Административное противоречие

Административное противоречие (АП) звучит так: «надо улучшить систему, но я не знаю как сделать это» . Это противоречие является самым слабым и может быть снято либо изучением дополнительных материалов, либо принятием/снятием административных решений.

В глубине АП лежат технические противоречия (ТП).

Техническое противоречие (ТП): если известными способами улучшить одну часть (или один параметр) технической системы, недопустимо ухудшится другая часть (или другой параметр). Поэтому техническое противоречие звучит так: «улучшение одного параметра системы приводит к ухудшению другого параметра» .

Правильно сформулированное ТП обладает определенной эвристической ценностью. Переход от АП к ТП резко понижает размерность задачи, сужает поле поиска решений и позволяет перейти от метода проб и ошибок к алгоритму (АРИЗ), который либо предлагает применить один или несколько стандартных технических приёмов, либо (в случае сложных задач) указывает на одно или несколько физических противоречий.

Техническое противоречие можно отобразить следующей схемой:

Шаги по формулированию технического противоречия:

Шаг	Пример
1. Выбрать техническую систему	Окно	Акваланг
2. Определить цель развития ТС - улучшить какую-либо характеристику	Повысить пропускание света	Увеличить срок автономной службы
3. Предположить какой элемент ТС можно изменить и как, чтобы достичь цели	Увеличить площадь стекла	Увеличить размер воздушных баллонов
4. Выявить, какая полезная характеристика ТС при этом ухудшится	Ухудшиться теплозащита	Ухудшиться манёвренность аквалангиста
5. На основе шага 3 и 4 сформировать техническое противоречие	Увеличивая площадь стекла в окне, мы улучшаем освещённость в комнате, но ухудшаем способность теплозащиты	Увеличивая объём баллона, увеличиваем длительность автономного плавания, но при этом акваланг становиться менее удобным для маневра
6. Измените улучшаемое свойство на противоположное и постройте противоречие, обратное сделанному в шаге 5	Уменьшая площадь стекла в окне, мы улучшаем способность теплозащиты, но при этом ухудшаем освещённость в комнате	Уменьшая объём баллона, делаем акваланг более удобным для манёвра, но при этом снижается длительность автономного плавания

Для решения задач, связанных с техническими противоречиями используют:

1) Формулировку Идеальной Системы, что приводит в область сильных решений.

Физическое противоречие

В физическом противоречии (ФП) к одной и той же части системы предъявляются взаимопротивоположные требования. Таким образом, при формулировке физического противоречия «для улучшения системы какая-то её часть должна находиться в разных физических состояниях одновременно, что невозможно» .

Принципы и методы разрешения технических противоречий в процессе дизайн разработки проектного решения.

_________________________________________________________________________

В процессе формулировки идеального конечного результата некоторые показатели качества могут быть либо противоречивыми по отношению друг к другу, либо один из них может быть противоречив по отношению к целой группе показателей. В этом случае имеет место так называемое техническое противоречие , состоящее в том, что улучшение одного показателя вызывает ухудшение другого показателя.

В процессе выявления и разрешениятехнических противоречий проявляется творчество изобретателей, разработчиков, проектировщиков и конструкторов, создаются продукты интеллектуальной собственности (патенты, ноу-хау, промышленные образцы и др.).

Следует иметь в виду, что в литературе и в конструкторско-изобретательском лексиконе все противоречия называют техническими, хотя по своей природе они могут отражать физические, экономические, информационные, социальные, и дажеадминистративные аспекты решаемой задачи. Таким образом, термин «технические противоречия» отражает не природу (первопричину) их возникновения, а принадлежность к носителям этих противоречий - к техническим объектам.

Технические противоречия условно подразделяются на внешние и внутренние.

Внешние противоречия обусловлены несоответствием свойств и параметров технического объекта, условиям его изготовления и нормального функционирования в процессе взаимодействия с человеком и окружающей средой.

Внутренние противоречия обусловлены несоответствием структуры и состава конструктивного исполнения технического объекта его функциональному значению.

Различают шесть источников возникновения технических противоречий .

1. Противоречия между техническим объектом и человеком , который управляет этим объектом (оператором) или эксплуатирует его (пользователем). В процессе их взаимодействия конфликтные ситуации могут возникнуть из-за изменения условий эксплуатации технического объекта, из-за изменившихся требований к его безопасности, эргономичности, эффективности. Поэтому, при усовершенствовании технического объекта, прежде всего, формулируются новые или уточняются действующие требования по безопасности и эргономичности конструкции, определяются условия его наиболее полной реализации. Анализу подвергаются те свойства объекта, которые должны быть изменены в соответствии с новыми или уточненными требованиями. При этом определяются те компоненты конструкции объекта и их параметры, изменения которых позволяют в конечном счете разрешить возникшее противоречие.

2. Противоречие между техническим объектом и средой его функционирования из-за несоответствия функциональных параметров его конструктивного исполнения с параметрами окружающей среды. Для устранения этих противоречий анализируются состав и структура конструктивного исполнения технического объекта, выявляются источники, пути и методы устранения противоречий, проводится соответствующее обновление конструкции.

3. Противоречие между техническим объектом и его изготовителем из-за конфликта между предметом труда и производственным работником. Такая ситуация может возникнуть, например, при применении каких-то конструкционных материалов или режимов их обработки, которые наносят ущерб здоровью или превышают возможности человеческого организма. В этом случае особое внимание уделяется обеспечению технологичности и безопасности как конструкции технического объекта, так и используемых конструкционных материалов.

4. Противоречие между техническим объектом и производственной средой . Производственная среда является одной из составляющих окружающей среды. Соблюдение норм и требований к обеспечению сохранности окружающей среды приводит к необходимости создания экологически чистых конструкций, технических изделий и технологий их изготовления. Неизменно возникает конфликт в требованиях повышения качества продукции и снижения ресурсоемкости конструкции изделия. Внесение в нее рациональных технических решений позволяет разумно использовать материальные и топливно-энергетические ресурсы, которыми располагает производство, внедрять безотходную и малоотходную технологию, повышать качество продукции и эффективность производства.

Все четыре выше рассмотренных источника технических противоречий являются внешними , отражая функциональные структурные взаимосвязи технических объектов с окружающей (производственной) средой.

Обратимся теперь к источникам внутренних технических противоречий.

5. Противоречие между целым (конструктивным исполнением, системой) и частью (компонентом, элементом, подсистемой) технического объекта. Оно порождается тем, что целое и часть любого технического объекта не тождественны друг другу ни по выполняемым функциям, ни по своему составу, ни по своей структуре, формируются и обновляются по своим законам. В то же время часть по отношению к целому обладает относительной самостоятельностью в своем развитии. Компоненты, входящие в состав конструкции изделия, имеют различную интенсивность обновляемости. Объединяя элементы в единое конструктивное образование, структура целого исполнения обладает большой инерционностью в своем развитии и обновлении по сравнению с входящими в нее компонентами.

6. Противоречие между содержанием и формой компонентов исполнения технического объекта, суть которого заключена в диалектической взаимосвязи отдельных компонентов. Так, найденная форма изделия, обладая относительно большой стабильностью, сохраняется длительное время, пока накопление количественных изменений в содержании изделия не приведет в силу возникших противоречий к очередным качественным изменениям ее формы.

Многовековая общественно-полезная практика человечества накопила бесконечно большое число приемов устранения технических противоречий, познать которые в полном объеме не представляется возможным. Исходя из этого, рассмотрим лишь небольшое количество типовых приемов, которые являются основной информационной и творческой базой для создания новых технических объектов. Образно говоря, типовые приемы - это универсальные коды или ключи, с помощью которых можно раскодировать и открывать сложные и хитроумные замки решений творческих задач.

Типовые приемы - это взятые из технической литературы, из научно-технических журналов и патентных фондов наиболее часто встречающиеся в проектно-конструкторской практике приемы, разработанные учеными, инженерами, изобретателями прошлых и нынешнего поколений. Очевидно, что абсолютное число таких приемов бесконечно велико и поэтому их стараются определенным образом обобщить в крупные типичные группы и даже создать межотраслевые, отраслевые или проблемные фонды типовых приемов.

Во многих книгах типовые приемы (способы, правила) называют методологическим инструментарием решения творческих и изобретательских задач, поскольку они содержат краткое указание или предписание как преобразовывать имеющийся у разработчика прототип технического объекта и в каком направлении надо вести поиск, чтобы получить желаемое решение.

Из всего множества реально существующих и возможных типовых приемов преобразования компонентов субстанции технических объектов можно выделить следующие пять групп:

1) приемы преобразования формы вещества;

2) приемы преобразования содержания вещества;

3) приемы преобразования энергии;

4) приемы преобразования информации;

5) комплексные энерго-информационно-вещественные приемы, базирующиеся на использовании новых технологий и способов изготовления, транспортировки и применения технических объектов.

Существует два подхода к выбору из известного набора (банка) типовых приемов разрешения технических противоречий наиболее целесообразного (эффективного) приема: эвристический и алгоритмический .

Эвристический подход к выбору и переработке наиболее ценной информации базируется на использовании уникальных и специфических свойств нашего головного мозга. В процессе длительной эволюции головной мозг человека приспособился отбирать из большого массива избыточной информации только наиболее ценную и нужную информацию, отбрасывая всю остальную. Некие особые и, к тому же, неосознанные, правила работы мозга по отбору и переработке информации, включающие в себя этапы «осенения», интуиции и творчества, называют эвристическими. В дальнейшем из этих «правил» в мозге составляются также неосознаваемые «программы» выбора решения.

