© Альтшуллер Г.С., 1975
ПРОЦЕСС РЕШЕНИЯ ИЗОБРЕТАТЕЛЬСКОЙ ЗАДАЧИ: ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ И МЕХАНИЗМЫ

На занятиях по методике изобретательства, особенно при проведении занятий по короткой программе (30-60 часов), основное внимание бывает сосредоточено на непосредственной технике решения задачи (анализ, применение приемов). Полезно однако рассмотреть и некоторые общие вопросы, например: сколько ИКР может быть у одной задачи? Почему вепольный анализ не связан с выявлением физического противоречия? и т.п.

1. ИЗОБРЕТАТЕЛЬСКАЯ СИТУАЦИЯ

Процесс изобретательского творчества начинается с уяснения изобретательской ситуации. Изобретательская ситуация - это любая технологическая ситуация, в которой отчетливо выделена какая-то плохая особенность. Слова "технологическая" и "плохая" имеют при этом очень широкий смысл. Технологическая: производственная, исследовательская, бытовая, спортивная, военная и т.д.

Рассмотрим, например, такую ситуацию:

Имеются парники. Крыша каждого парника представляет собой плоскую застекленную (или обтянутую пленкой) металлическую раму. При повышении внешней температуры (допустим, выше 25 градусов) надо для проветривания приподнимать одну сторону рамы (на 30 градусов). Если температура ниже 15 градусов, парники обязательно должны быть закрыты. В течение дня температура может несколько раз повышаться и понижаться. Приходится следить за колебаниями температуры и вручную поднимать и опускать многочисленные рамы.

Такова ситуация. В ней может быть много разных "плохих" особенностей: парники занимают слишком большую площадь, парники дают слишком мало овощей, уход за посадками требует больших затрат труда и т.д. Но мы выделили только одну особенность: хлопотная операция по открыванию-закрыванию рам приводит к очень большим трудозатратам.

Другим примером изобретательской ситуации является изложение условий задачи N 5 (задача о ледоколе) в книге "Алгоритм изобретения" на стр. 179-181 до введения ограничений. У ледокольного судоходства имеется масса особенностей (в том числе и плохих). Но мы, описывая ситуацию, выделяем одну плохую особенность: низкую скорость движения во льдах.

Может возникнуть вопрос: а если одинаково плохи две (или более) особенности? В ситуации достаточно выделить одну плохую особенность. Особенности (характеристики) системы связаны между собой. Улучшив одну особенность, мы улучшаем качество всей системы.

Итак, ситуация - это жизненная картина с одной подчеркнутой (выделенной) плохой особенностью. Ситуация не имеет ограничений - это только "протокол", "снимок", "факт".

2. ОТ СИТУАЦИИ К ЗАДАЧЕ

Одна и та же ситуация может породить множество различных изобретательских задач. Так, ситуацию о парниках можно перевести в задачу о механизации (электрификации) открывания-закрывания рам. Такая задача легко решается установкой электропривода с температурным датчиком. Можно перевести эту же ситуацию в другую задачу: как регулировать вентиляцию, не поднимая рам? Или: нельзя ли вывести растения, которые не нуждаются в парниках? Или: а зачем вообще растения, если удастся синтезировать пищу? Или: а зачем пища, если удастся как-то без нее обеспечить энергией и "стройматериалами" организм человека?..

Чтобы применить АРИЗ, надо перевести ситуацию в конкретную задачу.

Изобретатели, работающие методом проб и ошибок, зачастую не переводят ситуацию в задачу. В результате им приходится работать с комплексом задач. Поисковое поле расширяется. Простая задача растворяется в толпе других задач, трудности решения увеличиваются.

Часто так бывает, например, при решении простенькой задачи: "На поверхность большого постоянного магнита попал тонкий ферромагнитный порошок. Как быть?" Вместо задачи дана ситуация, и слушатели начинают стихийно переводить ситуацию в задачу, получается несколько разных задач, начинается перебор вариантов по каждой задаче. Путаница особенно увеличивается при оценке решений: один слушатель оценивает решение другого слушателя с позиций своей задачи, хотя тот решал иную задачу.

