоков. Решение
появилось после формулирования ТП: если отверстия под пальцы
большие, то балка снимается хорошо, но точность фиксации балки
невелика, и наоборот. Пальцы и отверстия под них выполнили кони-
ческими, сужающимися в направлении снятия, и нужный результат был
достигнут.
Вторая, достаточно очевидная возможность замены задачи, зак-
лючается в выборе другого НЭ и повторном анализе (см. рис.1). Об-
щая схема замены задачи такова:
Ъ>анализ НЭ-->решение-->заменаТП-->решение-->выбор другого НЭї
АДДДДДДДДДДДДДДДДДДдо исчерпания списка НЭДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДЩ
Следует отметить, что первая из указанных возможностей замены
задачи может в некоторых (далеко не во всех!) случаях перекры-
ваться второй. Это происходит тогда и только тогда, когда ПСЦ,
построенные по ПФ и по НЭ, совпадают. Тем не менее, в общем слу-
чае список из N нежелательных эффектов порождает до 2N изобрета-
тельских задач.
В заключение суммируем те особенности описанного алгоритма,
которые определяют его высокую эффективность и позволяют рекомен-
довать для замены шага 1.1.
1. Высокая степень формализации.
2. Использование классификации НЭ.
3. Детальные микро-алгоритмы для анализа НЭ разных типов.
4. Использование всего четырех базовых моделей ИЗ.
5. Использование функционального подхода к анализу ТС.
6. Анализ проблемы от НЭ.
7. Новый способ выстраивания НЭ в ПСЦ.
8. Возможность замены задачи.
Автор благодарен В.М.Герасимову за подготовленную и любезно
предоставленную им справку с условиями изобретательской ситуации
"сушка бумаги" (Приложение 2).
ЛИТЕРАТУРА
1. Альтшуллер Г.С. Найти идею. Введение в теорию решения изоб-
ретательских задач. - Новосибирск: Наука, 1986.
2. Пиняев А.М. Функциональный анализ изобретательских ситуа-
ций. Журнал ТРИЗ, т.1, N1, 1990, с.30.
3. Пиняев А.М. Функциональный подход к анализу изобретатель-
ских ситуаций. (сборник НИЛИМ N2).
4. Алгоритм решения изобретательских задач (сценарий машинной
версии, адаптированный). Комплект материалов. Составители:
Зусман А.В., Злотин Б.Л. - Кишинев: изд. МНТЦ "Прогресс",
1991, 145 с.
5. Литвин С.С. К разработке АРИЗ-91. - Ленинград: Рукопись, 1991.
6. Королев В.А. АРИЗ опытный (развитие АРИЗ-85В). - Белая Цер-
ковь: Рукопись, 1991.
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. АЛГОРИТМ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО АНАЛИЗА ИЗОБРЕТАТЕЛЬСКОЙ
СИТУАЦИИ (предназначен для замены шага 1.1 АРИЗ)
Знаком * отмечены полностью формализованные шаги.
1. Составить список нежелательных эффектов (НЭ) в функционирова-
нии технической системы (ТС), описанной в условиях данной
изобретательской ситуации.
2. Выявить причинно-следственные связи между найденными НЭ.
*2.1. Взять любые два нежелательных эффекта НЭ1 и НЭ2 и сформу-
лировать для них два утверждения:
а) Нежелательный эффект (указать НЭ1) исчезнет, если уст-
ранить нежелательный эффект (указать НЭ2);
б) Нежелательный эффект (указать НЭ2) исчезнет, если уст-
ранить нежелательный эффект (указать НЭ1);
2.2. Выбрать из двух утверждений п. 2.1 правильное.
ПРИМЕЧАНИЕ. Если оба выражения неверны, значит, НЭ независимы.
*2.3. Определить причинно-следственную связь между НЭ1 и НЭ2: НЭ,
стоящий в конце утверждения п. 2.2, является причиной,
а стоящий в его начале - следствием.
ПРИМЕЧАНИЕ: Причинно-следственная связь обозначается стрел-
кой, направленной от причины к следствию.
*2.4. Повторить пп. 2.1 - 2.4 для другой пары НЭ, и так - до ис-
черпания списка НЭ п. 1.
