Теория решения изобретательских задач

Теория решения изобретательских задач

«Изобретения всегда опаздывают. Мореплаватели наносят течения, рифы, мели на карты, чтобы другие – те, кто идут по их следам, знали о них. А у изобретателей нет такой карты, и каждый начинающий проходит через одни и те же ошибки. Годы уходят на то, чтобы накопились какие-то приемы».

Это цитата Генриха Альтшуллера, создателя теории решения изобретательских задач (ТРИЗ) – того самого инструмента, который помогает как начинающим, так и опытным решателям быстро и эффективно справляться с задачами.

В этом части лекции мы поговорим о ТРИЗе, его ключевых принципах и инструментах. А также разберем несколько интересных задачек и поймем, как можно использовать инструменты ТРИЗ в учебном процессе.

У автора теории интересная биография. Он был изобретателем с детства. Первое авторское свидетельство будущий автор ТРИЗ получил в десятом классе на аппарат для аквалангистов, работающий на перекиси водорода. Среди его первых изобретений был также катер с ракетным двигателем и пистолет-огнемёт.

В дальнейшем в соавторстве с другом Рафаэлем Шапиро он подал несколько десятков заявок на изобретения, по которым ещё до 1950 года было получено несколько авторских свидетельств. Изобретая сам, Альтшуллер анализировал патенты других. По разным источникам, он проанализировал от 40 до 100 тысяч патентов – и выявил ряд закономерностей. Он понял, что технические системы развиваются по определённым законам. Эти законы можно выявить и использовать для создания алгоритма решения изобретательских задач (АРИЗ).

Созданию и совершенствованию теории он и посвятил свою жизнь.

В течение следующих 40 лет ТРИЗ проходил путь становления, формировались его основные понятия и инструменты, был разработан АРИЗ. К концу 80х были созданы новые школы ТРИЗ, проходило массовое обучение ТРИЗ-специалистов. Теория повсеместно проверялась практикой, значительно расширялись ее возможности.

Сегодня инструменты ТРИЗ используются в разных областях: не только в инженерии, но и в бизнесе, политике. И, конечно же, с их помощью можно развивать изобретательское мышление у школьников.

Классическая структура ТРИЗ, которая рассматривается на большинстве сайтов и в литературе, выглядит примерно так:

- Законы решения технических систем;

- Алгоритмы решения изобретательских задач, (в т.ч. приемы и методики);

- Методы анализа ТРИЗ: вепольный, диверсионный, системный и другие;

- Методы творческого развития личности и коллектива.

Эта лекция посвящена базовым понятиям ТРИЗ и заданию векторов для дальнейшего самостоятельного изучения теории. К сожалению, мы не можем дать исчерпывающий объем информации в одной лекции. Однако в дополнительных материалах вы найдете много полезных материалов, в том числе сайты с конкретными задачами и игровыми практикам, которыми можно пользоваться на занятиях.

А сейчас рассмотрим ключевые понятия ТРИЗ.

Первое понятие – “Противоречия”

Альтшуллер анализировал как было сделано то или иное изобретение. Изобретений огромное количество, а вот противоречий, лежащих в их основе, – значительно меньше - порядка полутора тысяч. Альтшуллер утверждал, что в основе любой задачи лежит ПРОТИВОРЕЧИЕ, которое необходимо решить.

Противоречие – это когда задача должна выполняться, но не может. Когда улучшение одной характеристики системы влечет ухудшение другой. Например, у самолета должно быть маленькое крыло, чтобы не создавать сопротивление и не уменьшать скорости самолета. И одновременно у него должно быть большое крыло, чтобы оторвать самолет от земли. Или другой пример – при аварии бензин не должен гореть, но в двигателе автомобиля тот же бензин гореть обязан.

“Должен гореть – не должен гореть”, ерунда какая-то. Действительно, по закону противоречия в формальной логике невозможно, чтобы бензин одновременно и одноместно горел и не горел. Но если эти ограничения снять, то ситуация становится возможной: в двигателе бензин горит, а в бензобаке при аварии не горит. Такое возможно, если, например, бензобак поделен на ячейки: в одних ячейках находится бензин, а в соседних – гасящая горящий бензин жидкость.

По Альтшуллеру, «техническим противоречием называют взаимодействие в системе, состоящее в том, что ПОЛЕЗНОЕ действие вызывает одновременно и ВРЕДНОЕ действие». То есть противоречие – это взаимодействие противоположных требований или желаний. Нет противоположных требований – нет и причины конфликта.

