Тема 6. АЛГОРИТМ РОЗВ’ЯЗУВАННЯ ВИНАХІДНИЦЬКОГО ЗАВДАННЯ (АРВЗ)

 Загальні відомості про АРВЗ.

 Стратегія розв’язування винахідницького завдання за

допомогою АРВЗ.

 Суть АРВЗ.

 Застосовування АРВЗ-77.

1 Загальні відомості про АРВЗ

Алгоритм розв’язування винахідницького завдання

(АРВЗ) як метод шукання творчих розв’язків розробив у XX сто­річчі радянський винахідник і письменник-фантаст Генріх Саулович Альтшуллер [12]. Метод має багато модифікацій залежно від року їх появи (АРВЗ-59, 61, 65, 68, 71, 77, 84) і слугує основним робочим інструментом теорії розв’язування вина­хідницького завдання (ТРВЗ).

Під алгоритмом розуміють комплекс послідовно виконува­них дій (кроків, етапів), спрямованих на розв’язання винахідниць­кого завдання (поняття «алгоритм» використовують не суто в ма­тематичному, як систему правил послідовного виконування дій для розв’язування визначеного класу завдань, а в ширшому розумінні).

Розв’язуючи завдання методом АРВЗ, послідовно виявляють, аналізують і усувають технічну суперечність без компромісів, тобто поліпшують один показник, не погіршивши інший. Послідовності, спрямованості й зактивізованості мислення досягають, орієнтуючись на ідеальний остаточний результат (ЮР), тобто ідеальний розв’язок, спосіб, пристрій.

Кожна стадія має низку послідовних кроків, що їх треба виконувати, зрегламентованих конкретними рекомендаціями (пщкроками). Це дає змогу, розв’язуючи завдання, доцільно сполучати логіку й інтуїцію. Алгоритм охоплює також конкретні кроки з долання психологічних бар’єрів, має розвинений інформаційний апарат - дані про типові заходи усування технічних суперечностей

завдання і звільнитися від впливу минулого досвіду.

Умови завдання формулюють за визначеною схемою в термінах, доступних нефахівцю.

Потім формулюють завдання оброблене (ЗО), описуючи ТС чи її частину із зазначенням складників та відображаючи властиву їй технічну суперечність.

Після цього, аналізуючи модель завдання, формулюють за визначеною схемою ідеальний остаточний результат (формулюючи ЮР, не потрібно думати про те, як його досягати). ЮР звільнює винахідника від негативного для винаходу досвіду (обліку вартості, раціонального використання матеріалів, часу тощо), який сковує творчу думку. Однак орієнтування на ЮР аж ніяк не означає далекий відхід від реальності розв’язку. У всякім ідеальнім розв’язку повинен бути здоровий глузд. ЮР, власне, є найсильніший розв’язок і слугує орієнтиром, що в його напрямі розв’язують завдання.

На підставі порівняння ЮР з реальним технічним об’єктом виявляють технічну суперечність, а потім і її причину - фізичну суперечність (на рис. 6.1 суперечність між ЮР та ЗО проілюстро­вано відстанню між ними на площині шукального поля).

Поняття про технічну суперечність грунтується на тому, що будь-яку ТС, машину чи процес характеризують комплексом взаємопов’язаних параметрів: вагою, потужністю тощо. Спроба поліпшити один параметр під час розв’язування завдання відомими методами неминуче призводить до погіршення будь- якого іншого параметра. До прикладу, збільшення міцності конструкції може призвести до неприпустимого збільшення ваги, збільшення продуктивності - до неприпустимого погіршення якості, підвищення точності - до недопустимого зростання витрат тощо.

З Суть АРВЗ

Суть АРВЗ полягає в тому, щоб, порівнюючи ідеальне з реальним, виявити технічну суперечність чи її причину - фізичну суперечність - і усунути їх, перебравши відносно невелику кіль­кість варіантів, з одного боку, з фонду фізичних ефектів і явищ, а з іншого - з-поміж заходів усування технічних суперечностей.

Фонд фізичних ефектів і явищ - сукупність відомих людині фізичних ефектів і явищ, що його можна використовувати під час розв’язування технічного завдання [6].

Розроблюючи АРВЗ, Г. С. Альтшуллер, після заналізування близько 40 тисяч винаходів (що в них знайдено близько 1200 тех­нічних суперечностей), запропонував 40 заходів усування ТСП [6, 12] і таблицю вибирання заходів усування ТСП [6, 12].

