Воображайте-2. Полигон для мозгов - читать онлайн

Плакат с текстом висит в классе уже три дня. Это одна из задач, которую мы использовали как противоядие от «звёздной» болезни наших учеников. Сегодня, наконец, пришёл черёд эту задачу решать.

Эта задача, важная для производства, была решена Преподавателями много лет назад.

Ребята строят вепольные схемы, рисуют маленьких человечков, но ответа не находят. Затруднения вызваны тем, что обычно мы давали решать уже достаточно четко сформулированные задачи, а сейчас перед ними даже не задача, а изобретательская ситуация. Рассказано о технической системе, в которой есть какие-то недостатки. К ситуации можно подходить по-разному: отказаться совершенствовать предложенную систему и заменить её другой, например, плазменную резку лазерной или работать над созданием нового материала для катода, который сможет выдерживать высокие температуры без малейших разрушений.

Превратить ситуацию в четко сформулированную задачу, а потом найти и разрешить противоречие, скрытое в данной задаче, – для этого и существует Алгоритм Решения Изобретательских Задач – АРИЗ.

АРИЗ – одно из главных «созданий» Генриха Альтшуллера, первый его вариант был опубликован в 1959 году, он был очень прост, занимал пол-странички, но уже позволял довольно уверенно решать некоторые типы задач. Дальнейшая разработка АРИЗ велась путем обучения людей использованию алгоритма и наблюдения – как они решают задачи, какие возникают проблемы при этом, поиск путей решения этих проблем. Сам Альтшуллер описывал историю развития АРИЗ следующим образом:

Преподаватели понимали, что полный АРИЗ-85 слишком сложен для их учеников, поэтому для них был разработан облегченный вариант алгоритма, младший брат АРИЗа – «АРИЗЕНОК».

Мы вывешиваем первый плакат.

– Кто помнит, что такое мини-задача? – Это задача, в которой решение должно быть получено путем минимальных изменений в уже существующей системе.

– А какие у мини-задачи преимущества?

– Меньше изменений – значит, получится более идеальное решение! Легче будет внедрить!

– Верно. И ещё одно преимущество: мини-задачу проще всего сформулировать. Все в системе остается как было (или почти все), а вредный эффект, недостаток должен исчезнуть. В АРИЗ мини-задача строится по строгой схеме. Необходимо отказаться от терминов. И ещё нужно уметь сформулировать техническое противоречие (ТП). Так в ТРИЗ называется ситуация, когда попытка улучшить одну характеристику системы приводит к ухудшению другой. В мини-задаче технические противоречия «ходят парой», потому что на любую проблему всегда можно взглянуть с двух противоположных сторон.

Приступаем к анализу задачи о плазмотроне

1.1. Техническая система для резки металла включает электрод, газ, разрезаемый металл и электрическую дугу.

ТП-1: если дуга очень сильная, она хорошо режет металл, но разрушает электрод.

ТП-2: если дуга слабая, она не разрушает электрод, но плохо режет металл.

Необходимо при минимальных изменениях в системе обеспечить отсутствие разрушения электрода при хорошей резке.

Следующий шаг – выбор конфликтующей пары, включающей изделие и инструмент. Иногда в задачах бывает два изделия или два инструмента. В нашем случае:

1.2. Изделия – металл (М) и электрод (Э).

Инструмент – электрическая дуга. «Взаимоотношения» между инструментом и изделиями:

1.3. ТП-1: сильная дуга хорошо режет металл, но портит электрод.

ТП-2: слабая дуга не портит электрод, но плохо режет металл.

На схеме это выглядит так:

Следующий шаг – выбор ТП. Фактически у нас в мини-задаче две задачи. Можно «идти» от ТП-2 – слабой дуги. Но тогда придется искать новые способы повышения производительности резки, а это приведет к отказу от мини-задачи. Лучше «работать» с ТП-1: у нас уже производительность обеспечена, нужно только решить проблему разрушения электрода.

1.4. Выбираем ТП-1. Выбрав конфликт, мы сузили, сделали более четкой задачу. Теперь главное – не терять ее, не путаться, не возвращаться раньше времени к другой. Для этого следующий шаг – усиление конфликта, чтобы не «тянуло» к компромиссу, к какой-то средней по силе дуге. Обострение противоречия – шаг к его разрешению!

