CC BY
20Б01: 10.24412/С1-37095-2023-1-93-107
Рубин М.С.
Исходная проблемная ситуация в ТРИЗ
Аннотация. Проблема, с которой сталкивается изобретатель при улучшении системы, является ключевой исходной точкой для всего процесса формулирования и решения изобретательских задач. ТРИЗ изначально развивалась вокруг решения проблем. В ТРИЗ разработаны инструменты для обнаружения и решения проблем в системах. При этом в ТРИЗ нет единства не только в терминологии описания проблемных ситуаций, но в понимании онтологической сути по этой теме.
В работе приведен аналитический обзор известных инструментов ТРИЗ для описания изобретательской ситуации. В результате автором предложена строгая система терминов и моделей для описания исходной проблемной ситуации, поля требований и противоречий требований. Разработана формализация полноты описания изобретательской ситуации на оценки уровня полноты описания составляющих модели изобретательской ситуации. Приведены примеры формальной оценки полноты описания изобретательских ситуаций, которые показывают механизмы перехода от описания изобретательской ситуации к формулировке противоречий требований и их анализу.
ВВЕДЕНИЕ
Г.С. Альтшуллер выделял три типа противоречий: административное, техническое и физическое противоречие. Каждое последующее является уточнением и обострением предыдущего. Вот цитата из книги Г.С. Альтшуллера: «В самом факте возникновения изобретательской задачи уже присутствует противоречие: нужно что-то сделать, а как это сделать -неизвестно. Такие противоречия принято называть административными (АП). Выявлять административные противоречия нет необходимости, они лежат на поверхности задачи. Но и эвристическая, «подсказывательная» сила таких противоречий равна нулю: они не говорят, в каком направлении надо искать решение. В глубине административных противоречий лежат технические противоречия (ТП)... правильно сформулированное ТП обладает определенной эвристической ценностью.» [1].
На начальном этапе развития ТРИЗ в 70-х годах прошлого века такая методологическая основа ТРИЗ из трех ключевых понятий - административное, техническое и физическое противоречия - была вполне работоспособной. Со временем появились две причины, из-за которых возникла необходимость в уточнении этих понятий:
- применение ТРИЗ в нетехнических областях, в бизнесе и управлении предприятиями;
- широкое распространение ТРИЗ требует более четких определений используемых понятий.
В данной работе мы проанализируем существующие термины ТРИЗ для описания исходной проблемной ситуации и предложим их более строгое и однозначное онтологическое описание.
Автор благодарен коллегам, с которыми в последние годы обсуждалась тема постановки задач в ТРИЗ: Курьяну А., Кулакову А., Трантину А.
ПОНЯТИЯ ПРОБЛЕМА И АДМИНИСТРАТИВНОЕ ПРОТИВОРЕЧИЕ В ТРИЗ
Г.С. Альтшуллер использовал несколько схожих по смыслу терминов: проблема, изобретательская ситуация, изобретательская задача, административное противоречие. В литературе по ТРИЗ встречаются и другие аналогичные понятия: проблемная ситуация [2], нежелательный эффект, нежелательная ситуация, исходная задача. Есть и другие название того же понятия: поверхностное противоречие [3], противоречие решателя [4], исходная проблема, исходная ситуация.
В таблице 1 приведены одиннадцать вариантов близких друг к другу терминов, которые применяются в ТРИЗ и сделан их сравнительный анализ на основе преимуществ и не-
достатков этих терминов с точки зрения возможности их применения не только в технических системах и их корректности с той точки зрения, что в начале анализа бывает не ясно есть в этой ситуации противоречие или нет.
Таблица 1. Сравнительный анализ терминов ТРИЗ, описывающих исходную проблему. Наибольший рейтинг оказался у термина «Проблемная ситуация»
Термин Преимущества Недостатки Рейтинг
Проблемная ситуация Термин ТРИЗ. Не обязательно содержит противоречие. Под- Недостаточно широко используется в ТРИЗ 9
ходит для нетехнических систем
Изобретательская ситуация (ГСА 1975) Термин ТРИЗ. Нет упора на наличие задачи. Слово изобретательская предполагает, что есть противоречие. 7
Нежелательная ситуация Указывает на наличие трудностей, но не обязательно из-за противоречия Субъективность оценки нежелательности . 7
Административное противоречие Устоявшийся и распространенный термин ТРИЗ. Не подходит для нетехнических систем. Может не содержать противоречие. 6
Исходная проблема Слово «исходный» предполагает необходимость анализа Слово проблема слишком широкий и многозначный термин. 6
Исходная ситуация Слово «исходный» предполагает необходимость анализа Не указывает на наличие каких-либо трудностей 6
Исходная задача Слово «исходный» предполагает необходимость анализа Слово задача слишком широкий и многозначный термин. 5
Нежелательный эффект Нет указания на обязательное наличие противоречия Субъективность оценки нежелательности. Описывает узкое явление. 4
Изобретательская задача Устоявшийся и распространенный термин ТРИЗ. Термин скорее относится к техническому противоречию. 3
Поверхностное противоречие Может использоваться для нетехнических систем Указывает на наличие противоречия. 2
Проблема Интуитивно понятен. Широко распространен. Не термин ТРИЗ, многозначное применение. 2
Противоречие решателя Не термин в ТРИЗ. Указывает на наличие противоречия и субъективность 1
Для выбора наиболее приемлемого термина можно использовать еще один подход. Можно проанализировать частоту используемых слов во всех одиннадцати терминах, которые приведены в табл. 1. Результаты этого частотного анализа приведены в таблице 2.
