Принципы и методы разрешения технических противоречий в процессе дизайн разработки проектного решения.

_________________________________________________________________________

В процессе формулировки идеального конечного результата некоторые показатели качества могут быть либо противоречивыми по отношению друг к другу, либо один из них может быть противоречив по отношению к целой группе показателей. В этом случае имеет место так называемое техническое противоречие , состоящее в том, что улучшение одного показателя вызывает ухудшение другого показателя.

В процессе выявления и разрешениятехнических противоречий проявляется творчество изобретателей, разработчиков, проектировщиков и конструкторов, создаются продукты интеллектуальной собственности (патенты, ноу-хау, промышленные образцы и др.).

Следует иметь в виду, что в литературе и в конструкторско-изобретательском лексиконе все противоречия называют техническими, хотя по своей природе они могут отражать физические, экономические, информационные, социальные, и дажеадминистративные аспекты решаемой задачи. Таким образом, термин «технические противоречия» отражает не природу (первопричину) их возникновения, а принадлежность к носителям этих противоречий - к техническим объектам.

Технические противоречия условно подразделяются на внешние и внутренние.

Внешние противоречия обусловлены несоответствием свойств и параметров технического объекта, условиям его изготовления и нормального функционирования в процессе взаимодействия с человеком и окружающей средой.

Внутренние противоречия обусловлены несоответствием структуры и состава конструктивного исполнения технического объекта его функциональному значению.

Различают шесть источников возникновения технических противоречий .

1. Противоречия между техническим объектом и человеком , который управляет этим объектом (оператором) или эксплуатирует его (пользователем). В процессе их взаимодействия конфликтные ситуации могут возникнуть из-за изменения условий эксплуатации технического объекта, из-за изменившихся требований к его безопасности, эргономичности, эффективности. Поэтому, при усовершенствовании технического объекта, прежде всего, формулируются новые или уточняются действующие требования по безопасности и эргономичности конструкции, определяются условия его наиболее полной реализации. Анализу подвергаются те свойства объекта, которые должны быть изменены в соответствии с новыми или уточненными требованиями. При этом определяются те компоненты конструкции объекта и их параметры, изменения которых позволяют в конечном счете разрешить возникшее противоречие.

2. Противоречие между техническим объектом и средой его функционирования из-за несоответствия функциональных параметров его конструктивного исполнения с параметрами окружающей среды. Для устранения этих противоречий анализируются состав и структура конструктивного исполнения технического объекта, выявляются источники, пути и методы устранения противоречий, проводится соответствующее обновление конструкции.

3. Противоречие между техническим объектом и его изготовителем из-за конфликта между предметом труда и производственным работником. Такая ситуация может возникнуть, например, при применении каких-то конструкционных материалов или режимов их обработки, которые наносят ущерб здоровью или превышают возможности человеческого организма. В этом случае особое внимание уделяется обеспечению технологичности и безопасности как конструкции технического объекта, так и используемых конструкционных материалов.

4. Противоречие между техническим объектом и производственной средой . Производственная среда является одной из составляющих окружающей среды. Соблюдение норм и требований к обеспечению сохранности окружающей среды приводит к необходимости создания экологически чистых конструкций, технических изделий и технологий их изготовления. Неизменно возникает конфликт в требованиях повышения качества продукции и снижения ресурсоемкости конструкции изделия. Внесение в нее рациональных технических решений позволяет разумно использовать материальные и топливно-энергетические ресурсы, которыми располагает производство, внедрять безотходную и малоотходную технологию, повышать качество продукции и эффективность производства.

Все четыре выше рассмотренных источника технических противоречий являются внешними , отражая функциональные структурные взаимосвязи технических объектов с окружающей (производственной) средой.

Обратимся теперь к источникам внутренних технических противоречий.

5. Противоречие между целым (конструктивным исполнением, системой) и частью (компонентом, элементом, подсистемой) технического объекта. Оно порождается тем, что целое и часть любого технического объекта не тождественны друг другу ни по выполняемым функциям, ни по своему составу, ни по своей структуре, формируются и обновляются по своим законам. В то же время часть по отношению к целому обладает относительной самостоятельностью в своем развитии. Компоненты, входящие в состав конструкции изделия, имеют различную интенсивность обновляемости. Объединяя элементы в единое конструктивное образование, структура целого исполнения обладает большой инерционностью в своем развитии и обновлении по сравнению с входящими в нее компонентами.

6. Противоречие между содержанием и формой компонентов исполнения технического объекта, суть которого заключена в диалектической взаимосвязи отдельных компонентов. Так, найденная форма изделия, обладая относительно большой стабильностью, сохраняется длительное время, пока накопление количественных изменений в содержании изделия не приведет в силу возникших противоречий к очередным качественным изменениям ее формы.

Многовековая общественно-полезная практика человечества накопила бесконечно большое число приемов устранения технических противоречий, познать которые в полном объеме не представляется возможным. Исходя из этого, рассмотрим лишь небольшое количество типовых приемов, которые являются основной информационной и творческой базой для создания новых технических объектов. Образно говоря, типовые приемы - это универсальные коды или ключи, с помощью которых можно раскодировать и открывать сложные и хитроумные замки решений творческих задач.

Типовые приемы - это взятые из технической литературы, из научно-технических журналов и патентных фондов наиболее часто встречающиеся в проектно-конструкторской практике приемы, разработанные учеными, инженерами, изобретателями прошлых и нынешнего поколений. Очевидно, что абсолютное число таких приемов бесконечно велико и поэтому их стараются определенным образом обобщить в крупные типичные группы и даже создать межотраслевые, отраслевые или проблемные фонды типовых приемов.

Во многих книгах типовые приемы (способы, правила) называют методологическим инструментарием решения творческих и изобретательских задач, поскольку они содержат краткое указание или предписание как преобразовывать имеющийся у разработчика прототип технического объекта и в каком направлении надо вести поиск, чтобы получить желаемое решение.

Из всего множества реально существующих и возможных типовых приемов преобразования компонентов субстанции технических объектов можно выделить следующие пять групп:

1) приемы преобразования формы вещества;

2) приемы преобразования содержания вещества;

3) приемы преобразования энергии;

4) приемы преобразования информации;

5) комплексные энерго-информационно-вещественные приемы, базирующиеся на использовании новых технологий и способов изготовления, транспортировки и применения технических объектов.

Существует два подхода к выбору из известного набора (банка) типовых приемов разрешения технических противоречий наиболее целесообразного (эффективного) приема: эвристический и алгоритмический .

Эвристический подход к выбору и переработке наиболее ценной информации базируется на использовании уникальных и специфических свойств нашего головного мозга. В процессе длительной эволюции головной мозг человека приспособился отбирать из большого массива избыточной информации только наиболее ценную и нужную информацию, отбрасывая всю остальную. Некие особые и, к тому же, неосознанные, правила работы мозга по отбору и переработке информации, включающие в себя этапы «осенения», интуиции и творчества, называют эвристическими. В дальнейшем из этих «правил» в мозге составляются также неосознаваемые «программы» выбора решения.

Алгоритмический подход к выбору типовых приемов разрешения технических противоречий предусматривает выполнение ряда поисковых операций по заранее разработанному алгоритму (правилу).

Современные методы поиска новых решений позволяют рационализировать различные стороны поисковой деятельности. Все известные методы решения творческих задач можно условно разделить на две большие группы по признаку доминирования в них эвристических (интуитивных) или логических процедур и соответствующих им правил деятельности.

Первая группа - это эвристические (интуитивные )методы,которые опираются на активизацию творческой деятельности человека и развитие его творческих способностей на основе развития интуитивных процедур деятельности, фантазии, аналогий и др. В эту группу входят: метод проб и ошибок, метод контрольных вопросов, «мозговой штурм», синектика, морфологический анализ, ассоциативные методы и др.

Вторая группа методов основана на использовании оптимальной логики анализа технического или другого совершенствуемого объекта, закономерностей его развития. Здесь предлагают логические правила анализа и синтеза, сравнения, обобщения, классификации, индукции, дедукции и т.д. Это рациональные (логические) методы решения творческих задач. К ним относятся: алгоритм решения изобретательских задач (АРИЗ), функционально-стоимостный анализ, функционально-физический метод конструирования и т.д.

Современная научно-техническая революция, характерной чертой которой является бурное развитие науки, техники и производства, вошла в противоречие со старыми малопроизводительными способами мышления и поиска новых решений, что привело к созданию эвристики.Под термином «эвристика» понимается определенная совокупность логических приемов и методических правил теоретического исследования и отыскивания истины, которые используются в условиях неполноты исходной информации и не требуют четкой программы управления процессом решения задачи.