У таблиці вибирання заходів усування технічних суперечностей (див. дод. Б) у лівому боковому стовпчику розміщено параметри, які потрібно поліпшити, а в головці горизонтально - параметри, які недопустимо погіршуються, якщо завдання розв’язувати відомими шляхами. Перетин рядка (поліпшуваного параметра) із стовпцем (погіршуваним параметром) дає поєднання, яке можна усунути з допомогою заходів, зазначених у відповідній клітинці. Виходить, що певний тип суперечності усувається певною невеликою кількістю «своїх» заходів.

Усуненню суперечностей сприяє і фонд фізичних ефектів і явищ (додаток В) - сукупність відомих людині фізичних ефектів і явищ, що його можна використовувати під час розв’язування технічного завдання.

Наближення у сфері технічних суперечностей іде з використанням, з одного боку, заходів усування технічних суперечностей, а з іншого - фонду фізичних ефектів - (пошук фізичних    суперечностей    після визначання         технічних

суперечностей). Типові заходи усування технічних суперечностей та фонд фізичних ефектів і явищ - це потужний інформаційний апарат, що значно збільшує швидкість та ймовірність успішного розв’язування завдання й підвищує його рівень.

Після          усунення    суперечності       ухвалюють          технічний

розв’язок, оцінюють і розвивають отриманий результат.

Завершують процес розрахунковим розв’язком з обгрунто- ванням 11 основних характеристик ТС. Цей етап - перехід від розв’язку         шукального        завдання    до конструкторського

розробляння винаходу.

’’Див. ГУ'Г.

На сьогодні вже розроблено АРВЗ, що в ньому використано комп’ютер [6].

4 Застосовування АРВЗ-77

Розглянемо як приклад АРВЗ-77, який має сім стадій, що їх виконують у певній послідовності.

/ Вибираним швдаппя

 Визначити кінцеву мету розв’язування завдання:

а) Яку характеристику об’єкта потрібно змінити?

б) Які характеристики об’єкта свідомо не можна змінювати, розв’зуючи завдання?

в) Які витрати скоротяться, якщо завдання буде розв’язано?

г) Які (приблизно) допустимі витрати?

д) Який головний техніко-економічний показник треба поліпшити?

 Перевірити обхідний шлях. Припустимо, завдання прин­ципово невирішуване: яке інше завдання потрібно розв’язати, щоб отримати потрібний остаточний результат?

а) Переформулювати завдання, перейшовши на рівень надсистеми, що містить задану в завданні систему.

б) Переформулювати завдання, перейшовши на рівень підсистем (речовин), що їх містить задана в завданні система.

в) На трьох рівнях (надсистема, система, підсистема) переформулювати завдання, замінивши потрібну дію (чи властивість) на зворотну.

 Визначити, яке завдання розв’язувати найдоцільніше - нагальне чи одне з обхідних. Вибрати найприйнятніший розв’язок.

Примітка. Вибираючи розв язок треба враховувати чинники об’єктивні (які резерви розвитку заданої в завданні системи) та суб’єктивні (на яке завдання взято наміри - мінімальне чи максимальне).

 Визначити потрібні кількісні показники.

 Збільшити потрібні кількісні показники, ураховуючи час, потрібний, щоб зреалізувати винахід.

 Уточнити вимоги, зумовлені конкретними умовами, що в них передбачають зреалізувати винахід.

а) Урахувати особливості впровадження, зокрема ступінь складності розв’язку.

б) Урахувати передбачувані масштаби застосовування.

 Перевірити, чи можна розв’язати завдання, використовуючи стандарти для розв’язування винахідницького завдання. Якщо відповідь отримано, перейти до 5.1. Якщо відповіді немає, перейти до 1.8.

 Уточнити завдання, використовуючи патентну інформа­цію.

а) Які (за патентними відомостями) відповіді на завдання, близькі до заданого?

б) Які відповіді на завдання, подібні до заданого, але стосуються провідної галузі техніки.

в) Які відповіді на завдання, супротивні до заданого?

 Застосувати оператор РВЧ.

а) Подумки змінюємо розміри об’єкта від заданої величини до 0. Як тепер розв’язувати завдання?

