Теория решения изобретательских задач

Введение

Человечество не стоит на месте, и последние десятки лет подтверждают это – число достижений и открытий неуклонно растет. А все благодаря тому, что некоторые люди находят уникальные алгоритмы для упрощения стандартных, рутинных процессов. Одним из таковых является метод ТРИЗ.ТРИЗ — теория решения изобретательских задач, основанная Генрихом Сауловичем Альтшуллером и его коллегами в 1946 году, и впервые опубликованная в 1956 году — это технология творчества, основанная на идее о том, что «изобретательское творчество связано с изменением техники, развивающейся по определённым законам» и что «создание новых средств труда должно, независимо от субъективного к этому отношения, подчиняться объективным закономерностям». Появление ТРИЗ было вызвано потребностью ускорить изобретательский процесс, исключив из него элементы случайности: внезапное и непредсказуемое озарение, слепой перебор и отбрасывание вариантов, зависимость от настроения и т. п. Кроме того, целью ТРИЗ является улучшение качества и увеличение уровня изобретений за счёт снятия психологической инерции и усиления творческого воображения.Основные функции и области применения ТРИЗ:- решение изобретательских задач любой сложности и направленности;- прогнозирование развития технических систем;- пробуждение, тренировка и грамотное использование природных способностей человека в изобретательской деятельности (прежде всего образного воображения и системного мышления);- совершенствование коллективов (в том числе творческих) по направлению к их идеалу (когда задачи выполняются, но на это не требуются никаких затрат).ТРИЗ не является строгой научной теорией. ТРИЗ представляет собой обобщённый опыт изобретательства и изучения законов развития науки и техники.В результате своего развития ТРИЗ вышла за рамки решения изобретательских задач в технической области, и сегодня используется также в нетехнических областях (бизнес, искусство, литература, педагогика, политика и др.).ТРИЗ – это набор методов для решения задач и совершенствования систем. С его помощью можно повысить эффективность и улучшить способности при решении сложных задач, используя при этом креативный подход, развивая фантазию и гибкое мышление. Некоторые специалисты считают эту теорию самой эффективной для разработки творческих навыков, так как она не основывается на оценке и не предусматривает единого правильного ответа.Теория применяется тогда, когда на пути человека возникают изобретательские задачи. Это могут быть те проблемы, которые не решаются очевидными или привычными способами. То есть нужно изобрести что-то, что поможет выиграть без каких-либо потерь.Преимущества технологииМногие люди изучали данную методику и активно применяли ее в своей практике. В итоге они установили следующие преимущества ее использования:- выявление сути задачи за счет иного подхода;- отход от традиционных способов разрешения проблем;- повышение эффективности творческой деятельности;- получение знаний и правильная систематизация этих знаний в процессе поиска информации по выбору задачи и направления решения;- получение толчка к изобретательской деятельности;- правильное определение главных направлений поиска с учетом тех нюансов, которые в обычной ситуации игнорируются;- развитие логического, алогического и системного мышлений;- развитие нового взгляда на некоторые вещи и явления;- расширение кругозора;- сокращение времени, затрачиваемого на поиски решения.Принципы ТРИЗТехнология помогает установить и устранить противоречия. Для этого задачу следует сформулировать так, чтобы все неэффективные пути решения отсеялись. По итогу она должна соответствовать одному из трех нижеперечисленных принципов:- Оставить все, как было.- Убрать ненужное, вредное свойство.- Добавить новое, полезное свойство.Именно после этого шага обычная задача становится изобретательской. Подобное устранение противоречий называют еще идеальным конечным результатом (об этом чуть позже).Работа с противоречиями.При противоречии одно из двух понятий или суждений отрицает второе. Метод ТРИЗ предусматривает три вида противоречий. Далее перечислю их по сложности разрешения:- Административное противоречие. Оно появляется при попытке изобретателя улучшить систему. Но у него может отсутствовать доступ к ресурсам или быть недостаточно знаний для формирования грамотного подхода. Эта проблема разрешается посредством получения дополнительной информации, поиском необходимых ресурсов или принятием соответствующих административных решений.- Техническое противоречие. Появляется, если при улучшении одного параметра системы ухудшается другой.- Физическое противоречие. Этот вид упирается в законы физики, потому он является самым сложным в реализации. А парадокс заключается в том, что для улучшения системы какая-то ее часть одновременно должна находиться в разных физических состояниях, а это логически невозможно.Не столь серьезные противоречия можно разрешить в четырех параметрах – во времени (выбрав другой момент или интервал), в пространстве (переместившись в другое место) или отношении (поменяв смысл), а также за счет ресурсов другой системы. Если ситуация не проясняется или выбранные способы не помогают, можно использовать ТРИЗ.Идеальный конечный результат в ТРИЗ.Идеальным решением или идеальным конечным результатом называют ситуацию, при которой задача разрешается без каких-то ни было затрат или потерь. То есть внешние ресурсы не используются, ничего в системе не усложняется, никакие нежелательные эффекты не появляются.Формулировка идеального решения может осуществляться тремя способами, но в любом случае обязательно использование слов «сам», «само», «самостоятельно» и тому подобных. Если сформулировать ИКР правильно, то нужный эффект будет достигнут практически бесплатно, то есть с использованием уже имеющихся ресурсов.