Алгоритмический подход к выбору типовых приемов разрешения технических противоречий предусматривает выполнение ряда поисковых операций по заранее разработанному алгоритму (правилу).

Современные методы поиска новых решений позволяют рационализировать различные стороны поисковой деятельности. Все известные методы решения творческих задач можно условно разделить на две большие группы по признаку доминирования в них эвристических (интуитивных) или логических процедур и соответствующих им правил деятельности.

Первая группа - это эвристические (интуитивные )методы,которые опираются на активизацию творческой деятельности человека и развитие его творческих способностей на основе развития интуитивных процедур деятельности, фантазии, аналогий и др. В эту группу входят: метод проб и ошибок, метод контрольных вопросов, «мозговой штурм», синектика, морфологический анализ, ассоциативные методы и др.

Вторая группа методов основана на использовании оптимальной логики анализа технического или другого совершенствуемого объекта, закономерностей его развития. Здесь предлагают логические правила анализа и синтеза, сравнения, обобщения, классификации, индукции, дедукции и т.д. Это рациональные (логические) методы решения творческих задач. К ним относятся: алгоритм решения изобретательских задач (АРИЗ), функционально-стоимостный анализ, функционально-физический метод конструирования и т.д.

Современная научно-техническая революция, характерной чертой которой является бурное развитие науки, техники и производства, вошла в противоречие со старыми малопроизводительными способами мышления и поиска новых решений, что привело к созданию эвристики.Под термином «эвристика» понимается определенная совокупность логических приемов и методических правил теоретического исследования и отыскивания истины, которые используются в условиях неполноты исходной информации и не требуют четкой программы управления процессом решения задачи.

Методом проб и ошибок (МпиО) изобретатели пользовались и пользуются при решении самых разнообразных технических задач. Суть его заключается в том, что изобретатель при поиске решения задачи перебирает всевозможные варианты и среди них находит тот, который удовлетворяет поставленным требованиям.

Метод контрольных вопросов впервые использовался для поиска новых идей и наилучших решений творческих задач. Суть этого метода состоит в использовании при поиске решений творческих задач списка специально подготовленных вопросов. Изобретатель отвечает на них и в связи с ними анализирует свою задачу. Одним из лучших считают список вопросов для изобретателей и разработчиков новых технических объектов, составленный Т. Эйлоартом, который представляет собой программу его работы.

Список содержит следующие позиции.

1. Перечислить все качества и определения предполагаемого изобретения. Изменить их.

2. Сформулировать задачи ясно. Попробовать новые формулировки. Определить второстепенные задачи и аналогичные задачи. Выделить главные.

3. Перечислить недостатки имеющихся решений, их основные принципы, сформулировать новые предложения по их устранению.

4. Набросать фантастические, биологические, экономические, молекулярные и др. аналогии.

5. Построить математическую, гидравлическую, электронную, механическую и другие модели (они точнее выражают идею, чем аналогии).

Попробовать различные виды материалов и энергии: газ, жидкость, твердое тело, пену, пасту и др.; тепло, магнитную энергию, свет, силу удара и т.п.; различные длины волн, поверхностные свойства и пр., переходные состояния - замерзание, конденсацию и т. п.

7. Установить варианты, зависимости, возможные логические совпадения.

8. Узнать мнение некоторых совершенно неосведомленных в данном деле людей.

9. Устроить групповое обсуждение, выслушивая любые идеи без всякой критики.

10. Попробовать «национальные» решения: хитрое шотландское, всеобъемлющее немецкое, расточительное американское, сложное китайское и др.

11. Спать с проблемой, идти на работу, гулять, ехать, пить, есть, играть в теннис - все с ней.

12. Бродить среди стимулирующей обстановки (свалка лома, технические музеи, магазины дешевых вещей), пробегать журналы, комиксы.

13. Набросать таблицу цен, величин, перемещений, типов материалов и т.п. разных решений проблемы или ее частей, искать проблемы в решениях или новые комбинации.

14. Определить идеальное решение, разрабатывать другие возможные.

15. Видоизменить решение проблемы с точки зрения времени (скорее или медленнее), размеров, вязкости и т. п.

16. В воображении «залезть» внутрь механизма.

17. Выявить и исключить из дальнейшего обсуждения альтернативные варианты решения проблемы, уводящие в сторону от траектории поиска лучшего решения.

18. Кого и почему интересует решаемая проблема?

19. Кто придумал это первый? История вопроса. Какие ложные толкования этой проблемы имели место?

20. Кто еще решал эту проблему? Чего он добился?

21. Определить общепринятые граничные условия и причины их установления.

Метод мозгового штурма (брейнсторминг) появился в Соединенных Штатах Америки в конце 1930-х годов, он представляет собой двухэтапную процедуру решения задачи: на первом этапе выдвигаются идеи, а на втором они конкретизируются, развиваются. Работа в рамках этапов этого метода (этап выдвижения (генерации) идей и этап анализа выдвинутых идей) должна выполняться при соблюдении ряда основных правил . На этапе генерации их три:

3. Поощрение всех выдвигаемых идей, включая нереальные и фантастические.

На этапе анализа основное правило - это выявление рациональной основы в каждой анализируемой идее.

Рассмотрим последовательность организации и проведения мозгового штурма.

1. Оптимальное количество людей, решающих поисковую задачу методом «мозгового штурма», должно составлять 12-25 человек. Половина из них генерирует идеи, а другая их анализирует. В группу «генераторов» включают людей с бурной фантазией, склонных к абстрактному мышлению, но не скептиков; нельзя сюда включать и людей, присутствие которых может в какой-то степени стеснять других (например, руководителей и подчиненных). Желательно, чтобы в состав этой группы вошли и специалисты-смежники, и один-два человека со стороны, не имеющие отношения к решаемой задаче. В группу «экспертов» вводят людей с аналитическим, критическим складом ума. Руководит «сессией» ведущий, наиболее опытный участник «мозгового штурма»,

2. Основная задача «генераторов» должна заключаться в предложении максимального количества идей решения поисковой задачи (в том числе идей фантастических, а иногда и шутливых). Идеи протоколируются или фиксируются с помощью магнитофона. Задача «экспертов» состоит в отборе приемлемых идей. Ведущий, не прибегая к приказаниям и критическим замечаниям, задает вопросы, иногда подсказывает и уточняет высказывания участников обсуждения, следит, чтобы беседа не прерывалась.

3. Продолжительность «сессии» должна зависеть от сложности решаемой задачи, но не превышать 30-50 мин.

4. Между участниками «мозгового штурма» должны быть установлены свободные и доброжелательные отношения. При генерации идей запрещается всякая критика, скептические улыбки, жесты и мимика. Надо, чтобы идеи, выдвинутые одним участником, подхватывались и развивались другими. Анализ идей группой «экспертов» проводится очень внимательно. Без тщательного анализа не должны быть отвергнуты даже самые фантастические или абсурдные идеи. При этом в ходе анализа (идеи оцениваются, например, в десятибалльной системе), учитывается мнение каждого «эксперта». В случаях расхождений в оценке проводят дополнительный анализ.

5. Если «сессия» окончилась безуспешно и задача не решена, повторять ее с предыдущими установками нет смысла. Нужно заменить состав групп или изменить формулировку задачи, оставив конечную цель.

Опыт использования «мозгового штурма» показывает, что генерации идей способствуют такие приемы, как аналогия (сделай так, как это делалось при решении другой задачи), инверсия (сделай наоборот), фантазия (предложи нечто неосуществимое) и пр. Большую роль играют здесь и субъективные качества участников штурма - наличие прошлого опыта, боязнь оказаться бесполезным, отсутствие творческого настроения, усталость и т. д.

Синектика , так же как и мозговой штурм, предполагает коллективный поиск новых решений. В 1961 г. в США вышла книга У. Гордона «Синектика: развитие творческого воображения». Книга открыла новую главу в истории методов поиска новых решений. Описанный в ней подход к организации творчества, правила работы и обучения оказали большое влияние на разработчиков новой техники, методологов.

Идея синектики состоит в объединении отдельных творцов в единую группу для совместной постановки и решения конкретных задач. Метод включает в себя практические подходы к сознательному решению и использованию бессознательных механизмов, проявляющихся у человека в момент творческой активности.

Еще одно отличие синектики от мозгового штурма. Подбор группы генераторов мозгового штурма состоит в выявлении активных творцов, обладающих различными знаниями. Их эмоциональные типы особо не учитываются. В синектике же, наоборот, скорее будут выбраны два человека с одним и тем же багажом знаний, если при этом у них значительны отличия в эмоциональной сфере.

Организация работы в синектике включает следующие основные моменты:

Первоначальная постановка проблемы;

Анализ проблемы и сообщение необходимой вводной информации. Роль эксперта, как правило, выполняет учитель или учащийся, обладающий определённой подготовкой.

Выяснение возможностей решения проблемы;

Переформулирование проблемы каждым учащимся в своём собственном понимании;

Совместный выбор одного из вариантов переформулированной проблемы;

Выдвижение образных аналогий - ключевой этап для синектики;

- «подгонка» намеченных группой подходов к решению или готовых решений к требованиям, заложенным в постановке проблемы.

