Для преподавателей и разработчиков ТРИЗ

© Альтшуллер Г.С., 1979
КАК ВЕСТИ ИССЛЕДОВАНИЯ ПО ТРИЗ

СУТЬ ПРОБЛЕМЫ

В 1968-78 г.г. основные усилия во внедрении ТРИЗ были обращены на подготовку преподавателей. На первом совещании по методике изобретательства, созванном ЦС ВОИР 31 января - 2 февраля 1968 г., выяснилось, что только три человека (А. Трусов, Ю. Чиннов, Ю. Чяпяле) имеют опыт проведения отдельных занятий и чтения обзорных лекций. Не было преподавателей, учебных программ, учебных и наглядных пособий. Не было и опыта подготовки преподавателей. В нынешнем учебном году работают свыше 200 преподавателей. Мы располагаем надежными учебными планами и программами, у нас теперь много - более трех тысяч страниц - учебных и учебно-методических материалов. Накоплен солидный опыт подготовки преподавателей. Организация новых школ идет без срывов и существенных просчетов.

Работа в этом направлении, естественно, будет продолжаться. Но постепенно на передний план выдвигается новое направление - организация исследований по ТРИЗ.

ТРИЗ - молодая наука, способная развиваться очень быстрыми темпами. В принципе каждый преподаватель после 2-3 лет работы мог бы приступить к исследованиям: на нынешнем (начальном) этапе развития ТРИЗ вести исследования сравнительно легко. Преподавание дает необходимый исходный материал, а в некоторых случаях представляет возможность вести эксперимент.

Разумеется, не все преподаватели могут подключиться к исследованиям. Один из сдерживающих факторов - отсутствие времени: служба, преподавание, семья не оставляет времени и сил на исследовательскую работу. Но пока вопрос стоит скромнее: если 20 человек будут толково вести исследования, мы можем обеспечить хорошие темпы развития ТРИЗ.

Подготовка исследователей - задача намного более сложная, чем подготовка преподавателей. Но решать ее необходимо.

На нынешнем этапе, по-видимому, есть только одна возможность организации подготовки исследователей: нужно разработать ряд методологических материалов о технике исследований в ТРИЗ. Эти материалы должны предотвратить хотя бы некоторые типичные ошибки и показать - как подступить к исследованиям. Настоящая работа представляет собой первый материал этой серии. Конечно, потребуется немало таких материалов, чтобы скомпоновать курс ведения исследований в ТРИЗ. Но с чего-то надо начинать...

Основа ТРИЗ, ее единственный постулат, состоит в утверждении, что ТС развиваются по определенным (и познаваемым) законам. Отсюда прямое следствие: продвинуть ТРИЗ можно лишь в той мере, в какой удалось выявить что-то новое в законах развития ТС. Почти все неудачные попытки исследований связаны с прямым нарушением этого правила: переставляют шаги АРИЗ, вводят новые термины, дополняют АРИЗ неалгоритмическими методами и приемами. Все это не может дать положительных результатов: тут своего рода попытка нарушить закон сохранения энергии (познание). Нельзя увеличить степень организованности мышления (при решении изобретательских задач), не заплатив добычей новых знаний о законах развития ТС.

Возникает вопрос: как добывать эти новые знания о законах?

Есть два наиболее эффективных способа. Первый заключается в поиске и изучении "сбоев" при решении изобретательских задач по АРИЗ. "Сбои" бывают разные: иногда виноват слушатель (нарушил четко сформулированное правило), иногда - преподаватель (что-то не разъяснил или плохо разъяснил), а иногда - АРИЗ. Именно эти "сбои" (по вине АРИЗ) и дают возможность приступить к исследованиям. Каждый такой "сбой" вызван тем, что мы не знаем (и потому не включаем в АРИЗ) нечто существенное из жизни ТС. Собрав материал по "сбою", можно выявить это "нечто".

Второй способ: выдвигается некоторое общее положение, относящееся к ТС, накапливается материал, рассматриваются следствия, ищутся возможности "вписать" новое знание в АРИЗ.

Рассмотрим эти способы на конкретных примерах.

