Микростандарты мышления. Инструменты ТРИЗ в эпоху искусственного интеллекта
- -
- 100%
- +
Не надо изобретать, в этом мире все уже изобретено!
© Лев Хатевич Певзнер, 2026
ISBN 978-5-0069-2442-0
Создано в интеллектуальной издательской системе Ridero
От автора
Генрих Саулович Альтшуллер говорил, что все тризовцы проходят один и тот же путь. Сначала они изучают то, что уже сделано, потом начинают преподавать ТРИЗ, а затем обязательно начинают самостоятельные исследования в ТРИЗ. Зачем? Да все очень просто. ТРИЗ наука молодая, и в ней очень много «белых пятен». Как только ты начинаешь преподавать, ты сталкиваешься с тем, что то одно, то другое, то третье не изучено и не описано. И тогда сразу возникает потребность проводить собственные исследования. Так начал исследования и я. Собственно говоря, исследования начались с нового приема, который появился у меня на кухне в Екатеринбурге. В гостях у меня сидел мастер ТРИЗ Леня Каплан, который прилетел в командировку, а моя семья куда-то уехала. Мы сидели на кухне и травили интересные истории. И тут Леня рассказал интересную историю о сборке плунжерной пары танкового двигателя, которую придумали советские конструкторы для танка Т-34. Я тут же привел несколько примеров задач-аналогов. Так появился новый прием, который не вписывался в общую систему 40 приемов. Но самое интересное – стало понятно, что появилась возможность рекомендовать для узко определенного противоречия конкретные и инструментальные рекомендации ответов. Но как назвать новый инструмент? Название придумал Борис Злотин. Когда я рассказал ему идею нового инструмента, он сказал: «На стандарт не тянет – наверное, МИКРОСТАНДАРТ». Так и появилось название нового инструмента. И первым микростандартом стал «Селективный выбор». Несколько позднее я предложил концепцию использования системы микростандартов для создания софтвера для решения задач /1/. В то время реализация этой концепции опережала время (как выяснилось почти на 40 лет!), но сейчас, с появлением ИИ это стало возможным.
Благодарности
Я признателен своему гуру – Г. С. Альтшуллеру за многолетнее сотрудничество, дружбу, переписку и поддержку в трудное время. Его живой пример преданности своему Делу не раз поддерживал меня, и не давал отступать.
Я благодарен моему другу и учителю Борису Злотину, помогавшему мне последние 30 лет в моей работе и его верной спутнице Алле Зусман.
Немалый вклад в мое становление как тризовца внесли В. Петров, В. Герасимов, В. Митрофанов, С. Литвин, Ю. Ступникер, И. Викентьев, В. Просяник, В. Ладошкин, Л. Кожевникова и многие другие тризовцы.
Отдельная благодарность Л. Каплану, благодаря помощи которого был создан такой инструмент как микростандарты.
Введение. Что такое микростандарты
Говорят, что все актеры играют штампами, и хороший актёр отличается от плохого тем, что у плохого актера 4 штампа, а у хорошего – 400.
Штамп в профессии – это аналогия, которую использует человек, чтобы не решать проблему с нуля, а воспользоваться своим старым опытом и использовать его в новой ситуации. Так и в изобретательстве – чем больше различных стандартных ситуаций знает человек, тем быстрее он может найти решение по аналогии одной из ситуаций из своего опыта.
Например, перед моим коллегой в Уральском НИИ черных металлов стояла задача: необходимо смешать порошок поливинилового спирта и воду. Обычное перемешивание ничего не дает, поскольку эти две субстанции не смешиваются, и он несколько лет бился над этой проблемой.
Когда он обратился ко мне, я сказал:
– Так примени ультразвук!
Мы зашли в соседнюю лабораторию, где была такая установка, и через 15 минут получили гомогенную суспензию, чего он добивался несколько лет.
Я гений?
Совсем нет, просто я знал решение другой задачи, где смешивали две несмешиваемые жидкости – воду и керосин, и другой задачи, где смешивали порошок и жидкость. У меня была близкая аналогия, и оставалось только проверить, что она сработает.
Новый инструмент, который я предложил в конце 1980-х годов – микростандарты – модели задач-аналогов, позволяет сразу рекомендовать возможное решение, минуя длительный анализ.