б) Подумки змінюємо розміри об’єкта від заданої величини до оо. Як тепер розв’язувати завдання?

в) Подумки змінюємо час процесу (чи швидкість руху об’єкта) від заданої величини до 0. Як тепер розв’язувати завдан­ня?

г) Подумки змінюємо час процесу (чи швидкість руху об’єкта) від заданої величини до оо. Як тепер розв’язувати завдання?

д) Подумки змінюємо вартість (допустимі витрати) об’єкта чи процесу від заданої величини до 0. Як тепер розв’язувати завдання?

е) Подумки змінюємо вартість (допустимі витрати) об’єкта чи процесу від заданої величини до оо. Як тепер розв’язувати завдання?

2 Будування моделі завдання

Записати умову завдання, не вживаючи спеціальні терміни.

Приклад:

 Шліфувальний круг погано обробляє виріб складної форми із западинами й випуклостями, наприклад дерев'яні ложки. Замінити шліфувальний іншим видом обробляння невигідно, складно. Застосування притирних льодяних шліфувальних кругів у цьому випадку занадто дорого. Не підходять і еластичні надувні круги з абразивною поверхнею - вони швидко спрацьовуються. Як бути?

 Антену радіотелескопа розташовано у місці, де часто бувають ірози. Щоб захистити від блискавок навколо антени треба поставити блискавковідводи (металеві стержні). Проте блискавковідводи затримують радіохвилі, створюючи радіо тінь. Установити блискавковідводи на самій антені в цьому випадку неможливо. Як бути?

Виокремити й записати конфліктну пару складників. Якщо за умовою завдання дано тільки один складник, перейти до кроку 4.2.

Правило 1. До конфліктної пари складників обов’язково має входити виріб.

Правило 2. Другим складником пари повинен бути складник, що з ним безпосередньо взаємодіє виріб (інструмент чи другий виріб).

Правило 3. Якщо один складник (інструмент) за умовами завдання може мати два стани, треба взяти той стан, що забезпечує найліпше виконання головного виробничого процесу (основної функції всієї технічної системи, яку зазначено в завданні).

Правило 4. Якщо в завданні є пара однорідних складників (Aj, Аг ... і Бь Б) ...), що взаємодіють, достатньо взяти одну пару

(А! Б,).

Приклад:

 Виріб - ложка. Інструмент, що безпосередньо взаємодіє з виробом, - шліфувальний круг.

 У завданні два «вироби» - блискавка і радіохвилі й один «інструмент» - блискавковідвід. Конфлікт у цьому випадку не всередині пар «блискавковідвід-блискавка» і «блискавковідвід-радіохвилі», а між ними парами.

Щоб перевести таке завдання в канонічну форму з одною конфліктною парою, треба заздалегідь надати інструментові властивостей, потрібних виконувати головну виробничу дію цієї технічної системи, тобто треба нршіяти, що блискавковідводе нема і радіохвилі вільно проходять до антени.

Отже, конфліктна пара: відсутній блискавковідвід і блискавка (чи непровідний блискавковідвід і блискавка)

 Записати дві взаємодії (дії, властивості) складників конфліктної пари: наявну і ту, що потрібно додати; корисну й шкідливу.

Приклади:

 Круг здатний шліфувати. Круг не здатний пристосовуватися до криволінійних поверхонь.

 Відсутній блискавковідвід не створює радіоперешкод. Відсутній блискавковідвід не ловить блискавку.

 Записати стандартне формульована моделі завдання, зазначивши конфліктну пару та технічну суперечність.

Приклади:

 Дано круг та виріб. Круг здатний шліфувати, але не пристосовується до криволінійних поверхонь виробу.

 Дано відсутній блискавковідвід і блискавка. Такий блискавковідвід не створює радіоперешкод, і не ловить блискавку.

З Аналізування моделі завдання

Вибрати зі складників, що належать до моделі завдання, той, який можна легко змінювати тощо.

Правило 5. Технічні об’єкти легше змінювати, ніж природні. Правило 6. Інструменти легше змінювати, ніж вироби. Правило 7. Якщо в системі нема складників, що їх легко змінювати, варто зазначити «зовнішнє середовище».

Приклади:

 Форму виробу не можна змінювати: плоска ложка не триматиме рідини. Круг можна змінювати (зберігаючи його здатність шліфувати) - такі умови завдання.

