Использование предлагаемого алгоритма дает хорошие результаты при решении достаточно сложных задач.
1) Описать, не используя специальные технические термины, состав системы, с которой предстоит иметь дело.
Использование специальных терминов создаёт психологическую инерцию, привязывает к образу старой системы и привычным путям решения её проблем.
Если здесь или далее при формулировании шагов алгоритма у Вас возникнут трудности, обратитесь к /4/.
2) Найти точный ответ на вопрос: какова конечная цель, для достижения которой ставится задача?
Как правило, первоначально «задачедателем» задача формулируется неверно или неточно, неконкретно (в этом, кстати, одна из причин нерешённости многих, казалось бы, очень нужных для практики задач).
Правильное установление конечной цели – важный шаг, какова конечная цель, таков и весь ход дальнейшего решения. Поэтому, приступая к решению практической задачи, не забудьте еще и еще раз проверить себя: ту ли цель Вы выбрали? Часто в ходе анализа по данному алгоритму конечную цель приходится переформулировать.
3) Определить, в какой постановке будет решаться задача: в первоначальной или в «обходной».
Рекомендуется начинать решение с мини-задачи. Мини-задачу получают из изобретательской ситуации, вводя ограничение: «Все остается без изменений или упрощается, но при этом появляется требуемое действие, свойство, качество или исчезает вредное действие, свойство, качество». Решение, полученное для мини-задачи, как правило, легче внедряется в производство.
4) Что желательно получить в самом идеальном случае?
На этом шаге формулируется идеальный конечный результат решения (ИКР), состоящий в том, что система сама (или ее часть) обеспечивает достижение конечной цели. Именно поэтому в ответе на этот вопрос обязательно должно присутствовать слово «сама» («сам», «само», «сами»).
Примечание: такая формулировка ИКР в дальнейшем должна нацеливать на получение решений, основывающихся, прежде всего, на изменениях в элементах рассматриваемой системы.
Существуют два правила, помогающих точнее определить ИКР:
не следует загадывать заранее, возможно или невозможно достичь идеального результата;
не надо заранее думать о том, как и какими путями будет достигнут конечный результат.
Отметим здесь же, что решение задачи может появиться на любом этапе анализа задачи. Однако советуем не спешить. Для оценки качества найденного решения нужно провести анализ до конца, после чего проконтролировать ответ на соответствие законам развития технических систем (ЗРТС).
5) На этом шаге предварительного анализа (ПА) следует определить:
«В чем состоит помеха? В чем существо конфликта? Что мешает получению ИКР?» Ответ на этот вопрос должен заканчиваться фразой «.., а это недопустимо».
Этот шаг позволяет сформулировать техническое противоречие, лежащее в основе задачи.
6) Нужно сформулировать: в чем состоит конкретная научно или технически обоснованная причина помехи, какое свойство системы или её элементов мешает достижению ИКР (почему мешает)?
Мир "физичен": в основе взаимодействия систем и их частей лежат явления, подчиняющиеся законам природы, поэтому при формулировании этого шага могут возникнуть трудности – не хватает конкретных знаний. В этом случае нужно обратиться к специалистам в данной области знаний, справочной литературе, учебникам.
7) Определить, при каких условиях помеха исчезнет.
Сформулируйте для определённого на предыдущем шаге свойства его антисвойство, антидействие.
Воспользуйтесь следующими рекомендациями:
привлеките для нахождения решения прямые аналогии (как эта задача решается в быту, в других отраслях), биоаналогии (как задача решается в живой природе — во флоре и фауне), личностную аналогию (представьте себя в роли объекта);
рассмотрите, прежде всего, возможность изменения в самой системе или ее элементах (это соответствует Вашей формулировке ИКР). Обратите внимание на имеющиеся в системе вещественно-полевые ресурсы;
если не удаётся реализовать предыдущий пункт, то рассмотрите возможность изменений во внешней среде, других объектах, работающих совместно с данной системой, в надсистеме;
рассмотрите, как решаются в технике задачи, обратные данной.
8) Если решение задачи найти не удается, то, прежде всего, рекомендуется еще раз проверить формулировки шагов алгоритма, начиная со второго, и при необходимости переформулировать конечную цель, с которой ставится задача, а также ИКР, отнеся его к другому элементу системы.
Если, тем не менее, решение не найдено, перейдите к следующему пункту.