Казалось бы, все просто – давайте соберем большой фонд задач-аналогов и будет нам счастье. Эти попытки осуществлялись в 1970-1980-х годах, когда Г. С. Альтшуллер и другие тризовцы рассылали друг другу списки задач-аналогов. Они упоминаются в ранних версиях АРИЗ, но широкого распространения этот инструмент не получил. Проблема в том, что задача-аналог охватывает очень узкий круг задач. И было совершенно непонятно, как из огромного множества аналогов найти нужный.
В чем сила и слабость системы микростандартов (МКС).
Человек мыслит аналогиями.
Но аналогии можно искать по-разному: опираясь на очень общие модели, охватывающие большие группы задач (например, на принципы или законы развития технических систем), либо на максимально близкие совпадения – как в случае задач-аналогов.
В первом случае аналогия применима к широкому классу задач, но её трудно заметить и ещё труднее использовать в конкретной ситуации – далеко не каждый сможет найти подходящее решение. Во втором случае – круг решаемых задач сильно ограничен, но зато аналогия настолько четко указывает путь к решению, что пройти мимо практически невозможно. В таких ситуациях с задачей справится даже средний инженер.
Однако у «второго пути» долгое время существовала серьёзная проблема. Чтобы уверенно решать большинство изобретательских задач, необходимо иметь доступ к большому массиву микростандартов. Возникал вопрос: как среди них быстро находить нужный микростандарт, который даст близкую и полезную аналогию?
Именно поэтому, до появления ИИ использование микростандартов было крайне ограничено из-за сложности поиска нужного микростандарта, который даст близкую аналогию к решаемой проблеме. В самом деле, ведь таких моделей тысячи, а может десятки тысяч. И непонятно как искать.
ИИ, если выражаться образно, позволяет перейти от «ручного» поиска аналога к «промышленному перебору вариантов», подобно тому, как в свое время был выполнен переход от ручной промывки золота, когда старатель идет по золотой жиле, к использованию драги, которая просто обрабатывает весь массив.
В настоящее время ИИ может искать решения через аналоги среди миллионов статей в Интернете, как относящихся к теме, так и далеких от нее. Это и хорошо, и плохо. Хорошо – потому что поиск охватывает огромные массивы информации. Плохо – потому что много мусора приносит, да еще «фантазирует», придумывая несуществующие аналогии.
Итак, ИИ может искать задачи-аналоги просто в Интернете, но опыт показывает, что ИИ дает очень большой разброс в предложениях, зато эффективность поиска многократно вырастает, если он целенаправленно будет искать аналоги в базе микростандартов, которую могут создать тризовцы. Ведь в нее войдут наиболее эффективные решения с наиболее сильными примерами!
Сильной стороной такого подхода является то, что эта база – открытое множество, которое может постоянно пополняться, и неограниченно расширяться. И с каждым пополнением база будет укрепляться и становиться сильнее. А для ИИ перебрать несколько тысяч, или несколько десятков тысяч микростандартов не представляет никакой сложности.
Работа началась с формулирования микростандартов в технике, но очень скоро выяснилось, что такой подход может быть эффективен не только для решения технических задач, но и для решения бизнес-проблем, разрешения конфликтных и психологических ситуаций. Ведь аналогиями человек пользуется во всех сферах. А значит появилась возможность создания целого веера технологий на базе микростандартов, основанных на использовании ИИ.
В этой книге Вам предлагается возможность познакомиться с несколькими группами наиболее интересных микростандартов – моделей задач-аналогов, работающими в разных областях человеческих знаний. А в конце книги я расскажу о своих представлениях, как можно создавать такие базы знаний и об инструменты для их получения.
Глава 1. МИКРОСТАНДАРТЫ В ТЕХНИКЕ
В этой главе мы познакомимся с новым инструментом и рассмотрим его на примере 17 микростандартов, которые мне показались наиболее интересными и которые могут быть полезны Вам для решения задач уже сейчас.
1.1. Селективный выбор
Во время Второй Мировой войны советским конструкторам удалось осуществить то, что не смогли сделать немецкие конструкторы. Они сделали компактный дизельный двигатель для танков. Основной проблемой при создании такого двигателя была необходимость изготавливать плунжерную пару для двигателя с высокой точностью. Такого оборудования в 1940-х годах не было ни у немцев, ни у русских. Так как же решили проблему советские инженеры?
Рис. 1. Плунжерная пара
Это был один из самых больших технических секретов, который охранялся как военная тайна. Советские инженеры, как и немецкие, не могли добиться требуемой точности изготовления деталей плунжерной пары на станках того времени. Они нашли обходной путь – из большого числа деталей рабочие подбирали пару так, что зазор в паре был достаточно маленьким, и обеспечивал эффективную работу двигателя.