1.5. Усиление конфликта: очень сильная дуга прекрасно режет металл, но очень быстро разрушает электрод.

Заключительный шаг первой части как бы подводит итог анализу. Но в ней появляется и новое действующее лицо – икс-элемент – «таинственный незнакомец», который должен помочь нам решить задачу. Правда, его полномочия обычно не очень широки. Ведь у нас есть инструмент – дуга, которая с одной частью работы справляется хорошо – прекрасно режет металл. Здесь ей помогать не надо. На долю икс-элемента остается обеспечить «неразрушение» электрода. Но при этом он не должен мешать дуге, иначе «за что боролись?» Икс-элемент как в алгебре – неизвестное, которое нужно найти. Это может быть вещество или поле, или просто какое-то изменение в системе.

1.6. Модель задачи. Даны сильная дуга, металл и электрод. Очень сильная дуга прекрасно режет металл, но сразу разрушает электрод. Необходимо найти такой икс-элемент, который устранит разрушение электрода, не мешая очень сильной дуге резать металл.

Теперь можно использовать вепольный анализ. Здесь – слово ребятам.

– Это типичный вредный веполь, – рассуждает Женя. – B₁ – электрод, B₂ – дуга, П – вредное тепловое поле. Нужно ввести модификацию, скорее всего дугу, которая бы защищала электрод.

– Какую модификацию?

Ответа нет. Трудно придумать модификацию дуги. А противодействующее поле? Охлаждать электрод?

– До этого, конечно, давно додумались, но эффект не очень большой.

– Оттянуть каким-то веществом лишнее тепло?

Ребята хотят продолжить поиск решения с помощью вепольного анализа. Но Преподаватель против. Если решение не очевидно, нет смысла тратить много времени на перебор веществ и полей – лучше продолжить уточнение задачи по АРИЗ.

Мы вывешиваем второй плакат.

2.1. Оперативная зона – место конфликта – там, где дуга касается электрода.

2.2. Оперативное время – все время пока горит дуга.

2.3. Ресурсы. Вещественные, энергетические, из оперативной зоны и вне ее.

Вещественные – плазма, газ, воздух, металл электрода, разрезаемый металл…

Полевые – высокая температура, давление газа, движение газа и плазмы, электрический ток, магнитное поле дуги, гравитационное поле, магнитное поле Земли…

Перечисляя ресурсы, ребята тут же пытаются «пристроить их к делу». Это не страшно, но много времени терять на такие попытки не стоит. Ведь обзор ресурсов на этой стадии – предварительный. Вообще попытки найти решение, не дожидаясь конца анализа, всегда есть. Это немного странно – ведь если решаешь квадратное уравнение по формулам Виета, нет смысла где-то посередине бросать вычисления и начинать гадать. Но так уж устроен человек – при решении изобретательских задач всегда хочется побыстрее угадать ответ. Мы в таких случаях рекомендуем пришедшие в голову идеи обдумывать, записывать, а потом идти дальше по АРИЗ.

Ребятам очень не нравится записывать идеи – отвлекает от увлекательной генерации. Кстати, та же проблема часто и с взрослыми. Приходится «прочищать мозги»:

• Не записал – потерял. Новая идея вытеснит эту, потом будете затылок чесать – что же там было такое интересное?

• Не записал – идея давит на подсознание «изнутри» – и начинается «подгонка» шагов АРИЗ под свою идею. Трещит и ломается вся логика, поиск уходит в сторону…

Итак, третий плакат.

Плакат требует пояснений. Сама идея идеального конечного результата (ИКР) понятна – ребята хорошо усвоили понятие идеальности. Но раньше эту идеальность формулировали как кто захочет. В АРИЗ же ИКР строится по определенной схеме (шаг 3.1). А на шаге 3.2 нужно постараться ещё раз пересмотреть ресурсы и выбрать из них наиболее подходящий на роль икс-элемента. Далеко не всегда можно сделать этот выбор. Тогда нужно идти дальше, не выпуская из виду наиболее реальных «кандидатов»:

• Физическим противоречием (ФП) называется ситуация, когда к физическому состоянию объекта в оперативной зоне и в оперативное время предъявляются противоречивые, противоположные требования. ФП как бы прячется внутри технического противоречия и является его причиной. Противоположные требования могут предъявляться ко всей оперативной зоне (ФП на макроуровне) или к её частицам (ФП на микроуровне).