*3. Указать начальный НЭ в установленных причинно-следственных
связях.
ПРИМЕЧАНИЕ. Если таких НЭ несколько, то дальнейшие шаги необ-
ходимо выполнить над каждым из них.
4. Нежелательный эффект (указать НЭ 3) означает, что:
4.1. Необходимо улучшить функционирование;
4.2. Необходимо уменьшить затраты на функционирование (слож-
ность, стоимость, габариты ТС, затраты энергии, трудо-
емкость и т.п.)
4.1. - переход к шагу 6. 4.2. - переход к шагу 5.
5. Указать, выполнение какой полезной функции связано с недо-
пустимыми затратами.
Переход к шагу 8.
6. Нежелательный эффект (указать НЭ 3) означает, что:
6.1. Выполняется вредная функция (ВФ);
6.2. Плохо выполняется полезная функция (ПФ).
6.1 - переход к шагу 7. 6.2 - переход к шагу 8.
7. Провести анализ ВФНЭ.
7.1. Указать ВФ.
7.2. Указать элемент (Э), выполняющий ВФ.
7.3. Указать вредное свойство (ВС) Э, из-за которого он выполняет ВФ.
*7.4. Указать свойство, противоположное ВС (анти-ВС).
7.5. Проверить, будет ли выполняться ВФ, если Э будет обладать
свойством анти-ВС. Если да - возврат к 7.3 и переформулиро-
вание ВС. Если нет - переход к следующему шагу.
7.6. Указать, выполняет ли Э в рассматриваемой ТС какие-либо ПФ.
Да - к шагу 7.9, нет - к шагу 7.7.
7.7. Указать, выполняет ли объект ВФ какую-либо ПФ над Э.
Да - к шагу 7.8, нет - к шагу 9.
7.8. Указать, какую ПФ выполняет над Э объект ВФ.
Далее - переход к шагу 9.
7.9. Составить список ПФ, выполняемых Э.
7.10. Вычеркнуть из этого списка те ПФ, которые будут выполнять-
ся, если Э будет обладать свойством анти-ВС.
ПРИМЕЧАНИЕ. Если после этого в списке останется более одной
ПФ, то выбрать из них ту, которая является следствием ос-
тальных.
7.11. Указать, зачем необходимо выполнить ПФ 7.10.
7.12. Сформулировать 7.11 в виде полезной функции.
Переход к шагу 9.
8. Провести анализ ПФНЭ.
8.1. Сформулировать ПФ, которую необходимо выполнить или улучшить
/назовем ее Ф-у/.
8.2. Определить, что необходимо:
8.2.1. Улучшить имеющийся принцип выполнения Ф-у
8.2.2. Найти новый принцип выполнения Ф-у
Если 8.2.1 - использовать ниже только выражения в скобках.
Если 8.2.2 - не использовать ниже выражения в скобках.
8.3. Указать, зачем необходимо выполнить функцию Ф-у 8.1.
8.4. Сформулировать 8.3 в виде полезной функции.
8.5. Указать, каким известным способом можно выполнить (улуч-
шить выполнение) функции Ф-у.
8.6. Указать основной недостаток Н указанного способа.
8.7. Указать, какой элемент /Э/ выполняет (улучшает выполне-
ние) функции Ф-у в рамках способа 8.5.
8.8. Указать, какое действие нужно выполнить над объектом 8.7,
чтобы выполнить (улучшить выполнение) функцию Ф-у.
8.9. Указать, над какой частью объекта 8.7 необходимо вы-
полнить действие 8.8, чтобы выполнить функцию Ф-у.
8.10. Указать, для какого другого полезного действия над объек-
том 8.9 необходимо его /указать действие 8.8/.
9. Определить, можно ли для решения задачи изменять:
- элемент 7.2 или 8.7;
- объект функции 7.1 или объект 8.9;
- объект функции 7.10.
10. Записать сведения, найденные на шагах (7.1, 7.2, 7.3, 7.4, 7.8,
7.10, 7.12), (8.4, 8.6, 8.7, 8.8, 8.9, 8.10).