МКС. Если есть противоречие между требованиями высокой точности изготовления деталей (что важно для сборки или использования изделия) и невозможностью обеспечить эту точность на имеющемся оборудовании, то при массовом производстве это противоречие может быть разрешено в надсистеме. Изготовленные, хоть и с недостаточной точностью, детали рассортировываются по группам отклонения от номинального размера, а в дальнейшем, при сборке или использовании эта точность достигается подбором элементов из нужных групп.
Пример 1
В 1970-1980-х годах, при сборке радиоприборов, в частности каскадов выходных усилителей мощности, высокое качество прибора обеспечивали подбором транзисторов, которые рассортированы по группам, в соответствии со своими параметрами.
Пример 2
Во время Второй Мировой войны в СССР изготавливать артиллерийские снаряды точно по весу не удавалось, а вес существенно влиял на точность стрельбы. Поэтому снаряды маркировались по группам черточками, а при ведении точных стрельб выбирались снаряды из одной группы.
Пример 3
При изготовлении роликоподшипников на Государственном подшипниковом заводе №6 (Екатеринбург, Россия) требовалось обеспечить точность зазора 2 микрона между кольцами и роликами. Но оборудование не обеспечивало такую точность изготовления, как колец, так и роликов. На практике ее и не достигали. Просто кольца и ролики рассортировывали по группам отклонения от номинала, что и обеспечивало требование к точности при сборке сопряженной пары1.
Пример 4
Чтобы обеспечить высокую точность балансировки турбины, лопатки, устанавливаемые на противоположных сторонах ротора, подбирают парами.
Рис. 2. Газовая турбина
Пример 5.
Обувь в магазинах расставлена по размерам, но каждый подбирает в рамках размера ту пару, которая лучше подходит к его ноге.
Пример 6.
Жесткость пружин для амортизаторов на автомобилях при изготовлении получается существенно различающейся. Чтобы избежать перекоса, пружины рассортировывают на две группы и маркируют, а при сборке берут пружины из одной группы и устанавливают на противоположных сторонах.
Пример 7
При рафинировании, заготовку – медный анод – отливают из черной меди с точностью по толщине ± 4 мм. Из-за этого в ванну, куда устанавливают сразу по 24 анода, попадают аноды разной толщины. В конце процесса электролиза оказывается, что часть анодов уже полностью растворена, а другая остается достаточно массивной. Все остатки анодов одновременно отправляются в переплав, что вызывает дополнительные затраты на переплавку. Задача повышения точности разливки крайне сложна, но есть простой выход – рассортировать аноды по толщинам и помещать в ванну аноды одной толщины2.
Рис. 3. Разливка анодов. Медные аноды на складе
1.2. Работать цугом
Если при сварке толстых листов металла дать мощный электрический ток (источник питания позволяет), то в зоне контакта с дугой свариваемый металл будет кипеть и испаряться. Разумеется, это не устраивает. Вот и приходится формировать шов за несколько проходов, последовательно накладывая несколько слоев металла ряд за рядом. В результате резко снижается производительность. Где же выход?
Предлагается осуществить сварку несколькими электродами, расположенными один за другим. Каждый электрод подводит строго дозированное (допустимое) количество энергии, но теперь за один проход инструмента накладывается сразу несколько швов. Противоречие разрешено – металл не испаряется и производительность высокая.
МКС. Если мощность системы позволяет за один раз обеспечить выполнение всего процесса, однако по технологическим условиям (чтобы не повредить изделие) рабочий орган может обеспечить лишь частичное, ограниченное действие, используя лишь небольшую часть мощности, то решение состоит в том, что рабочие органы, выполняющие технологический процесс, устанавливаются на единой раме с небольшим интервалом. Тогда они работают «цугом», то есть одновременно все, но каждый – в своей оперативной зоне. При этом оперативные зоны находятся близко друг от друга, и работа в них идет одновременно.
Замечание. Вместо одной большой оперативной зоны, создается несколько небольших оперативных зон с последовательным для каждой зоны, но одновременным для всей системы действием.
