Основы
теории решения изобретательских задач

4.1.4. Логика АРИЗ

Логика решения задач по АРИЗ показывает взаимосвязь элементов в основной линии (1), описанной раньше.

Поверхностное противоречие (ПП) формулируется или в виде потребности в появлении нового свойства или действия "A" (положительного эффекта), или в виде нежелательного эффекта (анти-B), который необходимо устранить.

Поверхностное противоречие (ПП), как мы уже отмечали, чаще всего выражается в виде нежелательного эффекта (НЭ), т.е. параметр или требование "В" в нежелательном, вредном или недостаточном состоянии, которое мы обозначим, как "анти Б". Схематически изобразим это так:

Для определения углубленного противоречия (УП) выявляем два противоречивых требования, предъявляемых к системе. Обозначим эти требования буквами "А" и "В". Тогда углубленное противоречие может быть представлено как потребность в улучшении характеристик, удовлетворяющих требованию "А", которое приводит к недопустимому ухудшению характеристик, удовлетворяющих требованию "В" (появлению требования анти-B). Нежелательный эффект заключается в требованиях "В". Или наоборот - улучшение "В" за счет ухудшения А (появления "анти-А").

Формулировка идеального конечного результата (ИКР) должна быть направлена на устранение нежелательного эффекта (анти Б) при сохранении положительных требований "А", то есть:

Обостренное противоречие (ОП) определяется путем выявления противоречивых свойств "С" и "анти С" (например, физических), которыми должен обладать элемент системы, не справляющийся с требованиями ИКР. Для этого необходимо определить, каким свойством "С" должен обладать элемент, чтобы обеспечить требование B, т.е. чтобы устранить нежелательный эффект. Одновременно этот же элемент должен обладать противоположным свойством (анти-С), чтобы сохранить положительное требование A. Таким образом, элемент должен обладать свойством "С", чтобы удовлетворить требованию B, (обозначим это С-->Б), и свойством "анти-С", чтобы сохранить требование A (обозначим это анти С-->А).

Дальнейшее обострение противоречий осуществляется выявлением более глубинных свойств "C₁", которые необходимы для создания (обеспечения) выявленных ранее свойств "C".

В некоторых случаях при решении сложных изобретательских задач, необходимо выявить еще более глубоко причинно-следственные связи в системе. Для этого приходится выявлять еще более глубинные свойства С₁, С₂, …С_n. Следующее по номеру свойство определяет, причину возникновения предыдущего свойства, т.е. что необходимо для выполнения этого свойства.

В таких случаях выявляют несколько обостренных противоречий (ОП₁, ОП₂, ОП₃ …ОП_n). Схематически это можно изобразить:

Решение задачи (РЗ) состоит в разрешении обостренного противоречия, например, путем разделения противоречивых свойств C …C_n.

Типовые способы разделения противоречивых свойств представлены в учебном пособии по АРИЗ³⁰.

Полностью логическая схема решения задач по АРИЗ показана на рис. 4.5.

Причем основа основ ("изюмина") методики состоит в последовательном определении УП, ИКР, ОП.

Проиллюстрируем изложенное на примере.

Задача 4.1. Необходимо перевести весь газ из транспортного баллона в два пустых (рабочих). Емкость каждого из них равна половине емкости транспортного баллона.
Известны два способа перекачки газа (рис. 4.6).
а) исходное состояние; б) непосредственное соединение транспортного баллона с рабочим; в) соединение через компрессор.
Первый способ (рис. 4.6 б) состоит в том, что транспортный баллон прямо подсоединяют к рабочим. В этом случае во всех баллонах устанавливается одинаковое давление, и половина газа останется в транспортном баллоне. Второй способ (рис. 4.6 в) намного сложнее: газ перекачивается из большого баллона в два других при помощи компрессора. Так можно перевести весь газ, но необходимо использовать специальное оборудование компрессор высокого давления.
Задача заключается в том, чтобы найти способ полностью переводить газ из транспортного баллона в рабочие без применения дополнительного оборудования (компрессоров).
С такой задачей приходится сталкиваться при "зарядке" баллонов глубоководных аппаратов на судне-базе. Сжатый воздух там, в частности, используется для продувки цистерн при всплытии³¹.

1. Краткая формулировка задачи

Найти простой способ перевода всего газа из одного баллона в два других.

