ТРИЗ для «чайников». Приемы устранения технических противоречий
- -
- 100%
- +
– Так мы еще и не приехали.
Пример-шутка (разделение противоречия в пространстве)
В детском саду дети сидят в песочнице с сотовыми телефонами, а воспитательница спит.
– Как вы можете спать!? Дети разбегутся!
– Никуда не денутся. Вай-фай только в песочнице!
Рис. 9.Никуда не денутся.Вай-фай только в песочнице!
Воспитательница великолепно разрешила противоречие в пространстве – граница должны быть и ее не должно быть. Дети должны убегать, потому, что они дети и хотят играть, и дети не должны разбегаться, чтобы быть под контролем. Значит, они должны играть в ограниченном пространстве. А сделать это может с помощью Интернета, ограничив радиус действия сети. То есть появилась «невидимая, но очень эффективная граница».
Аналогично, если в системы противоречивые требования, сформулированные для всей системы, реально проявляются в той или иной ее части. Тогда противоречие может быть разрешено в пространстве.
Вернемся к задаче 1.
Какие зоны валка удерживают металл, создают осевые усилия, центрирующие раскат?
Ну, разумеется, те, где наклон образующей валка больше, то есть краевые зоны.
Какие зоны по ширине валка создают особенно большую разницу по толщине в сравнении с краями?
Разумеется, центр валка. Парадоксальная ситуация, но теперь вполне очевидно, что противоречия, как такового, нет. Профиль валка в центральной части, создающий все проблемы разнотолщинности, практически не влияет на центровку раската, в то время как краевые зоны, обеспечивающие устойчивость раската, не вызывают большой разнотолщинности.
Мы разработали и внедрили выпукло-вогнутую профилировку валков, при которой в центре делается утолщение на фоне общей вогнутости. Благодаря этому разнотолщинность снизилась до 0,8 мм, не снижая при этом устойчивости процесса прокатки.
Как и каждое сильное решение, такая профилировка позволила получить «дополнительные пирожки»: так шутливо называют тризовцы сверхэффект – неожиданное положительное свойство системы, которое появляется при решении задачи. Кроме повышения качества проката удалось повысить на 10% производительность стана. Уменьшился и расход металла (поскольку лист стал в центре тоньше).
Рис. 10.Выпукло-вогнутая профилировка валка для прокатки листов на стане 3500 НТМК.
Итак, при решении практических задач, работа начинается с определения противоречия, которое мешает удовлетворить работать, а также оперативной зоны и оперативного времени, в которых это противоречие возникает. И часто бывает, что как только вы определите это, задача становится простой и понятной настолько, что ее можно решить на уровне здравого смысла.
А теперь попробуем описать формальную процедуру выявления оперативной зоны и оперативного времени:
Шаг 1. Постарайтесь сформулировать противоречивые требования, которые возникают в системе и мешают решить проблему.
Шаг 2. Постройте графики действия конфликтующих требований во времени и пространстве, указав действие каждого из требований соответственно на осях. При этом возможны три типовые схемы действия этих требований как для времени, так и для пространства:
– зоны действия противоречивых требований не пересекаются
(Рис.11. схема 1а, 1б);
– противоречивые требования касаются в одной точке
(Рис.11. схема 2а, 2б);
– зоны действия противоречивых требований пересекаются
(Рис.11. схема 3а, 3б).
Шаг 3. Проведите анализ возможности разрешения противоречия стандартными для данной области техники средствами.
Уже на этом этапе иногда удается получить решение, разделив противоречивые требования во времени или в пространстве. Если же здравый смысл и общие технические знания не помогает, необходимо начинать использовать инструментарий ТРИЗ. И в первую очередь могут помочь приемы устранения технических противоречий.
Но все это мы разберем позднее.