 Блискавковідвід - інструмент, «що обробляє» (що міняє напрямок руху) блискавку, яку в цьому разі можна вважати виробом. Аналогія: дощова груба і дощ. Блискавка - природній об’єкт, блискавковідвід - технічний, тому за об’єкт треба взяти блискавковідвід.

3.2. Записати стандартне формульовання ТОР.

Складник (зазначити складник, що його вибрано на кроці

сам (сама, само) усуває шкідливу дію, зберігаючи властивість виконувати (зазначити корисну взаємодію).

*

Правило 8. У формульованій ЮР завжди має бути слово «сам» («сама», «само»).

Приклади:

 Круг сам пристосовується до криволінійної новєрхиі виробу, зберігаючи здатність шліфувати.

 Відсутній блискавковідвід сам ловить блискавку, зберігаючи властивість не створювати радіоперешкод.

 Виокремити ту зону складника (зазначеного на кроці

, що не впорається з потрібним за ЮР комплексом двох взає­модій. Що в ній - речовина, поле? Показати цю зону на схема­тичному рисунку, позначивши її кольором, штрихованням тощо.

Приклади:

 Зовнішній шар круга (зовнішнє кільце, обід); речовина (абразив, тверде тіло).

 Та частина простору, що її займав відсутній блискавковідвід. Речовина (стовп повітря), що його вільно пронизують радіохвилі.

 Сформулювати суперечливі фізичні вимоги, що їх став­лять до стану виокремленої зони складника конфліктними взаємодіями (діями, властивостями).

а) Щоб забезпечити (зазначити корисну взаємодію чи ту взаємодію, що її потрібно зберігати), треба (зазначити фізичний стан: бути нагрітим, рухомим, зарядженим тощо).

б) Щоб уникнути (зазначити шкідливу взаємодію чи взаємодію, що її потрібно додати), треба (зазначити фізичний стан: бути холодним, нерухомим, незарядженим тощо).

Правило 9. Фізичний стани, зазначені у п. п. 3.4.1. і 3.4.2, повинні бути взаємно супротивні.

Приклади:

 Щодо абразивного круга.

 Щоб шліфувати, зовнішньому шарові круга треба бути твердим (чи жорстко зв’язаним з центральною частиною круга, щоб передавати зусилля).

 Щоб пристосовуватися до криволінійної поверхні виробу, зовнішньому шарові круга не потрібно бути твердим (чи не бути жорстко сполученим з центральною частиною круга).

 Щодо блискавковідводу.

Щоб пропускати радіохвилі, стовп повітря повинен бути не провідником (точніше, не повинен мати вільних зарядів).

3.4.2 Щоб пропускати блискавку, стовп повинен бути провідником (точніше, повинен мати вільні заряди).

Записати стандартні формульований фізичної суперечності.

а) Повне формульований:    (зазначити виокремлену       зону

складника) повинна (вказати стан, зазначений на кроці 3.4.1), щоб виконувати (зазначити корисну взаємодію), і повинна (вказати стан, який зазначено на кроці 3.4.2), щоб усувати (шкідливу взаємодію).

б) Коротке формул ьовання: (зазначити виокремлену зону складника) повинна бути і не повинна бути.

Приклади:

 Зовнішній шар круга повинен бути твердим, щоб шліфувати виріб, і не повинен бути твердим, щоб пристосовуватися до криволінійних поверхонь виробу.

 Зовнішній шар круга повинен бути і не повинен бути.

 Стовп повітря повинен мати вільні заряди, щоб «ловити» блискавку, і не повинен мати вільних зарядів, щоб не затримувати радіохвилі.

 Стовп повітря з вільними зарядами повинен бути і не повинен

бути.

4 Усуваним фізичної суперечності

 Розглянути найпростіші перетворення виокремленої зони складника, тобто розділити суперечливі властивості.

а) У просторі.

б) У часі.

в) Використовуванням перехідних станів, за яких співіснують чи почергово виникають суперечливі стани.

г) Перебудовуванням структури: частині виокремленої зони складника надають наявну властивість, а всій зоні загалом потрібні (конфліктні) властивості.

Якщо отримано фізичну відповідь (тобто виявлено потрібну фізичну дію), перейти до 4.5, а якщо ні - перейти до 4.2.

