Теория решения изобретательских задач

ТРИЗ — теория решения изобретательских задач, начатая Генрихом Альтшуллером и его коллегами в 1946 году, и впервые опубликованная в 1956 году — это технология творчества, основанная на идее о том, что «изобретательское творчество связано с изменением техники, развивающейся по определенным законам» и что «создание новых средств труда должно, независимо от субъективного к этому отношения, подчиняться объективным закономерностям». Появление ТРИЗ было вызвано потребностью ускорить изобретательский процесс, исключив из него элементы случайности: внезапное и непредсказуемое озарение, слепой перебор и отбрасывание вариантов, зависимость от настроения и т. п. Кроме того, целью ТРИЗ является улучшение качества и увеличение уровня изобретений за счёт использования различных методик снятия психологической инерции и усиления творческого воображения.

Основные функции и области применения ТРИЗ:

1. решение изобретательских задач любой сложности и направленности без перебора вариантов (и не ожидая вдохновения);
2. прогнозирование развития технических систем;
3. развитие творческого воображения и мышления;
4. развитие качеств творческой личности и развитие творческих коллективов.

ТРИЗ не является строгой научной теорией. ТРИЗ представляет собой конгломерат разнородного знания, объединяющий элементы разных наук, технологий и дисциплин, обобщающий опыт изобретательства и развития науки и техники.

Некоторые учебные заведения (в т.ч. высшие) включили элементы ТРИЗ в курсы инженерного проектирования, считая, что это позволит быстро научить молодых специалистов техническому творчеству, и позволит повысить частоту и эффективность инноваций. В качестве самостоятельного обязательного курса ТРИЗ преподается довольно редко.

Элементы и информационные фонды ТРИЗ используются в некоторых компьютерных программах для инженерного проектирования.

Введение

Возможно ли научиться изобретать или это врожденный талант? Советский инженер, писатель и учёный Генрих Альтшуллер был убеждён в такой возможности и, чтобы доказать это, разработал ТРИЗ, имея целью превращение искусства изобретательства в точную науку. Результат его работы приложим к решению изобретательских проблем в любой технической области и нетехнических (бизнес, искусство, педагогика, политика и др.) областях..

История

Г. С. Альтшуллер начал изобретать с раннего возраста. В 17 лет он получил свое первое авторское свидетельство (9 ноября 1943), а к 1950 году число изобретений перевалило за десять. Широко распространено мнение, что изобретения приходят неожиданно, с озарением, но Альтшуллер, будучи учёным и инженером, задался целью выявить, как делаются изобретения, и есть ли у творчества свои закономерности? Для этого он за период с 1946 по 1971 проанализировал свыше 40 тысяч патентов и авторских свидетельств, классифицировал решения по 5-ти уровням изобретательности и выделил 40 стандартных приемов, используемых изобретателями^{[источник?]}. В сочетании с алгоритмом решения изобретательских задач (АРИЗ), это стало ядром ТРИЗ.

Первоначально «методика изобретательства» мыслилась в виде свода правил типа «решить задачу — значит найти и преодолеть техническое противоречие».

В дальнейшем Альтшуллер продолжил развитие ТРИЗ и дополнил его теорией развития технических систем (ТРТС), в явном виде сформулировав главные законы развития технических систем . За 50 лет развития, благодаря усилиям Альтшуллера, его учеников и последователей, база знаний ТРИЗ-ТРТС постоянно дополнялась новыми приёмами и физическими эффектами, а АРИЗ претерпел несколько усовершенствований. Общая же теория была дополнена опытом внедрения изобретений, сконцентрированном в его жизненной стратегии творческой личности (ЖСТЛ). Впоследствии этой объединённой теории было дано наименование общей теории сильного мышления (ОТСМ)^{[источник?]}.

Структура и функции ТРИЗ

Основная статья: Структура и функции ТРИЗ

1. Законы развития технических систем (ТС)
2. Информационный фонд ТРИЗ
3. Вепольный анализ (структурный вещественно-полевой анализ) технических систем
4. Алгоритм решения изобретательских задач — АРИЗ
5. Методы развития творческого воображения

Основы ТРИЗ

Изобретательская ситуация и изобретательская задача

Когда техническая проблема встаёт перед изобретателем впервые, она обычно сформулирована расплывчато и не содержит в себе указаний на пути решения. В ТРИЗ такая форма постановки называется изобретательской ситуацией. Главный её недостаток в том, что перед инженером оказывается чересчур много путей и методов решения. Перебирать их все трудоёмко и дорого, а выбор путей наудачу приводит к малоэффективному методу проб и ошибок.

