Универсальные приемы разрешения противоречий. ТРИЗ

© Владимир Петров, 2019

ISBN 978-5-4493-1445-1

Создано в интеллектуальной издательской системе Ridero

Теория решения изобретательских задач (ТРИЗ), созданная советским ученым и изобретателем Генрихом Сауловичем Альтшуллером, становится все более популярной в мире.

Один из инструментов ТРИЗ – это приемы разрешения противоречий. Эти приемы были созданы Альтшуллером для решения технических задач, главным образом в механике.

Автор попытался сделать приемы более универсальными, чтобы они смогли работать не только с любыми областями техники, включая и информационные технологии, но и с задачами из любой области знаний.

В книге приводится минимальное количество текста и большое количество картинок, поясняющих каждый из приемов и подприемов.

Материал может быть полезен как начинающим изучать ТРИЗ, так и преподавателям для демонстрации приемов. Кроме того, примеры могут быть использованы и для демонстрации других инструментов ТРИЗ.

Генрих Саулович Альтшуллер

(1926—1998 гг.)

Г. С. Альтшуллер проанализировал десятки тысяч патентов и выяснил, что техника развивается закономерно. Эти закономерности можно познать и использовать для развития систем и при решении изобретательских задач. Альтшуллером Г. С. была разработана система законов развития техники. Он также выяснил, что для решения сложных изобретательских задач необходимо выявить и разрешить противоречия. Им были сформулированы постулаты ТРИЗ, которые показывают принципиальное отличие изобретательского от рутинного мышления.

При рутинном мышлении мы ищем компромисс. В изобретательском мышлении мы выявляем противоречие, лежащее в глубине проблемы. Углубляя и обостряя противоречие, мы определяем первопричины, породившие данное противоречие. Разрешая противоречие, получаем результат без недостатков.

Г. Альтшуллер пришел к выводу, что фундаментом будущей теории изобретательства должны быть законы развития технических систем.

Он сформулировал постулаты ТРИЗ, которые показывают принципиальное отличие изобретательского от рутинного мышления.

Постулаты ТРИЗ гласят:

1. Техника развивается закономерно. При решении задач и развитии систем необходимо использовать законы развития технических систем.

2. Любую изобретательскую задачу можно классифицировать, и в соответствии с видом задачи подбирается вид решения.

3. Для решения сложных изобретательских задач необходимо выявить и разрешить противоречие, находящееся в глубине задачи.

Г. С. Альтшуллер отмечал: «…теория решения изобретательских задач принципиально отличается от метода проб и ошибок, и всех его модификаций, основная идея ТРИЗ: технические системы возникают и развиваются не „как попало“, а по определенным законам: эти законы можно познать и использовать для сознательного – без множества „пустых“ проб – решения изобретательских задач. ТРИЗ превращает производство новых технических идей в точную науку. Решение изобретательских задач – вместо поисков вслепую – строится на системе логических операций»1.

Для разрешения противоречий Г. С. Альтшуллер разработал 40 основных приемов устранения противоречий и таблицу использования этих приемов.

Инструменты ТРИЗ и, в частности, приемы разрешения противоречий создавались в то время, когда еще не существовало информационных технологий. В основном приемы были созданы для решения задач из механики.

Информационные технологии (ИТ) сегодня развиваются очень быстрыми темпами. Перед разработчиками возникают трудные задачи, которые необходимо решать очень быстро и на высоком уровне. Для решения таких задач недостаточно только специальных знаний и опыта, но требуется методика решения сложных задач. Наилучшая методика решения сложных задач – это ТРИЗ.

Техническую систему в ТРИЗ рассматривали только как вещественный (материальный) объект. С появлением ИТ и применением ТРИЗ для ИТ понятие технической системы следует пересмотреть – расширить, так как информация – это не материальный объект. В данной книге будет рассматриваться только один из инструментов ТРИЗ – приемы разрешения противоречий.

Автор попытался сделать приемы более универсальными, чтобы они смогли работать не только с любыми областями техники, включая и информационные технологии, но и с задачами из любой области знаний.

1. Понятие о противоречиях

1.2. Административное противоречие

АДМИНИСТРАТИВНОЕ ПРОТИВОРЕЧИЕ (АП) – противоречие между потребностью и возможностью ее удовлетворения.

Его достаточно легко выявить. Оно часто задается администрацией или заказчиком и формулируется в виде: «Надо выполнить то-то, а как – неизвестно», «Какой-то параметр системы плохой, нужно его улучшить или нужно устранить такой-то недостаток, но не известно, как», «Имеется брак в производстве изделий, а причина его не известна» и т. д. Это самое поверхностное противоречие.

