© Альтшуллер Г.С., "Техника и наука", 1982, №1
РЕКВИЕМ ПО МПиО

Пошел четвертый год, как наш журнал начал регулярные публикации материалов по ТРИЗ. Судя по откликам, многочисленным письмам, рубрика "Технология и психология творчества" привлекла внимание читателей, многих всерьез заинтересовала. В этом году, как нам стало известно, среди подписчиков "ТиН" много "новичков". В основном для них, а также для тех, кто начал читать журнал позже 1979 г., мы публикуем обзорную статью о сути ТРИЗ.

УПРЯМЫЙ МПиО

Свидетельства созидателей новой техники о ходе решения ими творческих задач немногочисленны и немногословны. Обычно повторяется одна и та же схема: долгие размышления, изнурительный перебор всевозможных вариантов и внезапная догадка в результате какой-то случайной подсказки.

Задача 1. Авиационный высотомер - это пружинный барометр, шкала которого градуирована в единицах длины (высоты). Высотомер имеет две круговые шкалы: большая показывает метры, малая - километры. Пилоты часто путали шкалы, что иногда приводило даже к авариям. Появилась мысль создать высотомер, на циферблате которого километры показывались бы на горизонтальной шкале, а метры на круговой. Спроектировать такой прибор поручили высококвалифицированным инженерам. С задачей они справились, но вместо нескольких шестеренок в новом высотомере пришлось установить сложную передачу. Трение в ней было так велико, что точность прибора оказалась недопустимо низкой. Попытки уменьшить число шестеренок ничего не дали...

Задачу передали человеку, славившемуся способностью отыскивать нетривиальные решения. Долго и безуспешно пытался он нащупать новую идею. Шли дни - результата не было. Временами задача казалась ему принципиально неразрешимой. Но упорные поиски продолжались. Однажды он решил развеяться, бросил работу и поехал за город, в лес.

Осенние листья медленно кружились в воздухе, солнечные блики мелькали перед глазами. А мысль, помимо желания, продолжала работать... Неясные образы сменяли друг друга. И вдруг перед ним зримо, рельефно возникла пружина высотомера. На ней сидел комар, перемещающийся по небольшой дуге слева направо и справа налево по мере того как пружина то свивалась, то развивалась. Задача была решена: движение точки на пружине и есть та самая горизонтальная линия, которую он безуспешно искал. Не нужно никаких шестеренок, их функции выполнит основная пружина высотомера. Передачи вообще нет - отсюда предельная простота устройства.

А теперь еще одна задача.

Задача 2. Имеется прибор: мотор, шкив, диск, на который падает струйка жидкости. Центробежные силы создают капли определенных размеров, причем эти размеры зависят от числа оборотов диска. Но шкив проскальзывает, движение диска неритмично, вследствие чего размеры капель непостоянны. Как получить генератор капель стандартного размера?

Мы уже знаем: передача идеальна, если ее вообще нет, а функции ее по совместительству выполняют другие части технической системы. Те, кто впервые решал задачу, перепробовали множество вариантов. Лишь через год или полтора догадались выбросить шкив и посадить диск на ось ротора электромотора.

Тысячи лет люди решали творческие задачи методом проб и ошибок (МПиО). Тысячи лет укоренялось и укреплялось представление, что иных методов нет и быть не может. Само понятие "творчество" в конце концов слилось с технологией решения задач путем перебора вариантов, на ощупь. Тысячи лет в качестве основных атрибутов творчества фигурировали озарение, интуиция, прирожденные способности, счастливый случай. Это импонировало изобретателям, и они немало сделали, чтобы закрепить такое представление о творчестве.

Сила старых представлений о природе творчества колоссальна. Поэтому так трудно увидеть то, что, казалось бы, само бросается в глаза: технические системы развиваются закономерно, эти законы можно познать и использовать для сознательного и мощного развития техники.