Поэтому первый шаг на пути к изобретению — переформулировать ситуацию таким образом, чтобы сама формулировка отсекала бесперспективные и неэффективные пути решения. При этом возникает вопрос, какие решения эффективны, а какие — нет?

Г. Альтшуллер предположил, что самое эффективное решение проблемы — такое, которое достигается «само по себе», только за счёт уже имеющихся ресурсов. Таким образом он пришёл к формулировке идеального конечного результата (ИКР): «Некий элемент (X-элемент) системы или окружающей среды сам устраняет вредное воздействие, сохраняя способность выполнять полезное воздействие».

На практике идеальный конечный результат редко достижим полностью, однако он служит ориентиром для изобретательской мысли. Чем ближе решение к ИКР, тем оно лучше.

Получив инструмент отсечения неэффективных решений, можно переформулировать изобретательскую ситуацию в стандартную мини-задачу: «согласно ИКР, все должно остаться так, как было, но либо должно исчезнуть вредное, ненужное качество, либо появиться новое, полезное качество». Основная идея мини-задачи в том, чтобы избегать существенных (и дорогих) изменений и рассматривать в первую очередь простейшие решения.

Формулировка мини-задачи способствует более точному описанию проблемы:

• Из каких частей состоит система, как они взаимодействуют?
• Какие связи являются вредными, мешающими, какие — нейтральными, и какие — полезными?
• Какие части и связи можно изменять, и какие — нельзя?
• Какие изменения приводят к улучшению системы, и какие — к ухудшению?

Противоречия

После того, как мини-задача сформулирована и система проанализирована, обычно быстро обнаруживается, что попытки изменений с целью улучшения одних параметров системы приводят к ухудшению других параметров. Например, увеличение прочности крыла самолёта может приводить к увеличению его веса, и наоборот — облегчение крыла приводит к снижению его прочности. В системе возникает конфликт, противоречие.

ТРИЗ выделяет 3 вида противоречий (в порядке возрастания сложности разрешения):

• административное противоречие: «надо улучшить систему, но я не знаю как (не умею, не имею права) сделать это». Это противоречие является самым слабым и может быть снято либо изучением дополнительных материалов, либо принятием/снятием административных решений.

• техническое противоречие: «улучшение одного параметра системы приводит к ухудшению другого параметра». Техническое противоречие — это и есть постановка изобретательской задачи. Переход от административного противоречия к техническому резко понижает размерность задачи, сужает поле поиска решений и позволяет перейти от метода проб и ошибок к алгоритму решения изобретательской задачи, который либо предлагает применить один или несколько стандартных технических приёмов, либо (в случае сложных задач) указывает на одно или несколько физических противоречий.

• физическое противоречие: «для улучшения системы, какая-то её часть должна находиться в разных физических состояниях одновременно, что невозможно». Физическое противоречие является наиболее фундаментальным, потому что изобретатель упирается в ограничения, обусловленные физическими законами природы. Для решения задачи изобретатель должен воспользоваться справочником физических эффектов и таблицей их применения.

Информационный фонд

Он состоит из:

• системы стандартов на решение изобретательских задач (типовые решения определенного класса задач);
• технологических эффектов (физических, химических, биологических, математических, в частности, наиболее разработанных из них в настоящее время - геометрических) и таблицы их использования;
• приемов устранения противоречий и таблицы их применения;
• ресурсов природы и техники и способов их использования.

Стандарты на решение изобретательских задач

Стандарты на решение изобретательских задач представляют собой комплекс приемов, использующих физические или другие эффекты для устранения противоречий. Это своего рода формулы, по которым решаются задачи. Для описания структуры этих приёмов Альтшуллером был создан вещественно-полевой (вепольный) анализ.

Система стандартов состоит из классов, подклассов и конкретных стандартов. Эта система включает 76 стандартов. С помощью этой системы можно не только решать, но выявлять новые задачи и прогнозировать развитие технических систем.

Технологические эффекты

Технологический эффект — это преобразование одних технологических воздействий в другие. Могут требовать привлечения других эффектов — физических, химических и т. п.