Важнейшим элементом синектического процесса является практическая реализация полученных в процессе работы идей.

Операторы синектики - конкретные психологические инструменты, которые поддерживают и ведут вперед весь творческий процесс. Их следует отличать от психологических состояний – таких, как эмпатия, вовлеченность, игра и пр. Психологические состояния являются основой творческого процесса, но они не управляемы. Операторы синектики, ее механизмы предназначены для побуждения, активизации этих сложных психологических состояний.

Решая задачу, бессмысленно пытаться убедить себя или группу быть творческим , интуитивным, вовлеченным или же допускать очевидные несоразмерности. Необходимо дать средства, позволяющие человеку делать это. Глобально синектическая работа включает в себя два базовых процесса:

Превращение незнакомого в знакомое;

Превращение знакомого в незнакомое.

Первое, что делает человек, которому предстоит решить проблему - пытается ее понять. Этап превращения незнакомого в знакомое очень важен, он позволяет человеку свести новую ситуацию к уже испытанным, известным. Этот этап ведет за собой огромное разнообразие решений, но требование новизны - это, как правило, требование новой точки зрения, взгляда на проблему. Большинство из проблем не являются новыми. Смысл в том, чтобы сделать их новыми, создав тем самым потенциал для выхода на новые решения.

Превратить знакомое в незнакомое - означает исказить, перевернуть, переменить повседневный взгляд и реакцию на вещи, события. В «известном мире» предметы всегда имеют свое определенное место. В то же время различные люди могут видеть один и тот же объект под различными углами зрения, неожиданными для других. Настаивать на рассмотрении известного как неизвестного - основа творчества.

Технические противоречия

Попытаемся решить задачу о дождевателе обычными приемами. Нужно втрое увеличить размах крыльев; что ж, сделать трехсотметровую ферму технически вполне осуществимо. Что мы при этом проиграем? Возрастет вес. Если размах крыльев увеличить втрое, ферма станет тяжелее в 27 раз.

У машин и механизмов (вообще у технических объектов) есть несколько важнейших показателей, характеризующих степень их совершенства: вес, габариты, мощность, надежность и др. Между этими показателями существуют определенные взаимозависимости. Скажем, на одну единицу мощности требуется определенный вес конструкции. Чтобы увеличить один из показателей уже известными в данной отрасли техники путями, приходится «платить» ухудшением другого.

Вот типичный пример из авиаконструкторской практики: «Увеличение в 2 раза площади вертикального оперения одного из типов самолетов уменьшило амплитуду колебаний самолета всего лишь на 50%. Но это, в свою очередь, повысило восприимчивость самолета к порывам ветра, увеличило лобовое сопротивление, утяжелило конструкцию самолета, - что выдвинуло дополнительные сложные задачи.

Конструктор, учитывая конкретные условия, выбирает наиболее благоприятное сочетание характеристик: что-то выигрывает, а что-то проигрывает. «Когда вы обдумываете решение и технические условия, - говорит известный авиаконструктор О. Антонов, - которые, может быть, и не будут никогда записаны на бумаге, выделите самое главное. Только в крайнем случае, если что-нибудь не удается выполнить, идите к допустимому. Допустимое - это некоторое невыполнение заданных технических условий, так сказать, компромиссное решение. Предположим, конструируя самолет, вы выполните требования по грузоподъемности и скорости, но у вас немножко не выйдет с длиной разбега. Тогда вы начнете взвешивать эти три важных требования и, возможно, несколько поступитесь разбегом - пусть разбег будет не 500, а 550 метров, зато все остальные качества будут достигнуты. Это как раз то, что допустимо».

Академик А. Н. Крылов в своих воспоминаниях рассказывает о таком эпизоде. В 1924 году ученый работал в составе советско-французской комиссии, осматривавшей в гавани Бизерты русские военные корабли, уведенные туда Врангелем. Здесь бок о бок с русским эсминцем стоял эсминец французский - примерно того же возраста и размеров. Разница в боевой мощи кораблей была настолько велика, что адмирал Буи - председатель комиссии - не выдержал и воскликнул: «У вас пушки, а у нас пукалки! Каким образом вы достигли такой разницы в вооружении эсминцев?» Крылов ответил так: «Взгляните, адмирал, на палубу: кроме стрингера, в котором вся крепость, все остальное, представляющее как бы крышу, проржавело почти насквозь, трубы, их кожухи, рубки и т. п. - все изношено. Посмотрите на ваш эсминец, на нем все как новенькое, правда, наш миноносец шесть лет без ухода и без окраски, но не в этом главная суть. Ваш миноносец построен из обыкновенной стали и на нем взято расчетное напряжение в 7 кг на 1 мм 2 , как будто бы это был коммерческий корабль, который должен служить не менее 24 лет. Наш построен целиком из стали высокого сопротивления, напряжение допущено в 12 кг и больше - местами по 23 кг/мм 2 . Миноносец строится на 10-12 лет, ибо за это время он успевает настолько устареть, что не представляет более истинной боевой силы. Весь выигрыш в весе корпуса и употреблен на усиление боевого вооружения, и вы видите, что в артиллерийском бою наш миноносец разнесет вдребезги, по меньшей мере, четыре, т. е. дивизию ваших, раньше, чем они приблизятся на дальность выстрела своих пукалок». «Как это просто!» - сказал адмирал».

Искусство конструктора во многом зависит от умения определить, что надо выиграть и чем можно за это поступиться. Изобретательское творчество состоит в том, чтобы найти такой путь, при котором уступки вообще не требуется (или она непропорционально мала по сравнению с получаемым результатом).

Предположим, для ускорения погрузки-разгрузки на необорудованных аэродромах необходимо создать портативное подъемное устройство, монтируемое на тяжелых транспортных самолетах. Такую задачу вполне можно решить уже имеющимися в современной технике средствами. Основываясь на общих принципах конструирования подъемных устройств и используя, скажем, опыт создания легких автокранов, квалифицированный конструктор в состоянии спроектировать требуемое устройство. Понятно, что это увеличит в той или иной мере «мертвый» вес самолета. Выигрывая в одном, конструктор одновременно проигрывает в чем-то другом. Зачастую с этим можно смириться, и задача конструктора сводится к тому, чтобы побольше выиграть и поменьше проиграть.

Необходимость в изобретении возникает в тех случаях, когда задача содержит дополнительное требование: выиграть и... ничего не проиграть. Например, подъемное устройство должно быть достаточно мощным и в то же время не должно утяжелять самолет. Решить эту задачу известными приемами невозможно: даже лучшие передвижные краны имеют немалый вес. Здесь нужен новый подход, нужно изобретение.

Таким образом, обычная задача переходит в разряд изобретательских в тех случаях, когда необходимым условием ее решения является устранение технического противоречия.

Нетрудно создать новую машину, игнорируя технические противоречия. Но тогда машина окажется неработоспособной и нежизненной.

Всегда ли изобретение состоит в устранении технического противоречия?

Надо сказать, что существуют два понятия «изобретение» - правовое (патентное) и техническое. Правовое понятие различно в разных странах, к тому же оно часто меняется.

Правовое понятие стремится возможно точнее отразить границы, в которых в данный момент экономически целесообразна юридическая защита новых инженерных конструкций. Для технического же понятия важны не столько эти границы, сколько сердцевина изобретения, его исторически устойчивая сущность.

С точки зрения инженера, создание нового изобретения всегда сводится к преодолению (полному или частичному) технического противоречия.

Возникновение и преодоление противоречия - одна из главных особенностей технического прогресса. Анализируя развитие мельниц, Маркс писал в «Капитале»: «Увеличение размеров рабочей машины и количества ее одновременно действующих орудий требует более крупного двигательного механизма... Уже в XVIII веке была сделана попытка приводить в движение два бегуна и два же постава посредством одного водяного колеса. Но увеличение размеров передаточного механизма вступило в конфликт с недостаточной силой воды...»

Это яркий пример технического противоречия: попытка улучшить какое-либо свойство машины вступает в конфликт с другим ее свойством.

Многочисленные примеры технических противоречий приводит Фридрих Энгельс в статье «История винтовки» В сущности, вся эта статья представляет собой анализ внутренних противоречий, определяющих историческое развитие винтовки. Энгельс показывает, например, что с момента появления винтовки и до изобретения винтовок, заряжающихся с казенной части, главное противоречие состояло в том, что для усиления огневых свойств требовалось укорачивание ствола (заряжение производилось со ствола и при коротком стволе облегчалось), а для усиления «штыковых» свойств винтовки нужно было, наоборот, удлинять ствол. Эти противоречивые качества были соединены в винтовке, заряжающейся с казенной части.

Вот несколько задач из разных отраслей техники, содержащих технические противоречия. Задачи эти не придуманы автором, а взяты из газет, журналов, книг.

Горное дело

С давних пор для изоляции района подземного пожара шахтеры возводят перемычки - специальные стенки из кирпича, бетона или брусчатки. Сооружение перемычек сильно осложняется, если в шахте выделяются газы. В таком случае перемычку нужно делать герметичной, тщательно заделывать каждую щелку, и все это под постоянной угрозой взрыва. Чтобы уберечься, горняки стали сооружать по две перемычки. Первую - временную - кладут наспех. Она пропускает воздух и служит лишь баррикадой, под прикрытием которой можно, уже не торопясь, сооружать вторую, постоянную. Таким образом, горняки выиграли в безопасности, но проиграли в трудоемкости.