Явление "перетитулирования"

Преподавателям хорошо знакома задача об испытании сплавов:

В прочной камере - смесь кислот (при высокой температуре и повышенном давлении). Укладывают 30-40 кубиков разных сплавов, чтобы проверить действие кислот на поверхность металла. Задача: как защитить стенки камеры от коррозии? Эту задачу используют в самом начале освоения АРИЗ, чтобы научить слушателей правильно строить модель задачи. Распространенная ошибка: выбирают конфликтующую пару "стенки камеры - кислота". Это типичный "сбой" по вине слушателя, поскольку грубо нарушены правила 1 и 2 к шагу 2.2. АРИЗ-77. Конфликтующая пара должна включать "кубик" (изделие) и "кислоту" (инструмент, действующий на изделие). Конфликт при этом не в коррозирующем воздействии (тут оно является полезным: для испытаний нужно, чтобы кислота действовала на кубик). Конфликт в том, что кубик стоит на месте, а кислота "убегает", растекается (если нет камеры).

При правильно построенной модели задачи ответ почти очевиден: нужно выполнить кубик в виде стакана и налить внутрь кислоту. Однако в некоторых работах встречается (хотя и редко) другой ответ: кислоту нужно сделать вязкой (наподобие глины) и обмазать кубик. Ответ неудачный, поскольку меняются условия испытания, а это недопустимо. Но слушатель, пришедший к такому ответу, может возразить: я делал все по правилам, менял инструмент, а не изделие. Тут "сбой" по вине АРИЗ: почему вопреки правилу приходится менять изделие - и это дает хороший результат?..

Попробуем разобраться.

"Изделие", "инструмент" - понятия относительные, зависящие от конкретных обстоятельств. Например, лампа - изделие, если речь идет о ее изготовлении, транспортировке и т.п., и инструмент, если по условиям задачи лампу используют для освещения. Сверло - типичный инструмент. Но если речь идет об упаковке сверл, сверло - изделие.

Кислота - инструмент, а кубик - изделие, когда задача относится к воздействию кислоты на металл. Но у нас другая задача: нужно удержать кислоту возле металла. В этой задаче кислота - изделие (объект, на который направлено действие). Происходит интересное явление - "перетитулирование": в ситуации и задаче кислота явно была инструментом, но в модели задачи (если модель построена по правилам) "явный" инструмент превратился в изделие. А столь же "явное" изделие (кубик) стало внешней средой (по отношению к изделию - кислоте).

Чрезвычайно важный момент: после "перетитулирования" на изделие и внешнюю среду накладываются ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ограничения: изделие должно не терять своих кислотных свойств, а внешняя среда обязана сохранять свойства, присущие ей как изделию (нужно, чтобы была поверхность металла, годная для последующего исследования).

В этой задаче "сбой" по вине АРИЗ лежит на поверхности, его нетрудно заметить. Но нельзя сразу формулировать и вводить в АРИЗ новое правило: оно может оказаться годным только для одной задачи. Кстати, формулировка "правил для одной задачи" - весьма распространенная ошибка начинающих исследователей. Каждое намечающееся правило должно быть тщательно проверено на многих задачах. В ходе этой работы намечающееся правило не только проверяется, но нередко и уточняется, углубляется.

Рассмотрим, например, задачу о стали и шлаке.

Для очистки жидкой стали от вредных примесей металл перемешивают со шлаком, впитывающим примеси. Перемешивание ведут с помощью электрических сил, опустив в сталь два несимметрично расположенных электрода: возникает неоднородное электрическое поле. Поскольку тигель расположен между полюсами электромагнита, сталь, через которую проходит ток, приходит в движение, смешиваясь со шлаком.

Чтобы шлак лучше смешивался со сталью, нужно взять шлак, удельный вес которого почти равен удельному весу стали. Однако такой шлак распределяется по всему объему стали, и после перемешивания его трудно собрать и удалить. Можно взять легкий шлак. Он легко удаляется после перемешивания и очистки. Но легкий шлак значительно хуже перемешивается со сталью: очистка затягивается, качество очистки получается хуже.
Как быть?

Решая эту задачу (она также используется на одном из первых занятий), слушатели иногда допускают ошибку: в конфликтующую пару включают "легкий шлак" или просто "шлак". Это "сбой" по вине слушателей: нарушено правило 3. Следуя этому правилу, необходимо включить в пару "тяжелый шлак". При этом отпадает проблема очистки стали: по условиям задачи тяжелый шлак хорошо перемешивается со сталью. Задача, таким образом, сводится к отделению тяжелого шлака после очистки стали. Контрольный ответ (а.с. 362 056, БИ 2-1973): увеличение кажущегося удельного веса стали (стандарт 12). На сталь действуют однородным электрическим полем (для этого достаточно расположить электроды симметрично): шлак сам всплывает в "отяжелевшей" стали (точнее: "отяжелевшая" сталь сама выталкивает шлак).