Рис. 11. Виды противоречий
Пример 1
В авиации во время Первой мировой войны была острая проблема – чтобы эффективно поражать противника (хорошо прицеливаться), пулеметы должны были стрелять через винт. Но некоторые пули попадали в винт и отстреливали лопасти. После этого самолет терпел крушение. Оперативное время – время стрельбы совпадает с временем работы винта, оперативная зона – место плоскости вращения винта, где проходит пуля. Разделить противоречие в пространстве не удается (оперативная зона одна как для пули, так и для лопастей винта (то есть схема 3в), но противоречие можно разделить, если пуля в момент прохождения через плоскость вращения винта будет находиться в другом месте (схема 1а) по отношению к лопасти винта. Так появились синхронизаторы работы пулемета и вращения винта. Затвор пулемета связан с осью распредвалом двигателя самолета. Теперь пули проходят через плоскость винта в то время, когда лопасти находятся в другом месте.
Пример 2
Примером ситуации, когда противоречивые требования по времени касаются в точке (а точнее пересекаются на небольшом участке) является решение о пористом протезе аорты, с временным заполнение пор растворяемым материалом (схемы 2а, 3б).
Выводы
Технические системы развиваются по объективным законам. Их можно найти и использовать для осознанного развития техники.
В основе любой технической проблемы лежит техническое противоречие, то есть наличие противоречивых требований в оперативное время в оперативной зоне. По мере развития системы противоречие развивается и обостряется. Решение технической проблемы – это всегда разрешение технического противоречия.
Глава 2. ПРИМЕНЕНИЕ ПРИЕМОВ УСТРАНЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ ПРОТИВОРЕЧИЙ
Первоначально Г. С. Альтшуллер разработал 40 приемов устранения технических противоречий. Они были достаточно разнообразные по частоте применения и эффективности. Но главное – несмотря на достаточно глубокий уровень абстрагирования от конкретной ситуации, они за счет примеров давали возможность находить аналогии и решать задачи.
Надо понимать, что человек привык мыслить аналогиями. Увидев какую-либо ситуацию, он оценивает, а как можно разрешить ее на основе имеющегося опыта? То есть найти решение аналогичное тому, которое ранее привело к успеху. Чем более ситуация или задача, которую нужно разрешить, конкретна и близка к известной, тем больше вероятность, что аналогия будет замечена, а задача решена тем же путем. Но конкретность ситуации в значительной степени ограничивает круг задач, которые она позволяет решать. Чем более абстрактна формулировка положения или закона, тем большее количество решений она покрывает. Но такая абстрактность осложняет возможность увидеть аналогию в решении разных задач.
Налицо противоречие, которое успешно разрешил Г. С. Альтшуллер. Разработанные им 40 приемов устранения технических противоречий давали высокий уровень абстракции, а примеры в них подсказывали конкретные аналогии для решения.
В этой книге мы рассмотрим 20 основных приемов устранения технических противоречий, которые я выбрал как наиболее эффективные и часто применяемые. На основе более чем 30-летнего опыта работы я исключил часть приемов, которые используются редко, а часть приемов перегруппировал и объединил для удобства работы.
Я подробно раскрою подприемы каждого из них, а также расскажу о типовых применениях этих приемов, подкрепив каждый пункт примером (задачей-аналогом). Это сделает материал более доступным и инструментальным для широкого круга начинающих.
2.1. Виды разрешения противоречий
Все рассматриваемые приемы условно можно разделить на четыре основных группы, по типу разрешения противоречия:
– разрешение противоречий во времени
Эта группа приемов применима, в тех случаях, если удается четко разграничить необходимость выполнения противоречивых требований во времени, то есть создание условий, когда противоречивые требования будут выполняться в различные промежутки времени.
В качестве простого примера возможного разделения противоречивых требований во времени очень подходит пример перекрестка, где движение регулируется светофором. Светофор поочередно пропускает потоки машин в разное время.
Пример-анекдот:
Солдат устал от долгой езды в поезде. К тому же две его соседки постоянно спорили, и надоели ему до последней степени.
– Если окно будет открыто, то я замерзну – говорила одна.
– Если окно будет закрыто, то я задохнусь – отвечала другая.
Что делать? – спросил проводник у солдата
– В армии это противоречие решается просто – ответил солдат – сначала откроем окно, и пусть замерзнет первая, а потом закроем – и задохнется вторая. После этого можно спокойно ехать дальше.
– разрешение противоречий в пространстве
Эта группа приемов применима, если удается четко разграничить необходимость выполнения противоречивых требований в пространстве.
В качестве примера возможного разделения противоречивых в пространстве очень подходит пример развязок на американских скоростных дорогах. Движение на них в перпендикулярном направлении происходит на разных по высоте уровнях.