Как известно, в синектике различают "проблему как она дана" (ПКД) и "проблему как она понята" (ПКП). В какой-то мере это отражает разницу между ситуацией и задачей. Но синектики не знают механизмов перехода от ПКД к ПКП. Проблема обсуждается, что-то проясняется (или, наоборот, запутывается: как знать, если нет критериев, правил и т.д.), руководитель объявляет: "Итак, вот это будем считать ПКП..."

Между тем есть механизмы перехода от ситуации к задаче. Любая ситуация может быть переведена в задачу путем введения (или наоборот - снятия) ограничивающих условий.

Так, в ситуации с парниками можно, например, ввести такие ограничения: "Электропривод не годится - он слишком сложен в данных условиях. Тепловое расширение нельзя использовать из-за малого перепада температур (10-20 градусов). Тем не менее надо автоматизировать поднимание-опускание рам".

Теперь мы имеем конкретную задачу: "Как автоматизировать - без электропривода и применения теплового расширения - поднимание и опускание рам?"

Есть общий прием перехода от ситуации к задаче: пусть все останется, как было, но исчезнет (если она отрицательная) или появится (если она положительная) указанная в ситуации особенность. В результате мы переводим ситуацию в мини-задачу и в дальнейшем выходим на наиболее легковнедряемое решение. Можно, наоборот, опять - побольше ограничений: тогда мы получим макси-задачу, очень труднорешаемую (возможно, вообще нерешаемую на данном этапе развития наших научных знаний), но зато имеющую наибольшее (общечеловечное) значение.

Один путь ведет к изобретениям (какого уровня - пока неизвестно), другой - к поиску новых открытий. Нельзя сказать, какой путь лучше. Выбор должен осуществлять сам изобретатель в зависимости от своего мировоззрения. Вероятно, неплохой тактикой является перевод ситуаций в мини-задачи и решение мини-задач, если одновременно на каждой ситуации просматривается макси-задача с целью выбора той единственной макси-задачи, за которую когда-то надо взяться.

Макси-задача - по меньшей мере, задача пятого уровня, а чаще задача на открытие плюс изобретение пятого уровня. Макси-задача требует всей жизни (а иногда и нескольких жизней). Выбор здесь надо делать осторожно.

Итак, ситуация - по сравнению с задачей - содержит много лишнего, и мы отсекаем это лишнее, вводя ограничительные требования. С другой стороны, в условиях задачи иногда бывают пробелы. Например, в задаче о парниках нет точных данных о температурном перепаде, о размере рамы и о том, как быть, если температура высока, но идет сильный дождь, град. Такого рода проблемы иногда создают сильный психологический барьер: человек начинает собирать дополнительные сведения о ситуации, а это можно продолжать до бесконечности, поэтому это нельзя заранее знать, какие дополнительные сведения важны, а какие - нет.

Тут надо подчеркнуть, что АРИЗ не предназначен для того, чтобы давать обязательно самое наилучшее решение задачи. Назначение АРИЗ - дать одно из лучших решений. Именно это лежит в основе тех операций, которые используются в АРИЗ.

Переходя от ситуации к задаче, надо - при необходимости - самому вводить недостающие сведения, беря такие данные, которые утяжеляют задачу. Такой подход вообще типичен для АРИЗ. Например, определяя ИКР, мы в очень значительной степени утяжеляем задачу. Теоретически при этом есть опасность изменить задачу и получить решение другой задачи (получить ключ, но от другой двери). Ничего страшного в этом нет. При необходимости можно снова (на этот раз с большей информацией) вернуться к ситуации и снова выделить из нее задачу.

3. ОТ ЗАДАЧИ К ИДЕАЛЬНОМУ РЕШЕНИЮ

В АРИЗ - на современном этапе развития - есть три основных механизма решения: формулировка ИКР, выделение противоречия и применение специально отобранной информации (приемы, физэффекты, опыт решения аналогичных - по противоречиям - задач). Эти три механизма основаны на объективных закономерностях. ИКР отражает сам факт развития техники ("Каждая следующая машина совершеннее предыдущей"). Возникновение противоречий есть фундаментальная особенность любого развития, в том числе - развития технических объектов. Наконец, использование организованной информации есть использование научного знания - основного инструмента познания и преобразования мира.