Мы хотим иметь много денег, а имеем мало.

Изображение административного противоречия

Задача 1. Автобус

Условие задачи

Автобус должен перевозить много пассажиров. Как это сделать?

Это типичное административное противоречие (АП).

1.3. Техническое противоречие

ТЕХНИЧЕСКОЕ ПРОТИВОРЕЧИЕ (ТП) – это противоречие между определенными частями, качествами или параметрами системы.

ТП возникает при улучшении одних частей (качеств или параметров) системы за счет недопустимого ухудшения других.

Оно представляет собой причину возникновения административного противоречия (АП), углубляя его. В глубине одного АП, чаще всего, лежит несколько ТП.

Изображение технического противоречия

А улучшаем, а Б ухудшается.

Как правило, улучшая одни характеристики объекта (например, «А»), мы резко ухудшаем другие (например, «Б»). Обычно приходится искать компромисс, то есть чем-то жертвовать.

Техническое противоречие возникает в результате диспропорции развития различных частей (параметров) системы. При значительных количественных изменениях одной из частей (параметров) системы и резком «отставании» другой (других) ее частей возникают ситуации, когда количественные изменения одной из сторон системы вступают в противоречие с другими.

Продолжим рассмотрение задачи об автобусе.

Задача 1. Автобус (продолжение)

Разбор задачи

Чтобы перевозить много пассажиров, автобус должен быть вместимым, т. е. больших размеров. Однако большой автобус плохо маневрирует.

Таким образом можно сформулировать техническое противоречие (ТП).

ТП: Противоречие между вместимостью автобуса и маневренностью.

1.4. Физическое противоречие

ФИЗИЧЕСКОЕ ПРОТИВОРЕЧИЕ (ФП) – предъявление диаметрально противоположных свойств (например, физических) к определенной части технической системы.

Оно необходимо для определения причин, породивших техническое противоречие, т. е. является дальнейшим его углублением. Уточнение (углубление) противоречий может продолжаться и дальше для выявления первопричины.

Для человека, не знакомого с ТРИЗ, формулировка ФП звучит непривычно и даже дико – некоторая часть системы должна находиться сразу в двух взаимоисключающих состояниях: быть холодной и горячей, подвижной и неподвижной, длинной и короткой, гибкой и жесткой, электропроводной и неэлектропроводной, быть и не быть и т. д.

Представление физического противоречия

Представление физического противоречия

Представление физического противоречия

Продолжим разбор задачи об автобусе.

Задача 1. Автобус (продолжение)

Разбор задачи

Сформулируем физическое противоречие (ФП) для данной задачи.

ФП: Автобус должен быть большим, чтобы вмещать много пассажиров, и маленьким, чтобы быть маневренным.

Если более точно, то эти требования не ко всему автобусу, а только к салону.

Физическое противоречие

Решение задачи

1. Автобус необходимо сделать динамичным – гибким, например, как змея.

Гибкое судно

Такой автобус будет вместительным и очень маневренным. Пока таких автобусов не создано, но имеется частичное решение – соединяют два и более автобусов гибким соединением – «гармошкой».

Соединение «гармошкой»

2. Автобус ставится на автобус – двухэтажный автобус.

Двухэтажный автобус

В Лондоне построили 5-этажный автобус. Впервые его использовали во время «Олимпиады-2012». Он высотой 17,68 м.

Пятиэтажный автобус

3. Используют маленькие автобусы, но их пускают столько, сколько нужно в данных момент.

Существует проект автобуса, складывающегося или растягивающегося с помощью гармошки в зависимости от потребности – количество пассажиров. В часы пик автобус растягивается полностью, а при малом количестве пассажиров – полностью складывается.

Раздвигающийся автобус

В данной книге мы будем рассматривать только технические противоречия2.

2. Использование таблицы приемов разрешения технических противоречий

Статистический анализ технических задач позволил выявить типичные технические противоречия и приемы их устранения. В результате анализа более 40 тыс. изобретений Г. С. Альтшуллер выявил 40 основных (наиболее сильных) приемов, отобрал 39 универсальных параметров системы, которые можно изменять, и составил таблицу их применения. В английской литературе эту таблицу называют «Матрица Альтшуллера» (Altshuller’s Matrix или Altshuller’s Contradiction Matrix), а универсальные параметры – «Универсальные параметры Альтшуллера» (Altshuller’s Papametrs).

Фрагмент таблицы приемов разрешения технических противоречий

В таблице3 по вертикали и горизонтали расположены универсальные параметры, а на их пересечении указаны номера приемов.