Физические эффекты

Известно около пяти тысяч физических эффектов и явлений. В разных областях техники могут применяться различные группы физических эффектов, но есть и общеупотребительные. Их примерно 300—500.

Химические эффекты

Химические эффекты — это подкласс физических эффектов, при котором изменяется только молекулярная структура веществ, а набор полей ограничен в основном полями концентрации, скорости и тепла. Ограничившись лишь химическими эффектами, зачастую можно ускорить поиск приемлемого решения.

Биологические эффекты

Биологические эффекты — это эффекты, производимые биологическими объектами (животными, растениями, микробами и т. п.). Применение биологических эффектов в технике позволяет не только расширить возможности технических систем, но и получать результаты, не нанося вреда природе. С помощью биологических эффектов можно выполнять различные операции: обнаружение, преобразование, генерирование, поглощение вещества и поля и другие операции.

Математические эффекты

Среди математических эффектов наиболее разработанными являются геометрические. Геометрические эффекты — это использование геометрических форм для различных технологических преобразований. Широко известно применение треугольника, например, использование клина или скользящих друг по другу двух треугольников.

Система приемов

Система приемов, используемая в ТРИЗ, включает простые и парные (прием-антиприем).

Простые приемы позволяют разрешать технические противоречия. Среди простых приемов наиболее популярны 40 основных приемов.

Парные приемы состоят из приема и антиприема, с их помощью можно разрешать физические противоречия, так как при этом рассматривают два противоположных действия, состояния, свойства.

Основные приёмы разрешения технических противоречий

Анализ многих тысяч изобретений позволил выявить, что при всём многообразии технических противоречий большинство из них решается 40 основными приёмами.

Работа по составлению списка таких приёмов была начата Г. С. Альтшуллером еще на ранних этапах становления теории решения изобретательских задач. Для их выявления понадобился анализ более 40 тыс. авторских свидетельств и патентов^{[источник?]}. Приёмы эти и сейчас представляют для изобретателей большую эвристическую ценность. Их знание во многом позволяет облегчить поиск ответа.

Но эти приёмы показывают лишь общее направление и область, где могут быть сильные решения. Конкретный же вариант решения они не выдают. Эта работа остаётся за человеком.

Ресурсы

Вещественно-полевые ресурсы (ВПР) — это ресурсы, которые можно использовать при решении задач или развитии системы. Использование ресурсов увеличивает идеальность системы.

Законы развития технических систем

Основная статьz: Законы развития технических систем

Изучая изменения (эволюцию) технических систем во времени, Альтшуллер выявил Законы развития технических систем, знание которых помогает инженерам предсказывать пути возможных дальнейших улучшений продуктов. Впервые сформулированные Г. С. Альтшуллером в книге «Творчество как точная наука» (М.: «Советское радио», 1979, ), законы были сгруппированы в три условные блока:

• Статика — законы 1-3, определяющие условия возникновения и формирования ТС;
• Кинематика — законы 4-6, 9 определяют закономерности развития вне зависимости от воздействия физических факторов. Важны для периода начала роста и расцвета развития ТС;
• Динамика — законы 7-8 определяют закономерности развития ТС от воздействия конкретных физических факторов. Важны для завершающего этапа развития и перехода к новой системе.

1. Закон полноты частей системы.
2. Закон «энергетической проводимости» системы.
3. Закон согласования ритмики частей системы.
4. Закон увеличения степени идеальности системы.
5. Закон неравномерности развития частей системы.
6. Закон перехода в надсистему.
7. Закон перехода с макроуровня на микроуровень.
8. Закон увеличения степени вепольности.
9. Закон увеличения степени динамичности систем (сформулирован позже: Г. С. Альтшуллер. Найти идею. Новосибирск, «Наука», 1986, с.59)

Самый важный закон рассматривает «идеальность» (одно из базовых понятий в ТРИЗ) системы.

Вещественно-полевой (вепольный) анализ

Основная статья: Веполь Вепольный анализ

Веполь (вещество + поле) — модель взаимодействия в минимальной системе, в которой используется характерная символика.