Методом проб и ошибок (МпиО) изобретатели пользовались и пользуются при решении самых разнообразных технических задач. Суть его заключается в том, что изобретатель при поиске решения задачи перебирает всевозможные варианты и среди них находит тот, который удовлетворяет поставленным требованиям.

Метод контрольных вопросов впервые использовался для поиска новых идей и наилучших решений творческих задач. Суть этого метода состоит в использовании при поиске решений творческих задач списка специально подготовленных вопросов. Изобретатель отвечает на них и в связи с ними анализирует свою задачу. Одним из лучших считают список вопросов для изобретателей и разработчиков новых технических объектов, составленный Т. Эйлоартом, который представляет собой программу его работы.

Список содержит следующие позиции.

1. Перечислить все качества и определения предполагаемого изобретения. Изменить их.

2. Сформулировать задачи ясно. Попробовать новые формулировки. Определить второстепенные задачи и аналогичные задачи. Выделить главные.

3. Перечислить недостатки имеющихся решений, их основные принципы, сформулировать новые предложения по их устранению.

4. Набросать фантастические, биологические, экономические, молекулярные и др. аналогии.

5. Построить математическую, гидравлическую, электронную, механическую и другие модели (они точнее выражают идею, чем аналогии).

Попробовать различные виды материалов и энергии: газ, жидкость, твердое тело, пену, пасту и др.; тепло, магнитную энергию, свет, силу удара и т.п.; различные длины волн, поверхностные свойства и пр., переходные состояния - замерзание, конденсацию и т. п.

7. Установить варианты, зависимости, возможные логические совпадения.

8. Узнать мнение некоторых совершенно неосведомленных в данном деле людей.

9. Устроить групповое обсуждение, выслушивая любые идеи без всякой критики.

10. Попробовать «национальные» решения: хитрое шотландское, всеобъемлющее немецкое, расточительное американское, сложное китайское и др.

11. Спать с проблемой, идти на работу, гулять, ехать, пить, есть, играть в теннис - все с ней.

12. Бродить среди стимулирующей обстановки (свалка лома, технические музеи, магазины дешевых вещей), пробегать журналы, комиксы.

13. Набросать таблицу цен, величин, перемещений, типов материалов и т.п. разных решений проблемы или ее частей, искать проблемы в решениях или новые комбинации.

14. Определить идеальное решение, разрабатывать другие возможные.

15. Видоизменить решение проблемы с точки зрения времени (скорее или медленнее), размеров, вязкости и т. п.

16. В воображении «залезть» внутрь механизма.

17. Выявить и исключить из дальнейшего обсуждения альтернативные варианты решения проблемы, уводящие в сторону от траектории поиска лучшего решения.

18. Кого и почему интересует решаемая проблема?

19. Кто придумал это первый? История вопроса. Какие ложные толкования этой проблемы имели место?

20. Кто еще решал эту проблему? Чего он добился?

21. Определить общепринятые граничные условия и причины их установления.

Метод мозгового штурма (брейнсторминг) появился в Соединенных Штатах Америки в конце 1930-х годов, он представляет собой двухэтапную процедуру решения задачи: на первом этапе выдвигаются идеи, а на втором они конкретизируются, развиваются. Работа в рамках этапов этого метода (этап выдвижения (генерации) идей и этап анализа выдвинутых идей) должна выполняться при соблюдении ряда основных правил . На этапе генерации их три:

3. Поощрение всех выдвигаемых идей, включая нереальные и фантастические.

На этапе анализа основное правило - это выявление рациональной основы в каждой анализируемой идее.

Рассмотрим последовательность организации и проведения мозгового штурма.

1. Оптимальное количество людей, решающих поисковую задачу методом «мозгового штурма», должно составлять 12-25 человек. Половина из них генерирует идеи, а другая их анализирует. В группу «генераторов» включают людей с бурной фантазией, склонных к абстрактному мышлению, но не скептиков; нельзя сюда включать и людей, присутствие которых может в какой-то степени стеснять других (например, руководителей и подчиненных). Желательно, чтобы в состав этой группы вошли и специалисты-смежники, и один-два человека со стороны, не имеющие отношения к решаемой задаче. В группу «экспертов» вводят людей с аналитическим, критическим складом ума. Руководит «сессией» ведущий, наиболее опытный участник «мозгового штурма»,

2. Основная задача «генераторов» должна заключаться в предложении максимального количества идей решения поисковой задачи (в том числе идей фантастических, а иногда и шутливых). Идеи протоколируются или фиксируются с помощью магнитофона. Задача «экспертов» состоит в отборе приемлемых идей. Ведущий, не прибегая к приказаниям и критическим замечаниям, задает вопросы, иногда подсказывает и уточняет высказывания участников обсуждения, следит, чтобы беседа не прерывалась.

3. Продолжительность «сессии» должна зависеть от сложности решаемой задачи, но не превышать 30-50 мин.

4. Между участниками «мозгового штурма» должны быть установлены свободные и доброжелательные отношения. При генерации идей запрещается всякая критика, скептические улыбки, жесты и мимика. Надо, чтобы идеи, выдвинутые одним участником, подхватывались и развивались другими. Анализ идей группой «экспертов» проводится очень внимательно. Без тщательного анализа не должны быть отвергнуты даже самые фантастические или абсурдные идеи. При этом в ходе анализа (идеи оцениваются, например, в десятибалльной системе), учитывается мнение каждого «эксперта». В случаях расхождений в оценке проводят дополнительный анализ.

5. Если «сессия» окончилась безуспешно и задача не решена, повторять ее с предыдущими установками нет смысла. Нужно заменить состав групп или изменить формулировку задачи, оставив конечную цель.

Опыт использования «мозгового штурма» показывает, что генерации идей способствуют такие приемы, как аналогия (сделай так, как это делалось при решении другой задачи), инверсия (сделай наоборот), фантазия (предложи нечто неосуществимое) и пр. Большую роль играют здесь и субъективные качества участников штурма - наличие прошлого опыта, боязнь оказаться бесполезным, отсутствие творческого настроения, усталость и т. д.

Синектика , так же как и мозговой штурм, предполагает коллективный поиск новых решений. В 1961 г. в США вышла книга У. Гордона «Синектика: развитие творческого воображения». Книга открыла новую главу в истории методов поиска новых решений. Описанный в ней подход к организации творчества, правила работы и обучения оказали большое влияние на разработчиков новой техники, методологов.

Идея синектики состоит в объединении отдельных творцов в единую группу для совместной постановки и решения конкретных задач. Метод включает в себя практические подходы к сознательному решению и использованию бессознательных механизмов, проявляющихся у человека в момент творческой активности.

Еще одно отличие синектики от мозгового штурма. Подбор группы генераторов мозгового штурма состоит в выявлении активных творцов, обладающих различными знаниями. Их эмоциональные типы особо не учитываются. В синектике же, наоборот, скорее будут выбраны два человека с одним и тем же багажом знаний, если при этом у них значительны отличия в эмоциональной сфере.

Организация работы в синектике включает следующие основные моменты:

Первоначальная постановка проблемы;

Анализ проблемы и сообщение необходимой вводной информации. Роль эксперта, как правило, выполняет учитель или учащийся, обладающий определённой подготовкой.

Выяснение возможностей решения проблемы;

Переформулирование проблемы каждым учащимся в своём собственном понимании;

Совместный выбор одного из вариантов переформулированной проблемы;

Выдвижение образных аналогий - ключевой этап для синектики;

- «подгонка» намеченных группой подходов к решению или готовых решений к требованиям, заложенным в постановке проблемы.

Важнейшим элементом синектического процесса является практическая реализация полученных в процессе работы идей.

Операторы синектики - конкретные психологические инструменты, которые поддерживают и ведут вперед весь творческий процесс. Их следует отличать от психологических состояний – таких, как эмпатия, вовлеченность, игра и пр. Психологические состояния являются основой творческого процесса, но они не управляемы. Операторы синектики, ее механизмы предназначены для побуждения, активизации этих сложных психологических состояний.

Решая задачу, бессмысленно пытаться убедить себя или группу быть творческим , интуитивным, вовлеченным или же допускать очевидные несоразмерности. Необходимо дать средства, позволяющие человеку делать это. Глобально синектическая работа включает в себя два базовых процесса:

Превращение незнакомого в знакомое;

Превращение знакомого в незнакомое.

Первое, что делает человек, которому предстоит решить проблему - пытается ее понять. Этап превращения незнакомого в знакомое очень важен, он позволяет человеку свести новую ситуацию к уже испытанным, известным. Этот этап ведет за собой огромное разнообразие решений, но требование новизны - это, как правило, требование новой точки зрения, взгляда на проблему. Большинство из проблем не являются новыми. Смысл в том, чтобы сделать их новыми, создав тем самым потенциал для выхода на новые решения.

