ТРИЗ. Уровни задач

Интеллект Клуб

09.04.2001

Уровни задач

Сначала о прошлой задаче.
Пришло около 15 писем с правильными решениями этой задачи.

Задача о композиции двух жидкостей

Необходимо приготовить композицию из двух жидкостей. Это, что-то вроде коктейля "Кровавая Мэри", когда в стакане два слоя жидкости. Нижний слой - это томатный сок, а верхний слой - водка. Только в нашем случае нижний слой - это вода, а верхний слой - жидкость по плотности очень близкая к воде. Так, что даже самый аккуратный процесс заливания второй жидкости приводит к ее смешиванию с водой, а последующего отстаивания (расслоения) не происходит. Как быть?

В этой задаче может быть сформулировано несколько противоречий. Но все они приводят практически к одному и тому же решению.
О том, что такое противоречие, как его выявлять и формулировать, я еще не рассказывал. Эта тема впереди. Тогда я еще раз вернусь к этим задачам.

Первый подход может быть, например, таким.
Для того, чтобы жидкости не перемешивались, хорошо было бы установить между ними перегородку. Но постоянное присутствие этой перегородки недопустимо. Удалить же ее невозможно - перемешаются жидкости. Вот и получается, что перегородка должна и не должна быть. Отсюда вытекает один из предложенных вами вариантов решения.

Перегородка создается за счет замораживания тонкого верхнего слоя воды. После того, как налит второй слой жидкости, перегородка сама постепенно тает и исчезает. Так разрешается противоречие "наличие - отсутствие перегородки". Эта задача демонстрирует один из инструментов ТРИЗ - ИКР (Идеальный конечный результат). Перегородка удаляется САМА, не вызывая перемешивания жидкостей.
Об ИКР у нас будет отдельная тема.

Вот еще один возможный вариант формулирования противоречия в этой задаче.
Для того, чтобы, наливаемая поверх воды, жидкость не перемешивалась с водой, вода должна отсутствовать. В этом случае жидкости просто не с чем перемешиваться. Но тогда не получится композиции из двух жидкостей.
Отсюда противоречие. Вода должна и не должна быть в емкости.
Решение аналогичное. Заморозить воду, залить вторую жидкость, а затем разморозить постепенно воду. Лучше, подогревая ее снизу. В результате приходим к первому варианту решения.
И здесь противоречие оказалось разрешенным. Замороженная вода ни чем не отличается от твердого сосуда. Вторую жидкость можно заливать без проблем, как в пустой сосуд. Затем (после размораживания) вода в сосуде "появляется" САМА.

Задача Андрея Борзых

Ответного хода царя от Андрея Борзых не последовало.

Теперь о сложности задач.
Здесь я хочу привести (с небольшими сокращениями) главу из книги Г.С. Альтшуллура "Творчество как точная наука", 1979. В ней с использованием интересных примеров объясняется, почему и какие задачи решаются быстро, а какие - долгие годы.

Прежде чем говорить об уровнях сложности задач (а речь идет о творческих задачах), необходимо определить, что есть творческая задача.
Вот мои определения на этот счет.

Проблема - противоречивая ситуация, требующая разрешения.
Задача - ситуация с заданными условиями и ограничениями, требующая разрешения, предполагающая его наличие.
Творческая задача - задача с множеством альтернативных решений, о наличии которых неизвестно.

Уровни задач

По степени трудности задачи можно разделить на пять уровней (классов). Для самых легких задач (первый уровень) характерно применение средств (устройств, способов, веществ), которые прямо предназначены именно для данной цели. Вот пример задачи первого уровня.

Задача 1

Ответ очевиден: нужна теплоизоляция, а если она уже есть, нужно ее усилить - сделать более толстой, ввести двойные стенки, использовать принудительное охлаждение и т. д. Именно так и была решена эта задача: "Устройство для подачи жидкого, кислорода в расплавленный металл, выполненное в виде четырех концентрически расположенных охлаждаемых труб и наконечника, отличающееся тем, что с целью предотвращения газификации кислорода в потоке внутренняя труба изолирована от окружающих тепловой изоляцией с толщиной 15-20 мм" (авторское свидетельство - а.с. N 317 707).