Опишем универсальные параметры:

1. Вес подвижного объекта

2. Вес неподвижного объекта

3. Длина подвижного объекта

4. Длина неподвижного объекта

5. Площадь подвижного объекта

6. Площадь неподвижного объекта

7. Объем подвижного объекта

8. Объем неподвижного объекта

9. Скорость

10. Сила

11. Напряжение, давление

12. Форма

13. Устойчивость состава объекта

14. Прочность

15. Продолжительность действия подвижного объекта

16. Продолжительность действия неподвижного объекта

17. Температура

18. Освещенность

19. Энергия, расходуемая подвижным объектом

20. Мощность

21. Энергия, расходуемая неподвижным объектом

22. Потери энергии

23. Потери вещества

24. Потери информации

25. Потери времени

26. Количество вещества

27. Надежность

28. Точность измерения

29. Точность изготовления

30. Вредные факторы, действующие на объект извне

31. Вредные факторы, генерируемые самим объектом

32. Удобство изготовления

33. Удобство эксплуатации

34. Удобство ремонта

35. Адаптация, универсальность

36. Сложность устройства

37. Сложность контроля и измерения

38. Степень автоматизации

39. Производительность

Прежде чем использовать таблицу, необходимо выявить техническое противоречие, присущее данной задаче. Это можно сделать несколькими путями.

1. Сформулировать техническое противоречие, а затем привести его в соответствие с универсальными параметрами.

2. Использовать сразу таблицу в следующей последовательности:

2.1. Выбрать по таблице в вертикальной колонке параметр, который нужно изменить (увеличить, уменьшить, улучшить) по условиям задачи. Например, выбрали строчку 9. Скорость.

2.2. В горизонтальной строке выбрать параметр, который недопустимо ухудшается. Например, на рис. 5 выбрали столбец 10. Сила.

2.3. На пересечении их в клеточке указаны номера приемов, которые рекомендовано использовать.

Например, это приемы 13, 28, 15, 19.

3. Использовать более сложную последовательность:

3.1. Выбрать по таблице в вертикальной колонке, параметр, который нужно изменить по условиям задачи.

3.2. Найти известный путь, как можно улучшить выбранный показатель, не считаясь с проигрышем (ухудшениями).

3.3. Какой параметр недопустимо ухудшается, если использовать найденный путь, выбрать его в горизонтальной строке таблице.

3.4. На пересечении выбранных показателей в клеточке указаны номера приемов, которые рекомендовано использовать.

Задача 2. Робин Гуд

Условия задачи

Во время съемки фильма «Стрелы Робин Гуда» необходимо было отснять эпизод полета стрелы, выпущенной из лука до момента попадания ее в жертву. Режиссер настаивал на том, чтобы это была реальная съемка, а не комбинированная.

Решили под одежду актера, игравшего эту жертву, положить деревянную дощечку и пригласили лучших лучников страны. Тем не менее, была опасность, что даже лучший лучник может промахнуться и травмировать актера.

Как сделать так, чтобы стрела однозначно попала бы только в деревянную плиту?

Съемка фильма «Стрелы Робин Гуда»

Разбор задачи

ТП между точностью попадания и возможностью нанесения травмы.

Это противоречие соответствует универсальным параметрам:

29. Точность изготовления – 30. Вредные факторы, действующие на объект извне.

Такое противоречие разрешается приемами 26, 28, 10, 36:

26. Принцип копирования.

28. Замена механической схемы.

10. Принцип предварительного исполнения.

36. Использование явлений на границе фазовых переходов.

Воспользуемся этими приемами для разрешения, описанного технического противоречия.

Решения

Решение 1.

Принцип копирования подсказывает, что процесс должен быть нереальный, раньше это могли быть, например, комбинированные съемки, но против этого был режиссер. Сегодня это можно сделать с помощью компьютерной анимации.

Решение 2.

Использование приема «замена механической схемы» может быть, например, таким. Стрела делается с тупым ферримагнитным наконечником, а на место попадания стрелы устанавливают мощный магнит, который притягивает стрелу. Такой способ тоже не дает 100% гарантии.

Решение 3.

Принцип предварительного исполнения наводит на мысль, что необходимо что-то сделать заранее, чтобы стрела двигалась по точно заданной траектории и попала бы только в заданное место. Это возможно, если эта траектория будет заранее проложена, например, между луком и целью натянуть нить, по которой должна двигаться стрела. Чтобы нить не было видно в кадре, ее сделали из прозрачной лески. Это решение и было использовано при съемке.