Превратить знакомое в незнакомое - означает исказить, перевернуть, переменить повседневный взгляд и реакцию на вещи, события. В «известном мире» предметы всегда имеют свое определенное место. В то же время различные люди могут видеть один и тот же объект под различными углами зрения, неожиданными для других. Настаивать на рассмотрении известного как неизвестного - основа творчества.

Техническое противоречие — это ситуация, при которой улучшение одного свойства, одной части системы приводит к недопустимому ухудшению другого свойства, другой части системы, то есть выигрыш в одном приводит к ухудшению в другом.

Решение творческой задачи есть преодоление технического противоречия . Оно заключается в нахождении некоторого способа преобразования технической системы, причем такого, которое при минимальных изменениях в системе приводило бы к искомому результату без ухудшения ее параметров.

Техническое противоречие возникает между параметрами системы, ее узлами или группами деталей.

Основными признаками технического противоречия является ухудшение каких-либо частей системы при улучшении других. Возникновение нескольких новых технических задач на уровне системы.

Причины – исчерпание возможностей технической системы, неверный выбор места изменения системы, борьба со следствием, а не с причиной.

Последствия – усложнение системы и надсистемы, резкое повышение материальных и других затрат.

Условия разрешения – проведение причинно-следственного анализа, выявление первопричины возникновения нежелательного явления и микрозадачи в подсистеме, определение физического противоречия.

Анализ многих тысяч изобретений выявил, что при всем многообразии технических противоречий большинство из них разрешается 40 основными приемами.

Многообразие встречающихся изобретательских задач, даже принадлежащих разным областям техники, решаются при помощи сходных подходов. Это связано с тем, что лежащие в основе таких задач технические противоречия повторяются.

В приложении 1 приведено содержание типовых приемов устранения технических противоречий.

Чтобы определить, какой прием поможет наиболее успешно справиться с решением задачи, можно прибегнуть к помощи табл. 4.2, чтобы не перебирать последовательно все 40 приемов.

Таблица 4.1

Наиболее часто используемые приемы преодоления

технических противоречий

Однако для организации планомерного поиска приёма удобно воспользоваться специально разработанной таблицей (приложение 2), в которой по вертикали располагаются характеристики технических систем, которые по условиям задач требуется улучшить, а по горизонтали – характеристики, которые при этом недоступно ухудшаются. На пересечении граф и строк с наименованием улучшаемой и ухудшаемой характеристик находим номера приемов, позволяющих с наибольшей вероятностью устранить возникшее техническое противоречие. Таблица охватывает около полутора тысяч наиболее часто встречающихся в изобретательской практике технических противоречий.

ПЯТЬ ТЕХНИЧЕСКИХ ПРОТИВОРЕЧИЙ АВТОМОБИЛЕЙ

E-mail: *****@***ru

Инженер, ОО ТРИЗ-Чебоксары, РОССИЯ

Чувашский государственный университет, РОССИЯ

Тел. 89063842457, e-mail: *****@***ru

Аннотация. В статье рассмотрены 5 видов противоречий использования личного автотранспорта, связанных с: личным и общественным удобством, аварийностью на дорогах, большой зависимостью от погоды и состояния покрытия, невысоким временем использования (личный транспорт больше стоит, чем движется), выхлопом не только углекислого газа, но и окисла . Рассмотрены подходы к разрешениям этих противоречий с позиций алгоритма решения изобретательских задач АРИЗ, в частности системы приёмов разрешения технических и физических противоречий. Предложены вероятные решения проблем, вызванных указанными противоречиями.

Ключевые слова: технические противоречия, автомобили, приёмы разрешения противоречий, АРИЗ –элементы методик теории решения изобретательских задач ТРИЗ, безопасность личного автомобиля.

THE TECHNICAL CONTRUDICTIONS AND THE AUTOMOBILE

A. R. Andreev, ChuvSU, Cheboksary, RUSSIA

phone: 8917650 3527, e-mail: *****@***ru

E. D. Andreev, Engineer, TRIZ-Cheboksary, RUSSIA

V. A. Mikhailov, ChuvSU, Cheboksary, RUSSIA

Phone: 8906 384 2457, e-mail: *****@***ru

Abstract. In article 5 types of contradictions of use of personal motor transport are considered: personal convenience, comfort inside and accident rate on highways, big dependence on weather and condition of highways, an individual transport costs more, than moves, secretion of nitrogen oxide. Approaches to permissions of these contradictions from positions of algorithm of the solution of inventive problems of ARIZ, in particular system of receptions of permission of technical and physical contradictions are considered. The probable solution of these of problems.

Keywords: technical contradictions, automobiles, methods of resolution of conflicts, ARIZ – elements of techniques of the theory of the solution of inventive problems (TRIZ), safety of the privately owned vehicle.

1. СОСТОЯНИЕ РАЗВИТИЯ АВТОТРАНСПОРТА

Уровни комфорта и безопасности водителя и пассажиров непрерывно улучшают, скорости перевозки возможны 200 км/час, но даже на хорошем автобане, открытом атмосферным осадкам (снегу, льду, воде, туману), поездка становится опасной и уже уносит большое число человеческих жизней. Резкое возрастание сопротивления воздушной среды, возможности путепроводного полотна, экологические проблемы – ограничивают быстроту движения автомобилей. Из параметров транспорта много внимания уделяется его энергопотреблению. Существующие параметры транспорта и путей достигли предельных величин. С точки зрения ТРИЗ , они вышли на участок насыщения известной S-образной кривой изменения параметров во времени, когда : «вес, объём и площадь (машины) и объекта (с которым она взаимодействует) … должны почти совпадать». И энергопотребление на единицу параметра достигает минимально-возможного значения. Какое-то время у системы есть, чтобы оставаться на достигнутом уровне параметров. Потом в соответствии со стремлением всех систем к идеальности они должны исчезнуть: идеален тот «…технический объект…, которого нет, а функция его выполняется»:

– во-первых, выявляют противоречия имеющегося средства, через разрешение которых и происходит развитие;

– во-вторых, новая система должна сначала появиться в проекте, затем в макете, пройти испытания, потом претвориться в массовых сериях;

– в-третьих, нужно время, чтобы общество оценило новую систему, её достоинства и, затем, ощутило потребность в ней;

– в-четвёртых, нелегко запустить систему в производство и «внедрить» изделие в жизнь потому что нужно изменять также смежные отрасли промышленности.

Технические противоречия (ТП), подлежащие устранению (разрешению):

ТП-1: система для перемещения на поверхности земли подвержена воздействию атмосферных осадков, но она не должна быть подвержена им для безопасности перевозок.

ТП-2: система для перемещения должна быть личной (т. е. под рукой в любое время), но она должна быть общественной, чтобы не простаивать и не занимать дорогую городскую площадь, ожидая хозяина, и не затруднять его обслуживанием (быть как такси, но доступнее). Возрастает в городах число автомобилей и для них всё труднее находить места для парковки.

ТП-3: система для перемещения на земле подразумевает возможность столкновений, но она должна исключать возможность столкновения в принципе, чтобы гарантировать жизни людей.

Кроме разрешения этих трёх ТП и сохранения высоких значений скорости перемещения и соотношения «m груза/m системы» при минимальном потреблении энергии (высоком КПД) – предполагаемая система должна разрешить ещё и такие противоречия.

ТП-4: объект научно-технического прогресса при своём развитии не может не влиять на природную среду вредно, но он должен развиваться, сохраняя её.

ТП-5: для увеличения КПД двигателя ДВС возрастает степень сжатия топливной смеси в цилиндрах, при этом возрастает температура горения с 900°С до более 1200°С, но при таких температурах уже окисляется азот воздуха до окисла азота NO, присутствие NO в выхлопе недопустимо.

Последние два противоречия имеют следствием нарушения глобального закон о чистоте энергопотребления и требования ко всем искусственным объектам: использовать для реализации своей функции такие источники энергии, которые не загрязняют и не перегревают окружающую среду. Нашей эпохе не соответствуют даже электромобили – только до первого снегопада и гололёда, потому что «газовать» на заносах означает быстрый разряд аккумулятора. Надо согласиться с : «На смену автомобилю придет не электромобиль, а система, которая будет включать автомобиль (или эквивалентное ему действие) в качестве одной из подсистем». Электроэнергии тоже не является экологически чистой, так как и ТЭЦ, и ГЭС загрязняют природу. К закону о чистоте источников энергии добавляется ещё и требование: при реализации функции объекта запрещаются какие-либо формы противостояния природе. Это будет акт признания человеком превосходства природы. Руководствуясь им, в дальнейшем можно избежать многих недоразумений при развитии в сторону приближения к идеальности. Неужели и в будущем мы будем закапывать огромные средства в дорожное полотно, которое всё равно в нашем климате разрушается, требуя снова и снова больших затрат на ремонт? Без развития техники природная среда осталась бы невредимой. Но «… потенциально природа обречена; она неизбежно будет вытеснена стремительно растущей техникой …» . Если техника вдруг перестанет быть «стремительно растущей», как она это делает в настоящее время – то у природы появляется шанс на сохранение, а у ТП-4 – вариант разрешения. Не технический прогресс губит естественный мир, а производство сверх целесообразности.

2. ПРИМЕНЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ТРИЗ К РАЗРЕШЕНИЮ ТП-1 -4

Шаг 1. Целями решения в развитии личного транспорта являются гарантирование безопасности движения с высокой скоростью при практически любой погоде и с минимальным воздействием на окружающую среду. (Зачем это нужно? Сейчас имеет место высокая аварийность личных автомобилей из-за высокой вероятности их столкновений, большое влияние на аварийность оказывает состояние поверхности дороги и погоды, другие причины, независимые от данного водителя. Что этому содействует? Плотный поток транспорта и высокая скорость движения.)

Шаг 2. ИКР - Идеальный конечный результат: САМО СОБОЙ достигается полное исключение столкновений автомобилей и в лоб, и сзади и влияние изменений погоды на движение автомобилей при постоянном движении транспорта за исключением остановок на посадку и высадку пассажиров с практически круглосуточной его доступностью.

Шаг 3. Выбор направлений поиска:

3.1 – что нужно улучшить: безопасность движения автотранспорта в любую погоду;

3.2 – что нужно устранить: столкновения автомобилей и в лоб, и сзади;

3.3 – какой элемент должен быть, чтобы обеспечить пользу, и не должен быть, чтобы устранить вред: личный автомобиль обеспечивает удобство и скорость передвижения, но он больше стоит, чем двигается, занимает много места на улицах города и при движении часто попадает в дорожно-транспортные происшествия;

3.4 – какое действие должно выполняться, чтобы была польза, и не должно выполняться, чтобы не возникал вред: движение автомобиля по дорогам обеспечивает быстрое передвижение, но оно при плохой погоде приводит к столкновениям автомобилей;

3.5–какое условие должно иметь одно значение, чтобы обеспечить пользу, но должно иметь другое значение, чтобы не возникал вред: для быстроты передвижения скорость автомобиля должна быть высокой, для улучшения безопасности движения скорость его должна быть малой (в пределе автомобиль должен всегда стоять).

Выбираем поиск путей как «устранить столкновения автомобилей при движении по автодороге в плохую погоду с большой скоростью и в лоб, и сзади».

Шаг 4. Поиск идей с помощью 30 абстрактных изобретательских приёмов :

4.1 – рассмотрим раздел «Ресурсы»: энергия, вещества, информация, производное (от энергии, вещества или информации), концентрация чего-либо: пока большая энергия столкновения поглощается повреждением корпуса автомобиля (это уменьшает вред для пассажиров – имеется много патентов в этом направлении как и по другим защитным средствам для пассажиров – это направление поглощения вредной энергии); изменяют конструкции вещества-корпуса для решения этой задачи – имеется много патентов; используют информацию по «сопротивлению материалов», на широких шоссе применяют разделение полос встречного движения, чтобы исключить столкновения «в лоб», такое же разделение потоков иногда имеет место в тоннелях;

4.2 – раздел «Время» как ресурс разрешения противоречий: заранее, после, в паузах, ускорить или замедлить, добавим в «одно и то же время»: заранее разрабатывают корпус и бампер, улучшающие энерго-поглощение при столкновениях; после разрезают корпус с слабых местах для извлечения пассажиров; паузы – остановки движения используют для отдыха водителя; ускорить – редко удаётся избежать столкновений путём ускорения движения; замедлить – при ухудшении погоды рекомендуют замедлить движение; в одно и то же время – требуется по задаче и быстрое, и безопасное движение в любых условиях;

4.3 – раздел «Пространство» как ресурс разрешения противоречий: другое измерение – на некоторых мостах встречное движение производят на разных уровнях-этажах; асимметрия – бывает, что в разных направлениях движения ширина полос разная; матрёшка – например, труба в трубе (такие примеры возможны втрубопроводном транспорте?); вынесение – разделение движения на особо опасных участках дорог; локализация – местное ограничение скорости движения, видео контроль движения;

4.4 – раздел «Структура»: исключение – здесь важно в принципе исключить возможности любых столкновений: это возможно при движении в трубе, тогда разные направления обеспечиваются в разных трубах – исключаются лобовые столкновения; если же движение средства-капсулы обеспечивается давлением воздуха, то для двух соседних капсул исключено и столкновение сзади, так как при более быстром движении задней капсулы между двумя капсулами повысится давление воздухаи задняя капсула плавно САМА затормозится (вплоть до остановки на достаточном расстоянии от передней капсулы); дробление – переход источника энергии от ДВС к давлению воздуха означает «раздробление» источника энергии до молекул; объединение – труба-дорога и капсула объединяются в одну систему, обеспечивающую безопасное передвижение капсул с пассажирами в почти любую погоду с достаточно большими и почти постоянными скоростями без любых столкновений капсул с пассажирами; в такой объединенной системе изменяются источник энергии, вводится и объединенная система управления движением АСУТП пневмотранспорта, т. к. внутри капсулы смогут быть только две кнопки: станция назначения и старт – всё движение может управляться только централизовано и автоматизировано – под контролем оператора движения на АСУТП; посредник – источником и регулятором движения будет давление воздуха, подаваемого в трубу системой компрессоров (например, расположенных вдоль трубы через 5-10 км); копия – вместо пульта управления в капсулах будут мониторы, отображающие место и параметры её движения; как видно, по приёмам-подсказкам раздела «Структура» намечены контуры идеи пассажирской , которая пока практически не применяется в этих целях (известны локальные пневмо-системы перемещения грузов); по приёмам «вынесения» и «локализации» из раздела «4.4 - Пространство» в предлагаемой пассажирской пневмо-транспортной системе (ППТС) источник энергии, требуемой системе, вынесен из движущейся капсулы в Надсистему ППТС, туда же вынесены и устройства управления движением капсулы;

4.5 – раздел «Условия и Параметры» включает приёмы разрешения противоречий: частично –капсула представляет собой только облегчённый корпус автомобиля; избыточно – взамен усложнена автодорога;согласовано – все подсистемы ППТС должны работать согласовано; динамично и управляемо – АСУТП динамично отслеживает и задаёт режимы всех подсистем ППТС; – все предполагаемые неполадки работы системы и каждой капсулы в пути, по возможности предусмотрены в программах АСУ и контролируются оператором на центральной станции управления ППТС; изоляция – трубы практически полностью изолируют движущиеся капсулы от подавляющего большинства неблагоприятных погодных явлений; противодействие – чтобы у пассажиров не возникала клаустрофобия, капсулы и верхняя половина трубы будут прозрачными (сделаны из упрочнённого полимера или композита); одноразовость – каждым конкретным пассажиром капсула используется только на время поездки, после его высадки в неё сядет для своего маршрута поездки другой пассажир; инверсия – в системах АСУТП и ППТС следует предусмотреть на станциях накопления капсул, которые часто используются пассажирами для высадки, переустановку капсул в трубу противоположного направления движения.

Шаг 5. Концепция: из сочетания подсказок всех разделов и более 15 подсказок-приёмов (более всего подсказок выбранов разделе4 «Структура», остальные 10-12 приёмов подкрепляли, уточняли и расширяли концепцию технического решения). Все вышерассмотренные идеи позволили представить в ФИПС заявку на патент со следующей формулой изобретения:

1. Транспортная система (ТрС), включающая корпус-салон средства перемещения, расположенный в трубопроводе и снабжённый сиденьями и дверями для пассажиров, отличающаяся тем, что содержит центр автоматического управления движением, через канал связи подключенный к компьютерам реверсивных воздушных компрессорных станций, которые последовательно по длине маршрута посредством своих стыковочных узлов и их шторок соединены с полостью трубопровода, создают и коммутируют движущие потоки воздуха в нём, при этом корпус-салон оборудован бортовым компьютером, включённым через указанный канал связи в единое информационное пространство ТрС, и конструктивно выполнен в виде прозрачной пустотелой цилиндрической, заострённой с переднего конца капсулы (рис. 1), имеющей впускные и выпускные регулируемые решётки, входную дверь-люк открываемую сдвигом внутрь-назад в области потолка, переднее и заднее регулируемые по высоте сидений и наклону спинок пассажирские кресла с пристежными ремнями, а так же позиционируемой при движении и остановках фиксаторами качения в пазах трубопровода, который собирается из прозрачных ударопрочных труб, содержащих аварийные люки с возможностью их открытия сдвигом вверх-в-бок, и размещается на опорах, приподнятых относительно поверхности земли.