Г. С. Альтшуллер разработал методы для анализа ресурсов. Несколько из открытых им принципов рассматривают различные вещества и поля для разрешения противоречий и увеличения идеальности технических систем. Например, система «телетекст» использует телевизионный сигнал для передачи данных, заполняя небольшие промежутки времени между телевизионными кадрами в сигнале.

Ещё одна техника, которая широко используется изобретателями, заключается в анализе веществ, полей и других ресурсов, которые не используются, и которые находятся в системе или рядом с ней.

АРИЗ — алгоритм решения изобретательских задач

основная статья: АРИЗ

Алгоритм решения изобретательских задач (АРИЗ) — пошаговая программа (последовательность действий) по выявлению и разрешению противоречий, то есть решению изобретательских задач (около 85 шагов).

АРИЗ включает:

• собственно программу,
• информационное обеспечение, питающееся из информационного фонда
• методы управления психологическими факторами, которые входят составной частью в методы развития творческого воображения (РТВ).

Альтернативные подходы

Существуют и иные подходы, помогающие изобретателю раскрыть свой творческий потенциал. Большая часть этих методов являются эвристическими. Все они были основаны на психологии и логике, и ни один из них не претендует на роль научной теории (в отличие от ТРИЗ).

1. Метод проб и ошибок
2. Мозговой штурм
3. Метод синектики
4. Морфологический анализ
5. Метод фокальных объектов
6. Метод контрольных вопросов

Критика ТРИЗ

ТРИЗ задумывалась как «точная наука». Однако, с течением времени критики ТРИЗ начали указывать на изъяны, которые, по их мнению, привели к застою в развитии ТРИЗ после смерти автора, а также к существенным сложностям в практическом ее применении. А именно:

1. В ТРИЗ была предпринята попытка сформулировать законы развития технических систем, которые должны были лечь в основу ТРИЗ и в основу общей методологии решения задач. Однако большинство из сформулированных законов таковыми не являются. Их скорее следовало бы назвать закономерностями развития техники, причем далеко не полными. По этой причине стройной методологии решения задач, основанной на законах развития, так и не появилось. А сформулированные законы в основном использовались в качестве методических обоснований к приводимым примерам изобретений.
2. Усовершенствование АРИЗ (создание новых модификаций от АРИЗ-77 до АРИЗ-85В) шло не по пути устранения допущенных неточностей в процедурах выявления противоречия, а по пути усложнения алгоритма. В результате последняя официальная модификация алгоритма АРИЗ-85В превратилась в чрезвычайно громоздкую и малопригодную для практического использования конструкцию.
3. В ТРИЗ так и не были найдены четкие механизмы перехода от сформулированного противоречия к его практическому разрешению. Это создавало серьезные сложности в решении реальных задач с помощью АРИЗ.
4. ТРИЗ декларировала отказ от методологии активизации перебора вариантов, однако часть так называемых инструментов ТРИЗ представляли собой именно такие методы (метод маленьких человечков, оператор РВС, вепольный анализ).
5. Вепольный анализ представлялся в ТРИЗ научным подходом, в основе которого заложен анализ закономерностей структурного развития технических объектов. Однако допущение использования в веполях несуществующих физических полей, а также возможность неоднозначной трактовки вепольных конструкций и правил их преобразования позволяют отнести вепольный анализ скорее к методам активизации перебора вариантов, чем к научному анализу.
6. Наиболее близким к идее формализации процедуры решения изобретательских задач было создание в ТРИЗ таблицы и приемов разрешения технических противоречий. Этот подход был основан на статистическом анализе существующих на то время описаний изобретений. Однако, несмотря на имеющиеся перспективы, он не получил в ТРИЗ дальнейшего развития и по причине ряда имевшихся недостатков и морального устаревания статистических выводов утратил свою актуальность для практического использования.
7. Распространено мнение о возможности внедрения ТРИЗ в реальное производство. Однако по своей сути ТРИЗ является индивидуальным методом решения задач, применение которого является личным выбором для человека. По этой причине сделать ТРИЗ частью того или иного производственного процесса затруднительно, хотя предприятие может организовать обучение ТРИЗ своих сотрудников с целью повышения их творческих возможностей.