Химическая технология

При повышении давления скорость синтеза увеличивается и, следовательно, растет производительность колонны синтеза. Но одновременно увеличивается расход энергии на сжатие данного количества газа: по конструктивным соображениям приходится ограничивать размеры аппаратов и, следовательно, их мощность. Увеличиваются растворимость азотоводородной смеси в жидком аммиаке и ее потери.

Электроника

Современная электроника столкнулась с серьезной дилеммой: с одной стороны, непрерывно повышаются требования к рабочим характеристикам и, соответственно, усложняются электронные системы; с другой стороны, все более ужесточаются ограничения габаритов, веса и потребляемой мощности... Такое же, а может быть, и большее значение имеют проблемы надежности, вызванные возросшей сложностью аппаратуры.

Радиотехника

У антенны радиотелескопа есть две основные характеристики - чувствительность и разрешающая способность. Чем больше площадь антенны, тем выше чувствительность телескопа и тем дальше он может заглянуть в глубины Вселенной. Разрешающая способность - это «острота зрения» телескопа. Она показывает, насколько хорошо аппарат различает два разных источника излучения, находящихся на небольшом угловом расстоянии друг от друга. Кроме того, большой «радиоглаз» должен охватывать своим взглядом возможно большую часть неба. Для этого антенна должна быть подвижной. Но перемещать громоздкую антенну, сохраняя ее форму неизменной с точностью до миллиметров, очень трудно.

Пока не разрешено это противоречие, конструирование телескопов идет по двум направлениям: либо строятся очень большие, но неподвижные антенны, либо подвижные и относительно небольшие.

Моторостроение

Механизм клапанного газораспределения состоит в основном из деталей, движущихся возвратно-поступательно. Увеличить число оборотов двигателя - значит увеличить инерционные нагрузки. Чтобы этого избежать, стараются уменьшить массу возвратно-движущихся деталей, для чего клапанный механизм помещают непосредственно в блоке цилиндров. Но камера сгорания при этом становится сплющенной, щелевидной, с большой поверхностью теплоотдачи. В этом одно из противоречий: увеличение числа оборотов при нижнем расположении клапанов приводит к увеличению мощности и экономичности, щелевидная же камера сводит весь выигрыш на нет.

Сельскохозяйственное машиностроение

Есть такое понятие - мощность на крюке». Это та часть мощности тракторного двигателя, которая может фактически выполнять полезную работу. Показатель этой мощности для данного трактора зависит в первую очередь от сцепных свойств его движителей (колес или гусениц) и от сцепного веса машины. Мощная, но легкая машина при больших нагрузках буксует, поэтому для выполнения полезной работы может быть использована лишь небольшая часть мощности тракторного двигателя. Тяжелые тракторы лучше сцепляются с почвой, но значительная часть энергии их двигателя тратится на перемещение собственного веса по полю... Конструкторы облегчают машину и повышают ее мощность. А в процессе эксплуатации начинается движение в обратную сторону, так как снижение веса означает ухудшение сцепных свойств, то есть уменьшение эффективной мощности на крюке. Вот и приходится на месте утяжелять машину - ставить на колеса чугунные диски, делать уширители на гусеницах и колесах, сводя на нет достижения конструкторов.

Автомобилестроение

Стоит увеличить мощность двигателя, не применив каких-то новых конструктивных решений, увеличатся его вес и расход топлива. Значит, и несущая система (рама, кузов) автомобиля должна быть более мощной, тяжелой, а места для пассажиров остается меньше.

Мягкие шины обеспечивают спокойствие хода, автомобиль плывет по неровной дороге, как челн. Но чем меньше давление в шинах, тем больше сопротивление дороги, тем меньше скорость. Можно сделать автомобиль, который будет низким и устойчивым, но он не пройдет по плохой дороге. Конструктор находит золотую середину, взвешивает, каким из качеств автомобиля можно пренебречь, а какое - выдвинуть на первый план.

Судостроение

При проектировании корпуса яхты необходимо учитывать три основных требования: 1) минимальное сопротивление формы корпуса, 2) минимальное сопротивление трения, 3) максимальная остойчивость.

Эти требования взаимно противоречивы. Узкая, длинная яхта имеет малое сопротивление формы, но она малоостойчивая, не может нести достаточно большой парусности. Повышение остойчивости путем увеличения веса балласта сопровождается одновременным увеличением осадки и, следовательно, увеличением сопротивления трения. Увеличение остойчивости путем увеличения ширины корпуса вызывает увеличение сопротивления формы корпуса. Задача конструктора состоит в отыскании «золотой середины», в примирении противоречивых условий конструирования.

Самолетостроение

У главного конструктора рождается идея. Ну, скажем, нужен самолет для перевозки крупногабаритных и тяжелых грузов; необходимо обеспечить удобство и быстроту погрузки. Для этой цели требуется, чтобы фюзеляж, вместительный и обтекаемый, на стоянке был как можно ближе к земле, значит, необходимо низкое шасси, его легче убрать в фюзеляж.

Вес полезной нагрузки определяет вес конструкции, и все вместе - мощность и число двигателей. Если двигатели турбовинтовые, их устанавливают на крыле, и крыло должно быть поднято так, чтобы пропеллеры не задевали за бетон. Еще деталь ясна: крыло нужно положить сверху фюзеляжа.

Это только первый шаг проекта. Множество различных требований постепенно уточняют «лицо» будущего самолета. Необходимость хороших взлетных и посадочных свойств на грунтовых аэродромах ведет к применению объемных пневматиков с низким давлением, прямого крыла с мощной аэродинамической механизацией.

В этом случае, правда, не может быть получена очень большая скорость, но в угоду другим важным качествам конструктору приходится искать разумный компромисс.

По положению изобретение должно обладать «существенной новизной». Но что означает слово «существенная»? В «Указаниях по методике экспертизы заявок на изобретения» сказано так: «Существенная новизна в решении технической задачи характеризуется тем, что это решение имеет новые, не известные ранее признаки, сообщающие объекту изобретения (устройству, способу, веществу) новые свойства, создающие положительный эффект». С незначительными вариациями такое определение применяется уже десятки лет и приводит к бесчисленным спорам по заявкам. Новизна, говорится в определении, это наличие новых свойств. Но что считать новыми свойствами? На этот счет нет точных указаний.

И получается: новизна - это, когда есть новизна...

На практике «существенная новизна» неизбежно сводится к понятию «существенное изменение» (по сравнению с прототипом) и далее к понятию «значительное изменение». Много изменил - есть изобретение, мало изменил - нет изобретения. Причем «много» или «мало» определяется в конечном счете личным мнением эксперта.

Между тем существует объективный критерий: изобретение - это устранение технического противоречия. Используя этот критерий, можно в значительной мере объективизировать экспертизу заявок.

Обратимся к конкретному примеру.

В журнале «Изобретатель и рационализатор» была опубликована статья эксперта Е. Немировского «Что такое изобретение?». В ней автор привел эпизод из личной практики.

Два инженера разработали конструкцию самонаклада для подачи в машину переплетных крышек. «Рассматривая эту заявку, - пишет эксперт, - я вспомнил о таком же примерно устройстве, имеющемся в одном из немецких патентов. Единственное различие состоит в том, что наши изобретатели установили стенки стапельной коробки на расстояние, меньшее длины переплетной крышки... Я счел это отличие несущественным и подготовил проект решения об отказе в выдаче авторского свидетельства».

Здесь все характерно. Это классический пример метода сравнения. Эксперта не интересует, зачем сделаны изменения, какие при этом получаются результаты. Нет, действует принцип формального сравнения. Эксперт отыскивает прототип. Изменение кажется ему несущественным: подумаешь, изменили какую-то длину стенки! А несущественное, незначительное изменение означает, по мнению эксперта, отсутствие существенной новизны. И он спокойно пишет проект отказа.

Но метод сравнения на этот раз дал явную осечку. Е. Немировский рассказывает: «Однако наши изобретатели разъяснили, что боковые упоры, описанные в немецком патенте, должны быть весьма жесткими, чтобы устранить прогибание стопы. С другой стороны, если упоры окажутся слишком жесткими, присосы не смогут вытащить крышку из коробки. Это противоречие делало самонаклад неработоспособным. Стоило лишь изменить расстояние между стенками, как они начали воспринимать вес крышек... новое соотношение размеров, принятое московскими изобретателями, позволило неработоспособное устройство сделать работоспособным. Я признал, что ошибся. Изобретателям выдали авторское свидетельство». Здесь, в самом конце статьи, Немировский произнес то слово, с которого следовало бы начать: «противоречие». Оказывается, дело не в значительности или незначительности внесенного изменения, а в том, что было техническое противоречие и изобретение позволило его устранить.

Еще один пример.