ПРИМЕЧАНИЕ. Если на шаге 6 НЭ классифицирован как ВФНЭ,
то данные, перечисленные во второй скобке, записывать не нуж-
но. Аналогично, если НЭ - это ПФНЭ, то не нужно записы-
вать данные, перечисленные в первой скобке.
Заменить в записанных сведениях специальные термины.
ПРАВИЛО. Замена термина производится последовательным перехо-
дом к терминам, несущим меньшую психологическую инерцию - от
а) к в):
а) узкоспециальные термины (конвертер, геркон);
б) общетехнические термины (печь, контакт);
в) функциональные термины (нагреватель, замыкалка).
*11. Сформулировать два технических противоречия (ТП) по следующей
форме:
*11.1. Если на шаге 6 НЭ классифицирован как ВФНЭ:
а) Если есть ПФ 7.10:
ТП1: Если элемент (указать Э 7.2) обладает свойством
(указать ВС 7.3), то он хорошо выполняет полезную
функцию (указать ПФ 7.10), но выполняет и вредную
функцию (указать ВФ 7.1), что недопустимо.
ТП2: Если элемент (указать Э 7.2) обладает свойством
(указать антиВС 7.4), то он не выполняет вредную
функцию (указать ВФ 7.1), но и не выполняет полез-
ную функцию (указать ПФ7.10), что также недопусти-
мо.
Необходимо (указать ПФ 7.10), но не (указать ВФ 7.1).
б) Если нет ПФ 7.10:
б1) Если есть ПФ 7.8:
ТП1: Если (указать объект ВФ 7.1) выполняет полезную
функцию (указать ПФ 7.8), то (указать Э 7.2) вы-
полняет вредную функцию (указать ВФ 7.1),что недо-
пустимо.
ТП2: Если (указать Э 7.2) не выполняет вредную функцию
(указать ВФ 7.1), то (указать объект ВФ 7.1) не
выполняет полезную функцию (указать ПФ 7.8), что
также недопустимо.
б2) Если нет ПФ 7.8:
ТП отсутствует.Задача формулируется следующим обра-
зом: Элемент (указать Э 7.2) выполняет вредную функ-
цию (указать ВФ 7.1), что недопустимо. Необходимо уст-
ранить способность (указать Э 7.2) выполнять эту
вредную функцию.
*11.2. Если на шаге 6 НЭ классифицирован как ПФНЭ
ТП1: Если (указать функцию Ф-н = 8.8+8.7), то полезная
функция (указать функцию ППФ = 8.10+8.9) выполняется,
но недостаток (указать Н 8.6) недопустимо велик.
ТП2. Если не (указать Ф-н) то недостаток (указать Н 8.6)
отсутствует, но и полезная функция (указать ППФ) не
выполняется, что также недопустимо.
Необходимо (указать ППФ), но не (указать Ф-н).
12. Перейти к шагу 1.2 АРИЗ. Если решение по АРИЗ по каким-то при-
чинам не устраивает, переформулировать задачу, перейдя к шагу 13.
*13. Сформулировать два новых ТП по следующей форме:
ТП1: Если (указать ПФ 7.10 или Ф-у 8.1), то полезная
функция (указать ПФ 7.12 или 8.4) выполняется хоро-
шо, но найденное решение не позволяет эффективно
(указать ПФ 7.10 или Ф-у 8.1).
ТП2. Если не (указать ПФ 7.10 или Ф-у 8.1) то проблем с
выполнением этой функции нет, но и полезная функция
(указать ПФ 7.12 или 8.4) выполняется плохо, что не-
допустимо.
Необходимо улучшить выполнение функции (указать ПФ 7.12
или 8.4), но не (указать ПФ 7.10 или Ф-у 8.1).
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. ПРИМЕРЫ АНАЛИЗА ИЗОБРЕТАТЕЛЬСКИХ СИТУАЦИЙ ПРИ ПОМО-
ЩИ АЛГОРИТМА ФАИС.