Надо бороться с теплом - и вот введен слой теплоизоляции. Его толщина не 1,5-2 мм, этого было бы явно мало, и не 1,5-2 м, труба с таким защитным слоем просто не поместилась бы в печи, а 15 -20 мм, как и следовало ожидать. Решение предельно очевидное. Многочисленные эксперименты с задачей показали, что ее с нескольких попыток решают все - научные работники, конструкторы, студенты, учащиеся ПТУ, школьники. Любопытно отметить, что а.с. N 317 707 выдано десяти авторам...

Это типичная задача, решенная на первом уровне; в принципе одна и та же задача может быть решена на разных уровнях. В каждом выпуске бюллетеня "Открытия. Изобретения. Промышленные образцы. Товарные знаки" около 30% изобретений - решение подобных задач. В данном случае поиск решения практически сведен к нулю. Технология изобретательского творчества на этом уровне не нуждается в усовершенствовании.

Предположим, дана задача: "Дуга мешает электросварщику наблюдать за процессами, происходящими в зоне сварки. Свет дуги "забивает" менее яркие детали (капли металла и т. д.). Как быть?" В такой формулировке задача без труда решается на первом уровне: надо осветить зону сварки лучом, более ярким, чем дуга. Теперь усложним задачу, введя дополнительные требования.

Задача 2

Новая задача сложнее, поэтому придется перебрать несколько десятков вариантов. Отпадут, например, все предложения, связанные с введением дополнительных светильников для освещения зоны сварки, -они значительно усложнят оборудование. Не подойдут и предложения, требующие периодического отключения дуги, - они связаны со снижением производительности. Наиболее простое решение, удовлетворяющее условиям задачи, выглядит так: "Устройство для защиты глаз и лица электросварщика, содержащее корпус и рамку с встроенным в нее светофильтром, отличающееся тем, что с целью улучшения наблюдения за процессом сварки оно снабжено рефлектором, выполненным в виде прямоугольного сектора сферы по габаритам корпуса и фокусирующим свет от дуги на свариваемые материалы в зону расплавления" (а. с. N 252 549).

В задачах первого уровня объект (устройство или способ) не изменяется (усилили уже имеющуюся теплоизоляцию). На втором уровне объект изменяется, но несильно (в защитное устройство дополнительно введено зеркало). На третьем уровне объект изменяется сильно, на четвертом он меняется полностью, а на пятом меняется вся техническая система, в которую входит объект.

Пример изобретения третьего уровня: "Винтовая пара, состоящая из винта и гайки, отличающаяся тем, что с целью предупреждения износа их поверхности путем устранения трения между ними во время работы винт и гайка расположены с зазором, сохраняемым во время работы, в их резьбе уложены обмотки для создания электромагнитного поля, обеспечивающие поступательное движение гайки относительно винта" (а. с. N 154 459). Винтовая пара осталась, но она сильно изменена по сравнению с прототипом.

Примером изобретения четвертого уровня может служить новый способ контроля износа двигателя. Раньше контроль износа вели, время от времени отбирая пробы масла и определяя содержание в них металлических частиц. По а. с. N 260 249 предложено добавлять в масло люминофоры и по изменению свечения (мелкие частицы металла гасят свечение) непрерывно контролировать концентрацию частиц металла. Исходный способ изменен полностью. Использованный физический эффект менее известен, чем в предыдущем изобретении. Найденная идея шире запатентованного способа контроля износа: по гашению люминесценции можно контролировать появление металлических частиц и в других случаях.

Изобретение пятого уровня: "Применение монокристаллов сплавов медь-алюминий-никель и медь-алюминий-марганец в качестве твердого рабочего тела для преобразования тепловой энергии в механическую путем изменения его упругих свойств при колебании температуры" (а. с. N 412 397). Вообще-то известно, что твердые тела меняют свои свойства при изменении температуры. Но веществ, которые сильно меняют свойства при небольших перепадах температур, мы знаем мало. Обнаружение или получение таких веществ-это уже нечто граничащее с открытием (эффект "памяти формы"). Новые вещества-преобразователи можно использовать при решении самых различных изобретательских задач (создание тепловых двигателей, различных измерительных приборов и т. д.).