• ИКР-2 – фактически новая формулировка задачи. Иногда сам поражаешься, как этот анализ меняет видение проблемы. Вообще-то часто (особенно у профессионалов) решение приходит уже на этом этапе.

Продолжаем работу по алгоритму, формулируем ИКР-1

3.1. Икс-элемент, абсолютно не усложняя систему и не вызывая вредных явлений, устраняет разрушение электрода в зоне его контакта с дугой во время её горения, не мешая дуге резать металл.

– А зачем нужно писать каждый раз «абсолютно не усложняя систему и не вызывая вредных явлений»? И так понятно, только лишняя писанина!

– Я знаю! – кричит Саша. – Это для преодоления психологической инерции лучше лишний раз напомнить об идеальности! Совершенно верное рассуждение. Но в своей тетради он неразборчиво написал: Х – Э, а.н.у.с. и н.в.в. я… Это безобразие. Нельзя экономить на формулировках!

3.2. Пересмотрев ещё раз имеющиеся в оперативной зоне и вокруг неё ресурсы, мы не нашли ничего подходящего.

3.3. Формулируем физическое противоречие. Оперативная зона должна быть электропроводной, чтобы загоралась дуга, и не должна быть электропроводной, чтобы…

– Женя остановился. Почему же ей, собственно, не быть электропроводной? Ведь не в этом причина разрушения электрода.

– Оперативная зона должна быть холодной, чтобы электрод не разрушался, и должна быть горячей…

– Тоже затруднение – нет причин, чтобы оперативная зона была горячей – не получается противоречие. Нелегко найти ту именно характеристику, то состояние оперативной зоны, к которой предъявляются противоречивые требования! Но найти обязательно нужно. И если все-таки не удается, в АРИЗ есть запасной вариант – краткое ФП: в оперативной зоне должно быть нечто, чтобы…, и не должно этого быть, чтобы…

С немалым трудом ребята выходят на удовлетворяющую всех формулировку ФП на макроуровне: В оперативной зоне во время работы дуги должен быть контакт между дугой и электродом, чтобы горела дуга, и его не должно быть, чтобы электрод не разрушался.

3.4. Переход к ФП на микроуровне уже не так труден. Частицы дуги в зоне контакта должны соприкасаться с частицами электрода, чтобы контакт был, и не должны соприкасаться, чтобы контакта не было.

3.5. Поверхность электрода сама обеспечивает во время горения дуги наличие и отсутствие контакта дуги с частицами электрода.

Вот такая получилась новая формулировка нашей задачи. Она кажется странной, «дикой», не похожей на первоначальную! Но опыт решения многих изобретательских задач говорит, что нарастание «дикости» – признак верного пути к решению.

3.6. – Снова вепольный анализ? – удивляются ребята. Мы же уже использовали веполи, когда работали с моделью задачи.

– Да, снова. Ведь вы уже видели, что по мере продвижения по шагам алгоритма задача все время меняется. Значит, могут срабатывать и разные правила вепольного анализа. Правда, в АРИЗ для взрослых используется не вепольный анализ, а другой инструмент – «Стандарты на решение изобретательских задач». Каждый стандарт – это комплекс, включающий один или несколько изобретательских приёмов в сочетании с физическим эффектом и предназначенный для решения определенного типа задач. Вепольный анализ – это язык, с помощью которого легко находить и применять нужные стандарты. Некоторые стандарты совпадают с уже известными вам вепольными правилами, например, правила достройки, правила разрушения. Стандартов много – сегодня используется система из 77 стандартов.

Система стандартов – это целая книга, с множеством примеров. У нас, к сожалению, нет возможности изучить стандарты подробно, поэтому мы будем продолжать пользоваться вепольным анализом. Но если у вас возникнет необходимость решать сложные изобретательские задачи – эти стандарты легко найти в Интернете.