Проблема: СУШКА БУМАГИ
Заказчик: ИЛКО ЙОКИОЙНЕН, сотрудник фирмы "ВАЛМЕТ",
слушатель семинара по ТРИЗ и ФСА
/Хельсинки - Турку, сентябрь 1990 г./
Мокрая тонкая бумага, типа туалетной, движется вместе с лен-
той-подложкой со скоростью 1500 м/мин (25 м/с) - см. рис. 2. Под-
ложка выполнена из синтетической ткани толщиной примерно 1,5 мм.
Основа ткани выполнена из нитей толщиной 0,4 - 0,5 мм, а сторона,
обращенная к бумаге, имеет короткий ворс (как у фланели, только
более жесткий). Ткань подложки слабо проницаема для воздуха (ес-
ли, плотно прижав губы к ткани, подуть сквозь нее, воздух прохо-
дит, но не очень легко). Ширина полотнища бумаги 3,5 - 5,0 м. Бу-
мага содержит в себе воду, часть которой удаляется механическим
отжимом на валковом прессе. После этого оставшаяся часть влаги
высушивается на поверхности горячего цилиндра (для нагрева ци-
линдра используется пар, температура которого после отвода от ци-
линдра равна 170 градусов (температура везде приведена в градусах
Цельсия)). Кроме того, одновременно с нагревом на цилиндре, бума-
га обдувается горячим газом ( температура газа 500 градусов, по-
догревается он горелками; температура газа после отвода от ци-
линдра 200-300 градусов, содержание влаги 0,2-0,45 кг/кг газа).
Узким местом системы является валковый пресс: именно он
сдерживает производительность. Пресс представляет собой два от-
жимных валка - один гладкий стальной, другой - перфорированный
обрезиненный. Перфорация служит для отвода отжатой воды. Пресс
совершенствуется давно и, похоже, все, что от него можно было по-
лучить, уже получено. Например, нельзя увеличивать давление вал-
ков на бумагу, т.к. это приведет к разрушению мокрой и тонкой бу-
маги.
Однако у самой бумаги есть ресурс: если повысить температуру
содержащейся в ней воды, то за счет СНИЖЕНИЯ ВЯЗКОСТИ этой воды
облегчится удаление ее на валковом прессе. При этом повышение
температуры воды в месте отжима на 10 градусов (с 30 до 40) дает
экономический эффект в несколько миллионов финских марок (от 4,6
и выше). Более сильный нагрев воды в этом месте позволил бы еще
увеличить производительность и дал бы дополнительный экономичес-
кий эффект. На вопрос о предельно допустимой температуре нагрева
воды заказчик осторожно назвал 100 градусов, отметив, что при бо-
лее высокой температуре возможно повреждение синтетической под-
ложки. Нагревать же саму бумагу можно без ухудшения ее свойств до
температуры в несколько сот градусов.
В настоящее время предлагается обдувать бумагу в зоне А (см.
рис.2) горячим газом (200-300 градусов, влажность 0,2 - 0,45
кг/кг газа). Получить его можно, отведя отработанный газ, нес-
колько остывший и увлажнившийся после обдува бумаги на наружной
поверхности горячего цилиндра. Этот газ предполагается подавать в
ящик с перфорированной верхней стенкой. Сквозь отверстия в этой
стенке газ должен поступать непосредственно к бумаге. Зазор между
перфорированной стенкой ящика и бумагой может меняться в нужных
пределах. Предполагается, что почти весь газ будет обтекать бума-
гу и уходить в разные стороны, а проникать сквозь бумагу будет
только маленькая его часть, не более 2%. Поэтому подложка практи-
чески не будет нагреваться.
Однако и в этом случае нагреть эффективно влагу не удастся.
Кроме того, пока бумага перемещается к месту отжима влаги в прес-
се, вода успеет остыть (температура подложки, как отмечалось вы-
ше, практически не изменяется). В итоге вода в месте отжима наг-
ревается всего на 2 градуса, что недостаточно. Как быть?
АНАЛИЗ.
1. Составить список нежелательных эффектов (НЭ) в функционирова-
нии технической системы (ТС), описанной в условиях данной
изобретательской ситуации.
1. Недостаточно высокая производительность устройства для
сушки бумаги.
2. Низкое качество отжима бумаги.