Рис.12. Развязка с дорогами на разных уровнях
Пример-шутка
– Доктор, а в каких позах гарантированно нельзя забеременеть?
– Ну, например, женщина спит на кровати, а мужчина – на диване.
– разрешение противоречий за счет изменения структуры внутри системы
Эта группа приемов применима в случаях, если противоречивые требования не удается разделить во времени, или в пространстве.
Пример (из практической работы Л. Певзнера)
На подшипниковом заводе возникла проблема. Точность сборки роликового подшипника (допустимый зазор между роликом и кольцами) – 2 мкм. Но как достичь такой точности, если точность изготовления ролика – 6 мкм?
Ролики сортируют на три группы по размеру и в каждую группу попадают ролики с диаметром, отличающимся в пределах 2 мкм. Кольца также сортируются по внутренним диаметрам на группы одного диаметра. При сборке выбираются кольца и ролики и тех групп, которые обеспечивают точность сборки до 2 мкм.
Рис.13. Роликовый подшипник
Пример-анекдот
Два адвоката заходят в кафе, заказывают напитки и достают бутерброды.
– Извините, – говорит бармен, – но у нас нельзя есть свою еду.
Адвокаты переглядываются, пожимают плечами и меняются своими бутербродами…
– разрешение противоречий за счет использования возможностей надсистемы.
Эта группа приемов также применяется в случаях, если противоречивые требования не удается разделить во времени, или в пространстве, а также за счет изменения структуры. Решение же находится за счет привлечения смежных систем, дополнительных ресурсов.
У рыбаков, промышляющих в океане, есть противоречие – небольшие суда могу эффективно вылавливать рыбу, но ее негде хранить и перерабатывать. Везти ее на берег – значит терять много времени. Можно, конечно, строить большие суда и на них перерабатывать рыбу, но они будут неповоротливы и не смогут ловить рыбу. Противоречие было разрешено в надсистеме, когда рыбу вылавливают группа небольших рыболовных траулеров, которые сразу перегружают выловленную рыбу на находящуюся неподалеку большое судно – плавбазу, где ее перерабатывают на консервы или замораживают.
Рис.14. Плавбаза «Всеволод Сибирцев» и малый рыболовный траулер
Пример-анекдот
Четыре правила счастливой семейной жизни:
1. Надо найти женщину, которая зарабатывает много денег;
2. Надо найти женщину, которая любит заниматься сексом;
3. Надо найти женщину, которая хорошо готовит и
убирает;
4. Надо, чтобы эти женщины никогда не встретились!
2.2. Основные группы приемов устранения технических противоречий
Итак, после того как вы определили оперативное время, оперативную зону и возможность разделить противоречие во времени или пространстве, появляется возможность более детально определить те приемы, которые можно использовать для решения задачи или развития системы для каждой из этих групп.
Приемы разрешение противоречия во времени
Приемы этой группы эффективны, если противоречивые требования предъявляются к системе в различные моменты времени. К таким приемам относятся:
1. Принцип вынесения, то есть предварительного исполнения или последующей после процесса коррекции.
2. Принцип заранее подложенной подушки
3. Принцип непрерывного полезного действия
4. Принцип повышения динамичности, в частности, проскока
5. Принцип отброса и регенерации частей системы
Приемы разрешение противоречия в пространстве
Приемы этой группы эффективны, если эти противоречивые требования предъявляются к системе в различных частях оперативной зоны. Тогда возможно удовлетворить их за счет создания различных условий в различных частях системы. К приемам этой группы относятся:
6. Принцип дробление системы и ее элементов
7. Принцип местного качества
8. Принцип асимметрии
9. Принцип перехода в другое измерение
Пример-шутка
Настоящий мужчина всегда должен знать, что нравится его девушке, чтобы случайно не оказаться с ней в том месте, где это продается.
В том случае, когда взаимоисключающие требования предъявляются в одно и то же время, в одном и том же месте, или когда применение первых двух групп приемов не привело к решению, можно попытаться использовать две группы приемов, связанных с изменением структуры системы.