Рис. 1 Транспортная труба (4) с капсулой (5): 6 – люк для посадки пассажиров; 7 – кресла для пассажиров; 8 – колёса

Рис. 2 Блок-схема ППТС. Здесь 1 – это блок АСУТП управления движением капсул 5 в трубопроводе 4. Управление идёт по каналу связи 2 путём активизации компрессорных станций 3

2. ТрС по п.1 (рис. 2), в которой центр автоматического управления распределяет зоны ответственности среди местных и региональных центров автоматического управления и объединяет их, а также остальных участников движения в единое информационное пространство.

3. ТрС по п.1 (рис. 3), в которой локальное управление движением конкретной капсулы на участке между двумя соседними компрессорными станциями передаётся компьютеру одной из них, назначенной ведущей.

4. ТрС по п.1, в которой расстояние между соседними компрессорными станциями определяется условиями создания необходимого коэффициента полезного действия для движения капсулы в рамках допустимых скоростей, с учётом рельефа местности и загрузки.

Рис. 3 Под действием давления капсула 5, наружный диаметр которой на 0,5-1 см меньше внутреннего диаметра трубы 4, движется, фиксируясь колёсами в пазах трубы

5. ТрС по п.1, в которой трубопроводы на вокзалах переключаются на нужные направления движения, или к посадочным платформам, посредством поворотных контактных устройств.

6. ТрС по п.5, в которой поворотное контактное устройство представляет собой отрезок трубы, который после заезда и остановки в нём капсулы, вращением в горизонтальной плоскости на 180 градусов соединяется с выбранной для продолжения маршрута веткой трубопровода.

7. ТрС по п.1, компрессорные станции которой содержат два стыковочных узла на каждой ветке проходящего трубопровода, обслуживающие её левые и правые каналы.

8. ТрС по п.7, в которой трубопровод состоит из двух веток встречного движения.

9. ТрС по п.7, в которой шторки стыковочных узлов закрываются и открываются механизмом управления, а также блокируются в закрытом состоянии соответствующими ловителями, по сигналам компьютера своей компрессорной станции.

10. ТрС по п.1, в которой бортовой компьютер капсулы имеет выход на канал связи, монитор и клавиатуру управления, транслирует в автоматическом режиме телеметрию движения, посылает запросы пассажира в центр управления движением, принимает от него текущую информацию, поддерживает интернет-вещание.

11. ТрС по п.10, в которой наряду с компьютером салон капсулы содержит необходимую периферию, как-то: микрофон, наушники, акустические системы, освещение, аккумулятор, а также имеет на потолочной части свето-поглощающее покрытие, например, вида «хамелеон».

12. ТрС по п.1, в которой впускная регулируемая вентиляционная решётка капсулы располагается в области её задней стенки, обрамлённой по периметру прорезиненной юбкой, а выпускная регулируемая вентиляционная решётка размещается на боковой передней поверхности.

13. ТрС по п.1, в которой капсулы, трубопроводы, а также их люки выполняются из полимерного соединения высокой прочности.

14. ТрС по п.13, в которой посадочные и аварийные люки выполняются конструктивно по типу «фонарь» и имеют уплотнители для герметизации в закрытом состоянии, а капсула оборудована аварийным тормозным устройством и аварийным мускульным приводом движения.

15. ТрС по п.1, в которой спинки кресел при необходимости складываются и обеспечивают, с применением пристежных ремней, размещение пассажира или груза в горизонтальном положении.

16. ТрС по п.1, в которой фиксаторы качения располагаются симметрично в углублениях на боковых цилиндрических поверхностях корпуса капсулы и выполняются прорезиненными и подпружиненными.

17. ТрС по п.1 или п. 16, в которой продольные пазы на внутренней поверхности трубопровода должны обеспечивать свободное движение в них фиксаторов качения.

18. ТрС по п.1 или п. 8, в которой трубопровод представляет две рядом расположенные параллельные ветки встречного движения, приподнятые на опорах над поверхностью земли.

3. ПРИМЕР ИЗОБРЕТАТЕЛЬСКОЙ СИТУАЦИИ

1. За последние 50 лет у двигателей автомобилей сни;ty в 2-3 раза расход бензина путём увеличения степени сжатия горючей смеси в их цилиндрах, при этом увеличилась температура горения с 900оС до 1200оС. Очистку выхлопных газов от несгоревшего топлива улучшили также применением Pt-катализатора. Повышение в камере сгорания температуры привело к тому, что недопустимо возросло в выхлопе содержание вредного окисла азота ON. Сейчас в патентном фонде ФИПС РФ много предложений по вводу в выхлопной тракт , мочевины и ещё одного катализатора для превращения окисла в азот по реакции: 4NH3 + 6NO =(kt1)=> 5N2 + 6H2O

и 6NO + 2СОN2Н4 (тв., мочевина) =(kt1)=> 5N2 + 2CO2 + 4H2O.

Это приводит к усложнению и удорожанию системы выхлопного тракта (СВТ) двигателя внутреннего сгорания (ДВС). Рассмотрим поиск решения по алгоритму генератора идей .

Поиск решения

2. Цель: очистить выхлопной газ от окисла азота NO, не усложняя тракт выхлопа. Зачем это надо: примесь газа NO в воздухе вредна для дыхания. Что мешает: Pt катализатор улучшает окисление в выхлопе СО и СхНуОz – продуктов неполного сгорания топлива, но не изменяет содержание NO, применение NН3-содержащего реактива усложняет систему выхлопного тракта.

3. ИКР: Само собой достигается в СВТ превращение NO в обычный N2 воздуха при вводе NН3-содержащего реактива без усложнения выхлопного тракта ДВС.

4.1 Улучшить очистку выхлопного газа от окисла азота NO.

4.2 Устранить усложнение выхлопного тракта при очистке от NO.

Технические противоречия:

4.4 Устранить в выхлопе NO можно восстановлением аммиаком, но недопустимо вводить реактив простым способом (в большом избытке), чтобы не выделять из СВТ вредный газ аммиак.

4.5 При высокой точности внесения в выхлопной тракт реактива (газа, жидкости или твёрдого тела), содержащего NН3 или другой восстановитель, нейтрализуется вред выхлопного газа (по NO / NН3), но решение недопустимо усложняет СВТ двигателя.

Выберем п. 4.2 – упростить выхлопной тракт ДВС.

5. Поиск идеи (используя 30 абстрактных изобретательских приёмов) :

5.1 Ресурсы компонентов системы:

5.1.1 ресурс энергии – выхлопной газ имеет температуру 200 - 500оС (он содержит до 70% химической энергии от сжигания бензина), надо бы как-то использовать эту энергию?

5.1.2 вещества – NO в выхлопе, окислитель, вредная примесь; смесь выхлопных газов содержит также СО, СхНуОz – восстановители, но не активные в отношении к NO. Выхлопной тракт СВТ включает трубу, блок с Pt катализатором, глушитель, блок ввода NН3-реагента, выходное отверстие трубы.

5.1.3 информация – имеем справочники восстановителей и окислителей с данными об их потенциалах, нужны также неизвестные данные о кинетике реакций между ними.

5.1.4 производные от этих ресурсов системы – например, вещества бывают присутствующие, отсутствующие и изменённые (в другом агрегатном или энергетически активированном состояниях) или разности энергий, или заменить вещество.

5.1.5 концентрация неких ресурсов, если она доступна и нужна.

5.2 Ресурсы времени:

5.2.1 заранее – требуется проектирование и установка в СВТ блока восстановления для превращения NO в N2.

5.2.2 после – естественно, после выхлопа из ДВС.

5.2.3 пауза – у ДВС при работе пауз нет, выброс газов непрерывен.

5.2.4 ускорить - скорость превращения NO в N2 должна соответствовать скорости выброса NO из ДВС, пока скорость распада NO слишком мала.

5.2.5 замедлить – здесь не нужно.

5.3 Ресурсы пространства:

5.3.1 другое измерение – части (блоки) системы тракта СВТ находятся последовательно в линии, расположить их иначе?

5.3.2 асимметрия – все части СВТ симметричны относительно оси потока выхлопных газов.

5.3.3 матрёшка – что-то в другое вставить: труба в трубе?

5.3.4 вынесение – блок подготовки реактива вынесен из линии потока – это усложняет СВТ.

5.3.5 локализация – расположение частей СВТ не способствует использованию ресурса восстановителя (С, СО, СхНуО) для устранения вредного NO, ввести катализатор этой реакции перед Pt-катализатором?