Как нетрудно заметить, мы снова сталкиваемся с явлением "перетитулирования". По условиям задачи шлак - инструмент (очищает сталь), а сталь - изделие (подвергается очистке). И вдруг ответ: надо изменить сталь!.. Однако тут - в отличие от предыдущей задачи - отчетливо видно, почему необходимо "перетитулирование". В условиях задачи речь шла о процессе очистки стали. Модель задачи относится к другому времени: как убрать шлак после очистки стали. Вполне логично, что в этот период изделием является шлак (его надо убрать), а сталь играет роль внешней среды. Как и в предыдущей задаче, на "перетитулирование" на объекты накладываются дополнительные ограничения: "внешнюю среду" можно менять при условии, что она не будет испорчена.

Постепенно - после проверки на других задачах - вырисовывается интересная картина. Условия задачи навязывают представление "кто есть кто" (изделие и инструмент). Модель задачи нередко выделяет такой момент времени, когда роли меняются: инструмент становится изделием, а изделие - внешней средой. В силу психологической инерции человек, решающий задачу, часто не замечает "перетитулирования", а это ведет к ошибкам. Например, формулируют ИКР так: "Тяжелый шлак сам..." Электрическое поле, как и другие поля, не действует на шлак (так, как нужно). Решение заходит в тупик. Ознакомление с явлением "перетитулирования" должно помочь избежать такого рода ошибок.

Намечающееся правило должно быть проверено на эксперименте. В данном случае эксперимент велся с заочниками. 12 заочников были ознакомлены с явлением "перетитулирования" при разборе задачи о кубиках и кислоте. Затем им была дана задача о стали и шлаке (без напоминания о необходимости учитывать явление "перетитулирования"). Результат: "перетитулирование" провели 8 человек (из пяти разных городов), у всех правильные ответы. Четыре человека не провели "перетитулирование", на контрольный ответ вышли два человека (один за счет прямого применения стандарта 12). 19 других заочников получили задачу о стали и шлаке без предварительного объяснения явления "перетитулирования". Результат: задачу правильно решили 7 человек, зашли в тупик 8 человек (объектом взят шлак), о 4-х работах трудно судить (слишком краткие записи). На этот эксперимент ушел почти год. Задача посылалась многим заочникам, но некоторые выбыли, прекратив учебу. Такого рода эксперименты желательно вести параллельно, сразу проверяя несколько гипотез.

Полученные результаты дают качественную картину, но можно считать подтвержденной мысль о полезности в АРИЗ правила, говорящего о необходимости учитывать явление "перетитулирования". После введения соответствующего правила в АРИЗ можно собрать дополнительные материалы. Вполне возможно, что выявятся новые факты, позволяющие продолжить исследование в этом направлении.

ПРОРЫВ К ФИЗЭФФЕКТАМ

Явление "перетитулирования" легко обнаружить. Причины его тоже нетрудно установить, причем это автоматически дает правило - как избежать "сбоя". Могут быть более сложные случаи.

Рассмотрим для примера такую задачу:

Имеется тонкий алмазный порошок. Частицы (они - как частицы муки) разных размеров. А для изготовления высокоточных абразивных инструментов нужно иметь частицы одного размера. Возникает задача: как разделить смесь частиц, скажем, на десять фракций?

Известный способ: вручную, через сита. Плохо, так как вручную. Да и сита быстро истираются.

Пробовали бросать порошок в воду, надеясь, что частицы разных размеров будут оседать с разной скоростью. Ничего не получилось: сложно, малопроизводительно. Центробежные способы сепарации тоже ничего не дают.

Как быть?

Учета по этой задаче я, к сожалению, не вел. Но задачу решали многие - и на семинарах, и заочно. Если нет грубых ошибок, решение идет примерно по такой схеме:

Модель задачи: даны две крупинки разных размеров. В задаче говорится о многих крупинках 10-ти типоразмеров, но для модели задачи - по правилу 4 - достаточно взять две крупинки. Если мы научимся их разделять, то найденный способ может быть многократно применен к смеси крупинок разных размеров. Итак, даны два вещества. Надо ввести поле. Если не удастся - попробуем ввести вещество и поле, но логично начинать с рассмотрения простейшего случая. Какое поле может ИЗБИРАТЕЛЬНО действовать, скажем, на большую крупинку, не действуя на маленькую? Вещество в обеих крупинках одинаковое, форма - одинаково неопределенная. Значит, поле - чтобы действовать избирательно - должно ориентироваться на размеры крупинок. Это в духе стандарта 8: нужны колебания с частотой, вызывающей резонансные колебания больших крупинок. Большие крупинки будут "прыгать", маленькие останутся неподвижными. Задача резко упрощается. Остается найти способ отделить прыгающие крупинки от неподвижных. В технике вибротранспортировки есть известный прием: на наклонную плоскость кладут какие-то предметы, приводят систему в резонансные колебания - и предметы начинают довольно быстро перемещаться.