Таблица 2. Частотный анализ слов в 11 терминах из табл. 1. Наиболее часто используется слово «ситуация» (4 раза). По 3 раза встречается слова «проблема», «исходная» и «противоречие». Этот анализ также приводит к термину
«Исходная проблемная ситуация»
Слова в терминах Частота Рейтинг Комментарий
Ситуация 4 9 Высокая частота, нет указания на обязательное наличие противоречия
Проблема, проблемная 3 8 Высокая частота, но не содержательная характеристика
Исходная 3 8 Высокая частота и содержательная характеристика
Противоречие 3 4 Есть указание на обязательное наличие противоречия
Изобретательская 2 4 Низкая частота. Термин не обязательно должен указывать на изобретение
Задача 2 4 Низкая частота. Не обязательно есть задача. Широкий термин.
Нежелательный (-ая) 2 5 Содержит субъективность в оценке
Административное 1 2 Не подходит для нетехнических систем
Эффект 1 1 Широкий термин. Низкая частота.
Поверхностное 1 1 Низкая частота. Не отражает суть.
Решателя 1 1 Низкая частота. Не отражает суть.
Исходя из приведенных анализов предлагается в качестве термина использовать «Проблемная ситуация» или «Исходная проблемная ситуация». Определения этих терминов будут даны ниже.
ИСХОДНАЯ ПРОБЛЕМНАЯ СИТУАЦИЯ КАК ОСНОВА ПОСТАНОВКИ И РЕШЕНИЯ ИЗОБРЕТАТЕЛЬСКИХ ЗАДАЧ
Анализ исходной проблемной ситуации может сводится к трем сценариям:
- необходимо выполнить какие-то проблемные требования к системе, но при анализе выясняется, что эти требования можно уточнить или скорректировать так, чтобы проблема не возникала;
- необходимо выполнить какие-то требования к системе и при анализе удается найти информацию об известных способах реализации этих требований в данной системе;
- необходимо выполнить какие-то требования к системе и при анализе удается выделить как минимум одну пару требований, в которой выполнение одного требования известными способами не позволяет выполнить второе требование и наоборот.
Исходная проблемная ситуация с комплексом требований
Исходная проблема разрешается уточнением требований
Можно найти готовые способы удовлетворения исходных требований
1
Исходная ситуация содержит противоречивые требования
Рис. 1. Сценарии преобразования проблемной ситуации
В ТРИЗ наибольший интерес представляет именно третий вариант, при котором в исходной проблемной ситуации содержится противоречие требований.
Проблема, проблемная ситуация - это какая-то объективная преграда, трудность на пути от Системы КАК ЕСТЬ к Системе КАК НАДО, которая требует решения и может формулироваться как вопрос или комплекс вопросов. В отличии от задачи или противоречия требований проблемная ситуация может не содержать возможные способы ее разрешения. Например, в качестве проблемы могут рассматриваться трудности улучшения того или иного параметра: увеличение прибыли, производительности, надежности работы оборудования, качества продукции и т. д. В задаче или в противоречии требований так или иначе присутствует и способ разрешения проблемы, который по той или иной причине не срабатывает. Например, на основе приведенных проблемных ситуаций можно сформулировать задачу: как повысить надежность оборудования за счет увеличения запасов и дублирования, не увеличивая при этом складские запасы и неиспользуемые активы предприятия.
В исходной проблемной ситуации описывается тот или иной комплекс требований к Системе КАК ЕСТЬ для получения Системы КАК НАДО. Анализ проблемной ситуации может привести к корректировке исходного комплекса требований, к нахождению известного способа удовлетворения комплекса требований или к выяснению противоречий в комплексе требований при использовании известных способов удовлетворения каждого требования по отдельности. В последнем случае проблемная ситуация переходит в противоречие требований.
Из приведенного анализа проблемной ситуации и предложенного определения видно, что для исходной проблемной ситуации ключевыми являются такие понятия как «требование», «противоречие требований», «система КАК ЕСТЬ», «система КАК НАДО». Для дальнейшей структуризации и формализации понятия проблемная ситуация необходимо более четко структурировать эти понятия. Это сделано в последующих разделах настоящей статьи.