Любая программа решения задач в любой области должна быть в принципе отвергнута, если в ней нет этих трех основных механизмов. Хотя тут же надо подчеркнуть, что могут и должны быть и другие механизмы.

В чем суть применения ИКР?

ИКР позволяет отделить решения низших уровней от решений высших уровней. А поскольку первых намного больше, чем вторых, ИКР резко сокращает площадь поискового поля. "Рама сама поднимается при повышении температуры и сама опускается при ее понижении" - эта формулировка сразу отсекает огромное число решений низшего уровня: электропривод, гидравлический привод, пневматический привод и т.д., каждый из которых может иметь множество конкретных воплощений. Раз "рама сама", значит энергия может быть взята только тепловая: меняется температура, возникает тепловой поток, на который реагирует рама.

4. ОТ ИДЕАЛЬНОГО РЕШЕНИЯ К РЕШЕНИЮ ФИЗИЧЕСКОМУ

Ситуация содержит в себе множество задач и, следовательно, много возможных ИКР. Задача может иметь только один ИКР.

С помощью ИКР мы отбрасываем решения низших уровней. Складывается очень интересное положение: число решений (вариантов) резко уменьшается, но оставшиеся решения оказываются более неизвестными, более "спрятанными". Отброшенный вариант: "Поставим электропривод" был очевиден. А теперь какой-то физический эффект или даже сочетание физических эффектов. Вдруг это редкий эффект? Или хитроумная композиция из нескольких эффектов и приемов?

ИКР позволяет не сказать глупость. Но в изобретательстве молчание - только серебро. Золото - это когда говорится нечто умное...

Допустим, для примера, что вначале было 1000 возможных вариантов. Мы отбросили 950. Теперь осталось 50 - это тоже немало! - и самое главное: они не лежат открыто, они спрятаны. Вот здесь вступают в действие два других основных инструмента: выявление противоречия и применение организованной информации. Сформулировав противоречие, мы переходим от 50 вариантов к 10, причем варианты эти становятся виднее, а использование организованной информации позволяет выделить 2-3 варианта, из которых нетрудно выбрать один (даже если надо перебрать 2-3 варианта).

Например, "поднимающаяся часть рамы должна терять вес при повышении температуры, чтобы самой идти вверх, и должна приобретать вес при понижении температуры, чтобы самой идти вниз".

Очевидно, что это противоречие можно разделить во времени: поднимающаяся часть рамы должна быть то легкой, то тяжелой. Должна уменьшаться-увеличиваться масса рамы: вещество рамы должно то уходить куда-то (например, к оси вращения), то возвращаться, причем происходить это должно под действием теплового поля. Двигаться вещество может в твердом, жидком, газообразном состоянии. Нам осталось рассмотреть эти три варианта.

Примечание для преподавателей. Контрольный ответ по задаче - а.с. 463423:

"1. Рама для теплиц и парников, включающая каркас и светопроницаемое покрытие, отличающаяся тем, что с целью автоматического проветривания и поддержания заданной температуры в теплице или парнике, каркас рамы выполнен из труб, установлен на ось вращения и имеет противовес с ограничителем поворота рамы, причем внутренняя полость труб каркаса находится под вакуумом и частично заполнена легко испаряющейся жидкостью, например, эфиром.

2. Рама по п. 1, отличающаяся тем, что противовес выполнен регулируемым.

3. Рама по п. 1, отличающаяся тем, что с целью автоматического ее закрывания в случае дождя или града, рама снабжена водосборным желобом.

4. Рама по п. 1, отличающаяся тем, что с целью предотвращения подъема рамы от порывов ветра, рама имеет защелку, например магнитную".

Анализ задачи приводит к физическому решению. Это - решение в самом общем виде: принцип решения, идея решения. "Надо чтобы при нагревании жидкость испарялась и пары куда-то уходили. А при охлаждении пусть пары конденсируются и возвращаются назад". Какая эта жидкость, куда она уходит и т.д. - это вне физического решения.

5. ОТ ФИЗИЧЕСКОГО РЕШЕНИЯ К ТЕХНИЧЕСКОМУ (СХЕМНОМУ) И ДАЛЕЕ - К РАСЧЕТНОМУ

За физическим решением должно идти техническое: разработка схемы примерно на уровне требований к заявочному описанию. А затем решение расчетное: вычисление основных характеристик системы.