Итак снова пробуем вепольные преобразования. B₁ – поверхность электрода, B₂ – частица дуги. Нет поля, обеспечивающего наличие и отсутствие контакта между ними. Задача, которая раньше требовала для решения разрушения веполя, превратилась в задачу на его достройку. Что же это за поле? Магическое слово МАТХЭМ не помогло…

В трудной работе прошли обычные четыре часа занятий. Но после обеда ребята снова вернулись в класс. Очень уж им хотелось узнать, что дальше будет с нашей задачей. И мы продолжаем. Четвертый плакат:

4.1. Маленьких человечков все рисуют с удовольствием. Получается у ребят примерно одно и то же: ряд человечков электрода. За одного человечка этой шеренги зацепились красные «горячие» человечки дуги и сжигают его. Когда сожгли одного, хватаются за следующего. Это картинка – «было».

А теперь по правилам шага 4.1 нужно эту картинку переделать: так перестроить человечков, чтобы их вредное действие исчезло. Как это сделать? Все в затруднении.

Преподаватель вызывает к доске добровольцев для изображения человечков в живую. Все желают участвовать в эксперименте, но Преподаватель оставляет только шестерых. Четверо изображают человечков электрода, а двое – человечков дуги. «Человечки катода» перед проблемой – противоречием: они должны держать «человечков дуги», но у тех очень горячие руки, они обжигают.

– Нужно передавать человечков дуги из рук в руки, как печёную картошку у костра!

Воспоминания о наших вечерних огоньках, когда на костре по традиции печётся картошка, самые приятные, и идея сразу всем понятна:

– Нужно, чтобы точка контакта непрерывно перемещалась по электроду! И можно сразу представить, как эту идею реализовать.

• Электрод должен перемещаться, например, вращаться!

• Лучше, чтобы двигался не электрод, а дуга – она ведь легче! – говорит Миша.

Он прав – двигать дугу с позиций ТРИЗ предпочтительнее. Но как?

4.2. Шаг назад от ИКР делают следующим образом. Часто, хотя и не всегда, из анализа задачи бывает ясно, как должна выглядеть «идеальная система», а вопрос только в том, как её получить. В таких случаях рисуют такой идеал, а потом вносят минимальное отклонение от результата. Например, если две детали в конечном итоге соприкасаются, надо на этом шаге ввести между ними маленький зазор. Возникает новая микрозадача – как ликвидировать этот «зазорчик»? Иногда она легко решается и подсказывает решение общей задачи. А как изобразить ИКР у нас?

– На электроде горит дуга, а он не разрушается.

– А теперь внесем маленькое разрушение. Дуга все-таки «съела» одну частицу, одного человечка электрода. Что нужно сделать, чтобы вернуть его на место?

– Пусть на его место встанет какой-то другой человечек, из запасных или из…

– Из ресурсов! Тогда все будет как было.

– А как обеспечить такую возможность взаимного замещения человечков?

– Человечки могут менять места только в жидкости. А электрод нельзя сделать жидким, он тогда сразу вытечет.

Преподаватель: – Вообще-то можно. Есть специальный материал для электродов, который при нагреве покрывается на поверхности тонким слоем электропроводного жидкого окисла. И это отлично «работает». Вот только материал этот очень дорог и имеет много других недостатков.

– Нужно просто сделать электрод в виде чашки с жидкостью и перевернуть электрод вверх ногами, – медленно тянет Игорь. – Пусть электрод будет внизу, а разрезаемый металл вверху!

Эту идею стоит записать и продумать отдельно. Она новая, не совпадает с имеющимся у Преподавателя контрольным ответом. Вполне возможно, что это изобретение[2]!

Вообще, в четвертой части АРИЗЕНКА от каждого шага можно ждать новой идеи. Если в первых трёх частях идёт анализ и прояснение задачи, то в четвёртой части – собственно поиск решений. Но в отличие от аналитической части, где выполнение каждого шага даёт гарантированное сужение поля поиска, в «решательной» части далеко не все шаги и не всегда могут дать результат.

Ребята долго обсуждали возможность использования пустоты или смеси ресурсных веществ с пустотой. Вообще пустота – идеальный ресурс для изготовления икс-элемента. Её всегда достаточно, платить за неё не надо. Пустота – это не обязательно вакуум, это просто незанятое место, пространственный ресурс. Но пустота может быть и пузырьками газа в жидкости, и порами в твердом теле.