Решение

Задача 3. Защита общедоступной программы

Условия задачи

Достаточно сложная и уникальная программа была выложена для хранения в виде исполняемого файла в машинных кодах, к которому мог быть доступ и других сотрудников института. Были опубликованы также результаты работы этой программы: исходные данные, результаты расчетов.

Запрашивать пароль нельзя во избежание попыток его раскрытия.

Как сделать так, чтобы доступной всем программой мог пользоваться только сам автор этой программы?

Разбор задачи

ТП между защитой информации, путем введения пароля, и несанкционированным проникновением в случае раскрытия пароля.

Это противоречие соответствует универсальным параметрам:

24. Потери информации – 30. Вредные факторы, действующие на объект извне.

Такое противоречие разрешается приемами 22, 10, 1:

Можно подобрать и другие универсальные параметры:

24. Потери информации – 32. Удобство изготовления (приемы разрешения: 27, 22).

30. Вредные факторы, действующие на объект извне – 32. Удобство изготовления (приемы: 24, 2).

Таблица предложила следующие приемы:

1. Принцип дробления.

2. Принцип вынесения.

10. Принцип предварительного исполнения.

22. Принцип «обратить вред в пользу».

24. Принцип посредника.

27. Дешевая недолговечность взамен дорогой долговечности.

Решения

Решение 1.

Прием 1. Принцип дробления. Разделим файл на части.

Прием 2. Принцип вынесения. Разделим файл на неравные (разные) части.

Прием 24. Принцип посредника. Программа не будет работать по отдельности, вынесенная часть будет играть роль посредника, только с его помощью можно будет пользоваться программой.

Вынесенная часть программы находится только у автора. Автор присоединяет эту часть, когда ему нужно работать с программой. Без этой части программа не работает. Например, бинарный файл вызывает вынесенную скриптовую часть, без которой работа программы невозможна.

Недостаток этого решения в том, что эту часть нужно приносить.

Данное противоречие разрешается в пространстве, используя принцип вынесения. Эта часть программы выносится в облако. По мере необходимости она «вынимается» оттуда.

Решение 2.

Прием 22. Принцип «обратить вред в пользу». Добавляется вредный фактор – особенный формат входных данных. Он дает требуемый положительный эффект – программа доступна только для автора.

Программа работает только с определенным форматом входных данных, который знает только автор.

Задача 4. Игольное ушко

Условия задачи

Вдевать нитку в иголку – кропотливое занятие. Удобно вдевать нитку в большое игольное ушко, но большое игольное ушко делает большую дырку в ткани, портя ее. Как быть?

ТП1: Ткань не портится, но неудобно вдевать нитку в маленькое игольное ушко.

ТП2: Удобно вдевать нитку в игольное ушко, но портится ткань.

Разбор задачи

Ранее мы сформулировали ТП. Для удобства вдевания нитки игольное ушко необходимо сделать большим, но большое ушко делает большое отверстие в ткани, что портит ее.

ТП между удобством и порчей. Это противоречие соответствует универсальным параметрам:

33. Удобством эксплуатации – 30. Вредные факторы, действующие на объект извне. Приемы: 2, 25, 28, 39. Или 33. Удобством эксплуатации – 12. Форма. Приемы: 15, 34, 29, 28.

Или 33. Удобством эксплуатации – 35. Адаптация. Приемы: 15, 34, 1, 16.

Можно сформулировать и другое ТП.

ТП: Удобство вдевания нитки в игольное ушко противоречит с производительностью.

В данной задаче можно сформулировать разные технические противоречия.

33. Удобством эксплуатации – 39. Производительность. Приемы: 15, 1, 28.

Представим список приемов:

1. Принцип дробления.

2. Принцип вынесения.

15. Принцип динамичности.

16. Принцип частичного или избыточного решения.

25. Принцип самообслуживания.

28. Замена механической схемы.

29. Использование пневмо- и гидроконструкций.

34. Принцип отброса и регенерации.

39. Применение инертной среды.

Решение

Прием 15. Принцип динамичности.

Решение 1. Одно из возможных решений – сделать ушко динамичным – гибким. Такое решение было предложено в патенте США 3 987 839.

Гибкое ушко иголки. Патенту США 3 987 839

10 – игла, образованная двумя проволоками; 11, 12 – проволока; 13 – серебряный или твердый припой; 15 – тупой конец иглы; 16 – острый конец иглы; 17 – игольное ушко.

Игла 10 сделана из двух соединенных проволок 11 и 12. Проволоки закручивают на один оборот и запаивают на концах. Острый конец иглы затачивают. При нажатии на иглу появляется ушко.