Таков типичный ход решения. Иногда анализ ведут постепенно - через ИКР и ФП (это зависит от постановки задачи). Но так или иначе, большинство решающих идет в этом направлении. Однако такой ответ не дотягивает до контрольного. У нас - очень мелкий порошок. Потребуется очень много времени, чтобы разделить его таким способом. Допустим, у нас всего одна частица нужного размера. Лежит она где-то в середине. Ей надо преодолеть большое расстояние в среде других частиц, которые будут мешать движению. Вот, если бы частица, ОДИН РАЗ ПОДПРЫГНУВ, сразу оказалась отделенной от остальной массы порошка... Ведь именно так и происходит: подпрыгнув, частица попадает в свое, отдельное пространство. Но тут же возвращается назад, в кучу порошка. Значит, все дело в том, чтобы подпрыгнувшая частица не вернулась назад. Такое рассуждение было только в одной - самой лучшей - работе. А далее следовала запись: "Не знаю - как это осуществить технологически".

Теперь посмотрим на контрольный ответ. Дозу порошка кладут на поверхность воды. Порошок не тонет: алмаз не смачивается, его держит поверхностное натяжение. Вода подсолена. Через нее пропускают ток, а сосуд размещают в магнитном поле. Возникают колебания. Частицы с резонансными размерами подпрыгивают - и протыкают поверхностный слой, идут на дно. Другие частицы остаются на поверхности. (Подробности см. ИР № 4-1968, с. 29).

Итак, анализ по АРИЗ ведет до некоторого момента, а затем - разрыв ("сбой" по вине АРИЗ), и, как перейти, перепрыгнуть к ответу, включающему физэффект, неизвестно. Готовая тема для исследования. Как в подобных случаях прорываться к физэффектам?

Нужно взять 10-15 аналогичных задач и исследовать: что же мешает выйти на нужный физэффект. Ведь сам эффект почти всегда хорошо знаком.

Рассмотрим, например, причину "сбоя" в данной задаче - рассмотрим, как в замедленном кино.

На идею использования резонансных колебаний надежно выводит ТРИЗ. Следующий этап: нужно прийти к схеме "порошок лежит на твердой колеблющейся наклонной поверхности". Это известный технический прием, здесь тоже все в порядке. А вот следующий этап "А если твердая поверхность не твердая, а, наоборот, жидкая?" - в голову не приходит. И потому, естественно, не приходит в голову завершающий этап: "Если поверхность жидкая, надо учесть поверхностное натяжение - одно из главных свойств всякой жидкой поверхности".

Внешняя среда при решении задач чаще всего оказывается однородной. И мы неплохо учим слушателей учитывать, что эта среда может быть твердой, жидкой, газообразной. Если слушатель вышел на ответ "жидкая среда", а правильный ответ "газообразная среда", мы в праве требовать (шаг 6.3б), чтобы слушатель сам произвел коррекцию и дотянул задачу до правильного ответа. Но вот чуть более сложный случай: внешняя среда двухфазная - твердая поверхность, а над ней воздух. И никто - ни один человек! - не произвел коррекцию, не заменил одну фразу...

Тут сразу появляется соблазн записать в АРИЗ правило: для полученной системы, если она не дает эффективного решения, надо построить морфологический ящик "составные части системы - их агрегатное состояние". Что ж, можно остановиться на этом: все-таки что-то уже есть. Но каждый раз, как мы затыкаем дыру морфанализом, мы отрезаем возможность углубления анализа. Где-то прячется закономерность: надо ее найти и тогда не будет необходимости перебирать варианты.

Итак, сегодня - в качестве временной меры - надо разобрать эту задачу на занятиях, чтобы у слушателей появился некоторый опыт действий в подобных ситуациях. Можно рекомендовать - временно - применение морфанализа. Дать на дом упражнение: "Вот люстра, она состоит из каких-то частей. Постройте морфящик "части - их агрегатное состояние", постарайтесь получить какую-то новую люстру.