– А пена? Это смесь пустоты с водой!

– Правильно, только не обязательно с водой, с любой жидкостью. Для пустоты есть даже свои маленькие человечки – «пустячки». А есть ли «пустота» в нашей задаче? Электрод плазмотрона – массивная деталь, она сделана из сплошного материала. А если…

И вот на рисунке новый электрод с пустотой – стакан, охлаждаемый снаружи. Дуга опирается на внутреннюю поверхность стакана. Если привлечь ресурс – поток воздуха или газа, который будет вращаться и непрерывно подгонять дугу, не давая ей задерживаться ни на миг, дуга не успеет «сжечь» человечков электрода. Правда, поток воздуха или газа может и «сдуть» дугу.

4.6. Нельзя ли использовать электрические или магнитные поля или их взаимодействие? Эти поля выглядят очень перспективными. Все вещества содержат электроны, ионы, то есть человечков, «послушных» электрическому и магнитному полю. Правда, в обычном состоянии они «замкнуты» друг на друга и электрического поля не очень-то слушаются, но их в принципе несложно «освободить». Как раз такой случай в нашей задаче – у нас поток плазмы, то есть ионов, подвластных электрическому и магнитному полю. Что из этого следует?

– Наверное можно перемещать дугу не воздухом, а с помощью электрического поля – как луч в телевизоре.

Большинство сначала скептически относятся к этим идеям, но сторонники использования поля не сдаются. Очень интересно – у ребят появилась уверенность, что раз ТРИЗ подсказывает идею, стоит за неё побороться!

– Можно использовать не только электрическое поле, но и магнитное. Может быть сверху стакана поместить магнит? Тогда силовые линии его будут действовать на плазму дуги, как на проводник с током. Правда? Это по правилу левой… или правой руки, – вспоминает неуверенно Света. На помощь ей приходит отличник (но совсем не зубрила) Женя:

– Если магнитные линии входят в ладонь, а вытянутые четыре пальца показывают направление тока в проводнике, то отогнутый большой палец укажет направление движения проводника. И ещё – продолжает он, можно обойтись без магнита. Нужно вокруг электрода намотать провод и пустить по нему ток, он и создаст магнитное поле!

Вот теперь решение получено, и именно то, которое Преподаватель запатентовал и проверил на практике.

Общая радость – ведь решена задача высокого уровня – на практике её решали десятилетиями, изобретатели медленно шли от одного небольшого улучшения к другому. Конечно, всё получилось не без помощи Преподавателей. Но помощь эта была методической, мы не подсказывали ребятам идеи, а только объясняли, как сделать тот или иной шаг, не позволяли уклоняться в сторону или раньше времени бросить решение. Но со временем эта помощь станет ненужной, ребята сами смогут пользоваться сложным, но могущественным инструментом решения задач, инструментом мышления.

Сегодня мы решали задачу почти семь часов. Много? Но задачи такого уровня, как мы уже говорили, решаются десятилетиями. Поэтому сколько бы ни было потрачено времени на анализ задачи по АРИЗ – час, два, три, неделя даже – всё равно это немного. И решать задачу нужно спокойно, не торопясь, всё равно выигрыш во времени огромный.

Вечерние размышления

Изучение АРИЗ – кульминационный момент в обучении. И очень парадоксальный. Он направлен на решение сложных задач – ребята с такими задачами, скорее всего, в своей практике встретятся ещё очень нескоро, когда успеют забыть про шаги АРИЗ. Более того, мы, авторы этой книги, в своей работе профессиональных изобретателей АРИЗ почти не используем. Зачем же мы мучаем детей такой сложной методикой?

В 1977 году Преподаватель стал первым в мире профессиональным «ТРИЗ-специалистом» – решателем проблем[3]. И через некоторое время обнаружил три интересных факта:

1. АРИЗ при решении практических задач не слишком эффективен, потому что:

• При преподавании АРИЗ на семинарах слушателям даются уже более или менее «прилично» сформулированные задачи, а при практической работе обычно таких задач нет. А есть обычно задание – улучшить такой-то технологический процесс или характеристику изделия.

• Работа по АРИЗ начинается с формулирования мини-задачи, а в реальных производственных процессах такую задачу часто очень трудно выявить, в одном технологическом процессе могут быть найдены десятки разных задач.