СИСТЕМА ВЗАИМОДЕЙСТВУЮЩИХ ТРЕБОВАНИЙ В ТРИЗ
В ТРИЗ, в которой приоритетным является поиск противоречий требований, можно выделить два типа требований:
- функционально-целевые требования (мотивационные требования, создающие энергию для дальнейших действий), направленные на достижение какой-либо цели за счет выполнения тех или иных функций;
- ограничительные требования (некоторые условия, которые необходимо учитывать и выполнять при достижении функционально-целевых требований).
На рис. 2 отображены эти две группы требований. Ограничительные требования, требования к взаимоотношениям и целям можно отнести к общей группе нефункциональных требований.
[ Типы требований ]
1 ' I
Функционально-целевые требования
V
Функции, процессы, потоки, взаимоотношения, которые необходимо сформировать или улучшить
Взаимоотношения, которые необходимо установить
Цель, которую необходимо достичь
О гра н ич ител ьн ы е требования
г \
Функции (действия), процессы, потоки, взаимоотношения, которые обязательно нужно сохранить или запретить
Компоненты, которые обязательно нужно сохранить или обязательно запретить
Параметры компонент: допустимые или запрещенные значения или области
Рис. 2. Типы требований: функционально-целевые и ограничительные
Эти две группы требований в системе могут составлять основу противоречия требований: известные способы достижения одних функционально-целевых требований приводят к невыполнению других функционально-целевых требований или к нарушению ограничений.
В ТРИЗ можно выделить три источника в системе требований: требование надсистем к системе (например, требования семьи к ребенку: нужно чистить зубы по утрам); требования системы к надсистеме (например, требования ребенка к семье: накормить, обеспечить жильем, одеждой, заботой); требование "соседних" систем к системе (например, требования соседей к семье и ребенку: не шуметь, не бить окна).
Рис. 3. Источники требований в едином поле взаимодействующих требований.
Требования могут предъявляться к разным, но взаимосвязанным объектам
Рассмотрим в качестве примера систему взаимодействующих требований при проектировании и постройке какого-либо завода. Заказчик (надсистема) предъявляет к заводу требования по номенклатуре выпускаемой продукции, производительности, срокам запуска завода, условиям работы будущих сотрудников и т. д. Оборудование, которое планируется ис-
пользовать имеет свои требования к энергоносителям и их качеству, требования к температуре и влажности, форма и необходимые нагрузки на фундамент и т. д. Есть требования и от взаимодействующих (соседних) систем: требования от расположенных рядом жилых комплексов, парков отдыха, других предприятий. Для инновационных проектов могут формулироваться эволюционные требования, содержащие улучшение уже известных параметров рассматриваемой системы. Все эти требования оказываются связанными друг с другом в систему через объекты и процессы, которые входят одновременно в несколько требований. Например, требования к выбросам химически активных веществ в атмосферу могут повлиять на требования к химической стойкости материала, из которого делают крыши заводских сооружений.
Необходимо учитывать динамичное изменение системы требований во времени и их неравномерность по уровню значимости и по влиянию друг на друга. Система требований изменяется в зависимости от фазы жизненного цикла систем, входящих в этот комплекс требований. Например, требования к промышленному зданию изменялось во времени от века к веку. Требования к системе при производстве, транспортировке, эксплуатации и утилизации изменяются при переходе от одной фазы жизненного цикла системы к другой. Причем в одну систему взаимодействующих требований могут одновременно входить системы, находящиеся на разных фазах жизненного цикла. Например, здание еще только строится, а оборудование для него уже находится на месте или транспортируется, или наоборот, здание построено, а оборудование еще только изготавливается. Одни требования могут доминировать над другими, иметь более высокий уровень важности, чем другие. Например, требования к ветровой нагрузке влияют на требования практически всех остальных конструктивных элементов здания. Требования к более высоким элементам здания (крыша, перекрытия и т. д.) влияют на требования к более низким элементам здания (колонны, фундамент и др.), так как от веса вышестоящих элементов конструкции зависят параметры нижестоящих конструкций.
Систему взаимодействующих требований можно рассматривать как обычную систему по системному оператору. Это означает, что у системы требований есть надсистема, например, законодательство, законы природы и т. д., должны быть подсистемы, например, зависимые требования, составляющие требования (компоненты, параметры). У системы требований есть прошлое и будущее, может быть эволюция во времени. Соответственно, развитие может быть в онтогенезе (развитие системы требований к проектированию конкретного здания) и филогенезе (система требований к строительству в прошлых веках отличается от современной системы требований).