Ленинградские инженеры Л. Гинзбург и Я. Перский послали заявку на ламповый блок с тороидальным трансформатором. «Вам удалось создать очень хорошую конструкцию, - ответил эксперт, - но в ней нет элементов существенной новизны». В Ленинградском областном совете ВОИР рассмотрели заявку и... нашли существенную новизну. Вот в чем она состояла:

«При конструировании лампового блока, в котором объединены лампа высокого напряжения (вентиль) и питающий эту лампу трансформатор накала, необходимо изолировать ламповые гнезда и другие точки вентиля, находящиеся под высоким напряжением, от окружающих предметов иного потенциала, в том числе и от трансформатора накала. До сих пор повсеместно практика конструирования шла по пути создания достаточно большого разрядного расстояния между ламповыми гнездами и корпусом трансформатора. Для этого приходилось устанавливать между трансформатором и вентилем длинный изолятор с высоковольтным монтажом. Между тем при конструировании аппаратуры важно не увеличивать, а сокращать габариты.

И вот инженеры Л. Гинзбург и Я. Перский предложили несколько увеличить окно тороидального трансформатора накала и внутрь этого окна поместить ламповые гнезда и другие точки высокого потенциала (сопротивление «сетка» - «катод» и высоковольтный вывод), залив это компаундом. Остроумное решение позволило отказаться от изолятора и внешнего высоковольтного монтажа. Но самое важное в другом: общие габариты блока сократились, и при таком принципе конструирования их уже не нужно расширять по мере увеличения напряжения вентиля».

Спор с экспертизой закончился так: «Было доказано, что авторам удалось преодолеть отмеченное выше противоречие и решить задачу именно потому, что в их конструкции трансформатор накала выполняет роль не только трансформатора, но и изолятора высоковольтных точек вентиля. Использование трансформатора в качестве изолятора и является новизной конструкции». Изобретатели получили авторское свидетельство.

Если изобретатели научатся видеть в изобретениях устранение технических противоречий, а эксперты научатся находить в заявках способы устранения таких противоречий, количество отклоненных заявок намного сократится.

Иногда техническое противоречие, содержащееся в задаче, отчетливо видно. Таковы, например, задачи, решение которых обычными путями наталкивается на недопустимое увеличение веса. Иногда противоречие незаметно, оно как бы растворено в условиях задачи. Тем не менее изобретатель всегда должен помнить о техническом противоречии, которое ему предстоит побороть.

«Надо добиться такого-то результата», - это лишь половина задачи; изобретателю необходимо видеть вторую половину: «добиться, не проиграв того-то и того-то».

Анкетные опросы показывают, что опытные изобретатели хорошо видят техническое противоречие, содержащееся в задаче. Так, П. Фридман (Ленинград), имеющий более двадцати авторских свидетельств на изобретения, пишет: «Изучаю трудности и противоречия существующих машин, аппаратов и систем». Каунасский изобретатель Ю. Чепеле очень точно характеризует эту важнейшую особенность изобретательского мастерства: «Надо найти в задаче техническое противоречие, затем использовать подсказываемые опытом и знаниями способы устранения противоречия».

Известный советский изобретатель Б. Блинов, подводя итоги своей тридцатилетней изобретательской работы, пишет: «На основании опыта говорю: вы не станете изобретателем, если не научитесь отчетливо видеть противоречия в вещах».

У изобретателя Ю. Чиннова было девять авторских свидетельств; освоив методику изобретательства, Ю. Чиннов получил еще три десятка авторских свидетельств, решив ряд задач, считавшихся неразрешимыми. Один из главных инструментов Ю. Чиннова - анализ технических противоречий. Когда Ю. Чиннову поручили спроектировать высокопроизводительную машину для кручения телефонных кабелей, он прежде всего вскрыл содержащееся в задаче техническое противоречие:

«При проектировании машины выяснилось, что повышению ее производительности препятствует сила натяжения нитей (проводов), которая возникает от трения нитей во время их движения о стенки крутильной рамки и приводит к недопустимому растяжению нитей (проводов). С увеличением скорости вращения рамки и ее диаметра увеличивается центробежная сила, прижимающая нити к рамке, а следовательно, и сила трения нитей. Получается заколдованный круг:

С увеличением диаметра и скорости вращения крутильной рамки недопустимо увеличивается центробежная сила, которая приводит в конечном счете к растяжению нитей. С другой стороны, уменьшая диаметр крутильной рамки, можно повысить скорость кручения, но тогда недопустимо уменьшается диаметр приемной катушки, установленной внутри рамки, и, следовательно, длина изготовляемого кабеля.

Явное техническое противоречие!»

В изобретательской практике нередки случаи, когда главное - обнаружить техническое противоречие, а коль скоро оно обнаружено, преодолеть его не представляет труда. Бывает, однако, и так, что ясно видимое техническое противоречие отпугивает изобретателя: нужно совместить несовместимое, а это кажется невозможным!

«Нужно найти способ кручения кабеля на проход, - рассказывает далее Ю. Чиннов, - то есть вынести приемную катушку из вращающейся рамки и закрепить ее на неподвижном основании вне рамки. Такую катушку можно сделать неограниченного диаметра, а кабель - неограниченной длины, и, кроме того, увеличить скорость кручения.

Начальник КБ новой техники Ташкентского кабельного завода предупредил меня, что в этом направлении очень много поработали изобретатели и конструкторы. В конце концов они пришли к выводу, что изобрести способ кручения на проход так же невозможно, как и изобрести вечный двигатель.

Однако я не отказался от мысли справиться с этой задачей. Решил действовать по методике изобретательства...»

Не бойтесь технических противоречий!

Вот одна из простых задач. Решите ее самостоятельно; для этого достаточно четко сформулировать техническое противоречие.

Задача 3

«При взгляде на гоночный автомобиль сразу бросаются в глаза колеса. Они придают машине свирепый вид. А между тем они создают добавочное сопротивление воздуха, снижают максимальную скорость. Даже у обычных легковых автомобилей колеса закрыты обтекаемым капотом. Так почему же колеса гоночных машин не закрыты обтекателями?

На виражах гонщик все время следит за передними колесами. Увидев их положение, он получает первую информацию о направлении движения машины. Теперь предположим, что колеса закрыты крыльями. Повернув руль, гонщик должен смотреть, как пойдет машина, и вмешаться в управление после того, как автомобиль заметно отклонится от намеченного пути. Вот почему автомобили для шоссейных гонок делают без крыльев. Другое дело автомобили, предназначенные для гонок на специально оборудованных треках. Там не нужна поворотливость. И машины закапотированы».

Чтобы решить эту задачу, надо точно найти «несовместимое» и ответить на вопрос: где и что придется изменить для устранения «несовместимости»? Задача относится к гоночным автомобилям. Значит, решение может и не быть рассчитано на массовое и длительное применение.

Из книги Творчество как точная наука [Теория решения изобретательских задач] автора Альтшуллер Генрих Саулович

ПРОТИВОРЕЧИЯ АДМИНИСТРАТИВНЫЕ, ТЕХНИЧЕСКИЕ, ФИЗИЧЕСКИЕ Сравним два изобретения. Первое: «Способ определения параметров, недоступных прямому наблюдению (например, износостойкости), основанный на косвенном контроле, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что с целью повышения точности

Из книги Процессы жизненного цикла программных средств автора Автор неизвестен

6.6.3 Технические анализы Данная работа состоит из следующих задач:6.6.3.1 Должны быть проведены технические анализы для оценки создаваемых программных продуктов или услуг с точки зрения их просмотра и представления доказательств того, что:a. они полностью реализованы на

Из книги Правила технической эксплуатации тепловых энергоустановок в вопросах и ответах. Пособие для изучения и подготовки к проверке знаний автора

Технические требования Вопрос 294. Какое оборудование, арматура, приборы контроля, управления и автоматизации предусматривается размещать в тепловых пунктах?Ответ. Предусматривается размещение оборудования, арматуры и перечисленных приборов, посредством которых

Из книги Учебник по ТРИЗ автора Гасанов А И

Технические требования Вопрос 336. Какие устройства должны иметь отопительные приборы?Ответ. Должны иметь устройства для регулирования теплоотдачи. В жилых и общественных зданиях отопительные приборы, как правило, оборудуются автоматическими терморегуляторами (п.