3. Разрушение бумаги при попытке улучшить отжим.
4. Трудно известными способами нагреть влагу в бумаге.
5. На пути от зоны нагрева к валковому прессу бумага остывает.
2. Выявить причинно-следственные связи между найденными НЭ.
Ъ>НЭ5 Ъ>НЭ3
НЭ4ДД>НЭ2ДД>НЭ1
3. Указать начальный НЭ в установленных причинно-следственных
связях.
НЭ4
4. Нежелательный эффект "трудно известными способами нагреть
влагу в бумаге" означает, что:
4.1. Необходимо улучшить функционирование.
КОММЕНТАРИЙ. Здесь возможен выбор и варианта 4.2, тогда на следую-
щем шаге выяснится, что затраты связаны с выполнением ПФ "нагре-
вать влагу в бумаге", выполнение которой и нужно улучшить.
6. Нежелательный эффект "трудно известными способами нагреть
влагу в бумаге" означает, что:
6.2. Плохо выполняется полезная функция.
Переход к шагу 8.
8.1. Сформулировать ПФ, которую необходимо выполнить или улучшить
/назовем ее Ф-у/.
нагреть влагу в бумаге
8.2. Определить, что необходимо:
8.2.1. Улучшить имеющийся принцип выполнения Ф-у
Далее используем выражения в скобках (см. Алгоритм).
КОММЕНТАРИЙ. В случае сомнений при выполнении этого шага лучше вы-
бирать 8.2.1, т.к. этот вариант нацеливает на решение мини-задачи.
8.3. Указать, зачем необходимо выполнить Ф-у 8.1.
чтобы улучшить отжим влажной бумаги
8.4. Сформулировать 8.3 в виде полезной функции.
отжимать влажную бумагу
8.5. Указать, каким известным способом можно улучшить нагрев
влаги в бумаге
увеличить температуру нагревающего газа
8.6. Указать основной недостаток Н указанного способа.
недопустимо большой расход ресурсов
КОММЕНТАРИЙ. В принципе, если увеличить температуру газа, то эф-
фективность нагрева возрастет, но газ получают после того, как он
отработал на сушке бумаги, поэтому он имеет вполне определенную
температуру (200-300 градусов), а дополнительный нагрев связан с
недопустимым расходом энергии.
8.7. Указать, какой элемент (Э) улучшает выполнение функции
"нагреть влагу в бумаге" в рамках способа "увеличить темпе-
ратуру нагревающего газа".
газ
8.8. Указать, какое действие нужно выполнить над объектом "газ",
чтобы улучшить выполнение функции "нагреть влагу в бумаге".
нагреть
8.9. Указать, над какой частью объекта "газ" необходимо вы-
полнить действие "нагреть", чтобы выполнить функцию "наг-
реть влагу в бумаге".
приповерхностный слой газа
КОММЕНТАРИЙ. Приповерхностный слой газа - это та часть газа, кото-
рая непосредственно соприкасается с поверхностью бумаги. Здесь
возможен ответ и на микроуровне. Частью газа является молекула.
"Нагревать" молекулу, т.е. увеличивать ее среднюю кинетическую
энергию, необходимо для увеличения ее энергоотдачи влажной бума-
ге. Мы продолжим анализ на макроуровне, хотя "микроуровневый"
подход не менее плодотворен.
8.10. Указать, для какого другого полезного действия над объек-
том "приповерхностный слой газа" необходимо его нагреть.
чтобы увеличить его теплоотдачу
9. Определить, можно ли для решения задачи изменять:
- элемент "газ" - можно
- объект "приповерхностный слой газа" - можно
10. Записать сведения, найденные на шагах 8.4, 8.6, 8.7, 8.8,
8.9, 8.10.
Заменить в записанных сведениях специальные термины.
8.4. отжимать влажную бумагу
8.6. недопустимо большой расход ресурсов
8.7. газ
8.8. нагреть
8.9. приповерхностный слой газа
8.10. увеличить теплоотдачу
Специальных терминов нет.
11. Поскольку на шаге 6 НЭ классифицирован как ПФНЭ, то перехо-
дим к шагу 11.2.