2. Формулировка поверхностного противоречия (ПП)
ПП: анти-B

Часть газа остается в баллоне.
Нежелательный эффект: НЕПОЛНАЯ (анти-B) перекачка газа.

3. Определение углубленного противоречия (УП)

В данной задаче перекачка газа возможна с применением и без применения компрессора:

а) с компрессором
УП1: В - анти-А
Газ переводится весь (B), но при этом усложняется (анти-A) система.
УП1: Полная перекачка газа - Сложность.
Весь газ можно перевести из транспортного баллона в рабочие, используя компрессор, что усложняет систему.

б) без компрессора
УП2: А - анти-В
Система не усложняется (A), но газ переводится не весь (анти-B).
УП2: Простота - Потери газа.
Используя простой способ (прямое подсоединение), но при этом теряем половину газа.

4. Выбор УП. Выбираем УП₂, так как эта формулировка нацелена на использование простого способа (см. краткую формулировку п.1)

Примечание: Этим шагом мы выбрали способ перевода газа только непосредственным соединением одного баллона с другим.

5. Формулировка ИКР
ИКР: А, В

Газ "сам" полностью - (В) (с тем же давлением и в том же количестве) переходит из одного баллона в два других, без использования (А) дополнительного оборудования (компрессоров).
ИКР: Простота - Потери газа.

6. Формулировка обостренного противоречия (ОП). ОП: C-->А , анти-С-->В

Чтобы система не усложнялась, необходимо к баллону с газом непосредственно присоединить пустой (рабочий) баллон, но это увеличивает общий объем емкости, в которой находится газ (уменьшая его давление), что не позволяет газу перейти полностью. Таким образом, "лишний" объем (свойство "C") должен быть, чтобы система была простая "A", и не должен быть (свойство анти-С), чтобы газ перешел весь "B".

Примечание: напомним, что основное свойство газа - занимать весь предоставленный ему объем. Поэтому при присоединении рабочих баллонов газ расширяется, занимая весь объем баллонов, а давление уменьшается.

7. Формулировка обостренного противоречия 1 (ОП₁).
ОП₁: C-->С₁, анти-С-->анти-С₁

Чтобы не было лишнего объема "С" рабочий баллон не должен быть пустым (должен быть заполненным) "С₁", и чтобы был объем для перевода газа "анти-С" рабочий объем должен быть пустым "анти-С₁".

Подсоединяемые баллоны должны быть заполнены, чтобы газ не расширялся, и не должны быть заполнены (должны быть пусты), чтобы их можно было заполнить необходимым газом.

Примечание: На этом шаге мы точно сформулировали задачу.

8. Решение задачи (разрешение ОП).

Разделение противоречивых свойств можно осуществлять:

• в пространстве,
• во времени,
• изменяя структуру системы, в частности, изменяя агрегатное состояние.

Итак, противоречивые свойства: рабочий баллон должен быть ПОЛНЫЙ и ПУСТОЙ (заполненный и не заполненный).

В пространстве это противоречие не разрешается.

Разделение указанных противоречивых свойств во времени требует, чтобы вещество, заполняющее рабочий баллон, постепенно освобождало место для газа, поступающего из транспортного баллона, и заполняло освободившееся место в транспортном баллоне.

Остается только выяснить, каким должно быть вещество, заполняющее рабочие баллоны. Для этого воспользуемся структурными изменениями вещества, изменяя его агрегатное состояние.

Вещество внутри рабочего баллона находится в газообразном состоянии, которое нас не устраивает. Значит, его можно сделать твердым или жидким.

Заполнить баллоны твердым веществом? Твердое монолитное вещество не обладает такими свойствами. Этим мы можем испортить баллоны. Можно конечно баллоны заполнить песком или льдом. Такое состояние в принципе может решить задачу, но оно достаточно не эффективно. Остается использовать жидкость.

Если рабочие баллоны заполнить жидкостью, не смешивающейся с газом, поместить их выше транспортного баллона, и соединить баллоны трубками, то газ (полностью и без компрессора) перейдет из транспортного баллона в рабочие (рис. 4.7).

Идея изобретения найдена.

Задача 4.2. Для создания нормальных условий жизнедеятельности экипажа кабина самолета выполняется герметичной. На случай ее разгерметизации самолет снабжается определенным запасам кислорода, который под давлением накачивается в тяжелые стальные баллоны. Таких баллонов требуется несколько десятков. Как быть?