Из книги Шелест гранаты автора Прищепенко Александр Борисович

Технические требования Вопрос 365. Какими устройствами оборудуется каждый пароводяной подогреватель?Ответ. Оборудуется конденсатоотводчиком или регулятором уровня для отвода конденсата, штуцерами с запорной арматурой для выпуска воздуха и спуска воды и

Из книги 102 способа хищения электроэнергии автора Красник Валентин Викторович

Технические требования Вопрос 375. Какие необходимо принять меры, если в конвейерных сушилках по условиям эксплуатации не могут быть устроены двери или конструкция сушилки не обеспечивает зону с нулевым давлением?Ответ. В этих случаях у входа и выхода сушилки необходимо

Из книги Инженерная эвристика автора Гаврилов Дмитрий Анатольевич

Технические требования Вопрос 382. Какими устройствами оборудуются коммуникации подогревателей?Ответ. Оборудуются запорными устройствами для отключения и обводными линиями, а также линиями для возврата подогретого раствора в промежуточный бак (для циркуляции раствора

Из книги Краткое руководство слесаря-ремонтника газового хозяйства автора Кашкаров Андрей Петрович

Технические требования Вопрос 395. Какие приспособления устанавливаются для отключения пара во время коротких остановок молота?Ответ. Устанавливаются поворотные плоские шиберы (п. 10.6.1).Вопрос 396. Какие устройства предусматриваются на паропроводах отработанного пара,

Из книги автора

Технические требования Вопрос 402. Чем оборудуются насосы? Ответ. Оборудуются:вентилями на всасывающем и нагнетательном трубопроводах, трубопроводе отработанного пара;продувными вентилями паровых цилиндров; манометрами на нагнетательных трубопроводах;

Из книги автора

6. Противоречия при решении технических задач Ревенков А. В. В развитии технических систем в соответствии с законами диалектики происходит чередование этапов количественного роста и качественных скачков. В процессе количественного роста в результате неравномерного

Из книги автора

7. Противоречия - разбор примеров и задач Ревенков А. В. Рассмотрим, как формулировка противоречий помогает в поиске решения задачи.Следует отметить, что противоречия в задачах появляются в следующих случаях:- когда не видно, как реализовать возникшую потребность

Из книги автора

5.1. «Отыскивая противоречия, нередко на мнимые наткнуться можно и в превеликие оттого и смеху достойные ошибки войти…» Гишторические материалы, не вошедшие в собрание сочинений Козьмы ПрутковаОтдел, где предстояло работать, был ареной борьбы. Визгливые взрывы эмоций

Из книги автора

6.3. Технические мероприятия 6.3.1. Совершенствование конструкции индукционных и электронных счетчиковВ связи со значительным количеством индукционных счетчиков, применяемых в качестве расчетных приборов учета, возникает необходимость в совершенствовании их

Из книги автора

4. Парадоксы и противоречия. Активация аналитического мышления Теперь мы потренируем левое полушарие мозга и расскажем о самом интересном, что неизбежно встречается на жизненном пути изобретателя, - о парадоксах и противоречиях! Только в последние сто лет прояснилась

Из книги автора

Какие бывают противоречия? Наверное, многих не устроит такая упрощённая классификация противоречий: в понятии или в суждении. Тогда можно предложить парадоксальную классификацию! Нет такой области, где нет противоречий, поэтому можно классифицировать, называя

Из книги автора

3.4.1. Технические характеристики Диапазон измерения: 0-50 % НКПР; диапазон показаний: 0-50 % НКПР; стандартная установка порогов по метану:– 1-й порог 7 % НКПР;– 2-й порог 12 % НКПР; время работы без подзарядки не менее 10 часов; температура окружающей среды (от -20 до +50)

У машин и механизмов (вообще у технических объектов) есть несколько важнейших показателей, характеризующих степень их совершенства: вес, габариты, мощность, надежность и др. Между этими показателями существуют определенные взаимозависимости. Скажем, на одну единицу мощности требуется определенный вес конструкции. Чтобы увеличить одии из показателей уже известными в данной отрасли техники путями, приходится «платить» ухудшением другого.

Вот типичный пример из авиаконструкторской практики: «Увеличение в 2 раза площади вертикального оперения одного из типов самолетов уменьшило амплитуду колебаний самолета всего лишь на 50%. Но это, в свою очередь, повысило восприимчивость самолета к порывам ветра, увеличило лобовое сопротивление, утяжелило конструкцию самолета, -что выдвинуло дополнительные сложные задачи К

Конструктор, учитывая конкретные условия, выбирает наиболее благоприятное сочетание характеристик: что-то выигрывает, а что-то проигрывает. «Когда вы обдумываете решение и технические условия,- говорит известный авиаконструктор О. Антонов,- которые, может быть, и не будут никогда записаны на бумаге, выделите самое главное. Только в крайнем случае, если что-нибудь не удается выполнить, идите к допустимому. Допустимое - это некоторое невыполнение заданных технических условий, так сказать, компромиссное решение. Предположим, конструируя самолет, вы выполните требования по грузоподъемности и скорости, но у вас немножко не выйдет с длиной разбега. Тогда вы начнете взвешивать эти три важных требования и, возможно, несколько поступитесь разбегом - пусть разбег будет не 500, а 550 метров, зато все остальные качества будут достигнуты. Это как раз то, что допустимо».

Академик А. Н. Крылов в своих воспоминаниях рассказывает о таком эпизоде. В 1924 году ученый работал в составе советско-французской комиссии, осматривавшей в гавани Бизерты русские военные корабли, уведенные туда Врангелем. Здесь бок о бок с русским эсминцем стоял эсминец французский - примерно того же возраста и размеров. Разница в боевой мощи кораблей была настолько велика, что адмирал Буи - председатель комиссии- не выдержал и воскликнул: «У вас пушки, а у нас пукалки! Каким образом вы достигли такой разницы в вооружении эсминцев?» Крылов ответил так: «Взгляните, адмирал, на палубу: кроме стрингера, в котором вся крепость, все остальное, представляющее как бы крышу, проржавело почти насквозь, трубы, их кожухи, рубки и т. п.- все изношено. Посмотрите на ваш эсминец, на нем все как новенькое, правда, наш миноносец шесть лет без ухода и без окраски, но не в этом главная суть. Ваш миноносец построен из обыкновенной стали и на нем взято расчетное напряжение в 7 кг на 1 мм2, как будто бы это был коммерческий корабль, который должен служить не менее 24 лет. Hauf построен целиком из стали высокого сопротивления, напряжение допущено в 12 кг и больше - местами по 23 кг/мм2. Миноносец строится на 10-12 лет, ибо за это время он успевает настолько устареть, что не представляет более истинной боевой силы. Весь выигрыш в весе корпуса и употреблен на усиление боевого вооружения, и вы видите, что в артиллерийском бою наш миноносец разнесет вдребезги, по меньшей мере, четыре, т. е. дивизию ваших, раньше, чем они приблизятся на дальность выстрела своих пукалок». «Как это просто!» - сказал адмирал»2.

Предположим, для ускорения погрузки-разгрузки на необорудованных аэродромах необходимо создать портативное подъемное устройство, монтируемое на тяжелых транспортных самолетах. Такую задачу вполне можно решить уже имеющимися в современной технике средствами. Основываясь на общих принципах конструирования подъемных устройств и используя, скажем, опыт создания легких автокранов, квалифицированный конструктор в состоянии спроектировать требуемое устройство. Понятно, что это увеличит в той или иной мере «мертвый вес самолета. Выигрывая в одном, конструктор одновременно проигрывает в чем-то другом. Зачастую с этим можно смириться, и задача конструктора сводится к тому, чтобы побольше выиграть и поменьше проиграть.

Необходимость в изобретении возникает в тех случаях, когда задача содержит дополнительное требование: выиграть и… ничего не проиграть. Например, подъемное устройство должно быть достаточно мощным и в то же время не должно утяжелять самолет. Решить эту задачу известными приемами невозможно: даже лучшие передвижные краны имеют немалый вес. Здесь нужен новый подход, нужно изобретение.

Всегда ли изобретение состоит в устранении технического противоречия?

Надо сказать, что существуют два понятия «изобретение»- правовое (патентное) и техническое. Правовой понятие различно в разных странах, к тому же оно чаете! меняется.

Возникновение и преодоление противоречия - одна из главных особенностей технического прогресса. Анализируя развитие мельниц, Маркс писал в «Капитале»: «Увеличение размеров рабочей машины и количества ее одновременно действующих орудий требует более крупного двигательного механизма… Уже в XVIII веке была сделана попытка приводить в движение два бегуна и два же постава посредством одного водяного колеса. Но увеличение размеров передаточного механизма вступило в конфликт с недостаточной силой воды…»

Многочисленные примеры технических противоречий приводит Фридрих Энгельс в статье «История винтовки» В сущности, вся эта статья представляет собой анализ внутренних противоречий, определяющих историческое развитие винтовки. Энгельс показывает, например, что с» момента появления винтовки и до изобретения винтовок, заряжающихся с казенной части, главное противоречие состояло в том, что для усиления огневых свойств требовалось укорачивание ствола (заряжение производилось со ствола и при коротком стволе облегчалось), а для усиления «штыковых» свойств винтовки нужно было, наоборот, удлинять ствол. Эти противоречивые качества были соединены в винтовке, заряжающейся с казенной части.

Горное дело

С давних пор для изоляции района подземного пожара шахтеры возводят перемычки - Специальные стенки из кирпича, бетона или брусчатки. Сооружение перемычек сильно осложняется, если в шахте выделяются газы. В таком случае перемычку нужно делать герметичной, тщательно заделывать каждую щелку, и все это под постоянной угрозой взрыва. Чтобы уберечься, горняки стали сооружать по две перемычки. Первую - временную- кладут наспех. Она пропускает воздух и служит лишь баррикадой, под прикрытием которой можно, уже не торопясь, сооружать вторую, постоянную. Таким образом, горняки выиграли в безопасности, но проиграли в трудоемкости.

Химическая технология

При повышении давления скорость синтеза увеличивается и, следовательно, растет производительность колонны синтеза. Но одновременно увеличивается расход энергии на сжатие данного количества газа: по конструктивным соображениям приходится ограничивать размеры аппаратов и, следовательно, их мощность. Увеличиваются растворимость $зотоводородной смеси в жидком аммиаке и ее потери.

Электроника

Современная электроника столкнулась с серьезной дилеммой: с одной стороны, непрерывно повышаются требования к рабочим характеристикам и, соответственно, усложняются электронные системы; с другой стороны, все более ужесточаются ограничения габаритов, веса и потребляемой мощности… Такое же, а может быть, и большее значение имеют проблемы надежности, вызванные возросшей сложностью аппаратуры.