Разрешение противоречия за счет изменений структуры системы или процесса
К этой группе относятся приемы:
10. Принцип «Сделай наоборот»
11. Принцип частичного или избыточного действия
12. Принцип обратной связи
13. Принцип «Изоляция»
14. Принцип «Структурирование»
Разрешение противоречия в пространстве за счет
изменений и ресурсов надсистемы
К этой группе приемов устранения технических противоречий относятся приемы, разрешающие противоречие за счет внесистемных возможностей:
15. Принцип объединения
16. Принцип универсальности
17. Принцип «вред в пользу»
18. Принцип посредника
19. Принцип самообслуживания
20. Принцип «Дешевая недолговечность вместо дорогой долговечности»
Примечание: Многие приемы, разработанные еще Г. Альтшуллером, могут относиться к различным группам приемов по типу разделения противоречия. Поэтому предложенное выше разделение несколько условное. Принципиально не деление на группы, а знание приемов и возможностями их применения.
2.3. Два подхода к решению изобретательских задач
В практике встречается два типовых подхода к использованию приемов устранения технических противоречий:
– решение поставленных задач,
– совершенствование технической системы.
В первом случае следует внимательно проанализировать задачу. Уточнить оперативную зону и оперативное время, а также возможность разделения противоречий во времени или пространстве. Если это возможно, то, в первую очередь, следует проверить возможность применения приемов из соответствующих групп. Независимо от того найдено решение или нет, после этого следует проверить возможность применения приемов из других групп. После общего анализа всех найденный решений, следует выбрать оптимальное решение (или комплекс решений), с которым и продолжить работу по внедрению.
Кстати, при изучении содержания книги рекомендуем особое внимание обратить на подразделы «рекомендации по применению» в описании каждого приема.
Во втором случае, когда конкретные задачи не поставлены, а речь идет о совершенствовании системы, следует, читая каждый прием, и типовые варианты его использования, постарайтесь увидеть аналоги тех решений, которые позволят улучшить систему. Ведь, фактически, использование приема позволяет разрешить то или иное противоречие, и, как следствие, улучшить систему или дать ей новые потенциальные возможности для развития. Не останавливайтесь на первом же найденном решении. Пройдите по всем приемам. Часто внедрение комплекса решений оказывается более простым и эффективным, чем внедрение каждого из них по-отдельности.
Пример-шутка
– Да у меня Интернет мало того, что безлимитный, так еще и бесплатный.
– Это как?
– Когда Интернет подключали, папа с соседями сверху договорился, что подключатся вместе, а платить по четным месяцам будут они, а по нечетным мы.
– Ну, и?
– Ну, так он с соседями снизу договорился, что они платят по нечетным месяцам, а мы по четным!
ВНИМАНИЕ! В отличие от математических задач, изобретательские задачи имеют не одно решение. Ваша задача не просто решить задачу, а решить ее с минимальными затратами, и максимально эффективно.
Глава 3. ГРУППА ПРИЕМОВ РАЗРЕШЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ ПРОТИВОРЕЧИЙ ВО ВРЕМЕНИ
3.1. Принцип вынесения, предварительного исполнения или коррекции после процесса
Идея приема состоит в том, чтобы перераспределить нагрузку на процесс, то есть разгрузить перегруженные временные интервалы технологического процесса за счет менее загруженных интервалов, чтобы облегчить и упростить процесс.
Прием применяется для разрешения противоречий, связанных с тем, что в некотором временном интервале оперативного времени система функционально перегружена и одновременное выполнение ряда операций недопустимо; тогда вынесение ряда операций (разгрузка системы) из этого временного интервала позволяет снять перегрузку и разрешить противоречия возникающие в нем.
Прием реализуется в следующих вариантах:
* заранее выполнить требуемое изменение системы (полностью или частично) или заранее расставить элементы системы так, чтобы они могли вступить в действие с наиболее удобного места и без затрат времени на доставку;
* заранее выполнить требуемое действие (полностью или хотя бы частично);
* использовать заранее изготовленные полуфабрикаты и заготовки (лучше производимые серийно самостоятельно или в смежных областях), то есть вынести часть работ на время до процесса, используя элементы массового производство;
*выполнить исправление недостатков или коррекцию объекта на время после окончания процесса;
*если для выполнения требуемой функции необходимо только одно свойство системы, то его можно отделить от целого объекта и использовать по мере необходимости.
РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРИМЕНЕНИЮ ПРИЕМА
Данный прием рационально использовать если:
3.1.1. Если в процессе работы системы сложно разместить инструмент в оперативной зоне для обработки изделия (или он плохо работает, или есть вредное действие), то попробуйте до начала работы так разместить инструмент, чтобы в требуемое время можно было быстро и без проблем выполнить требуемые действия.
Пример
Зимой рыболовы сверлят лед, чтобы получилась лунка, через которую и ловят рыбу. Разумеется, нужно время, чтобы просверлить лунку, а затем подождать, пока испуганная рыба вернется к этому месту.
Предложено накануне ледостава нужно установить в воде плавучие кольца в виде усеченных конусов с сужающимися кверху стенками. Когда мороз скует воду, кольца-формы будущих лунок закупорят ледяные пробки. Остается выбить их и загнать под лед. Вот и готова лунка.
Пример
При легировании металла в плавильной печи значительная часть дорогих легирующих металлов (например, ванадий) очень быстро переходит в шлак. Потери этих дорогостоящих материалов могут быть весьма значительны.
Предложено решение – легирующие добавки помещают прямо в литейную форму, и во время заливки расплавленного металла в форму они сами переходят в заготовку практически без потерь. То есть легирование происходит не во время процесса выплавки стали (как это делается обычно), а после него.
Пример-шутка
Художник спросил у хозяина галереи, интересовался ли кто его полотнами. – О да! Один господин интересовался, поднимутся ли картины в цене после вашей смерти. Я сказал, что обязательно, и тогда он купил сразу 15 картин.
– Великолепно! Кто этот господин? – спросил художник. – Ваш лечащий врач, – ответил хозяин.
3.1.2. Если выполнение некоторых операций в процессе работы системы вызывает трудности или они оказывают вредное действие на элементы системы, то попробуйте выполнить эти действия до начала рабочего процесса, или перенести их выполнение после рабочего процесса.
Пример
Клапаны человеческого сердца открываются и закрываются при каждом его ударе, и за время жизни человека – около двух миллиардов раз. Тончайшие лепестки мышечной ткани выдерживают нагрузки, которые не под силу ни одному из известных материалов. Поэтому все попытки создать долговечный искусственный клапан оказались неудачными – рано или поздно они рвались в месте крепления лепестков. Причина – открывание и закрытие клапана происходит под действием силы тока крови. Так работают все клапаны в технике, и никому не пришло в голову, что в природе он устроен «хитрее».
Было обнаружено, что клапаны в природе открываются не силой тока крови, а с помощью специальных жгутиков, прикрепленных к лепесткам клапана и открывающим под действием наливающейся кровью мышцы его чуть-чуть раньше, чем поднимается давление крови при ударе сердца (систоле). Представим себе, что лепесток клапана – это дверь. Раньше она открывалась резким ударом толпы людей, бегущих то в одну, то в другую сторону. А теперь появились швейцары, которые заранее осторожно распахивают двери перед толпой. Нет резких ударов, толчков, дверь прослужит долго. Использование эффекта «швейцара» позволило создать искусственный клапан, соперничающий по долговечности с естественным клапаном.
Пример
После введения в России антисанкций в 2016 году, компания «Danone» не смогла поставлять йогурты из Дании, но часть производства осталась в России и она не подпадала под санкции. Рост цен на молоко в 2017 году поставил компанию перед необходимостью закрыть производство в России, поскольку продукция становилась нерентабельной. Но в компании нашли решение – компания перевезет 5000 коров из Дании в Россию, что обеспечит ей дешевую сырьевую базу для заводов по производству йогурта.
То есть в этом случае компания не попадает под санкции, поскольку производство молока будет выполняться до процесса перевозки готового продукта из Дании в Россию.
Рис. 15. Завод_Danone в_поселке_Любучаны Чеховского_района_Московской_области
3.1.3. Если некоторая операция в процессе сложна или плохо управляема, или не обеспечивается точность изготовления изделия, проверьте возможность использовать заранее (до процесса) приготовленные заготовки с заданными характеристиками; тем самым разгружается, упрощается и удешевляется основной процесс.