Сформулируем для данной задачи цепочку противоречий и разберем логику АРИЗ.

1. Поверхностное противоречие (ПП).

Сформулируем для данной задачи два ПП.
ПП₁: "Нужно обеспечить жизнедеятельность экипажа в разгерметизированной кабине самолета". Нежелательный эффект - анти А (при разгерметизации кабины самолета не обеспечивается жизнедеятельность). Требование А - обеспечение жизнедеятельности экипажа.
ПП₂: "Стальные баллоны с запасом кислорода утяжеляют самолет (анти Б)". Требование Б - обеспечение постоянной массы самолета или ее уменьшение.

2. Углубленное противоречие (УП).

Баллоны с кислородом обеспечивают жизнедеятельность экипажа, но переутяжеляют самолет.
B здесь между ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТЬЮ (требование А) и МАССОЙ (требование Б) самолета. Утяжеление - анти Б.

3. Идеальный конечный результат (ИКР).

Баллоны не утяжеляют (Б) самолет, обеспечивая нормальную жизнеспособность (А) экипажа.

4. Обостренное противоречие (ОП).

Масса баллонов должна быть большой (свойство С), чтобы обеспечить жизнедеятельность экипажа (А), и малой (анти С), чтобы не утяжелять (Б) самолет.

5. Обостренное противоречие 1 (ОП₁).

Это противоречие можно еще больше обострить, выявляя первопричины. Почему баллоны тяжелые? У них толстые стенки, чтобы выдержать высокое давление, под которым закачивается газ.
Итак, ОП₁: стенки баллона должны быть толстые (С1) чтобы удержать газ под высоким давлением, и должны быть тонкие (анти С1) [в пределе нулевые], чтобы быть невесомыми.
Т.е. стенки у баллона должны быть и не должны быть. Можно это противоречие сформулировать и для кислорода.
Кислород должен быть под большим давлением, чтобы больше поместиться в баллоне, и не должен быть под давлением, чтобы не делать болон толстостенным и, соответственно, тяжелый.

6. Решение задачи (РЗ).

Такое противоречие разрешается изменением структуры системы, например, изменением агрегатного состояния. В данном случае изменяем агрегатное состояние кислорода. Кислород должен быть жидким. Остается только вспомнить, как хранятся жидкие газы. Конечно, в сосуде Дюара. Такое решение и предложил А.Н.Туполев³³. Это решение позволило во много раз снизить массу и объем системы жизнеобеспечения.

Уточним в этой задаче понятия поверхностного, углубленного и обостренного противоречий (ПП, УП, ОП) и причинно-следственные связи между ними.

ПП₁ относится к жизнедеятельности экипажа самолета, при его разгерметизации. Такая задача может решаться любыми путями, даже без использования кислорода. Например, использовать принцип наподобие самозаклеивающихся шин. Это противоречие сформулировано для всей кабины.

ПП₂ выражено в виде нежелательного эффекта (НЭ) и относится только к баллонам. Т.е. здесь уже выбран способ обеспечения жизнеспособности экипажа с помощью кислорода. Так как способ выбран (а это прерогатива заказчика), то и "болезнь" определяется более локально.

В углубленном противоречии (УП) поле поиска сужается: уже рассматриваются не все баллоны, а только один (все остальные подобны). Кроме нежелательного эффекта (утяжеление самолета), указывается положительные свойства (обеспечение жизнеспособности).

В обостренном противоречии (ОП) идет дальнейшее сужение зоны поиска рассматривается не весь баллон, а только его стенки (еще более точно толщина стенок) и выявляются диаметрально противоположные свойства, предъявляемые к стенкам.

Таким образом, анализ задач по АРИЗ постепенно сужает поле поиска и выявляет диаметрально противоположные свойства, например, физические.

Обостренное противоречие - своего рода необычное неравенство: толщина стенки h должна быть больше номинальной h_n и меньше минимальной h_min. Еще лучше h_min = 0.

Изобразим для наглядности эти неравенства на рис.

Формулировка углубленного противоречия требует, чтобы h была одновременно в зоне "А" и в зоне "В", что исходя из графиков невозможно (рис. 4.8 а) или возможно (рис. 4.8 б) в точке h=0, где области "А" и "В₁" сопряжены, но области "А" и "В" никогда не бывают перекрещивающимися.

Оглавление