ПРОТИВОРЕЧИЕ ТРЕБОВАНИЙ К СИСТЕМЕ В ТРИЗ
В 1860 году Ф. Энгельс опубликовал известную работу «История винтовки» [5]. В частности, в ней при описании противоречий в развитии винтовки говорится: «Большую трудность всегда составляло соединить затвор со стволом так, чтобы его легко можно было снять и снова поставить, а само соединение было бы при этом достаточно прочным, чтобы выдержать давление пороховых газов. Ничего нет удивительного, что при несовершенстве техники того времени оба эти требования нельзя было сочетать: или части, сцепляющие затвор со стволом, были недостаточно прочны и долговечны, или самый процесс снятия и закрепления совершался чрезвычайно медленно».
В 1959 году Альтшуллер Г. и Шапиро Р. в статье «Изгнание шестикрылова серафима» сформировали и проанализировали картотеку противоречий развития систем в самых различных областях: авиация, кораблестроение, горная техника, теплотехника и другие. Оказалось, что в отличии от конструктора, который лавирует между взаимопротиворечивыми характеристиками машины, подбирая их так, чтобы наилучшим образом удовлетворить требованиям конкретной задачи, изобретатель должен сломать этот компромисс, должен так улучшить одну часть (или качество) машины, чтобы не ухудшились другие. [6]
В 1984 году на конференции по ТРИЗ в Новосибирске Семенов С.Н. отметил, что технические противоречия возникают из-за формирования технических требований, которые
предъявляет общество к технической системе и свойствами объекта, используемого в данном устройстве. [7]
В 1994 году автором было предложено использовать обобщающие для любых, не только технических, систем термины: противоречие требований как обобщение технического противоречия и противоречие свойства, как аналог физического противоречия. [8]
Важно обратить внимание на принципиальное отличие противоречия требований (ПТ) к системе от противоречия свойства (ПС) элемента это системы. В формулировке ПС элемент должен отличаться от системы в ПТ, а свойство элемента в ПС должно отличаться от вносимого изменения (действия) в систему, которое используется в ПТ.
В ином случае ПС ничем не будет отличаться от ПТ, и формулировка ПС не даст новые идеи. На рисунке показана схема модели («дом») связи ПТ и ПС.
Использование формулировок противоречий требований при анализе задач позволяет интегрировать ТРИЗ с достаточно развитыми в различных сферах деятельности технологиями управления требованиями. В перспективе данная схема противоречий и методы работы с ними могут быть интегрированы в системы управления требованиями (RMS -requirements management systems) [9]. Управление требованиями - это один из способов разрешения противоречия требований.
Рис. 4. Схема взаимосвязи противоречий требований и противоречия свойства как единой причинно-следственной и взаимно обусловленных связей (модель «дом»)
Противоречие требований (ПТ) - это ситуация, при которой, то или иное изменение в системе позволяет выполнить одно требование (Требование 1) надсистемы к системе, но не позволяет выполнить второе требование (Требование 2) к той же системе, и наоборот - противоположное изменение в системе позволяет выполнить Требование 2, но не позволяет добиться выполнения Требования 1.
Противоречие требований, в котором выполняется Требование 1 называется Противоречие требований 1 (ПТ-1). Противоречие требований, в котором выполняется Требование 2 называется Противоречие требований 2 (ПТ-2).
Для описания противоречий требований (технических противоречий) используется следующий шаблон:
Противоречие требований 1: ЕСЛИ ... (указать вносимое изменение), ТО (+ указать улучшающееся Требование 1), НО (- указать ухудшающееся Требование 2).
Противоречие Требований 2: ЕСЛИ ... (указать обратное изменение), ТО (+ указать улучшающееся Требование 2), НО (- указать ухудшающееся Требование 1).
Противоречие свойства (ПС) - это формулировка противоположного состояния того или иного свойства одного элемента системы, необходимое для реализации противоположенных требований к системе. Для одного противоречия требований может быть сформулировано несколько противоречий свойства.
Для материальных систем используются физические, химические и биологические свойства. Формулировка противоречия свойства для физических свойств называется физическое противоречие.
Шаблон формулировки противоречия свойства:
Элемент конфликтующей пары должен обладать свойством А, чтобы обеспечить Требование 1, и должен обладать свойством «НЕ-А», чтобы выполнялось Требование 2.
Описание исходной проблемной ситуации должно быть достаточно полным и информативным, чтобы можно было выделить и корректно сформулировать противоречия требований и противоречия свойства.
ГЛОССАРИЙ ТЕРМИНОВ ДЛЯ ОПИСАНИЯ ИСХОДНОЙ ПРОБЛЕМНОЙ СИТУАЦИИ
Приведем определения нескольких важных понятий, необходимых для описания исходной проблемной ситуации и перехода от них к постановке изобретательских задач и формулировке противоречий требований.