Иллюстрацией этого положения является Тянитолкай из сказки Корнея Чуковского "Доктор Айболит". Если желания его голов совпадают – противоречия нет, если не совпадают – конфликт неизбежен.

На этот счет есть интересный исторический пример. При проектировании станции «Луна‑16» инженеры искали лампочку для подсветки поверхности Луны. Они нашли 4 типа ламп с нужными характеристиками, но вот беда: ни одна из них не выдерживала расчётных механических нагрузок. Самое слабое место – крепление баллона с цоколем. Инженеры переживали, что в этом месте и будет проблема: баллон может разрушиться или лампа просто разгерметизируется. С этой проблемой подошли к Генеральному конструктору Георгию Бабакину. Бабакину нужно было несколько секунд, чтобы справиться со стереотипами и принять верное решение: ну и пусть себе ломается! На Луне – вакуум, и никакой необходимости в баллоне там нет!

Как мы видим, противоречие в этой ситуации отсутствует, а нет противоречия – нет необходимости решать задачу.

Второе понятие ТРИЗА – это Идеальный конечный результат (ИКР)

До сих пор, если попадается сложная задачка, школьники заглядывают в ответ задачника, а потом «подгоняют» свои вычисления под правильный ответ. Что в этом плохого и что хорошего? Плохо то, что задача решена «нечестно», достигнут меньший образовательный эффект. С другой стороны, задача решена легко, быстро и правильно. А нельзя ли этот приём использовать в жизни, когда есть задачи и нет правильных ответов?

Генрих Саулович нашел такой способ. В 50-е годы он предложил до решения задачи сформулировать самый желанный ответ (пусть даже и невыполнимый) и назвал его ИКР – идеальный конечный результат.

Для того чтобы задача решалась, нужен ориентир – ИКР. Это ситуация, когда системы нет, нет никаких затрат, но функция выполняется идеально. ИКР – это наше стремление к идеалу, когда мы минимизируем количество элементов системы, при этом улучшая результат. В этом и заключается наше эффективное решение.

Опыт показал, что требуется некоторое время, чтобы привыкнуть к идеальности. Действительно, диковато: только-только понял задачу, еще не знаешь не только ответа, но и как к ней подступиться, а тут сразу предлагают формулировать решение! И не простое, а наилучшее.

Между тем, ИКР отражает основной закон развития техники (и не только техники) – закон повышения степени идеальности. Иначе говоря, закон повышения степени удовлетворения потребностей человека.

Рассмотрим задачу из интернета с красивым идеальным решением, чтобы показать скептикам, что идеальные решения возможны.

Среднеазиатский полководец и эмир Самаркандского царства Тамерлан, разгромивший Золотую Орду и совершавший грабительские набеги на Индию и Персию, сам подвергся нападению свирепых боевых слонов, за которыми бежало несметное войско. Что делать?

Тамерлан приказал нагрузить на верблюдов сено, поджечь его и гнать верблюдов навстречу слонам. Слоны испугались движущегося на них "моря огня", повернули назад и растоптали свою же пехоту. Победа над врагом была обеспечена ресурсом врага.

Попробуйте сформулировать ИКР для данной ситуации. Сложно? И не только потому, что нет опыта. А еще и потому, что для формулирования ИКР нужна полная раскованность мысли.

Давайте сформулируем ИКР вместе: «Слоны сами уничтожают свою пехоту и сами убегают с поля боя». Или «Войско неприятеля само себя уничтожает». Местоимениями «сами», «само» мы направили своё мышление к сильному решению.

Давайте потренируемся в формулировке ИКР. Например, придумаем идеальный конечный результат для школы. “Дети сами себя обучают”. Системы «школа» нет, а дети обучены всему, что необходимо. Есть ли уже такое? Конечно! Многочисленные онлайн-курсы, образовательные каналы приближают нас к ИКР.

А что если сформулировать такое ИКР: «системы «такси» нет, а пассажиры доставлены». Здесь можно выйти на решение сервиса Blablacar: водители добираются из пункта A в пункт В и берут на свободные места желающих пассажиров за обозначенную стоимость. При этом отсутствуют диспетчеры, стоянка для такси, для водителей это не основная работа – то есть, необязательные элементы отсутствуют.

Вопрос формулировки задачи – то, с чего начинается ТРИЗ. В ней заключается само решение и поиск результата. Задача – то, что определяет работу изобретателя. Очень важно сформулировать ее. Задача строится на тех самых противоречиях, о которых мы уже поговорили.