• АРИЗ нацелен на получение решений высокого изобретательского уровня, но такие решения в большинстве случаев очень тяжело внедряются в производство.

2. Тем не менее, люди, прошедшие обучение по АРИЗ, решали задачи во много раз лучше, чем не проходившие такого обучения, хотя сам АРИЗ и не использовали или использовали только некоторые отдельные разрозненные шаги АРИЗ, такие как формулирование идеальности, анализ ресурсов, моделирование маленькими человечками, использование приёмов разрешения физических противоречий и т. п.

Это объясняется важным психологическим эффектом, описанным Л. С. Выгодским, который называется интериоризация (от лат. interior – внутренний). Знания и навыки после их освоения, соответствующей тренировки и практического использования могут переходить с сознательного уровня на подсознательный, инстинктивный. Начинающий шофёр тщательно обдумывает, как выполнить сложный поворот или как объехать колдобину. При этом очень устает и водит плохо. А опытный водила об этом вообще не думает, делает всё автоматически и получается у него куда лучше. У него вся техника вождения «провалилась» в подсознание. Так же и элементы ТРИЗ «проваливаясь» в подсознание становятся неотъемлемой частью человеческого интеллекта, начинают «работать» в любых обстоятельствах, а не только при решении конкретных технических задач. Оказалось, что само изучение АРИЗ резко повышает общий творческий уровень человека, формирует у него диалектическое, алгоритмическое и системное мышление.

3. Ещё сильнее повышается творческий уровень у тех, кто преподаёт ТРИЗ и решает много практических задач. Типичная ситуация – «так старался объяснить другим, что и сам понял…». Это объясняет любопытный факт – лучшими исследователями и разработчиками в ТРИЗ всегда были люди, которые активно и много преподавали и практики – решатели задач.

С момента создания АРИЗ в нём совместились разные функции:

• АРИЗ как метод воспитания творческого мышления.

• АРИЗ как метод решения задач высших творческих уровней, направленных на создание принципиально новых технических систем.

Каждая из этих функций предъявляет свои специфические требования к системе, и именно попытки удовлетворить всем требованиям приводили к раздуванию объема АРИЗ, росту сложности работы с ним и времени, необходимого для обучения.

Готовясь к обучению детей, мы пошли по пути изменения АРИЗ в направлении улучшения функции воспитания творческого мышления. Так появился АРИЗЕНОК.

В девяностых годах авторы этой книги начали проводить обучение по ТРИЗ в Америке и других западных странах и сразу столкнулись с острой проблемой – если в России нормальный семинар по ТРИЗ длился от двух до четырех недель, то на Западе все обучение должно было быть проведено максимум за 3 дня. За такой срок изучить АРИЗ просто невозможно.

Для решения этой проблемы авторами вместе с коллегами – ТРИЗовцами и программистами, на базе АРИЗ был разработан программный продукт «Innovation WorkBench» (IWB). В переводе с английского «workbench» означает «рабочее место». Программный продукт сделал возможным обучение решению большинства практических задач всего за 2–3 дня. А со временем выявились три новые, довольно неожиданные возможности, создаваемые IWB:

• Высокая эффективность при решении задач разных уровней, от первого до третьего включительно. Оказалось возможным даже решение некоторых задач 4 уровня, за счёт того, что в программу были дополнительно включены законы развития технических систем, которых не было в АРИЗ.

• Когда программа создавалась, мы считали, что она будет нужна только «новичкам» для быстрого овладения методом решения задач. Но оказалось, что она очень сильно повысила эффективность работы и опытных ТРИЗовцев, в том числе и самих разработчиков.

• 95 % инженеров, менеджеров, учёных и т. п., прошедших обучение по IWB, вполне удовлетворены тем, что могут решать практические задачи, получать патенты. Но примерно 5 % обученных не желают на этом останавливаться, хотят глубже понять ТРИЗ, стать в этой области профессионалами. Так обучение IWB оказалось прекрасным средством профессионального отбора.

Школьникам мы даём только общее представление об алгоритме. Для того, чтобы преподавать АРИЗ, необходимо пройти полный курс обучения (объёмом не менее 140 часов).