А далее надо вести исследование. Взять 10-15 задач подобного типа, тщательно рассмотреть причины и этапы "сбоя"... и поискать правила, которые позволят избегать подобных "сбоев" (или - что то же самое - поискать соответствующие закономерности: а что, если, например, это закономерность - развитие систем от твердых к "газированным жидкостям"?..).

Тут самое перспективное направление в обширной теме "Применение физэффектов". Подобраться к физэффектам можно именно с этой стороны, а не путем накопления и рассмотрения физэффектов.

"Антисбой" - находка для исследователя.

Каждый "сбой", действительно вызванный несовершенством АРИЗ (а не ошибками слушателя или преподавателя), - тема для исследований. Но встречаются и "антисбои": теория срабатывает "с избытком" - не только выводит на контрольный ответ, но и дает нечто новое сверх того.

Возьмем хотя бы задачу о кубиках и кислоте. Условия задачи можно записать в вепольной форме:

Сила тяжести меняет жидкость (заставляет ее растекаться, перемещаться), но не действует (аналогично) на кубик. Не передается на кубик и воздействие (гравитационное) от жидкости.

Ясно, что надо достроить веполь, введя недостающую связь. Сделать это можно двумя и только двумя способами:

Первый веполь совпадает с контрольным ответом. А вот второй веполь - нечто новое и неожиданное: пусть кубики падают вместе с жидкостью. В этом случае жидкость, ОСТАВАЯСЬ СНАРУЖИ КУБИКА, не уйдет от него, не прольется. Поскольку испытания должны длиться днями и неделями, второй ответ практически не подходит. Но если он не годится для длительных процессов, почему бы его не использовать в тех случаях, когда процессы кратковременные?.. Например, при разных измерениях.

Наша техника развивается в конкретных земных условиях. В частности, на всех ТС отражается наличие силы тяжести и ее определенное значение. Всякий выход за эти пределы открывает новые возможности. Значит, есть смысл исследовать принцип "Перейдем к процессу в невесомости" или точнее "Будем управлять величиной силы тяжести".

Лет 5 назад возникла такая задача:

Существуют пузырьковые камеры - приборы для исследования элементарных частиц. Типичная пузырьковая камера - сосуд с жидким водородом, находящемся в перегретом состоянии. При прохождении элементарной частицы жидкий водород вскипает - там, где прошла частица. Образуются пузырьки газа. Можно сфотографировать траекторию движения.

Состояние перегрева достигается тем, что резко уменьшают давление на жидкий водород.

Газовый след - поскольку он состоит из пузырьков, отличающихся по плотности от жидкой среды, - быстро размывается. Как увеличить время существования (в неразмытом состоянии) газового следа?

Теперь, когда мы сформулировали новый принцип, можно сразу сказать: в момент срабатывания (уменьшение давления, фотографирование) камера должна находиться в состоянии свободного падения. Тогда след останется неподвижным и четким - частицы газа, пузырьки не будут всплывать.

Пузырьковые камеры бывают разные. Есть маленькие, есть гигантские, размерами с паровой котел. Я не знаю, можно ли "динамизировать" камеры и всегда ли это нужно. Наверное, в каких-то случаях можно и нужно. Динамизация - объективный закон развития ТС. Так что запатентовать наверняка стоило бы. Во всяком случае, когда 5 лет назад И.М. Кондраков предложил такое решение, нельзя было не отметить исключительную красоту найденного решения (и возможность его применения за рамками данной задачи), это тоже был "антисбой"... и на том же месте.

Итак, есть интересный ключ. Остается поискать замки, которые этот ключ может открывать. Вот, например, а.с. 328 898 (БИ 7-72, с. 22), 323 1109 (БИ 1-72, с. 9), 300 614 (БИ 13-71, с. 132). Надо поискать и другие. А одновременно идти с другой стороны: просмотреть литературу по измерениям, поговорить со специалистами - прощупать, где точность измерений сдерживается именно наличием силы тяжести? (Разумеется, так прямо ставить вопрос нельзя. Специалист просто не поймет.) Можно прийти к установлению общей закономерности развития ТС, к конкретным правилам и... к новым заявкам.

* * *

Наверное, для начала достаточно. В следующем материале мы продолжим рассмотрение техники исследований по ТРИЗ.

19.03.79