Пример 1
Крестьянская лошадка могла тащить только один небольшой плуг с одним лемехом, который переворачивал пласт земли нужного размера. То есть происходила вспашка на заданную глубину. Современный трактор может перевернуть огромный пласт, да так, что не только плодородный слой перевернет, но и глину выворотит. В результате – не вспашка, а порча земли. Если же установить обычный лошадиный плуг, то тогда вспашка будет правильной, но трактор будет использовать малую часть своей мощности, и мы потеряем производительность. Решение, как известно простое – трактор тащит раму, на которой установлено много рабочих элементов, каждый из которых обеспечивает заданное дозированное действие в оперативной зоне. Причем установлены они не параллельно, а с небольшим сдвигом друг относительно друга – «цугом». Этим обеспечивается то, что каждый плуг не влияет на работу соседних.
Рис. 4. Лошадь тянет один плуг, на тракторе установлено на раме несколько плугов со сдвигом
Пример 2
На Нижнетагильском металлургическом комбинате нам встретилась следующая задача: после наплавки рабочей поверхности прокатного валка, ее обрабатывают на токарном станке резцом. Необходимо срезать слой около 5 мм. Мощность станка достаточно велика, чтобы срезать такой слой за один проход. Однако после наплавки поверхностный слой металла настолько твердый, что если попытаться срезать весь необходимый слой металла за один раз, то резец будет быстро нагреваться и выходить из строя. Вот и приходится осуществлять обработку за несколько проходов, срезая каждый раз по 1—2 мм. Естественно, производительность падает. Как быть?
Как легко убедиться, налицо стандартное противоречие, поэтому и решение было предложено стандартное – на суппорт установить несколько резцов, работающих «цугом». Именно такое решение и принял задачедатель.
1.3. Высокий старт
В 1941 году, после множества неудачных попыток захватить хорошо вооруженный остров Осмуссаар на пути к Ленинграду, фашисты решили высадить десант на соседний остров Вормси. Снаряды батарей, расположенных на Осмуссаар, лишь немного не доставали до вражеских десантных кораблей. Как увеличить дальность полета снарядов, как дать им дополнительную энергию? На помощь пришла изобретательность одного из офицеров. Он предложил повысить температуру в погребе с боеприпасами. Рискованно? Да! Но другого выхода не было. Снаряды нагрели до 30 градусов Цельсия. Увеличив начальную температуру пороха, советские воины повысили уровень энергии сгорания. Дальнобойность орудий увеличилась. Большинство из десантных кораблей врага было потоплено, попытка захвата острова провалилась /2/.
МКС. Если энергии исходного процесса недостаточно, чтобы достичь необходимых результатов, то необходимо повысить стартовые параметры системы так, чтобы обеспечить выполнение задачи, в частности:
– если процесс связан с выделением тепла и его недостаточно для получения результата, надо предварительно нагреть вещества, участвующие в процессе;
– если не хватает кинетической энергии для получения требуемой скорости – необходимо создать исходные начальные условия для ее получения (повышенная потенциальная энергия, дополнительная кинетическая энергия и т. д).
Пример 1
Энергии сгорания газа недостаточно, чтобы нагреть металл в мартеновской печи до требуемой температуры, поэтому часть газа сжигают заранее, и за счет его тепла подогревают воздух и газ, которые затем сжигаются в печи, обеспечивая более высокую температуру, что дает нужный энергетический режим.
Пример 2
Идея создания космодрома на море связана с тем, чтобы максимально использовать скорость вращения Земли. Чем ближе располагается космодром к экватору, тем в большей степени скорость вращения Земли помогает ракете-носителю вывести корабль на орбиту. Именно поэтому, космодром США располагается на юге Флориды, в самой южной точке континентальных США.
Создание морской платформы для запуска космических аппаратов прямо с экватора позволяет при старте на восток получить дополнительную начальную скорость – около 465 м/с. Это существенно увеличивает массу полезной нагрузки по сравнению с запуском, например, с российского космодрома Байконур.
Рис. 5. Морской старт
Пример 3
Во время Второй Мировой войны большинство самолетов имели приблизительно равные скоростные характеристики. Но во время воздушного боя именно скорость позволяла так маневрировать, чтобы обеспечить эффективную атаку врага. Советский воздушный ас Александр Иванович Покрышкин разработал свою знаменитую формулу успеха в воздушном бою – «высота, скорость, маневр, атака!
Он старался набрать высоту, потом пикированием, набирал скорость за счет потенциальной энергии, и после маневра атаковал врага.