11.2. ТП1: Если нагреть газ, то полезная функция "увеличить теп-
лоотдачу приповерхностного слоя газа" выполняется, но
расход ресурсов недопустимо велик.
ТП2. Если не нагревать газ, то расход ресурсов невелик, но
и полезная функция "увеличить теплоотдачу приповерх-
ностного слоя газа" не выполняется, что также недо-
пустимо.
Необходимо увеличить теплоотдачу приповерхностного слоя
газа, не нагревая газ.
Читателю предоставляется возможность самому определить, ка-
кой широко известный физический эффект нужно для этого использо-
вать. До решения остался один маленький шаг...
...Ну, а если бы решения не нашлось? В этом случае нам помог
бы шаг 13 Алгоритма:
13. Сформулировать два новых ТП по следующей форме:
ТП1: Если нагреть влагу в бумаге, то полезная функция "отжи-
мать влажную бумагу" выполняется хорошо, но полученное
решение недостаточно эффективно.
ТП2. Если не нагревать влагу в бумаге, то проблем с выполне-
нием этой функции нет, но и полезная функция "отжимать
влажную бумагу" выполняется плохо, что недопустимо.
Необходимо улучшить выполнение функции "отжимать влажную бу-
магу", но не нагревать влагу в бумаге.
Анализ при помощи шага 8 позволяет уточнить задачу (проверьте!):
"Необходимо уменьшить вязкость воды в бумаге, не нагревая ее".
Известно, что добавка некоторых веществ (например, крахмала) в
воду позволяет удовлетворить этим условиям.
Проблема: ИЗГОТОВЛЕНИЕ РАБОЧЕГО КОЛЕСА АВИАТУРБИНЫ.
Заказчик: сотрудник Тбилисского авиационного завода, посети-
тель выставки-продажи Изобретающей Машины -
октябрь 1990г.
Рабочее колесо авиатурбины изготавливается из дюралюминия и
имеет сложную форму: основание в виде воронки, от которого отхо-
дят лопатки сложного профиля. Изготавливается рабочее колесо точ-
ным литьем в разборную форму. Форма состоит из двенадцати одина-
ковых частей (по числу лопаток) и одной центральной части для из-
готовления "воронки". Для изготовления колеса части формы собира-
ют в единую конструкцию, куда заливают расплавленный дюралюминий.
После остывания металла форму разбирают и вынимают готовое изде-
лие. Однако на стыках формы поверхность колеса искажается, что
приводит к ухудшению его аэродинамических характеристик и сниже-
нию надежности, что недопустимо. Как быть?
АНАЛИЗ.
1. Составить список нежелательных эффектов (НЭ) в функционирова-
нии технической системы (ТС), описанной в условиях данной
изобретательской ситуации.
1. Искажается поверхность колеса.
2. Ухудшаются аэродинамические характеристики колеса.
3. Снижается надежность турбины.
2. Выявить причинно-следственные связи между найденными НЭ.
НЭ1ДД>НЭ2ДД>НЭ3
*3. Указать начальный НЭ в установленных причинно-следственных
связях.
НЭ1
4. Нежелательный эффект "искажается поверхность колеса" означа-
ет, что:
4.1. Необходимо улучшить функционирование.
Переход к шагу 6.
6. Нежелательный эффект "искажается поверхность колеса" означа-
ет, что:
6.1. Выполняется вредная функция (ВФ).
Переход к шагу 7.
7. Провести анализ ВФНЭ.
7.1. Указать ВФ.
искажать поверхность рабочего колеса
7.2. Указать элемент (Э), выполняющий ВФ.
форма
7.3. Указать вредное свойство (ВС) Э, из-за которого он выполняет ВФ.
разборность
7.4. Указать свойство, противоположное ВС (анти-ВС).
неразборность
7.5. Проверить, будет ли выполняться ВФ, если Э будет обладать
свойством анти-ВС.
нет
7.6. Указать, выполняет ли форма в рассматриваемой ТС какие-либо ПФ.
да
Переход к шагу 7.9.
7.9. Составить список ПФ, выполняемых формой.
1. удерживать расплавленный металл;
2. формовать расплавленный металл;
3. освобождать готовое колесо.