5.4 Ресурсы структуры:

5.4.1 искпючение – чтобы не усложнять СВТ, нужно убрать блок подготовки и ввода NН3-восстановителя /мочевины.

5.4.2 дробление – приём «матрёшка» подсказывает, что часть СВТ (труба?) где-то должна быть разделена, тогда одну трубу можно вставить в другую (по п.5.3.3 – матрёшка).

5.4.3 объединение – если иметь катализатор для реакции (использовать имеющиеся вещества) NO + CxHyO, CO =(kt2, t=300°C)=> N2 + CO2 + H2O

5.4.4 посредник – неизвестный катализатор (kt2)?

5.4.5 копия – не пригоден в СВТ?

5.5 Условия:

5.5.1 частично – если вводить NH3-реагент, то его надо 0,95 от точного количества.

5.5.2 избыточно – NH3 вредный, его избыток не желателен.

5.5.3 согласовано – ввод NH3-реагента согласовать с переменным объёмом или другим параметром выхлопного газа в СВТ.

5.5.4 динамично – означает изменять ввод количеств реагента.

5.5.5 управляемо – ввод NH3-реагента управляется объёмом выхлопа, переменой мощности ДВС.

5.6 Параметры:

5.6.1 вакцинация – приём подсказывает, что в СВТ должно быть средство против роста выброса NO – им мог быть катализатор (kt2) реакции между самими компонентами выхлопного газа в СВТ.

5.6.2 изоляция – такой катализатор (kt2) уменьшит вред выхлопа.

5.6.3 противодействие – намечаются 3 пути противодейстия вреду выхлопа:

1) добавить блок управляемого ввода NH3-реагента с достаточной точностью для очистки выхлопа;

2) подобрать катализатор реакции между компонентами выхлопа до реакции до-окисления на Pt-катализаторе;

3) поток выхлопа разделить на 2 потока, в одном потоке установить реагент и/или катализатор (kt3) превращения NO→NH3, потом эти потоки соединить на катализаторе kt2.

5.5.4 одноразовость – возможен ли твёрдый NH3-реагент, который производит очистку выхлопа от NO достаточно долго? Вводимые реагенты расходуются – они одноразовые.

5.5.5 инверсия – применение 1 вредного компонента выхлопа для очистки от 2-го по реакции: NO + CxHyO, CO=>... или вместо ввода в СВТ ДВС газа или жидкости (раствора NH3-реагента) ввести «NH3-реагент» в твёрдой форме, которая выдерживает Т в СВТ и быстро выделяет NH3 только при действии NO.

Возможные сочетания приёмов: все 3 пути (по приёму 5.6.3) используют из 5.1.1 Поле тепла СВТ для нейтрализации выхлопа и подготовку СВТ заранее по 5.2.1:

1-й путь – ввода NH3-реагента и добавление блока с катализатором по 5.2.4 опирается на сочетание приёмов 5.1.1 +5.1.2 +5.1.3 +5.5.1 +5.5.3 +5.6.1. Сущность изменений функции: 1) добавление блоков внешнего с реагентом и в линии СВТ блока ввода с катализатором (kt1) и управление вводом NH3-реагента согласовано с мощностью ДВС;

2) добавление в линию СВТ блока с катализатором реакции между компонентами выхлопа: NO + CxHyO, CO =(kt2)=>...;

3) дробление потока на два с помощью трубы в трубе (5.3.3), один поток не изменен, а во внешний поток вставлен блок с реагентом и kt3-катализом превращения NO +X =(kt3)=>NH3 …, далее 2 потока смешиваются для реакции NO +NH3 =(kt1)=>N2 +…

6. Концепции:

6.1 добавление в СВТ блоков внешнего с NH3-реагентом и в линии СВТ блока ввода с катализатором (kt1) реакции: NO +NH3 =(kt1)=>… при вводе NH3-реагента согласовано с мощностью ДВС;

6.2 добавление в линию СВТ блока с катализатором реакции между компонентами выхлопа по реакции: NO + CxHyO, CO =(kt2)=>... – состав и структура kt2 пока не известны (нужны исследования химиков);

6.3 дробление потока на два с помощью трубы в трубе, один поток не изменен, а в другом (внешнем) потоке вставлен блок с реагентом и катализатором превращения NO +X =(kt3)=>NH3 …, далее 2 потока смешиваются и происходит реакция: NO +NH3 =(kt1)=>N2 +… (нужен выбор Х).

6.4 ввести в линию СВТ блок с твёрдым NH3-источником Z, выделяющим NH3 ровно столько, сколько попало в блок NO, Z должен быть термоустойчив, чтобы не выделял NH3-избыток.

Оценка концепций:

6.1 - состоит в усложнении СВТ, и наиболее технически проработана (в ФИПС РФ имеется множество патентов, не рассмотрено усложнение СВТ путём введения обратной связи и не указан катализатор);

6.2 - наиболее простая СВТ и близкая к идеальному решению, но kt2 катализатор пока не отработан и неизвестен;

6.3 - промежуточная по сложности СВТ, но катализаторы kt2 и kt3 пока не разработаны и неизвестны (есть патент этого СВТ без описания катализаторов).

6.4 - в линию СВТ блок с твёрдым NH3-источником Z, устойчивым при температуре в СВТ и реагирующим только при наличии NO (Z пока не найден).

6.5 - Новые нерешенные задачи: необходима разработка катализаторов kt2 и kt3 (нужна помощь специалистов НИИ катализа РАН) и реагентов-нейтрализаторов Х или термоустойчивого Z - NH3-реагента(известны: мочевина Тразл~150°C, ацетилмочевина Тразл~250°C, ацетат мочевины Тразл~250°C, неизвестна термоустойчивость других производных – требуется до 500°C и выделение NH3при действииNO).

Разработана и предложена заявка на патент на пассажирскую пневмотранспортную систему (ППТС) с целью обеспечения безопасного движения в почти любых погодных условиях.

Рассмотрен пример поиска решения задачи с применениями окислительно-восстановительных реакций по нейтрализации газа в системе выхлопа двигателя внутреннего сгорания. Выявлены четыре возможных способа устранения NO из выхлопного газа, а патенты есть на два из этих способов. Для завершения решения требуются консультации специалистов по катализу и поиск термо-устойчивого твёрдого NH3-выделяющего реагента.

Отметим дополнительно, что широкий перевод автомобильного хозяйства на пневмотранспортную систему, позволяет в принципе снять проблему выхлопа любых газов.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

Альтшуллер изобретательства. Воронеж: Центр-чернозём. кн. изд-во, 1964. О прогнозировании развития ТС. Баку, 1975/ http://www. altshuller. ru/triz/zrts3.asp Альтшуллер Г., осемь мыслей о природе и технике // Шанс на приключение: сб. /сост. А. Селюцкий. Петрозаводск: Изд-во , 1991. резентация программы «Генератор идей». – URL: http://www/TRIZ-tigr. ru , Утёмов творчество: Методы конструирования новых идей: .- изд. 2-е. – Киров: Изд-во МЦИТО, 2014. – 114 с. , и др. Заявка на патент РФ 2011149865, опубл. 27.06.2013 и др. БД патентов по применениям химических эффектов: http://dace. ru (DatabaseApplyofChemicalEffects): новости (3000 реф.), БДХЭ (2250), статьи (10). Эвристика-3: метод. указания к решению химических задач / сост. . Чуваш. ун-т – Чебоксары: 2007, 116 с. и др. Основы теории систем и решения творческих технических задач – /В. Михайлов, А. Михайлов, Е. Андреев, В. Гальетов, В. Желтов. - Чебоксары: Изд. Чуваш. ун-та, 2012. С. 133-135, 156-199, 206-241, 255-284, 325-330. Михайлов эффекты в системе 40 изобретательских приёмов и после него //сб. Три поколения ТРИЗ – СПб: РА ТРИЗ. – 2014. С. 50-54. Малкин С., Михайлов решений творческих задач по алгоритму Генератора идей //там же. С. 55-57. Малкин С., Утёмов творческих задач по алгоритму ГИ для развития личности /ж-л Концепт http://e-concept. ru (2014 ноябрь, Киров), 7 с. , Желтов креативности в инженерном образовании / Инженерное образование – 17, 2015, с.68-75 , О применении ТРИЗ для решения экологических задач //сб. ТРИЗ-фест-2013, - СПб-Киев: МАТРИЗ, 2013, с.26-35. Михайлов изобретателю химические эффекты (пример очистки выхлопа от окиси азота) //сб. Три поколения ТРИЗ – СПб: РА ТРИЗ. – 2015. С.70-75. , Андреев транспортная система /сб. Дорожно-Транспортный Комплекс: состояние, проблемы и перспективы развития – Чебоксары: ВФ МАДИ-ГТУ, 2015. С. 134-141. , Андреев транспортная система – заявка РФ 2011149865, опубл. 27.06.2013, бюлл. 18.