В период своего активного развития (80-е годы прошлого столетия), когда теории решения изобретательских задач начали обучать специалистов предприятий электротехнической отрасли в рамках внедрявшегося там метода функционально-стоимостного анализа (ФСА), указанные недостатки и ошибки успешно компенсировались энтузиазмом приверженцев ТРИЗ. Тем не менее, существующие изъяны ТРИЗ и уход из ТРИЗ в результате кризиса производства ее основных разработчиков, обнаруживших эти недостатки, привели к застою в развитии теории. Возможно, в этом основная причина того, что за последнее десятилетие в ТРИЗ не появилось ничего существенно нового.

Современный ТРИЗ

Современный ТРИЗ включает в себя несколько школ, развивающих классический ТРИЗ и добавляющих новые разделы, отсутствующие в классике. Глубоко проработанное техническое ядро ТРИЗ (приёмы, АРИЗ, вепольный анализ) остаётся практически неизменным, и деятельность современных школ направлена в основном на переосмысление, реструктурирование и продвижение ТРИЗ, т.е. имеет больше философский и рекламный, чем технический, характер. В связи с этим современные школы ТРИЗ нередко упрекаются (как со стороны, так и взаимно) в бесплодии и пустословии. ТРИЗ активно применяется в области рекламы, бизнеса, искусства, раннего развития детей и так далее, хотя изначально был рассчитан на техническое творчество.

Классический ТРИЗ является общетехнической версией. Для практического использования в технике необходимо иметь множество специализированных версий ТРИЗ, отличающихся между собой номенклатурой и содержанием информационных фондов. Некоторые крупные корпорации применяют элементы ТРИЗ, адаптированные к своим областям деятельности.

В настоящее время отсутствуют специализированные версии ТРИЗ для стимуляции открытий в области наук (физики, химии, биологии и так далее).

Близкие темы

ТРИЗ/АРИЗ:

• Альтшуллер, Генрих Саулович
• Изобретение, уровень изобретательности
• Алгоритм
• Противоречие (административное, техническое, физическое)
• Простейшие приемы изобретательства
• Парные приемы
• Идеальный конечный результат (ИКР)
• Алгоритм решения изобретательских задач (АРИЗ)
• Указатели эффектов
• Вепольный анализ Веполь, Феполь, Теполь
• Стандарты на решение изобретательских задач
• Расширенная система стандартов
• Обобщенные модели решения изобретательских задач

Эволюция технических систем:

• Теория систем
• Эволюция
• Теория и законы развития технических систем

Развитие творческой личности:

• Психологическая инерция (инерция мышления) и методы её устранения:
  • [Оператор РВС — Оператор размер-время-стоимость (РВС)],
  • [Метод моделирования маленькими человечками (ММЧ)],
  • Полиэкран
• Творчество
• Конфликт
• Теория и стратегия развития творческой личности, «достойная цель»
• Общая теория сильного мышления (ОТСМ)

Законодательство:

• Авторское право, Авторское свидетельство
• Патентное право, Патент

Тезаурус

Информационный фонд:

• Список стандартных технических приёмов
• Регистр научно-фантастических идей
• Таблицы применения технических приемов и физических эффектов

Главный производственный процесс (ГПП):

• Изделие
• Рабочий орган (РО), инструмент
• Конфликтующая пара
• Оперативное время
• Оперативная зона
• Икс-элемент

Организации

• Международная Ассоциация ТРИЗ (МАТРИЗ)
• Институт Альтшуллера (AIO)
• Европейская Ассоциация ТРИЗ (ETRIA)
• Российская ассоциация ТРИЗ (РАТРИЗ)

Литература

Библиографии

• Библиография Г. С. Альтшуллера
• Краткий аннотированный список книг. Н. Н. Хоменко, Д. Кучерявый

Ссылки

Посвященные классической ТРИЗ и её развитию:

• Сайт Г. С. Альтшуллера
• TrizLand
• Саммит Разработчиков ТРИЗ
• Методолог
• Минская школа
• Открытый источник ТРИЗ-ресурсов для профессионалов
• Генератор
• Московская Академия инноваций (АТРИЗ)
• Энциклопедия ТРИЗ
• Дополнительный список сайтов по ТРИЗ

Применение ТРИЗ в разных областях

• Злотина Э. С. Закономерности развития музыкальных форм
• Об использовании средств ТРИЗ-технологии в процессе обучения биологии. Представила: Мишакова В. Н., зав. УМК биологии ООИПКРО

Сайты, посвященные различным методам решения проблем:

• On-line обучение классическому ТРИЗ