9) Если в качестве помехи получения ИКР на шаге 5 выступает недостаток или отсутствие энергии, то предлагается рассмотреть следующие возможности:
использовать «вредную» энергию, силу;
использовать бесплатную энергию, силу;
выяснить: не простаивает ли рядом «двигатель»;
уменьшить потери энергии, силы;
скомпоновать простейшую машину (рычаг, клин, полиспаст, лук, домкрат и т. п.);
рассмотреть возможность создания силы, энергии с помощью наиболее часто используемых веществ.
10) Если в качестве помехи выступают:
недопустимое увеличение веса, габаритных размеров, площади, объема, формы, объекта, расхода энергии;
снижение надежности;
малая производительность;
противоречивое сочетание требований к условиям работы;
возникновение вредных факторов,
то рекомендуется рассмотреть возможность использования следующего набора приемов устранения типовых технических противоречий.
Вес объекта:
измените условия работы так, чтобы не приходилось поднимать или опускать объект;
разделите объект на две части – тяжелую и легкую, перемещайте только лёгкую часть;
передайте объекту дополнительные функции, чтобы уменьшить вес других объектов, работающих совместно с ним;
компенсируйте вес внешними силами (магнитными, центробежными, аэродинамическими и т.п.);
сделайте движущиеся части неподвижными и, наоборот, неподвижные — движущимися;
уменьшайте вес объекта в процессе его работы (например, отбрасывая отработанные части).
Длина объекта:
разделите объект на части, соединенные гибкими связями;
положите объект на бок;
измените длину объекта при переводе его в рабочее состояние.
Площадь объекта:
перейдите от одноэтажной компоновки к многоэтажной;
изменяйте площадь объекта в процессе его работы.
Объем объекта:
разделите объект на две части – объёмную и необъёмную, после чего вынесите объемную часть за пределы, ограничивающие объем;
совместите в пространстве несколько объектов по принципу матрёшки;
изменяйте объем объекта при переводе его в рабочее положение.
Форма объекта:
измените положение объекта в пространстве (наклоните, переверните, положите на бок, выведите из плоскости);
разделите объект на части, соединенные гибкими связями;
создайте предварительное изменение формы (противоположное недопустимому);
выполните объект из материала, допускающего изменение формы при работе;
перейдите от постоянной формы объекта к переменной.
Расход мощности, материалов, энергии:
перейдите от механической схемы к электрической или оптической;
разделите объект на части, приблизьте каждую часть к тому месту, где она работает;
сделайте так, чтобы машина не только выполняла основную работу, но и сама себя обслуживала (например, разгружала);
компенсируйте расход энергии получением какого-либо дополнительного качества, эффекта;
перейдите от непрерывной подачи мощности к периодической (например, импульсной).
Снижение надежности:
создайте легко используемый запас рабочих органов;
дорогостоящую долговечность замените дешёвой недолговечностью;
разделите объект на несколько частей, с тем, чтобы при выходе из строя одной части объект в целом сохранил работоспособность.
Снижение производительности:
увеличьте число одновременно действующих объектов;
перейдите от прерывистого процесса к непрерывному, от прямолинейного движения к вращательному; измените агрегатное состояние объекта;
разделите объект на части (изготавливать, обрабатывать, грузить и т.д. каждую часть отдельно), а затем производите сборку;
перейдите от последовательного проведения этапов процесса к параллельному, одновременному (пример – самонарезающийся винт).
Противоречивое сочетание требований к условиям работы объекта:
измените цвет объекта, сделайте объект прозрачным;
разделите объект на части, поставьте каждую часть в благоприятные условия;
совместите несовместимое оптически (например, стереоскопическая рентгеносъемка);
пусть объект меняет свои свойства при изменении условий работы.
Вредные факторы, например, внешние силы:
измените агрегатное состояние объекта;
выделите из свойств объекта вредное и ликвидируйте его;
выделите наиболее полезное свойство и используйте его без самого объекта;
ликвидируйте вредные факторы за счет частей объекта, имеющих другое основное назначение;
компенсируйте вредные факторы за счет самих этих факторов;
используйте вредные факторы для выполнения полезной работы;
усильте или преобразуйте вредные факторы так, чтобы они перестали быть вредными (например, шумный звук перевести в ультразвук).
11) Сформулируйте физическое противоречие (ФП) в следующем кратком виде: элемент системы должен быть (указать состояние), чтобы выполнять (указать одно из конфликтных свойств, действий или требований), и должен быть (указать противоположное состояние), чтобы выполнять (указать другое конфликтующее свойство, действие или требование).