Приведу пример с заводом по производству зубной пасты. На заводе, на выходе из конвейера попадались тюбики без пасты – брак составлял 8-10%. Пустые тюбики попадали в упаковку, уходили к покупателям, покупатели, естественно, жаловались. Руководство завода обратилось к компании, которая в течение полугода за несколько миллионов долларов разработала специальные весы, которые на выходе из конвейера взвешивали тюбики и определяли по весу пустой или нет тюбик. При этом оператор должен был подойти к весам, сбросить тюбик и заново запустить конвейер.

Казалось бы, все хорошо, жалоб нет, все довольны. Спустя некоторое время руководство решает проверить, сколько пустых тюбиков попадает на весы и видит, что на весах не было ни одного тюбика. Но и жалоб нет. Как так получилось? Оказалось, что оператор конвейера устал бегать и сбрасывать тюбики и перед самыми весами поставил дешевый вентилятор, который просто сдувал пустые тюбики с конвейера – поэтому они и не попадали на весы. Давайте сравним качество решений. Куча времени и денег против дешевого вентилятора. Как правило лучшее решение – решение с минимумом затрат и максимумом пользы. Эффективность = польза/затраты.

Когда задача стоит «обнаружить пустые тюбики» – это одно. А вот задача «исключить брак» – это другое. Рабочий на конвейере выбрал правильную формулировку задачи и не искал брак, а исключил его.

Решения должны быть простыми, однако простой результат – не всегда легкодостижимый. Самая большая работа – это получение, казалось бы, простого результата. ТРИЗ дает механизмы и приемы как разрабатывать простые, но качественные результаты.

Приемов для решения задач и разрешения противоречий в классической ТРИЗ всего 40. Приемы сами по себе не являются готовыми решениями, они – тропинка, по которой изобретатель идет к лучшему решению.

Перечислим некоторые из этих приемов.

Прием дробления. «Если объект не проходит через препятствие, разбери его и пронеси через препятствие. Нельзя разобрать объект – разбери препятствие». Мы применяем его постоянно. Большой шкаф не пролезает через дверь – мы разбираем его. Специфический пример: танк не помещается в здание военного училища – сначала заносим танк, а потом возводим стены.

Понятный всем педагогам пример – классная доска. С самого начала это были большие полотна, на которых рисовали. Потом, вместо того, чтобы переворачивать доску каждый раз, ее разделили на части. Затем сделали части подвижными – получилась доска с боковыми “крыльями”, добавилась площадь, стало значительно удобнее. Однако и это неокончательное решение: флипчарты еще более эффективны.

Прием вынесения. В нем от объекта необходимо отделить мешающую часть, свойство. Или наоборот выделить единственно нужную часть или свойство. Например: нужно отпугивать птиц для предотвращения их столкновения с самолетами. Решение – воспроизведение криков перепуганных птиц. В примере птичий крик отделен («вынесен») от птиц.

Прием универсальности. Здесь объект выполняет несколько разных функций, благодаря чему отпадает необходимость в других объектах.

А в приеме «матрешка» один объект размещен внутри другого объекта, который, в свою очередь находится внутри третьего и т.д.

Отдельный раздел ТРИЗ – это законы развития технических систем. Мы можем спрогнозировать, как техническая система будет развиваться дальше, можем делать изобретения, понимаем, куда нам нужно двигаться. Грубо говоря, это подсказки для нас. Мы можем использовать законы развития технических систем для прогнозирования возможных решений. Это отдельный раздел в ТРИЗ – о нем вы узнаете из дополнительных материалов к лекции.

Приемы ТРИЗ – это мыслительный инструментарий изобретателей и рационализаторов. Если ваши ученики, если вы сами будете владеть этими методами – возможности для изобретений колоссально расширяются. Вы будете генерировать взвешенные и качественные сильные решения.

ТРИЗ учит креативности, учит решать открытые творческие жизненные задачи, у которых нет четкого условия, которые могут решаться разными способами и иметь различные результаты.

Если бы наша жизнь была простой и понятной, тогда бы мы решили задачу «Как одновременно уложить спать двух детей?» легко, как 1 + 1. Кладешь одного ребенка на кровать и кладешь второго ребенка на кровать – получаем двух спящих детей. Но в жизни почему-то так не получается: чтобы решить эту открытую задачу, маме каждый раз приходится придумывать изощренные методы.

ТРИЗ меняет мышление: человек не просто видит ПРОБЛЕМУ, а может перевести ее в ЗАДАЧУ. А значит, он встает в активную позицию РЕШАТЕЛЯ – и многое становится ему по плечу. Но овладеть инструментами ТРИЗ можно только в процессе практики.