МПиО связан не только с огромными потерями времени и сил при решении задач. Пожалуй, наибольший ущерб он наносит, не давая возможности своевременно увидеть новые задачи. Тут потери могут измеряться десятилетиями и даже столетиями. Так, менисковый телескоп, по признанию его изобретателя Максутова, мог быть создан еще во времена Декарта и Ньютона. Была потребность и была возможность создания такого телескопа. Задачу просто не увидели, до попыток решения дело дошло только в середине ХХ века.

МПиО несет ответственность и за отсутствие критериев оценки новых технических идей. Даже если задача своевременно замечена и быстро решена, новая идея подвергается насмешкам, ее просто не понимают.

Трудно оценить суммарные потери от применения МПиО. Думается, что эти потери намного больше убытков от самых страшных ураганов и землетрясений. Метод проб и ошибок давно исчерпал свои возможности. Раньше несовершенство этого метода компенсировали увеличением числа людей, занятых решением задач. Теперь близка к исчерпанию и эта возможность. Проблема стоит так: или замедление темпов развития техники, или переход на иную, более эффективную технологию совершенствования техники.

ЗАКОН ЕСТЬ ЗАКОН

Сравним формулы двух изобретений:

А. с. № 210662. Индукционный электромагнитный насос, содержащий корпус, индуктор и канал, отличающийся тем, что с целью упрощения запуска насоса, индуктор выполнен скользящим вдоль оси канала насоса.

А. с. № 244266. Колонка для замораживания горных пород, включающая замораживающую и питающую трубы, а также турбулизатор, отличающийся тем, что, с целью обеспечения возможности управления процессом образования ледопородного цилиндра по высоте зоны замораживания, турбулизатор установлен на питающей трубе с возможностью перемещения вдоль ее оси.

Изобретения относятся к разным областям техники, однако суть технических решений одинакова. Имеются некая труба и некое устройство, жестко соединенное с этой трубой. Чтобы повысить управляемость системы, предложено заменить жесткое соединение нежестким, сделать устройство подвижным, перемещающимся вдоль трубы. Если обратиться к патентному фонду, нетрудно найти множество подобных технических решений. Не менее часто встречаются изобретения, в которых части системы перемещаются относительно друг друга благодаря введению шарнирных связей. Например, а. с. № 152842 предусматривает шарнирное соединение горелки и корпуса термобура. Идентичное решение использовано в а. с. № 179859 для придания подвижности головке сварочной горелки.

Возникает вопрос: не является ли переход от жесткой схемы к гибкой закономерностью, распространяющейся на все технические системы?

Историко-технические исследования и анализ патентного фонда дают положительный ответ на этот вопрос. "Молодые" технические системы имеют по преимуществу жесткие связи между частями. Такие связи не позволяют системе приспосабливаться к меняющимся внешним условиям. Поэтому каждая система неизбежно проходит этап "динамизации" - переход от жесткой, неменяющейся структуры к структуре гибкой, поддающейся управляемому изменению.

Задача 3. Спортивный катамаран представляет собой два поплавка, соединенные площадкой, на которой располагается спортсмен. Чем больше расстояние между поплавками, тем устойчивее катамаран. Однако при опрокидывании (переворачивании) катамаран, именно из-за высокой устойчивости, не может быть без посторонней помощи возвращен в первоначальное положение. Ваше предположение?

Задача легко решается. Катамаран - жесткая система, нужно преобразовать ее в гибкую. Либо поплавки должны сдвигаться друг к другу, либо, что проще, мачта должна перемещаться из нижнего (опрокинутого) положения в верхнее, с тем чтобы дальнейшее плавание продолжалось на обратной стороне площадки (обе стороны одинаковы). Для этого мачта должна быть шарнирно соединена с брусом на передней кромке площадки (англ. пат. № 1372642).

Таким образом, знание закона "динамизации" позволяет решать некоторые изобретательские задачи. Однако этот закон отражает лишь одну из трансформаций технических систем. Естественно предположить, что существуют и другие законы развития технических систем.