Altshuller G. S. Invention bases. - Voronezh: Center chernozem. book publishing house, 1964./ru Altshuller G. S. About forecasting of development of the Technical systems. - Baku, 1975 /ru /http://www. altshuller. ru/triz/zrts3.asp Altshuller G., Rubin M. Eight thoughts of the nature and equipment. - In book: Chance of an adventure. Col. A. Selyutsky. Petrozavodsk: Publ. house Karelia, 1991. /ru Malkin of S. Presentation of the program Generator Ideas. - URL: http://www/TRIZ-tigr. ru Mikhailov V. A., Gorev P. M., Utyomov V. V. Scientific creativity: Methods of designing of new ideas: manual. - prod. the 2nd. - Kirov: Publ. house of MTsITO, 2014. – 114 pages. /ru Nikitin A., Mikhailov V., Andreev E. - Clain for patent RU2011149865 (publ. 27.06.2013). Mikhailov V. A. &Alls Date basa Apply of patents on Chemical Effects / http://dace. ru Evristica-3: manual to solution of chemical tascs / Mikhailov V. A., ChuvSU, 2007. 116 p. /ru Mikhailov V. A. &Alls Technical system basis and solution of creative technical tascs -/V. Mikhailov, A. Mikhailov, E. Andreev, V. Galyetov, V. Zheltov– Cheboksary: ChuvSU, 2012. P. 133-135, 156-284, 325-330. /ru Mikhailov V. A. Chemical effects in 40 key G. Altshuller and later on him. //coll. Three generation of TRIZ – Sankt-Peterburg: RATRIZ, 2014. P.50-54. /ru Malkin S., Mikhailov V. Search a creative task solution by generator idea algorithm /ibid. p. 55. /ru Malkin S., Mikhailov V., Utemov V. The creative task solution for personal progress /internet journal KONCEPT – november 2014, Kirov: http://e-koncept. ru ,7 p. /ru Mikhailov V., Mikhailov A., Zheltov V. Creative elements in engineer education //Engeneering Education (Novosibirsk) – 17, 2015. P. 68-75. /ru Andreev E., Mikhailov V., Filichev S. On the application of TRIZ for solution of ecological problems. – SPb-Kiev: MATRIZ-SPbSTU, 2013. P.26-35. /eng/rus Mikhailov V. A. Help to inventor the Chemical Effects // coll. Three generation of TRIZ – Sankt-Peterburg: RATRIZ, 2015. P. 70-75. /Rus/ Nikitin A. I., Mikhailov V. A., Andreev E. D. Passenger-and-freight transport system //coll. Road and transport Complex: a state, problems and prospects of development – Cheboksary: VF MADI-GTU, 2015. Page 134-141. /rus. Nikitin A. I., Mikhailov V. A., Andreev E. D., Andreev A. R. Passenger-and-freight transport system Clain RU 2011149865, publ. 27.06.2013. N 18.

Основные понятия классической ТРИЗ, в том числе, противоречия, были определены еще в книгах Г.С. Альтшуллера и с тех пор не подвергались серьезной ревизии и уточнению.

Сегодня ТРИЗ применяется не только в сфере развития технических систем, но и в других сферах человеческой деятельности, в частности, в сферы развития информационных и бизнес-систем. Для успешного применения ТРИЗ в этих сферах требуется согласование понятий, в том числе, противоречий, с понятиями, которые используются специалистами по информационным и бизнес-системам.

Сегодня уже предпринимаются попытки, например, в , провести такую ревизию понятий. Однако пока не решены некоторые проблемы, в том числе,

1. Плохо определена связь между административным и техническим противоречием.
2. Нет единой модели, описывающей разные виды противоречий, в частности, как соотносится противоречие альтернативных систем с техническим и физическим противоречиями.
3. Наименования и структура видов противоречий плохо подходят для использования в других (не-технических) областях.

В данной статье предлагается общая схема понятия противоречий, в которой устранены указанные недостатки.

Требования и ограничения

Понятие «требование» является одним из ключевых в инженерной деятельности. Пожалуй, наиболее зрелые технологии управления требованиями сегодня используются в таких сферах, как системная инженерия и инженерия программного обеспечения .

В системной инженерии сегодня принято различать 2 уровня требований:

1. Система рассматривается в виде «чёрного ящика». Требования к системе описывают, что от системы хотят ее стейкхолдеры, а также что необходимо надсистеме, в которую входит рассматриваемая система. Такого рода требования называются требованиями стейкхолдеров .
2. Система рассматривается в виде «прозрачного ящика» на различных стадиях жизненного цикла. Соответственно, такие требования включают предположения о том, как система должна быть устроена (состав и структура системы), а также как она должна себя вести (функционирование системы). Такого рода требования называются системными требованиями .

Очевидно, что системные требования связаны с требованиями стейкхолдеров. По сути, системные требования описывают способы, посредством которых в системе должны реализовываться требования стейкхолдеров.

Особый вид требований в системной инженерии – это ограничения, которым должна удовлетворять система. Широко применяемое в ТРИЗ понятие «нежелательный эффект» полностью соответствует понятию «ограничение».

Пример. Компания «К» внедрила систему электронного документооборота. Данная система позволила планировать сроки обработки и длительность маршрута каждого документа в подразделениях компании «К». Для этого в компании «К» для каждого вида документа установлены нормативные сроки его обработки в подразделении.
Однако в деятельности компании «К» присутствуют документы, которые поступают от внешних контрагентов «А» (накладные, счета и т.п.), а также документы, маршрут обработки которых предполагает их передачу контрагентам «А» и последующий возврат в компанию «К» (коммерческие предложения, договоры, проектная документация и т.п.).
Одно из возможных решений – это согласование с контрагентами «А» для определенных видов документов нормативных сроков их обработки у контрагента. Но не все контрагенты согласны такие нормативы устанавливать и соблюдать. В некоторых случаях согласование нормативов невозможно из-за сроков или по каким-либо другим причинам.

В приведенном выше примере можно выделить следующие требования стейкхолдеров:

1. Руководство компании «К» хочет, чтобы в системе документооборота устанавливались сроки и маршруты обработки каждого документа.
2. Руководство контрагента «А» хочет, чтобы документы компании «К» обрабатывались без нормативов.

Системные требования :
(СТ1) Для каждого вида документа и каждого вида обработки в подразделениях компании «К» должны быть установлены сроки выполнения.

Системное ограничение :
(СО1) Для документов, обрабатываемы контрагентами «А», сроки выполнения обработки документов у контрагента неизвестны.

Общая схема противоречий

Административное противоречие

Известно следующее определение административного противоречия (АП): «нужно что-то сделать, а как сделать – неизвестно…» .

В рамках предлагаемой схемы АП может быть представлено как требование и неизвестный (или не определенный) способ его выполнения. Схема административного противоречия представлена на следующем рисунке.

Из представленной схемы следует, что АП описывает неопределенную изобретательскую ситуацию. Для ее уточнения и выявления противоречия необходимо выбрать известный способ выполнения требования.

Например, в приведенном выше примере требование СТ1 (для каждого вида документа и каждого вида обработки в подразделениях компании «К» должны быть установлены сроки выполнения) не может быть реализовано, для случая, когда документ обрабатывается контрагентом. В этом случае имеет место ограничение СО1 (для документов, обрабатываемы контрагентами «А», сроки выполнения обработки документов у контрагента неизвестны).

В рассматриваемом примере административное противоречие может быть определено следующим образом:

Как реализовать требование СТ2 (в системе документооборота нужно установить в нормативный срок обработки документа у контрагента «А»)?

Техническое противоречие

В ТРИЗ техническое противоречие (ТП) определено как …взаимодействия в системе, состоящие, например, в том, что полезное действие вызывает одновременно и вредное. Или – введение (усиление) полезного действия, либо устранение (ослабление) вредного действия вызывает ухудшение (в частности, недопустимое усложнение) одной из частей системы или всей системы в целом .

В рамках предлагаемой схемы ТП может быть представлено следующим образом: известный способ (или его изменение) приводит к возникновению противоречия между 2-мя требованиями. Схема ТП представлена на следующем рисунке.

Из схемы следует, что ТП описывает отношение между способом и противоречивыми требованиями. Соответственно, мы можем использовать для обозначения данной структуры термин «противоречие требований». Данный термин уже используют М. Рубин и В. Кияев в .