Исходная проблемная ситуация - это ситуация, при которой к Системе КАК ЕСТЬ предъявляется тот или иной комплекс требований для получения Системы КАК НАДО. Анализ проблемной ситуации может привести к корректировке исходного комплекса требований, к нахождению известного способа удовлетворения комплекса требований или к выяснению противоречий в комплексе требований при использовании известных способов удовлетворения каждого требования по отдельности. В последнем случае проблемная ситуация переходит в противоречие требований.
Множество - одно из ключевых понятий математики; представляющее собой набор, совокупность каких-либо (вообще говоря, любых) объектов - элементов этого множества.
Система (др.-греч. ойотпра «целое, составленное из частей; соединение») - множество элементов, находящихся в отношениях и связях друг с другом, которое образует определённую целостность, единство и имеет характеристики, которые относятся к системе, а не к каждому элементу в отдельности.
В отличии от множества в системе ее элементы находятся в отношениях и связях друг с другом, а не просто объединены по тому или иному признаку. Так как система - это множество, то системы обладают всеми свойствами и признаками множества [10]. То есть может быть подсистема (подмножество), одну систему можно складывать или вычитать из другой системы, системы можно объединять в надсистемы (множество множеств), можно рассматривать пустую систему (из пустого множества) и т. д. В частности, так как не существует множество всех множеств, то не может существовать и система всех систем (включающая в себя все возможные системы).
Система ресурсная - это система, к которой не предъявляются какие-либо требования извне и соответственно нет необходимости в функциях по реализации этих требований. Ресурсные системы не обладают функционально-целевыми свойствами, например, песок на пляже, электромагнитное поле Земли и т. д.
Система самоорганизующаяся - это ресурсная система, в которой самопроизвольно (не в соответствии с требованиями надсистем) происходят процессы и потоки, связанные с изменениями элементов и системы в целом во времени и в пространстве, например, вихри, извержения вулканов, образование звезд и планет и др.
Функционально-целевая система - это система, сформированная для выполнения комплекса полезных функций и достижения целей в соответствии с требованиями надсистем и принципом действия данной системы. Функционально-целевая система формируется на основе самоорганизации, естественного или искусственного отбора, или в результате целенаправленных действий одной из надсистем. К функционально-целевым системам можно отнести биологические системы, технические системы, социальные, финансового-экономические, научные и другие подобные системы.
Пустая (нулевая) система (системный вакуум) - это система, состоящая из пустого множества элементов. Пустую систему также можно называть системным вакуумом. Так как пустые множества всегда содержат описание этих множеств, например, «множество лошадей на луне», «летающие львы», то и системный вакуум должен содержать описание того, чего в
этой системе нет: физический вакуум, химический вакуум, биологический, социальный, экономический, технический и другие виды системного вакуума (пустых систем). При этом пустая система имеет свои характеристики, например, объем, координаты в пространстве и во времени, форма.
Система множеств (множество множеств, надмножество) - это множество, все элементы которого также являются множествами.
Система (комплекс) взаимодействующих требований - это система требований от системы, надсистемы и окружающих систем, связанных между собой общими элементами и полями взаимодействия. Система требований может рассматриваться как самостоятельная система в системном операторе, то есть может выделяться надсистема требований, подсистема требований, прошлое и будущее системы требований.
Система КАК ЕСТЬ - это система в исходном состоянии до начала ее анализа и преобразования в новую систему КАК НАДО. Модель системы КАК ЕСТЬ (AS-IS) формируется из системы КАК ЕСТЬ при помощи тех или иных моделей ТРИЗ: компонентно-структурной и функциональной модели, веполей или элеполей, описания противоречий или типовой схемы конфликта и т. д. В зависимости от выбранного типа модели далее происходит ее преобразование в модель системы КАК НАДО.
Система КАК НАДО - это система, полученная из системы КАК ЕСТЬ путем ее преобразования, в том числе на основе модели системы КАК НАДО. Модель системы КАК НАДО (to-be) формируется из модели системы КАК ЕСТЬ процедурами, которые соответствуют выбранному способу преобразования моделей (функциональные, вепольные, элепольные, решения противоречий требований и свойства и т. д.). Переход по линии «Система КАК ЕСТЬ» - «Модель системы КАК ЕСТЬ» - «Модель системы КАК НАДО» - «Система КАК НАДО» соответствует схеме «Модели ТРИЗ».
Требование - это цель, функция, ограничение или взаимоотношение, которые направлены на тот или иной объект (систему) и которые необходимо реализовать. Требования могут исходить от надсистем, окружающих систем и самой системы, образуя таким образом систему (комплекс) взаимосвязанных требований.
Функционально-целевые требования - это требования, направленные на достижение поставленной цели за счет реализации комплекса функций, взаимоотношений в системе и их корректировки за счет обратной связи.
Ограничительные требования - это требования, направленные на запрет или обязательное присутствие в системе тех или иных функций, взаимоотношений, компонент и их параметров. Ограничения могут формулироваться для определенной области значений параметров или по их конкретным значениям.