Радиотехника

чения, находящихся на небольшом угловом расстоянии друг от друга. Кроме того, большой «радиоглаз» должен охватывать своим взглядом возможно большую часть неба. Для этого антенна должна быть подвижной. Но перемещать громоздкую антенну, сохраняя ее форму неизменной с точностью до миллиметров, очень трудно. Пока не разрешено это противоречие, конструирование телескопов идет по двум направлениям: либо строятся очень большие, но неподвижные антенны, либо подвижные и относительно небольшие.

Моторостроение

Сельскохозяйственное машиностроение

Есть такое понятие - мощность на крюке». Это та часть мощности тракторного двигателя, которая может фактически выполнять полезную работу. Показатель этой мощности для данного трактора зависит в первую очередь от сцепных свойств его движителей (колес или гусениц) и от сцепного веса машины. Мощная, но легкая машина при больших нагрузках буксует, поэтому для выполнения полезной работы может быть использована лишь небольшая часть мощности тракторного двигателя. Тяжелые тракторы лучше сцепляются с почвой, но значительная часть энергии их двигателя тратится на перемещение собственного веса по полю… Конструкторы облегчают машину и повышают ее мощность. А в процессе эксплуатации начинается движение в обратную сторону, так как снижение веса означает ухудшение сцепных свойств, то есть уменьшение эффективной мощности на

крюке. Вот и приходится на месте утяжелять машину - ставить на колеса чугунные диски, делать уширители на гусеницах и колесах, сводя на нет достижения конструкторов.

Автомобилестроение

Судостроение

Самолетостроение

У главного конструктора рождается идея. Ну, скажем, нужен самолет для перевозки крупногабаритных и тяже-

лых грузов; необходимо обеспечить удобство и быстроту погрузки. Для этой цели требуется, чтобы фюзеляж, вместительный и обтекаемый, на стоянке был как можно ближе к земле, значит, необходимо низкое шасси, его легче убрать в фюзеляж.

В этом случае, правда, не может быть получена очень большая скорость, но в угоду другим важным качествам конструктору приходится искать разумный компромисс К

По положению изобретение должно обладать «существенной новизной». Но что означает слово «существенна я»? В «Указаниях по методике экспертизы заявок на изобретения» сказано так: «Существенная новизна в решении технической задачи характеризуется тем, что это решение имеет новые, не известные ранее признаки, сообщающие объекту изобретения. (устройству, способу, веществу) новые свойства, создающие положительный эффект». С незначительными вариациями такое определение применяется уже десятки лет и приводит к бесчисленным спорам по заявкам. Новизна, говорится в определении, это наличие новых свойств. Но что считать новыми свойствами? На этот счет нет точных указаний. И получается: новизна - это, когда есть новизна…

На практике «существенная новизна» неизбежно сводится к понятию «существенное изменение» (по сравнению с прототипом) и далее к понятию «значительное изменение». Много изменил - есть изобретение, мало изменил- нет изобретения. Причем «много» или «мало» определяется в конечном счете личным мнением эксперта.

Между тем существует объективный критерий: изобретение- это устранение технического противоречия. Используя этот критерий, мржно в значительной мере объективизировать экспертизу заявок.

Обратимся к конкретному примеру.

Два инженера разработали конструкцию самонаклада для подачи в машину переплетных крышек. «Рассматривая эту заявку,- пишет эксперт,- я вспомнил о таком же примерно устройстве, имеющемся в одном из немецких патентов. Единственное различие состоит в том, что наши изобретатели установили стенки стапельной коробки на расстояние, меньшее длины переплетной крышки… Я счел это отличие несущественным и подготовил проект решения об отказе в выдаче авторского свидетельства».

Но метод сравнения на этот раз дал явную осечку. Е. Немировский рассказывает: «Однако наши изобретатели разъяснили, что боковые упоры, описанные в немецком патенте, должны быть весьма жесткими, чтобы устранить прогибание стопы. С другой стороны, если упоры окажутся слишком жесткими, присосы не смогут вытащить крышку из коробки. Это противоречие делало самонаклад неработоспособным. Стоило лишь изменить расстояние между стенками, как они начали воспринимать вес крышек… новое соотношение размеров, принятое московскими изобретателями, позволило неработоспособное устройство сделать работоспособным. Я признал, что ошибся. Изобретателям выдали авторское свидетельство». Здесь, в самом конце статьи, Немировский произнес то слово, с которого следовало бы начать: «противоречие». Оказывается, дело не в значительности или незначительности внесенного изменения, а в том, что было техническое противоречие и изобретение позволило его устранить.

Еще один пример.

Ленинградские инженеры Л. Гинзбург и Я. Перский послали заявку на ламповый блок с тороидальным трансформатором. «Вам удалось создать очень хорошую конструкцию,- ответил эксперт,- но в ней нет элементов существенной новизны». В Ленинградском областном совете ВОИР рассмотрели заявку и… нашли существенную новизну. Вот в чем она состояла:

«Надо добиться такого-то результата»,- это лишь половина задачи; изобретателю необходимо видеть вторую половину: «добиться, не проиграв того-то и того-то».

Анкетные опросы показывают, что опытные изобретатели хорошо видят техническое противоречие, содержащееся в задаче. Так, П. Фридман (Ленинград), имеющий более двадцати авторских свидетельств на изобретения, пишет: «Изучаю трудности и противоречия существующих машин, аппаратов и систем». Каунасский изобрета-1ель Ю. Чепеле очень точно характеризует эту важнейшую особенность изобретательского мастерства: «Надо найти в задаче техническое противоречие, затем использовать подсказываемые опытом и знаниями способы устранения противоречия».

У изобретателя Ю. Чиниова было девять авторских свидетельств; освоив методику изобретательства, Ю. Чин-нов получил еще три десятка авторских свидетельств, решив ряд задач, считавшихся неразрешимыми. Один из главных инструментов Ю. Чиннова - анализ технических противоречий. Когда Ю. Чиннову поручили спроектировать высокопроизводительную машину для кручения телефонных кабелей, он прежде всего вскрыл содержащееся в задаче техническое противоречие:

Получается заколдованный круг:

Явное техническое противоречие!

В изобретательской практике нередки случаи, когда главное -обнаружить техническое противоречие, а коль скоро оно обнаружено, преодолеть его не представляет труда. Бывает, однако, и так, что ясно видимое техническое противоречие отпугивает изобретателя: нужно совместить несовместимое, а это кажется невозможным!

«Нужно найти способ кручения кабеля на проход,- рассказывает далее Ю. Чиннов,- то есть вынести приемную катушку из вращающейся рамки и закрепить ее на неподвижном основании вне рамки. Такую катушку можно сделать неограниченного диаметра, а кабель - неограниченной длины, и, кроме того, увеличить скорость кручения.

Начальник КБ новой техники Ташкентского кабеш -j ного завода предупредил меня, что в этом направлении очень много поработали изобретатели и конструкторы. В конце концов они пришли к выводу, что изобрести способ кручения на проход так же невозможно, как и изобрести вечный двигатель.

Однако я не отказался от мысли справиться с этой задачей. Решил действовать по методике изобретательства…»

Не бойтесь технических противоречий!

Основные понятия классической ТРИЗ, в том числе, противоречия, были определены еще в книгах Г.С. Альтшуллера и с тех пор не подвергались серьезной ревизии и уточнению.

Сегодня ТРИЗ применяется не только в сфере развития технических систем, но и в других сферах человеческой деятельности, в частности, в сферы развития информационных и бизнес-систем. Для успешного применения ТРИЗ в этих сферах требуется согласование понятий, в том числе, противоречий, с понятиями, которые используются специалистами по информационным и бизнес-системам.

Сегодня уже предпринимаются попытки, например, в , провести такую ревизию понятий. Однако пока не решены некоторые проблемы, в том числе,

Плохо определена связь между административным и техническим противоречием.
Нет единой модели, описывающей разные виды противоречий, в частности, как соотносится противоречие альтернативных систем с техническим и физическим противоречиями.
Наименования и структура видов противоречий плохо подходят для использования в других (не-технических) областях.

В данной статье предлагается общая схема понятия противоречий, в которой устранены указанные недостатки.

Требования и ограничения

Понятие «требование» является одним из ключевых в инженерной деятельности. Пожалуй, наиболее зрелые технологии управления требованиями сегодня используются в таких сферах, как системная инженерия и инженерия программного обеспечения .

В системной инженерии сегодня принято различать 2 уровня требований:

Система рассматривается в виде «чёрного ящика». Требования к системе описывают, что от системы хотят ее стейкхолдеры, а также что необходимо надсистеме, в которую входит рассматриваемая система. Такого рода требования называются требованиями стейкхолдеров .
Система рассматривается в виде «прозрачного ящика» на различных стадиях жизненного цикла. Соответственно, такие требования включают предположения о том, как система должна быть устроена (состав и структура системы), а также как она должна себя вести (функционирование системы). Такого рода требования называются системными требованиями .

Очевидно, что системные требования связаны с требованиями стейкхолдеров. По сути, системные требования описывают способы, посредством которых в системе должны реализовываться требования стейкхолдеров.

Особый вид требований в системной инженерии – это ограничения, которым должна удовлетворять система. Широко применяемое в ТРИЗ понятие «нежелательный эффект» полностью соответствует понятию «ограничение».