Пример. Для реализации требования СТ2 (в системе документооборота нужно установить в нормативный срок обработки документа у контрагента «А») можно использовать следующий известный способ: согласовать с контрагентом «А» нормативный срок обработки документа. Однако использование данного способа нарушит одно из требований стейкхолдеров (руководство контрагента «А» хочет, чтобы документы компании «К» обрабатывались без нормативов).
В этом случае мы получаем противоречие:
Если
согласовать нормативные сроки обработки документов с контрагентом «А»,
То
(+) мы сможем реализовать требование СТ1 (в системе документооборота нужно установить в нормативный срок обработки документа у контрагента «А»),
Но
(-) не реализуем требование стейкхолдера (руководство контрагента «А» хочет, чтобы документы компании «К» обрабатывались без нормативов).

Разделение противоречия на ТП1 и ТП2 в АРИЗ в рамках предлагаемой схемы противоречий представляет собой операцию со способом: изменение способа порождает ТП1, не изменение способа – ТП2. В частном случае, это может быть использование и не использование известного способа.

Например, в системе документооборота ТП1 может быть сформулировано так, как указано выше, а ТП2 – следующим образом:
Если
Не согласовать нормативные сроки обработки документов с контрагентом «А»,
То
i>(+) мы обеспечиваем реализацию требования стейкхолдера (руководство контрагента «А» хочет, чтобы документы компании «К» обрабатывались без нормативов).
Но
(-) мы не сможем реализовать требование СТ1 (в системе документооборота нужно установить в нормативный срок обработки документа у контрагента «А»).

Противоречие альтернативных систем

Понятие альтернативного технического противоречия (АТП) или противоречия альтернативных систем предложено В. Герасимовым и С. Литвиным в методе объединения альтернативных систем в надсистему, описанном в . В соответствии с этим методом пара технических противоречий формулируется в соответствии со следующим шаблоном :

АТП1 : Если система реализована в виде базовой системы, то ее достоинством является (указать), но при этом имеется недостаток (указать).
АТП2 : Если система реализована в виде (указать название альтернативной системы), то ее достоинством является (указать устраненный недостаток базовой системы), но при этом имеется недостаток (указать).

В рамках предлагаемой схемы альтернативное техническое противоречие (АТП) может быть представлено следующим образом.

В ТРИЗ физическое противоречие (ФП) определено следующим образом:
… часть рассматриваемой системы должна находиться в таком-то физическом состоянии, чтобы удовлетворять одному требованию задачи, и должна находиться в противоположном состоянии, чтобы удовлетворять другому требованию задачи .

М. Рубин и В. Кияев в предложили новое наименование для ФП – противоречие свойств (ПС). Их определение выглядит так:
формулировка противоположного состояния того или иного свойства одного элемента системы, необходимое для реализации противоположенных требований к системе.

Другими словами, для определения ФП (ПС) необходимо выделить элемент, который должен обладать противоположными свойствами, чтобы удовлетворить противоречивым требованиям. Очевидно, что объект с противоположными свойствами – это элемент, который входит в состав способа, который был выбран в АП и рассматривался в ТП.

В рамках предлагаемой схемы ФП (ПС) может быть представлено следующим образом:

Например, в противоречии, сформулированном для системы документооборота, мы рассматриваем способ (согласовать нормативные сроки обработки документов с контрагентом «А»). Объект, который лежит в основе противоречия – это срок обработки документа у контрагента «А».

Соответственно, противоречие свойств можно сформулировать следующим образом:
нормативный срок должен быть установлен , чтобы мы сможем реализовать требование СТ1 (в системе документооборота нужно установить в нормативный срок обработки документа у контрагента «А»),
И
нормативный срок не должен быть установлен , чтобы мы смогли реализовать требование стейкхолдера (руководство контрагента «А» хочет, чтобы документы компании «К» обрабатывались без нормативов).

В случае АТП элемент является частью способа, реализованного в базовой системе.

Заключение

Предлагаемая общая схема противоречия отличается от существующих в ТРИЗ определений тем, что для описания противоречия используются понятия «требование» и «способ реализации требований».

Использование в схеме противоречия способа реализации требований позволяет установить связь между административным и техническим противоречием. На уровне административного противоречия нам не известен (либо не выбран) способ реализации требования. Выбирая способ, решатель переходит от административного к техническому противоречию (противоречию требований). Затем, выбирая элемент способа, решатель переходит от ТП (противоречия требований) к ФП (противоречию свойств).

Использование в структуре модели противоречия требований позволяет интегрировать ТРИЗ с достаточно развитыми в различных сферах деятельности технологиями управления требованиями. В перспективе данная схема противоречий и методы работы с ними могут быть интегрированы в системы управления требованиями (RMS) .

Литература

1. Рубин М.С., Кияев В.И. Основы ТРИЗ и инновации. Применение ТРИЗ в программных и информационных системах: Учебное пособие. 2013.
2. ISO/IEC 15288:2002. System Engineering. System Life-Cycle Processes.
3. Software Engineering Body of Knowledge, IEEE, 2004
4. Альтшуллер Г.С. Найти идею, Введение в теорию решения изобретательских задач, Петрозаводск, Скандинавия, 2003
5. Альтшуллер Г.С. АРИЗ – значит победа. В сб. Правила игры без правил / Сост.: А.Б. Селюцкий, Петрозаводск, Карелия, 1989.
6. Альтшуллер Г.С. Алгоритм решения изобретательских задач АРИЗ-85В. 1985.
7. Герасимов В.М., Литвин С.С. Зачем технике плюрализм? Развитие альтернативных технических систем путем их объединения в надсистему. Ленинград. Журнал ТРИЗ, №1, 1990.
8. Альтшуллер Г.С., Селюцкий А.Б. Крылья для Икара. Как решать изобретательские задачи. Петрозаводск, Карелия, 1980.

Cтраница 1

Техническое противоречие (ТП) представляет собой конфликт двух частей системы; для перехода к ФП необходимо выделить одну часть, а в этой части - одну зону, к физическому состоянию которой предъявляются взаимопротиворечивые требования.  

Техническое противоречие здесь уже указано: охлаждающая способность дырчатого полировальника вступает в конфликт с его способностью полировать стекло.  

Техническое противоречие: часто греть линию - потребители то и дело будут оставаться без тока, редко греть линию - повысится опасность обледенения.  

Техническое противоречие - сказал один инженер. Точные винты дороги, нарезка быстро портится...  

Иногда техническое противоречие, содержащееся в задаче, отчетливо видно. Таковы, например, задачи, решение которых обычными путями наталкивается на недопустимое увеличение веса. Иногда противоречие незаметно, оно как бы растворено в условиях задачи.  

Техническими противоречиями (ТП) называют такие взаимодействия в системе, когда положительное действие одновременно вызывает и негативное действие; или если введение / усиление положительного действия, либо устранение / ослабление негативного действия вызывает ухудшение (в частности, недопустимое усложнение) одной из частей системы или всей системы в целом.  

Возникает техническое противоречие - подытожил директор.  

Выявление технического противоречия и результаты анализа его специфических особенностей приводят к постановке технической задачи, то есть к формулировке условий для достижения поставленной цели. В ее структуре выделяют указание на достигаемый результат, условия функционирования разрабатываемого технического средства и осуществления решения.  

Многочисленные примеры технических противоречий приводит Фридрих Энгельс в статье История винтовки. В сущности, вся эта статья представляет собой анализ внутренних противоречий, определяющих историческое развитие винтовки.  

Задачи с техническими противоречиями, легко преодолеваемыми с помощью способов, известных применительно к родственным системам. Например, задача, относящаяся к токарным станкам, решена приемом, уже используемым в станках фрезерных или сверлильных. Меняется (да и то частично) только один элемент системы.  

Это яркий пример технического противоречия: попытка улучшить какое-либо свойство машины вступает в конфликт с другим ее свойством.  

Для устранения этого технического противоречия предложено создавать в рабочем растворе преимущественную концентрацию ПАВ у поверхности обрабатываемых изделий путем их инъекции в область обработки. Лучшие результаты получаются, когда инъекция производится нанесением ПАВ на поверхность изделий перед их обработкой. Этот способ улучшает обработку крупных изделий, так как увеличивается зона ультразвукового воздействия, и деталей, имеющих капиллярные каналы, поскольку улучшаются условия развития кавитации в каналах по сравнению со всем остальным объемом жидкости в ванне.  

Ясное представление о техническом противоречии и его, так сказать, внутренней механике позволяет в ряде случаев уже на этом этапе прийти к изобретению. Конечно, тут важную роль играет вся предыдущая обработка задачи, в ходе которой гасится инерция мышления и появляется готовность к восприятию самых неожиданных идей. Бывает, однако, и так, что противоречие выявлено, причины противоречия установлены, а пути устранения противоречия по-прежнему не ясны. Начинается четвертая, оперативная стадия творческого процесса.