Функция - это изменение, стабилизация или измерение тех или иных параметров объекта функции (или изделия) при помощи воздействия на него носителем функции (инструмента). Модель функции состоит из носителя функции; действия на объект функции; объекта функции, параметр которого изменяется; а также может указываться поле взаимодействия, при помощи которого выполняется действие. «Действие» - это изменение-стабилизация, увеличение-уменьшение или измерение того или иного параметра объекта функции. В качестве модели функции может использовать элеполь или веполь. В функциональном анализе выделяют полезные, вредные, недостаточные, избыточные, отсутствующие и иные виды функций. Модель функции не описывает каким был объект функции до его изменения.
Операция (часть процесса) - это описание выполнения функции во времени, при котором не указывается носитель функции, но указывается состояние объекта функции до его изменения и измененный после операции (процесса) объект функции. Как и в функции, в модели процесса может указываться поле, при помощи которого происходит изменение параметра объекта. Процесс состоит из последовательности операций. Процесс описывает изменение во времени параметра системы (объекта) на выходе из процесса по сравнению с тем же параметром системы (объекта) на входе в этот процесс.
На рис. 5 схематически показано, что одна и та же система может описываться разными моделями: моделями функций, процессов, потоков или их сочетанием.
Рис. 5. Схематическое отображение того, что одна и та же система может описываться разными моделями: моделями функций, процессов, потоков или их сочетанием
Поток - это частный случай процесса (операции), в котором изменяемым параметром является положение объекта в пространстве. В отличии от процессов в потоках изменяется расположение системы в пространстве. Потоком является направленное перемещение в пространстве частиц массы вещества, а также направленное перемещение энергии или информации. Поток обладает двойственными свойствами: свойствами вещества, из которого состоит поток, и свойствами поля, которое формируется в результате направленного движения частиц вещества. Поток может быть полезный, вредный и паразитный. Модель потока содержит статические компоненты: источник (и емкость источника), канал, приемник (и емкость приемника), система управления.
Цель - модельный образ Системы КАК НАДО, который описывается в виде информационного образа и/или системы требований, и которого необходимо достичь субъекту за счет выполнения комплекса программ действий с обратной связью. Реализация программ действий с обратной связью основана на выполнении комплексов функций (процессов, потоков) и корректировки программ действий в зависимости от приближения или достижения поставленной цели.
Целевая метрика - это метрика, по которой можно определять степень достижения поставленной цели.
ФОРМАЛИЗАЦИЯ ОПИСАНИЯ ИСХОДНОЙ ПРОБЛЕМНОЙ СИТУАЦИИ
Из-за отсутствия формализации в описании исходной проблемной ситуации бывает сложно объективно оценить полноту и объективность этого описания, необходимое для выявления изобретательских задач и формулировки противоречий. Для выделения основных составляющих описания исходных проблемных ситуаций были проанализированы описания исходных проблем в ТРИЗ: АРИЗ-62, АРИЗ-63, АРИЗ-64, АРИЗ-65, АРИЗ-68, АРИЗ-71, АРИЗ-77 [11]. Эволюции частей АРИЗ, направленных на постановку задач шла постепенно от АРИЗ-62 до АРИЗ-77, наследуя шаги и рекомендации предыдущих версий АРИЗ. Можно выделить основные составляющие элементы описания исходных проблемных ситуаций:
• Объект проблемы;
• Метрика (цель, экономическая целесообразность, требуемые числовые показатели);
• Характеристики объекта;
• Допустимые затраты и сложность решения;
• Обходной путь. Более общая задача;
• Сравнение и выбор задач;
• Надсистемы. Сравнение с тенденциями отраслей. Внешняя среда;
•
Требования: уточнения;
Элементы (свойства, что в них можно изменять, а что нельзя, изделие-инструмент);
• Нежелательный эффект (вредное взаимодействие);
• Описание причинно-следственной связи элементов и нежелательного эффекта. Описание проблемной ситуаций должно быть достаточным для ее анализа, выделения
изобретательских задач и их решения. В ходе анализа и разрешения проблемная ситуация может уточняться и дополняться.
Структурируя эти составляющие, можно составить перечень основных элементов описания проблемной ситуации. Можно предложить следующий перечень элементов:
• Объект,
• Целевая метрика,
• Требование 1 (функция),
• Требование 2 (функция или ограничение),
• Способы достижения требования 1,
• Способы достижения требования 2,
• Элемент, от которого зависит выполнение требования 1 и требования 2,
• Надсистемы.
Для каждого из этих элементов описания проблемной ситуации можно оценить полноту информации о них по 5-ти бальной шкале:
1. Нет
2. Не ясно, есть или нет
3. Много, но не четко сформулированных
4. Много, но не ясно какой выбрать
5. Есть
1. Метрика целевая. Оценка от 1 до 5.
2^_Объект. Оценка от 1 до 5.