В сущности, речь идет о том, чтобы признать: техника материальна, а ее развитие диалектично. Казалось бы, в этом не может быть ни малейших сомнений. Материальность технических систем очевидна и столь же очевиден факт их развития, подчиняющегося, как и всякое развитие, всеобщим законам диалектики. Отсюда со всей определенностью следует решающий вывод: существуют объективные законы развития технических систем, эти законы можно познать и использовать для сознательного решения новых технических задач без перебора вариантов.

Однако на протяжении целого столетия - с тех пор, как началось более или менее регулярное изучение творчества, - внимание исследователей было сосредоточено на психологии изобретательства. Считалось (да и считается по сей день), что главное - это процессы, происходящие в голове изобретателя. Исследуя эти процессы, надеялись понять, как появляются новые технические системы. В лучшем случае допускалось, что, раскрыв некие секреты изобретательства, можно в какой-то мере повысить эффективность творчества. Возможность замены творчества принципиально иной технологией производства изобретений, переход к точной науке о развитии технических систем просто не рассматривалась.

Интересно, что идея закономерной эволюции биосферы получила признание еще в ХIХ веке. Развитие биосферы происходило без участия человека, задолго до его появления. При всем желании нельзя было приписать появление новых видов животных и растений деятельности человека. Технические же системы развиваются от "вида" А к "виду" Б при участии человека, и это создает впечатление, что все зависит от нас. На самом деле переходы осуществляются по определенным законам, и никакой изобретатель не может существенно изменить ход развития: перейти от А не к Б, а, скажем, к В или повернуть развитие вспять - от Б к А.

Работа по созданию теории решения изобретательских задач (ТРИЗ) началась в нашей стране в 1946 г. Первая публикация относится к 1956 г. (журнал "Вопросы психологии", 1956, № 6). Творческий процесс настолько привыкли считать не поддающимся управлению, что потребовалось почти 10 лет пропаганды ТРИЗ, прежде чем начался переход к коллективной работе. Только с конца 60-х годов удалось перейти от разрозненных семинаров к регулярному обучению ТРИЗ в общественных школах и институтах технического творчества.

СТАНДАРТЫ - ФОРМУЛЫ НОВОГО

С позиций ТРИЗ все задачи можно разделить на два типа:

1. задачи, решаемые прямым применением законов развития технических систем или правил, вытекающих из этих законов;
2. задачи, решение которых пока не поддается полной формализации.

Задачи, таким образом, делятся на стандартные и нестандартные, причем деление это зависит от современного состояния ТРИЗ. Задачи, являющиеся сегодня нестандартными, завтра - после выявления пока еще неизвестных закономерностей - станут задачами стандартными.

Следует сразу и энергично подчеркнуть: стандартные задачи стандартны (т. е. просты) только с позиций ТРИЗ. При решении методом проб и ошибок стандартные задачи могут показаться очень трудными, а ответы на них - неожиданными и остроумными.

Задача 4. На заводе, выпускающем сельскохозяйственные машины, был небольшой полигон для испытания машин на трогание с места и развороты. Завод получил заказ на поставку продукции в 40 стран. Выяснилось, что нужно проводить испытания на 150 видах почв. Чем больше полигонов - тем надежнее испытания. Но с увеличением числа полигонов резко возрастает стоимость испытаний и, следовательно, стоимость продукции.

Многолетние эксперименты с этой задачей охватили сотни слушателей, приступающих к изучению ТРИЗ, и ни разу задача не была правильно решена методом проб и ошибок. С позиций ТРИЗ она решается мгновенно. Стандарт прямо выводит на ответ: "Чтобы повысить эффективность управления, необходимо... заменить одно из веществ ферромагнитными частицами (или добавить ферромагнитные частицы) и использовать магнитное поле". Описание стандарта содержит много аналогичных примеров, поэтому решение задачи не представляет никакого труда, хотя с позиций патентного права налицо "творческий продукт" - получено новое и полезное техническое решение...