7.10. Вычеркнуть из этого списка те ПФ, которые будут выполнять-
ся, если Э будет обладать свойством "неразборность".
Вычеркиваем функции 1 и 2. В списке остается только функция 3:
"освобождать готовое колесо"
7.11. Указать, зачем необходимо выполнить ПФ 7.10.
чтобы изготавливать новое колесо
7.12. Сформулировать 7.11 в виде полезной функции.
изготавливать новое колесо
Переход к шагу 9.
9. Определить, можно ли для решения задачи изменять:
- элемент "форма" - можно
- объект "рабочее колесо" - нельзя
- объект "готовое колесо" - нельзя
10. Записать сведения, найденные на шагах 7.1, 7.2, 7.3, 7.4, 7.8,
7.10, 7.12.
7.1. искажать поверхность рабочего колеса - искажать поверх-
ность детали сложной формы
7.2. форма - формовалка
7.3. разборность
7.4. неразборность
7.10. освобождать готовое колесо - освобождать готовую де-
таль сложной формы
7.12. изготавливать новое колесо - изготавливать новую де-
таль сложной формы
Заменить в записанных сведениях специальные термины.
11. Сформулировать два технических противоречия (ТП) по следующей
форме:
11.1. Если на шаге 6 НЭ классифицирован как ВФНЭ:
а) Если есть ПФ 7.10:
ТП1: Если элемент "формовалка" обладает свойством "разбор-
ность", то он хорошо выполняет полезную функцию "ос-
вобождать готовую деталь сложной формы", но выполняет
и вредную функцию "искажать поверхность рабочего ко-
леса" , что недопустимо.
ТП2: Если элемент "формовалка" обладает свойством "нераз-
борность", то он не выполняет вредную функцию "иска-
жать поверхность рабочего колеса", но и не выполняет
полезную функцию "освобождать готовую деталь сложной
формы", что также недопустимо.
Необходимо освобождать готовую деталь сложной формы, но не
искажать поверхность детали сложной формы.
Итак, одно из двух: либо разборная формовалка не искажает
поверхность детали, либо неразборная (и потому неискажающая) фор-
мовалка легко освобождает деталь. Представим себе неразборную
формовалку. Вот в нее залили расплавленный металл, вот металл
застыл, деталь готова... Из какого материала следовало бы изгото-
вить формовалку, чтобы, не разбирая ее, освободить деталь? Не го-
ните от себя эту мысль - да-да, из резины. Из жаропрочной резины.
Такой материал известен, и называется он "виксинт".
А если бы виксинта в природе не существовало? Тогда пришлось
бы переформулировать задачу, перейдя к шагу 13 Алгоритма:
13. Сформулировать два новых ТП по следующей форме:
ТП1: Если освобождать готовую деталь сложной формы, то по-
лезная функция "изготавливать новую деталь сложной фор-
мы" выполняется хорошо, но найденное решение не позво-
ляет эффективно освобождать готовую деталь сложной фор-
мы.
ТП2. Если не освобождать готовую деталь сложной формы, то
проблем с выполнением этой функции нет, но и полезная
функция "изготавливать новую деталь сложной формы" вы-
полняется плохо, что недопустимо.
Необходимо улучшить выполнение функции "изготавливать новую
деталь сложной формы", но не освобождать готовую деталь
сложной формы.
Анализ при помощи шага 8 позволяет уточнить задачу (проверьте!):
"необходимо извлекать готовую деталь сложной формы из формовалки,
не освобождая ее". Постановка задачи вполне парадоксальная: как
это - "извлекать, не освобождая"? Не освобождая - значит, вообще
не изменяя формовалку (не разбирая ее, не изменяя форму и т.п.).
Но мы-то с вами уже имеем одно решение: гибкий, пластичный - ре-
зиновый! - элемент. Правда, там это была сама формовалка, а те-
перь по условиям задачи изменять ее запрещено. Ну что ж, сделаем
из резины деталь! Такая деталь позволит нам легко изготавливать
простые и дешевые формовалки одноразового действия. В этом случае
для детали подойдет и нежаропрочная резина.