4. Требование 1 (функция). Оценка не выше п.2. Г- З^Надсистемы, окружение. Оценка не выше п.2.
5. Способ достижения Требования 1. Оценка не выше п.4.
6. Требование 2 (функция или ограничение), конфликтующее с Требованием 1). Оценка не выше п.4.
8. Элемент, от которого зависит выполнение Требований 1 и 2. Оценка не выше п.5 и п.7.
7. Способ достижения Требования 2. Оценка не выше п.6.
Рис. 6. Взаимосвязь оценок полноты информации об элементах проблемной ситуации
Приведем примеры оценки полноты описания проблемных ситуаций (табл. 3).
Задача 1. Шлифовальный круг. Пример формулировки проблемной ситуации.
Шлифовальный круг плохо обрабатывает изделия сложной формы с впадинами и выпуклостями, например, ложки. Заменять шлифование другим видом обработки невыгодно, сложно. Применение притирающихся ледяных шлифовальных кругов в данном случае слишком дорого. Не годятся и эластичные надувные круги с абразивной поверхностью - они быстро изнашиваются. Как быть?
Задача 2. ИТ компания. Пример формулировки проблемной ситуации.
ИТ компании стараются создать больше уникальных продуктов для привлечения новых клиентов и увеличения продаж текущим. Но новый продукт стоит больших денег, как быть?
Задача 3. Пластырь. Пример формулировки проблемной ситуации. Раны заклеивают пластырем, и кожа не «дышит». Как быть?
Таблица 3. Оценка полноты описания проблемной ситуации на основе полноты информации об элементах этого описания
№ Элементы описания Задача 1. Оценка. Задача 2. Оценка. Задача 3. Оценка.
1 Объект 4. Много, но не ясно какой выбрать 3. Много, но не четко сформулированных 3. Много, но не четко сформулированных
2 Целевая метрика 3. Много, но не четко сформулированных 2. Не ясно, есть или нет 1. Нет
3 Требование 1 (функция) 4. Много, но не ясно какой выбрать 3. Много, но не четко сформулированных 2. Не ясно, есть или нет
4 Требование 2 (функция или ограничение) 3. Много, но не четко сформулированных 3. Много, но не четко сформулированных 1. Нет
5 Способы достижения требования 1 4. Много, но не ясно какой выбрать. (не может быть выше строчки 3) 1. Нет. 1. Нет
6 Способы достижения требования 2 3 Много, но не четко сформулированных 2. Не ясно, есть или нет 1. Нет
7 Элемент, от которого зависит выполнение требования 1 и требования 2 2. Не ясно, есть или нет 1. Нет. 1. Нет
8 Надсистемы 4. Много, но не ясно какой выбрать 1. Нет 1. Нет
Общая оценка 62% 33% 20%
Рис. 7. Диаграмма полноты формулировки исходной проблемы для задач 1-3.
На рис. 7 показана диаграмма полноты формулировки исходной проблемы для задач 1-3. Из нее видно, что задача 1 описана полнее остальных, а задача 3 имеет наименьшую полноту описания. Диаграмма также показывает, какие элементы проблемной ситуации описаны недостаточно ясно и полно. В программном комплексе Compinno-TRIZ [12] кроме диаграммы выдаются рекомендации по улучшению описания элементов проблемной ситуации (рис. 8).
Рис. 8. Оценка исходной проблемной ситуации в программном комплексе Сошртпо-ТКК. Выдаются рекомендации по улучшению описания
Оценки полноты информации об элементах проблемной ситуации взаимосвязаны (см. рис. 6). Например, оценка наличия описания Требования 1не может быть выше оценки для Объекта так как если не ясен объект, то невозможно описать требования к нему. Оценка Способа достижения Требования 1 не может быть выше оценки описания самого этого Требования 1. И так далее. Эти зависимости учтены в программном комплексе Compinno-TRIZ в модуле «Оценка проблемной ситуации».
Набор элементов, описывающих проблемную ситуацию, может быть расширен. Например, его можно дополнить следующими элементами:
- Возможность (наличие знаний и информации) построить причинно-следственные цепочки между требованиями;
- Возможность построить причинно-следственные цепочки между требованиями и свойствами элемента;
- Наличие описания различных аспектов рассмотрения проблемной ситуации (физический, химический, технический, экономический, социальный и т. д.).
Детальное описание проблемной ситуации обычно имеет развернутые ответы на ключевые вопросы описания проблемной ситуации с фотографиями, описанием уже проверенных способов устранения проблем, ссылками на документацию, эксперименты и контактами с экспертами, которые могут дать дополнительную информацию. Чем полнее описана исходная проблемная ситуация, тем четче и корректнее может быть сделан переход к противоречию требований или комплексу таких противоречий и тем выше ожидания в разрешении этих противоречий требований.