Решение задачи первого уровня требует перебора нескольких очевидных вариантов. Это доступно каждому инженеру, и подобные задачи повседневно решаются без затруднений, хотя и не всегда оформляются в виде заявок на изобретения. На втором уровне число вариантов измеряется уже десятками. Перебрать 50-70 вариантов в принципе способен каждый инженер. Но все-таки здесь требуется определенное терпение, настойчивость, уверенность в возможности решения задачи. Иногда человек выдыхается после десяти попыток. Правильное решение задач третьего уровня прячется среди сотен неправильных. На четвертом уровне нужно сделать тысячи и десятки тысяч проб и ошибок, чтобы отыскать решение задачи. Наконец, на пятом уровне число проб и ошибок возрастает до сотен тысяч и миллионов. Можно вспомнить, например, что Эдисону пришлось поставить 50 000 опытов, чтобы изобрести щелочной аккумулятор. Речь идет только о вещественных опытах; мысленных экспериментов, всевозможных "а если сделать так?" наверняка было значительно больше.

Может возникнуть вопрос: если все-таки делаются изобретения высших уровней, значит, как-то удается перебрать сотни и тысячи вариантов?

Тут действует очень интересный "эстафетный" механизм. Появилась задача "ценой" в 100000 проб. Кто-то потратил полжизни на перебор 10000 проб и не нашел решения. Задачу взялся решать другой человек, он перекопал еще какую-то часть поискового поля, и так далее. Задача приобретает репутацию неразрешимой, "вековечной". На самом же деле она постепенно упрощается и, в конце концов, решается. Здесь и появляются исследователи, пытающиеся выяснить, в чем секрет изобретателя, решившего "вековечную" задачу. Никакого секрета нет. Неудачники, штурмовавшие задачу в начале "эстафеты", могли быть даже более способными, чем тот, кто "пробежал" последний этап. Просто досталось слишком большое поисковое поле. В сущности, задачу решал не один человек, а целый коллектив, "кооперация современников". Для очень трудных задач необходима даже кооперация изобретателей нескольких поколений. Их усилия постепенно превращают задачу пятого уровня в сравнительно простую задачу первого уровня, кто-то делает последний рывок тем же методом проб и ошибок.

Есть другой способ, который можно назвать "задача сама ищет своего решателя". Сложная задача трудна потому, что она относится к одной области, а для ее решения нужны знания совсем из другой области. Когда в 1898 г. Крукс поставил задачу связывания атмосферного азота, о ней благодаря научному авторитету Крукса стало известно очень многим ученым. Норвежский специалист по полярным сияниям Биркеланд предложил использовать процессы, подобные происходящим в верхней атмосфере. Задача "отыскала" человека, чьи специальные знания были необходимы для ее решения.

Задачи высших уровней отличаются от задач низших уровней не только числом проб, необходимых для обнаружения решения. Существует и качественная разница. Задачи первого уровня и средства их решения находятся в пределах одной узкой специальности (задача по усовершенствованию производства древесно-стружечных плит решается методами, уже использовавшимися в этом производстве). Задачи второго уровня и средства их решения относятся к одной отрасли техники (задача о древесно-стружечных плитах решается методами, известными в деревообработке). Для задач третьего уровня решения приходится искать в других отраслях (задача в деревообработке решается методами известными в металлообработке). Решение задач четвертого уровня надо искать не в технике, а в науке - обычно среди мало применяемых физических и химических эффектов и явлений. На высших подуровнях задач пятого уровня средства решения могут вообще оказаться за пределами современной науки; поэтому сначала нужно сделать открытие, а потом, опираясь на новые научные данные, решать изобретательскую задачу.