Рассмотрите возможность разрешения ФП, применив одну из следующих формулировок приема:
разрешение противоречия во времени: в интервале времени Дт рассматриваемая система обладает свойством «А», а в интервале времени Дт2 — свойством «не А»;
разрешение противоречий в пространстве: одна часть системы (или система в целом) обладает свойством «А», а другая часть (части) — свойством «не А»;
разрешение противоречия в воздействиях: при воздействии 1 система обладает свойством «А», а при воздействии 2 (или, в частном случае, при воздействии 1, равном нулю) — свойством «не А».
12) Если решение задачи Вас удовлетворяет, то сформулируйте те изменения в частях системы, которые необходимо произвести, чтобы согласовать их взаимодействие. Если решение вас не удовлетворяет (частично или полностью), то вернитесь к началу алгоритма и проверьте правильность формулировок конечной цели, ИКР, причины помехи (то есть проведите повторный анализ).
Пример применения Алгоритма предварительного анализа
При приземлении самолета можно наблюдать, что в момент касания колес с бетонным покрытием аэродромов появляется легкий дымок. Это результат динамического взаимодействия резины колес с бетоном покрытия, приводящий к интенсивному износу покрышек. Как быть?
Решение
1) Состав системы: колесо с резиновыми покрышками, бетонное покрытие аэродрома, внешняя среда.
2) Конечная цель, с которой ставится задача: уменьшить или даже исключить износ покрышек.
3) Задачу решаем в той постановке, как она дана.
4) ИКР: система сама обеспечивает снижение или исключение износа покрышек.
5) В чём состоит помеха? В чём заключается существо конфликта? Что мешает достижению ИКР?
- Причина помехи — динамическое взаимодействие колеса и бетонного покрытия аэродрома.
6) В чем состоит конкретная научно или технически обоснованная причина помехи? («почему мешает»)?
- Существует разность скоростей бетонного покрытия и поверхности колеса. Скорость покрытия нулевая, скорость колеса — это посадочная скорость самолета. Разность скоростей равна посадочной скорости самолета.
7) При каких условиях помеха исчезнет?
- По-видимому, если скорости покрытия и колеса будут одинаковыми.
Возникает новая задача — уравнять эти скорости, для чего нужно раскрутить колесо. Но как? В поиске ответа на этот вопрос (который является новым в рамках данной задачи) вернемся к началу алгоритма.
1) Состав системы: колесо, окружающая среда. (Заметим, что из состава системы (модели задачи) мы за ненадобностью исключили аэродромное покрытие).
2) Конечная цель, с которой ставится задача:
- Раскрутить колесо так, чтобы линейная скорость нижних точек на его ободе равнялась скорости садящегося самолета. Скорость этих точек должна быть направлена в сторону, противоположную направлению движения лайнера (чтобы относительная скорость точек на ободе колеса и покрытия посадочной полосы в месте контакта оказалась бы близка к нулю).
3) Задачу решаем в той постановке, как она дана, то есть без установки дополнительных двигателей для раскручивания колес. Попытаемся использовать энергию, имеющуюся в самой системе.
4) ИКР: система сама обеспечивает раскручивание колес.
5) В чём состоит помеха? В чём заключается существо конфликта? Что мешает достижению ИКР?
- Нужна энергия для этого раскручивания.
6) В чем состоит конкретная научно или технически обоснованная причина помехи? («почему мешает»)?
- Нужно найти энергию в самой системе и преобразовать ее в энергию вращения колес.
7) При каких условиях помеха исчезнет?
Помеха исчезнет, если извлечь энергию из элементов системы: колеса как элемента самолета, и окружающей среды, в качестве которой выступает окружающий воздух. Здесь легко выйти на простые аналогии: ветряные мельницы, ветряные энергоустановки, использующие энергию воздушных потоков, и, наконец, детская игрушка, в которой происходит вращение бумажной турбинки под действием ветра или при движении самих турбинок.
Контрольное решение:
Для раскручивания колес самолетов при посадке французский изобретатель Х. Оливье предложил на боковых поверхностях колес установить лопатки. Встречный воздушный поток раскручивает колеса, тем самым, согласовывая скорость контактной поверхности колеса со скоростью (нулевой) посадочной полосы, подготавливая их к встрече.