Надо отчетливо представлять себе эту цепь: ситуация - задача - идеальное решение - физическое решение - техническое решение - расчетное решение.

Только после формулировки идеального решения можно сказать: "Я буду решать эту задачу на высоком уровне". Только после физического решения можно сказать: "Найдена новая идея". Только после технического решения можно сказать: "Есть принцип изобретения". Только после расчетного решения можно сказать: "Сажусь писать заявку на изобретение".

6. ДРУГИЕ МЕХАНИЗМЫ РЕШЕНИЯ

В АРИЗ-71 есть операторы, играющие вспомогательную роль. Их назначение - облегчить применение основных операторов. Так, шаги 2.3, 2.4 и 2.5 позволяют точнее сформулировать ИКР. А шаги 3.2, 3.3 - точнее сформулировать физическое противоречие.

В последние годы ведется разработка новых основных операторов. Общая база этих операторов - системный подход к техническим объектам. Системность тоже фундаментальная особенность развития техники. Системный подход может дать очень сильные операторы - не менее сильные, чем ИКР и противоречия. Но пока системный подход реализован в АРИЗ в виде вспомогательных операций (например, переход от системы к объекту и далее к части объекта). "Общая схема развития технических систем" еще не вошла в АРИЗ в виде рабочего инструмента.

Системный подход наиболее сильно развит в рамках вепольного анализа. Синтез вепольного анализа с АРИЗ только намечается. Между тем сила вепольного анализа может проявиться только в синтезе с АРИЗ, когда - через этот синтез - в вепольный анализ войдут ИКР, физпротиворечия, отобранная информация.

Рассмотрим это на примере.

Возьмем задачу Ю. Поповой: как бороться с прилипанием угля мокрого к стенкам трубы? В вепольном анализе есть простое правило: ненужный веполь легко разрушить введением третьего вещества. Хорошо, облицуем трубу фторопластом (как сделали американцы). Задача решена, но - на первом уровне. И это закономерно: мы не использовали ИКР и не выявили противоречия. Нет "сама" - и появилась дорогая и быстро изнашивающаяся облицовка.

Введем теперь оператор, создающий противоречие: ко всякому "надо" будем добавлять "не надо". Итак, надо ввести третье вещество, чтобы разрушить ненужный веполь, не надо вводить третьего вещества, чтобы было "само". Выход из этого противоречия состоит в том, что в качестве третьего вещества берется одно из имеющихся двух веществ, но в измененном виде. Его нет и оно есть, т.к. оно чем-то отличается от имеющихся двух веществ. Введем сухой уголь, который облепит мокрый, - и не надо другого третьего вещества. Введем чистую кальку в задаче Б-1 - и не надо другого третьего вещества.

Такой подход позволяет от вепольного анализа переходить к физпротиворечию, причем такому, в котором отражена и требуемая по ИКР идеальность ("не надо вводить третьего вещества" = "само").

По-видимому, можно синтезировать с АРИЗ и другие - пока оторванные от него - подходы, приемы, операторы.

7. ВЫВОДЫ

Выводы для преподавателей и слушателей:

1. Надо видеть цепь от ситуации до расчетного решения.
2. Надо управлять переходом от ситуации к задаче.
3. Надо переводить рекомендации, полученные вепольным анализом, в форму противоречия.

Выводы для исследователей и разработчиков:

1. Уточнены некоторые "белые пятна" - проблемы, над которыми можно работать. Это: как правильно описывать ситуацию? Как алгоритмизировать переход от ситуации к задачам? Как алгоритмизировать получение технического и расчетного решений? Как "замкнуть" на основную линию АРИЗ различные системные подходы, приемы и операторы?

2. Любая работа по программированию процесса решения задач может быть успешной лишь при условии синтеза с основной линией АРИЗ (ИКР, противоречия, организованная информация). В частности, работа Т. Кенгерли по переносу оказалась незавершенной именно потому, что Т. Кенгерли, стремясь к "новизне", сознательно игнорировал ИКР и противоречия.

6.04.75