Система стандартов, используемая в ТРИЗ, постоянно пополняется и совершенствуется. Она включает 50 стандартов (Прим.: Систему 76 Стандартов см. здесь), разделенных на классы и подклассы, отражающие основные этапы развития систем (синтез простых систем, их преобразование, переход к сложным системам, "ассимиляция" физических эффектов и т. д.). Такая система позволяет легко находить нужный стандарт и не только получать конкретный ответ на задачу, но и видеть логику дальнейшего развития системы.

Задача 5. В а. с. № 578984 описан способ очистки отработанного масла: в качестве фильтрующего материала используют пористый магнитный металлокерамический материал, хорошо улавливающий стальные частицы. Сформулируйте и решите задачу, связанную с дальнейшим развитием этого способа.

Когда такую задачу предлагают человеку, не знакомому с основами ТРИЗ, сразу возникает недоумение: "А в чем задача? Что плохо в исходной системе?.." С позиций ТРИЗ все очень просто. Дана "полууправляемая" система, которая умеет "хватать" стальные частицы, но не умеет их "отпускать" (по команде). Фильтр быстро засорится, и очистить его будет трудно, потому что магнитная металлокерамика "не захочет" отпускать стальные частицы: полезное свойство станет вредным... Задача решается по стандарту: "Если надо разрушить систему, включающую ферровещество и магнитное поле, задача может быть решена применением физэффектов, "отключающих" ферромагнитные свойства вещества, например, переходом через точку Кюри…

СТРАТЕГИЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ

Стандарты дают возможность уверенно решать 10 - 15% всего объема встречающихся задач. Но основным рабочим инструментом ТРИЗ остается алгоритм решения инженерных задач (АРИЗ).

АРИЗ - это комплексная программа, основанная на законах развития технических систем и позволяющая проанализировать исходную задачу, построить ее модель, выявить противоречие, мешающее решению обычными (известными) путями, и найти наиболее эффективный прием разрешения этого противоречия.

Первые публикации АРИЗ появились в 50-х годах. С тех пор АРИЗ систематически совершенствуется: каждая его модификация в широких масштабах используется на практике, случаи "сбоев" тщательно изучаются, в текст АРИЗ вносятся коррективы. Последовательно были разработаны и опубликованы модификации АРИЗ в 1959, 1961, 1964, 1965, 1968, 1971, 1977 гг. Ныне отрабатывается новая модификация АРИЗ-82.

Система школ ТРИЗ позволяет в короткие сроки проводить проверку АРИЗ при решении различных задач. Этим и объясняются быстрые темпы его развития, появление новых, более совершенных модификаций. Необходимо, однако, подчеркнуть, что первоосновой совершенствования АРИЗ является изучение патентного фонда, исследование больших массивов патентной информации по изобретениям высших уровней. Найденные закономерности, правила, приемы включаются в АРИЗ, быстро проверяются и уточняются.

Каждая модификация АРИЗ включает три составные части:

1. Основой АРИЗ является программа последовательных операций по выявлению и устранению противоречий. Она позволяет шаг за шагом переходить от расплывчатой исходной ситуации к четко поставленной задаче, затем к модели задачи и анализу противоречий. В программе - в самой ее структуре и правилах по выполнению отдельных операций - отражены объективные законы развития технических систем.
2. Поскольку программу реализует человек, необходимы средства управления психологическими факторами: нужно гасить психологическую инерцию и стимулировать работу воображения. Значительное психологическое воздействие оказывает само существование и применение АРИЗ: работа по программе придает уверенность, позволяет смелее выходить за пределы узкой специальности и, главное, все время ориентирует работу мысли в наиболее перспективном направлении. Но нужны и конкретные операторы, форсирующие воображение. В сущности, в глубине этих операторов тоже спрятаны объективные закономерности развития технических систем, только закономерности эти еще не вполне ясны. По мере развития АРИЗ психологические операторы превращаются в точные операторы преобразования задачи.
3. АРИЗ должен быть снабжен обширным и в то же время компактным информационным фондом. Основные составляющие этого фонда: приемы, стандарты, физические эффекты и явления. Список приемов преодоления типовых противоречий в АРИЗ-71 включает 40 укрупненных приемов (вместе с подприемами - около 100). Фонд таких приемов - вместе со специально подобранными примерами и таблицей применения приемов при устранении типичных технических противоречий - довольно сильный решающий аппарат. Не случайно в Болгарии эти материалы изданы отдельной книгой. Однако для решения сложной задачи нужно сочетание приемов, и чем оно сложнее (иногда оно включает и физэффекты), тем отчетливее привязано к определенному классу задач. В АРИЗ-77 сложные сочетания приемов были представлены в виде двух отдельных массивов - типовых моделей и стандартов. В АРИЗ-82 эти массивы объединены в единую систему стандартов, о которой уже говорилось. Стандарты вобрали в себя и некоторые сочетания приемов с физическими эффектами, но освоение огромного фонда физзффектов только начинается. Сам по себе их перечень - "банк физэффектов" - как бы он ни был велик, мало что дает изобретателю: при решении сложных задач физэффекты применяются в сочетании с приемами, вся "хитрость" именно в сочетании. Наиболее сильные сочетания могут и должны постоянно пополнять фонд стандартов.

Итак, сложное хозяйство: законы развития технических систем, основанная на них программа работы с задачей, психологические операторы, обширный информационный фонд... Иногда это вызывает недоумение. От ТРИЗ ждут "чуда" - легкого решения трудных задач, возможности изобретать, ничем не утруждая себя. А тут выясняется, что надо освоить новую и сложную науку, причем нельзя ее "выучить" раз и навсегда, потому что все в ней быстро меняется и развивается. Более того, нужно постоянно - как в искусстве и спорте, - тренироваться, развивая системное мышление...

Что ж, управлять самолетом намного сложнее, чем идти пешком. Но ведь и скорость иная!

100 - 150 лет назад резко увеличились темпы развития науки, началась научная революция, показавшая, что мир неограниченно познаваем. Одновременно разворачивалась и революция техническая, утвердившая мысль, что мир неограниченно изменяем. Эти революции вызвали бурное развитие производства и закономерно привели к великим социальным переменам. Ныне происходит космическая революция, несущая новое понимание мира, в котором мы живем: мир этот может быть расширен до самых далеких звезд.

Рабочий инструмент этих титанических революций - творческое мышление. Но, как ни парадоксально, само творческое мышление, его технология, принцип действия, не претерпели качественных изменений. Считалось и до сих пор считается, что есть люди, от рождения наделенные способностью к творчеству. Эти люди упорно размышляют над той или иной задачей, и внезапно приходит озарение (вдохновение, осенение и т. д.), возникает новая идея. Невозможно раскрыть механизм этого процесса, научиться им управлять, сделать его доступным всем (хотя нет сколько-нибудь надежных критериев наличия этих способностей) и создавать для них благоприятные условия (ясного представления о таких условиях тоже нет)...

Такой взгляд на творчество поразительно устойчив. Он господствует и по сей день. Поправки имеют чисто косметический характер: вместо "вдохновения" ввели более респектабельный термин "инсайт", вместо открытого признания непознаваемости творчества уклончиво говорят о сложных процессах в подсознании...

Суть ТРИЗ в том, что она принципиально меняет технологию производства новых технических идей. Вместо перебора вариантов ТРИЗ предлагает мыслительные действия, опирающиеся на знание законов развития технических систем. Мир творчества становится неограниченно управляемым и потому может быть неограниченно расширен. Творческая революция по своему значению, по-видимому, не уступает революциям научной, технической, космической.