Рис. 6. Формула А. И. Покрышкина «Высота, скорость, маневр, атака»
Пример 4
Компания Virgin Orbit использует коммерческие самолеты Боинг 747—400 в качестве «корабля-матки» для запуска малых искусственных спутников. Самолёт получил название Cosmic Girl. Этот самолет используется в качестве воздушной платформы для отправки небольших полезных нагрузок на орбиту с помощью ракет LauncherOne.
Ракеты LauncherOne крепятся под левым крылом самолета и, когда он достигает достаточной высоты, ракеты отделяются, запускают двигатель и уходят в космос.
Рис. 7. Боинг 747—400 в качестве корабля-матки для запуска малых спутников
Предложенная схема запуска спутников позволит компании направить на орбиту 200 килограмм полезной нагрузки при стоимости менее $10 миллионов.
1.4. Сигнал – отсутствие сигнала
Огюст Пиккар построил батискаф – аппарат для погружения на большие глубины. Но как поднять батискаф, если авария произошла на большой глубине и управление потеряно? Для обеспечения безопасности была разработана специальная система аварийного всплытия. Аварийный балласт подвешивается на раскрывающихся замках. Замки удерживаются в закрытом состоянии электромагнитами, и для сброса балласта было достаточно отключить электрический ток. Аналогичное крепление использовалось и для аккумуляторных батарей и гайдропа.
Гайдроп предназначен для уменьшения скорости спуска (вплоть до полной остановки) непосредственно у морского дна. Суть аварийной системы состоит в том, что если произошла авария, то через некоторое время аккумуляторы разряжаются, и автоматически происходит сброс балласта, аккумуляторов и гайдропа. После этого батискаф начинает подниматься на поверхность.
Рис. 8. Батискаф «Триест»
МКС. Если по каким-то причинам трудно получить сигнал об аварийной ситуации, то рекомендуется применить инверсию – то есть создать ситуацию, когда сигнал о нормальной работе будет получаться регулярно, а его отсутствие будет сигналом нештатной ситуации.
Пример 1
При водолазных работах в старое время, когда не было звуковой связи, необходимо было для обеспечения безопасности в аварийной ситуации вовремя поднять водолаза. Но как он может дать сигнал, если он под водой потерял сознание? Чтобы вовремя принять меры, была разработана система – каждые 5 минут водолаз дергал за сигнальный шнур. Один рывок означал, что все в порядке. Если сигнал вовремя не поступал, водолаза поднимали на поверхность.
Рис. 9. Водолаз
Пример 2
Об очень многих вещах можно догадаться не по наличию, а по его отсутствию информации. В 1942 году будущий академик Георгий Флеров написал Сталину, что из американских научных журналов исчезли статьи по атомной физике. Он сделал вывод, что США подошли очень близко к созданию атомной бомбы.
Рис. 10. Ядерный взрыв над Хиросимой в Японии
Пример-шутка
Один человек пил в гостях превосходное вино, но избегал хвалить его. Тогда хозяин дома велел подать ему другое вино, гораздо хуже сортом. Тут молчальник сказал:
– Хорошее вино!
– Хозяин возмутился:
– Но это же пойло за десять су, тогда как то, что вы пили раньше, – истинный нектар!
Гость ответил:
– Знаю. Поэтому я о нем ничего не сказал: оно в похвалах не нуждается.
1.5. Разделение базовой и пиковой нагрузки
Производство компании «Группы Техмаш» получало электроэнергию от городской электросети. Когда соседнее предприятие установило у себя мини-ТЭС и начало само обеспечивать себя дешевой энергией, такая идея возникла и у нас3. Газ на предприятие был уже подведён, оставалось лишь закупить и смонтировать оборудование. Таким образом, образовались две конкурирующие системы обеспечения производства электричеством и теплом. Я приступил к проверке расчётов.
При выборе мощности мини-ТЭС важно понимать, что её использование экономически оправдано только при работе в максимальном режиме – как для электрогенератора, так и для котла-утилизатора тепла. В противном случае установка оказывается неэффективной. Как правило, летом тепловая энергия почти не нужна, а потребление электроэнергии существенно колеблется в течение суток. Поэтому при выборе мощности мини-ТЭС берут минимальное гарантированное потребление электроэнергии (например, ночное освещение или минимальная мощность круглосуточного производственного цикла).
Что касается утилизации тепла – ориентируются на ту часть технологического процесса, где тепло используется постоянно. После выбора мощности мини-ТЭС её параметры подбирают так, чтобы установка всегда работала с максимальной загрузкой, а недостающие мощности по энергии и теплу, в случае необходимости, брались из городской энергосистемы и теплоцентрали.