ВЫВОДЫ
• Описание проблемы, которую необходимо решить, имеет для ТРИЗ фундаментальное значение. При этом в ТРИЗ используются самые различные термины для описания этой сущности: изобретательская ситуация, административное противоречие и т. д. Проанализировав одиннадцать таких терминов предлагается в ТРИЗ использовать наиболее корректный термин «проблемная ситуация» или «исходная проблемная ситуация».
• В ТРИЗ наибольший интерес представляют те проблемные ситуации, в которых имеются несовместимые между собой требования к системе (противоречивые требования), а также каким образом пытались, но не смогли перевести систему КАК ЕСТЬ в систему КАК НАДО.
• Система взаимодействующих требований складывается из требований надсистем, взаимодействующих систем и подсистем. Систему требований можно анализировать, как и любую систему: эволюционный анализ, анализ структуры и функций, анализ надсистем и подсистем, анализ внутренних противоречий и т. д.
• Противоречие требований относится к любым, а не только техническим системам и является таким образом обобщением понятия техническое противоречие. Противоречие требований связано с системой в целом, а противоречие свойства - с элементом этой системы. Противоречие требований системы связано с противоречием свойства элемента причинно-следственными цепочками. Для визуализации этих связей можно использовать модель «дом».
• Для более четкой работы с понятиями система, надсистема и подсистема предлагается рассматривать систему как множество, перенося на систему все основные свойства множеств. Можно выделить три типа систем: ресурсные, самоорганизованные и функционально-целевые.
• Система может быть описана одновременно тремя моделями: процессами, потоками и функциями. В ресурсных и самоорганизованных системах нет функций, но есть структура связей элементов этих систем.
• Для формализации описания исходной проблемной ситуации предлагается использовать оценку полноты информации об элементах проблемной ситуации по пятибалльной шкале. Такая формализация используется в программном комплексе Compinno-TRIZ.
ЛИТЕРАТУРА
1. Альтшуллер Г.С. Творчество как точная наука. 2 изд., дополн. - Петрозаводск: Скандинавия, 2004.
2. Материалы ТРИЗ Саммита 2007
3. Петров В.М. Алгоритм решения изобретательских задач. Учебное пособие. Тель-Авив, 1999 https: //www .trizland.ru/trizba/pdf-books/ariz.pdf
4. Хоменко Н.Н. Технология противоречия, ЧОУНБ, № 3606, 2014
5. Ф. Энгельс «История винтовки», «The Volunteer Journal, for Lancashire and Cheshire» №№ 9, 11, 14, 15, 17-20; 3 и 17 ноября, 8, 16 и 29 декабря 1860 г. и 6, 12 и 19 января 1861 г. и в сборнике «Essays Addressed to Volunteers». Лондон, 1861 г., перевод с английского. https: //litrus.net/book/read/73714?p=56 http: //lugovoy-k .narod.ru/marx/ 15/036.htm
6. Альтшуллер Г., Шапиро Р., Журнал «Изобретатель и рационализатор», 1959, № 10. Изгнание шестикрылого серафима. Как мы встретились с шестикрылым серафимом. https://altshuller.ru/triz/triz12.asp
7. Семенов С.Н. Основы философской культуры в курсе обучения методам научно-технического творчества // Методология и методы технического творчества: Тезисы докладов и сообщений к научно-практической конференции 30 июня - 2 июля 1984г. - Новосибирск: СО АН СССР, 1984, с.11.
8. Рубин М.С. О противоречии требований и противоречии свойства в бизнесе, VIII международная конференция «ТРИЗ. Практика применения и проблемы развития». 11-12 ноября 2016г., Москва, МИСиС. https://triz-summit.ru/confer/tds-2016/controversies/
9. Элизабет Халл, Кен Джексон, Джереми Дик (Elizabeth Hull, Ken Jackson, Jeremy Dick). Разработка и управление требованиями. Практическое руководство пользователя, второе издание, 2005. http://www.swd.ru/files/share/DOORS/books/eBook_RU_Requirements_Engineering.pdf
10. Верещагин Н. К., Шень А. Лекции по математической логике и теории алгоритмов. Часть 1. Начала теории множеств. | 3-е изд., стереотип. | М.: МЦНМО, 2008. | 128 c
11. Петров В.М., История развития алгоритма решения изобретательских задач -АРИЗ. Информационные материалы. Издание 2-е, исправленное и дополненное, Тель-Авив, 2008. https://r1.nubex.ru/s828-c8b/f2110_a0/History%20of%20ARIZ-book-All.pdf
12. Рубин М.С., Сысоев С.С. Программный комплекс Compinno-TRIZ, программа для ЭВМ, номер свидетельства о регистрации RU 2021614115 от 19.03.2021. https://new.fips.ru/ofpstorage/Doc/PrEVM/RUNWPR/000/002/021/614/115/2021614115-00001/document.pdf