Приклад. Стандартні перетворення не дають очевидного розв’язку завдання, хоча, як можна побачити далі, відповідь близька до 4.1 (4.1.2 і 4.1.4).

 Використати таблицю типових моделей завдань і репо- льних[1] перетворень. Якщо отримано фізичну відповідь, перейти до 4.4, а якщо ні - перейти до 4.3.

Приклад. За типовим розв’язком речовину В2 потрібно розвернути в реполь [5, 10), увівши поле II й додавши В3 чи розділивши В: на дві взаємодіючі частини. (Ідею розділяння крута починають формулювати на кроці 3.3. Але якщо просто розділити круг, зовнішня частина відлетить під дією відцентрових сил. Центральна частина круга повніша міцно тримати зовнішню частину й одночасно повинна давати їй можливість вільно змінюватися...). Далі за типовим розв’язком бажано перевести реполь (отриманий з В2) у феиоль[2] тобто використати магнітне поле і феромагнітний порошок. Це дає змогу зробити зовнішню частину крута рухомою, яка змінює та забезпечує потрібний зв’язок між частинами крута.

5 Попереднє оцінювання отриманого результату

 Попередньо оцінити результат.

Контрольні запитання:

 Чи забезпечує отриманий розв’язок виконання головної вимоги ЮР («Елемент сам...»)?

 Яку фізичну суперечність усунуто (і чи усунуто) отриманим розв’язком?

 Чи містить отримана система хоча б один добре керований складник? Який? Як ним керувати?

 Чи притаманний розв’язок, знайдений для «одноцик- лової» моделі завдання, в реальних умовах з багатьма циклами?

Якщо отриманий розв’язок не задоволяє хоча б одне конт­рольне запитання, повернутися до 2.1.

 Перевірити (за патентними даними) формальну новизну отриманого розв’язку.

 Які підзадачі можуть виникати під час технічного розроблювання отриманої ідеї? Записати можливі підзадачі - винахідницькі, конструкторські, розрахункові, організаційні

6. Розвивання отриманої відповіді

 Визначити, як потрібно змінити надсистему, в яку входить змінена система.

 Перевірити, чи можна змінену систему використовувати по-новому.

 Використовувати отриману відповідь під час розв’язування інших технічних завдань.

 Розглянути можливість використання ідеї, протилежної до отриманої.

 Побудувати таблицю «розміщення частин - агрегатні стани виробу» чи таблицю «використання поля - агрегатні стани виробу» й розглянути можливі перебудови відповіді за їх позиціями.

7 Аналізування розв’язування

 Порівняти реальне розв’язування з теоретичним (за АРВЗ). Якщо є відхилення - записати.

 Порівняти отриману відповідь з табличними даними (таблиця вибирання заходів усування технічних суперечностей, таблиця фізичних ефектів). Якщо є відхилення - записати.

.

2 Стратегія розв’язування винахідницького завдання за допомогою АРВЗ.

ІІСШІЯ ТСХНІЧНИХ

суперечностей

ЗГІ - завдання початкове; ВІ - век тор психологічної інерції;

ЗО - завдання оброблене; ЮР - ідеальний остаточний результат Рисунок 6Л — Стратегія розв’язування винахідницького завдання за АРВЗ

Спочатку формулюють умови завдання початкового (ЗП) в загальній формі. Оброблюють і уточнюють його, враховуючи дію вектора психологічної інерції (ВІ) та технологічні розв’язки в цій та інших галузях (рис. 6.1).

а технічних •іостей

Перед розв'язуванням прямого завдання, що пов’язане з технічним об’єктом, шукають завдання в надсистемі (обхідні завдання) та вибирають найприйнятніший шлях.

Формулюючи завдання в АРВЗ, враховують те, що джере­лом психологічної інерції є технічна термінологія і просторово- часові уявини об’єкта. Тому рекомендують формулювати неба­жаний ефект чи головну складність будь-якої ситуації, а не вимоги того, що потрібно зробити.

Дію психологічної інерції зменшують також, використо­вуючи оператор РЧВ (розмір-час-вартість), суть якого зводиться до серії уявних досліджень зі змінення розмірів об’єкта від зада­ної величини до 0 і потім до оо, часу дії (швидкості) об’єкта від заданого до 0 і потім до оо та вартості об’єкта від заданої до 0 і до оо. Застосовуючи оператор РЧВ, удається змінити уявини про