Пример. Компания «К» внедрила систему электронного документооборота. Данная система позволила планировать сроки обработки и длительность маршрута каждого документа в подразделениях компании «К». Для этого в компании «К» для каждого вида документа установлены нормативные сроки его обработки в подразделении.
Однако в деятельности компании «К» присутствуют документы, которые поступают от внешних контрагентов «А» (накладные, счета и т.п.), а также документы, маршрут обработки которых предполагает их передачу контрагентам «А» и последующий возврат в компанию «К» (коммерческие предложения, договоры, проектная документация и т.п.).
Одно из возможных решений – это согласование с контрагентами «А» для определенных видов документов нормативных сроков их обработки у контрагента. Но не все контрагенты согласны такие нормативы устанавливать и соблюдать. В некоторых случаях согласование нормативов невозможно из-за сроков или по каким-либо другим причинам.

В приведенном выше примере можно выделить следующие требования стейкхолдеров:

Руководство компании «К» хочет, чтобы в системе документооборота устанавливались сроки и маршруты обработки каждого документа.
Руководство контрагента «А» хочет, чтобы документы компании «К» обрабатывались без нормативов.

Системные требования :
(СТ1) Для каждого вида документа и каждого вида обработки в подразделениях компании «К» должны быть установлены сроки выполнения.

Системное ограничение :
(СО1) Для документов, обрабатываемы контрагентами «А», сроки выполнения обработки документов у контрагента неизвестны.

Общая схема противоречий

Административное противоречие

Известно следующее определение административного противоречия (АП): «нужно что-то сделать, а как сделать – неизвестно…» .

В рамках предлагаемой схемы АП может быть представлено как требование и неизвестный (или не определенный) способ его выполнения. Схема административного противоречия представлена на следующем рисунке.

Из представленной схемы следует, что АП описывает неопределенную изобретательскую ситуацию. Для ее уточнения и выявления противоречия необходимо выбрать известный способ выполнения требования.

Например, в приведенном выше примере требование СТ1 (для каждого вида документа и каждого вида обработки в подразделениях компании «К» должны быть установлены сроки выполнения) не может быть реализовано, для случая, когда документ обрабатывается контрагентом. В этом случае имеет место ограничение СО1 (для документов, обрабатываемы контрагентами «А», сроки выполнения обработки документов у контрагента неизвестны).

В рассматриваемом примере административное противоречие может быть определено следующим образом:

Как реализовать требование СТ2 (в системе документооборота нужно установить в нормативный срок обработки документа у контрагента «А»)?

Техническое противоречие

В ТРИЗ техническое противоречие (ТП) определено как …взаимодействия в системе, состоящие, например, в том, что полезное действие вызывает одновременно и вредное. Или – введение (усиление) полезного действия, либо устранение (ослабление) вредного действия вызывает ухудшение (в частности, недопустимое усложнение) одной из частей системы или всей системы в целом .

В рамках предлагаемой схемы ТП может быть представлено следующим образом: известный способ (или его изменение) приводит к возникновению противоречия между 2-мя требованиями. Схема ТП представлена на следующем рисунке.

Из схемы следует, что ТП описывает отношение между способом и противоречивыми требованиями. Соответственно, мы можем использовать для обозначения данной структуры термин «противоречие требований». Данный термин уже используют М. Рубин и В. Кияев в .

Пример. Для реализации требования СТ2 (в системе документооборота нужно установить в нормативный срок обработки документа у контрагента «А») можно использовать следующий известный способ: согласовать с контрагентом «А» нормативный срок обработки документа. Однако использование данного способа нарушит одно из требований стейкхолдеров (руководство контрагента «А» хочет, чтобы документы компании «К» обрабатывались без нормативов).
В этом случае мы получаем противоречие:
Если
согласовать нормативные сроки обработки документов с контрагентом «А»,
То
(+) мы сможем реализовать требование СТ1 (в системе документооборота нужно установить в нормативный срок обработки документа у контрагента «А»),
Но
(-) не реализуем требование стейкхолдера (руководство контрагента «А» хочет, чтобы документы компании «К» обрабатывались без нормативов).

Разделение противоречия на ТП1 и ТП2 в АРИЗ в рамках предлагаемой схемы противоречий представляет собой операцию со способом: изменение способа порождает ТП1, не изменение способа – ТП2. В частном случае, это может быть использование и не использование известного способа.

Например, в системе документооборота ТП1 может быть сформулировано так, как указано выше, а ТП2 – следующим образом:
Если
Не согласовать нормативные сроки обработки документов с контрагентом «А»,
То
i>(+) мы обеспечиваем реализацию требования стейкхолдера (руководство контрагента «А» хочет, чтобы документы компании «К» обрабатывались без нормативов).
Но
(-) мы не сможем реализовать требование СТ1 (в системе документооборота нужно установить в нормативный срок обработки документа у контрагента «А»).

Противоречие альтернативных систем

Понятие альтернативного технического противоречия (АТП) или противоречия альтернативных систем предложено В. Герасимовым и С. Литвиным в методе объединения альтернативных систем в надсистему, описанном в . В соответствии с этим методом пара технических противоречий формулируется в соответствии со следующим шаблоном :

АТП1 : Если система реализована в виде базовой системы, то ее достоинством является (указать), но при этом имеется недостаток (указать).
АТП2 : Если система реализована в виде (указать название альтернативной системы), то ее достоинством является (указать устраненный недостаток базовой системы), но при этом имеется недостаток (указать).

В рамках предлагаемой схемы альтернативное техническое противоречие (АТП) может быть представлено следующим образом.

В ТРИЗ физическое противоречие (ФП) определено следующим образом:
… часть рассматриваемой системы должна находиться в таком-то физическом состоянии, чтобы удовлетворять одному требованию задачи, и должна находиться в противоположном состоянии, чтобы удовлетворять другому требованию задачи .

М. Рубин и В. Кияев в предложили новое наименование для ФП – противоречие свойств (ПС). Их определение выглядит так:
формулировка противоположного состояния того или иного свойства одного элемента системы, необходимое для реализации противоположенных требований к системе.

Другими словами, для определения ФП (ПС) необходимо выделить элемент, который должен обладать противоположными свойствами, чтобы удовлетворить противоречивым требованиям. Очевидно, что объект с противоположными свойствами – это элемент, который входит в состав способа, который был выбран в АП и рассматривался в ТП.

В рамках предлагаемой схемы ФП (ПС) может быть представлено следующим образом:

Например, в противоречии, сформулированном для системы документооборота, мы рассматриваем способ (согласовать нормативные сроки обработки документов с контрагентом «А»). Объект, который лежит в основе противоречия – это срок обработки документа у контрагента «А».

Соответственно, противоречие свойств можно сформулировать следующим образом:
нормативный срок должен быть установлен , чтобы мы сможем реализовать требование СТ1 (в системе документооборота нужно установить в нормативный срок обработки документа у контрагента «А»),
И
нормативный срок не должен быть установлен , чтобы мы смогли реализовать требование стейкхолдера (руководство контрагента «А» хочет, чтобы документы компании «К» обрабатывались без нормативов).

В случае АТП элемент является частью способа, реализованного в базовой системе.

Заключение

Предлагаемая общая схема противоречия отличается от существующих в ТРИЗ определений тем, что для описания противоречия используются понятия «требование» и «способ реализации требований».

Использование в схеме противоречия способа реализации требований позволяет установить связь между административным и техническим противоречием. На уровне административного противоречия нам не известен (либо не выбран) способ реализации требования. Выбирая способ, решатель переходит от административного к техническому противоречию (противоречию требований). Затем, выбирая элемент способа, решатель переходит от ТП (противоречия требований) к ФП (противоречию свойств).

Использование в структуре модели противоречия требований позволяет интегрировать ТРИЗ с достаточно развитыми в различных сферах деятельности технологиями управления требованиями. В перспективе данная схема противоречий и методы работы с ними могут быть интегрированы в системы управления требованиями (RMS) .

Литература

Рубин М.С., Кияев В.И. Основы ТРИЗ и инновации. Применение ТРИЗ в программных и информационных системах: Учебное пособие. 2013.
ISO/IEC 15288:2002. System Engineering. System Life-Cycle Processes.
Software Engineering Body of Knowledge, IEEE, 2004
Альтшуллер Г.С. Найти идею, Введение в теорию решения изобретательских задач, Петрозаводск, Скандинавия, 2003
Альтшуллер Г.С. АРИЗ – значит победа. В сб. Правила игры без правил / Сост.: А.Б. Селюцкий, Петрозаводск, Карелия, 1989.
Альтшуллер Г.С. Алгоритм решения изобретательских задач АРИЗ-85В. 1985.
Герасимов В.М., Литвин С.С. Зачем технике плюрализм? Развитие альтернативных технических систем путем их объединения в надсистему. Ленинград. Журнал ТРИЗ, №1, 1990.
Альтшуллер Г.С., Селюцкий А.Б. Крылья для Икара. Как решать изобретательские задачи. Петрозаводск, Карелия, 1980.

Отчетность за сотрудников

Физическое противоречие

Требования и ограничения

Общая схема противоречий

Административное противоречие

Техническое противоречие

Противоречие альтернативных систем

Заключение

Литература

Вам также может понравиться