На первом и втором уровнях можно перебирать варианты, пользуясь знаниями только по всей специальности. Чем выше уровень, тем более широкие знания нужны. Коллектив хороших специалистов легко делает изобретения первого и второго уровней. Такие изобретения совершенствуют технику. Но принципиально новые решения скорее можно ожидать от людей "со стороны". Вот, например, а. с. N 210 662: "Индукционный электромагнитный насос, содержащий корпус, индуктор и канал, отличающийся тем, что с целью, упрощения запуска насоса индуктор выполнен скользящим вдоль оси канала насоса". Это изобретение сделано специалистами: никакой революции, но вполне полезное улучшение. Экспертиза легко приняла новую идею - от заявки до публикации прошло 14 месяцев. А журналист А. Пресняков 14 лет добивался свидетельства (N 247 064): "Применение электромагнитного насоса для перекачки электролитов в качестве реактивного судового двигателя". В основе этого изобретения - магнитогидравлический эффект. Идея была выдвинута, когда о магнитогидравлических двигателях, получивших теперь такую известность, никто практически не знал.

Научно-техническая революция требует, чтобы задачи высших уровней решались во все более короткие сроки. Обычный путь интенсификации процесса решения состоит в увеличении числа людей, одновременно работающих над одной проблемой. Но возможности такой интенсификации почти исчерпаны: сосредоточение большого числа людей на решении одной технической проблемы ведет к уменьшению интенсивности работы на других направлениях.

Нужен способ перевода изобретательских задач с высших уровней на низшие. Если задачу четвертого или пятого уровня удастся перевести на первый или второй уровень, далее сработает обычный перебор вариантов. Вся проблема в том, чтобы уметь быстро сужать поисковое поле, превращая "трудную" задачу в "легкую".

* * *

Возможно, вы обратили внимание на то, что в основном изложенные в этой главе критерии оценки уровня сложности задач предполагают, что решение задачи уже известно. Тогда возникает вопрос: - какую практическую пользу можно извлечь из этой информации для решения конкретной задачи? В этой связи важным является то, на каком уровне ставится задача. Каким должен быть результат ее решения.
Рассмотрим пример. Предположим, что перед вами стоит задача - увеличить объемы продаж конкретной продукции в конкретных условиях. Необходимо предложить новые решения по ее продвижению к потребителю.
Требуемый результат в условии не оговаривается. Поэтому подход к ее решению скорее всего будет традиционным: -будут рассматриваться возможности оптимизации существующих бизнес процессов, внесение в них тех или иных незначительных усовершенствований, т. е. будут осуществляться попытки решить эту задачу на привычном 1-2 уровне.
В этом случае с большой степенью определенности можно утверждать, что результат от найденных решений позволит увеличить объемы продаж на проценты.
А если ставить задачу по увеличению продаж в 2, 5, 10 раз?
При такой постановке задачи никакая оптимизация не поможет. Решение необходимо будет искать либо за пределами существующих бизнес процессов, либо в коренной их перестройке. В любом случае потребуется выявление и разрешение противоречий, препятствующих достижению заданного результата. И это будет соответствовать 3 - 5 уровню сложности задачи.
Естественно, что сильные решения, разрешающие противоречия, а не сглаживающие их, не лежат на поверхности и требуют специальных технологий для их нахождения. Зачастую решение подобных задач считается нереальным, и такие задачи вообще не ставятся. Наша цель - решение именно таких задач - задач изобретательского класса.

Возможно, что обилие технических терминов и примеров в этот раз усложнило восприятие материала тем, у кого нетехническое образование. Постараюсь компенсировать для них этот недостаток очередной задачей для самостоятельного решения из нетехнической сферы.

Задача о шляпах

Один кинотеатр обратил внимание на обстоятельство, которое сокращало число зрителей. Оказалось, зрители были недовольны тем, что во время киносеанса дамы не снимают свои шляпы, загораживая экран. И чего только не делала администрация кинотеатра. Повесили объявление в гардеробе, просили по громкоговорителю - результат нулевой. Как же заставить упрямых дам снимать шляпы во время киносеанса? (Виктор Тимохов Trizland)

До следующей встречи.

Александр Барышников
Обратная связь

Другие публикации