Итак, в основном используются три формулировки ИКР:- Система самостоятельно реализует данную функцию.- Система отсутствует, а ее функции выполняются посредством имеющихся ресурсов.- В функции нет необходимости.Виды ресурсов.Ресурсы – это все то, что полезно и необходимо для достижения требуемого результата. Как мы помним, для достижения ИКР необходимо использовать только те ресурсы, что уже имеются. В ТРИЗ их подразделяют на несколько категорий:- Временные.- Информационные. Сюда относятся книги и другие носители информации, а также социальные каналы.- Материально-вещественные. Здесь стоит отметить оборудование, деньги или детали.- Пространственные. Площадь, объем и прочие ресурсы.- Человеческие. В данную категорию входят сами люди, а также их возможности, в том числе зрение, слух, обоняние и осязание.- Энергетические. Здесь выделяются электрическая, тепловая, атомная энергия, звуковые сингалы и прочее.- Другие. Сюда относят культуру, имидж и другие ресурсы, в том числе события прошлого.Приемы решений по ТРИЗ.В ТРИЗ выявлено 40 различных приемов и техник для решения противоречий в технических изобретательских задачах. Далее перечислим только 3 из них применительно к сварочному производству.1. Принцип динамичностиПриём «Принцип динамичности» предписывает необходимость обеспечения оптимального уровня динамичности системы, как её подвижности, так и возможности изменения других её параметров.Классическая формулировка приёма:Характеристики объекта (или внешней среды) должны меняться так, чтобы быть оптимальными на каждом этапе работы.Разделить объект на части, способные перемещаться относительно друг друга.Если объект в целом неподвижен, сделать его подвижным, перемещающимся.Прежде всего, приём «Принцип динамичности» предписывает перевод компонента либо системы из статического состояния в динамическое. Часто динамичность системы понимают только как подвижность её частей. Это наиболее наглядное представление динамичности, когда части системы становятся подвижными, их жёсткое соединение заменяется на шарнирное либо гибкое.Но такое толкование приёма весьма ограничено. Динамизации могут подвергаться любые атрибуты объекта: форма, состояние поверхности или внутренней структуры, фазовое состояние, материал, из которого изготовлен компонент. Так для изменения формы можно выполнить компонент гибким, например, эластичным или применить надувные конструкции.Точно также динамичными могут становиться поля, участвующие в работе той или иной системы. Динамизация поля даёт возможность менять направление его действия, можно перейти от постоянного поля к импульсному, регулировать частоту и амплитуду импульсов, сделать колебательные процессы неравномерными, обеспечить или устранить резонансные явления, предусмотреть паузы действия.Приём «Принцип динамичности» может быть применён там, где нужно более полное согласование действия компонентов системы и самой системы с надсистемой. Обеспечение оптимальной динамичности системы создаёт предпосылки к повышению управляемости, поскольку даёт возможность изменять параметры системы с помощью органа управления.Пример. "Способ автоматической дуговой сварки ленточным электродом, отличающийся тем, что с целью широкого регулирования формы и размеров сварочной ванны электрод изгибают вдоль его образующей, придавая ему криволинейную форму, которую изменяют в процессе сварки" (а. с. № 258 490).Такое изобретение относится к способам автоматической дуговой сварки ленточным электродом и может быть применено там, где требуется осуществлять регулирование формы и размеров сварочной ванны в процессе сварки, например при многослойной сварке стыковых швов с разделкой кромок, угловых швов и т. п.Помимо данного способа, известен ещё и другой способ автоматической сварки ленточным электродом, который правда обладает недостатком, заключающимся в отсутствии возможности широкого регулирования теплового режима, формы и размеров сварочной ванны, что необходимо например, при сварке в несколько слоев стыковых швов с разделкой кромок и угловых швов. В этом случае каждый слой должен иметь свою, отличную от других, форму проплавления: корневой слой должен обеспечивать достаточное проплавление корня при малой ширине; заполняющие слои должны при требуемой глубине проплавления иметь ширину, достаточную для перекрытия нижележащего слоя; наконец, последний слой должен иметь наибольшую ширину при наименьшей глубине проплавления.Возможности такого регулирования при сварке ленточным электродом известными способами, при которых электрод постоянной ширины имеет в поперечном сечении прямолинейное очертание, очень ограничены.Суть изобретения является обеспечение широкого регулирования формы и размеров сварочной ванны при постоянной ширине ленточного электрода без нарушения симметрии теплового и газового потоков и формы ванны относительно оси шва. Это достигается благодаря тому, что поперечному сечению ленточного электрода придают криволинейную форму, симметричную относительно оси шва, которую изменяют в процессе сварки.На рисунке 1 изображено свариваемое изделие и электрод в общем виде, а на рисунке 2 представлены различные формы поперечного сечения ленточного электрода постоянной ширины.Рисунок 1 – Свариваемое изделие и электрод: 1 – свариваемое изделие; 2 – сварной шов; 3 – ленточный электродРисунок 2 – Форма сварочного электродаДля получения требуемой формы шва 2 при данной ширине а электрода 3 последний изгибают в плоскости наименьшей жесткости, придавая поперечному сечению криволинейное очертание так, чтобы ось симметрии сечения совпадала с осью шва, чем обеспечивается симметрия сварочной ванны относительно оси шва. При одной и той же ширине а ленты (см. рисунок 2) можно получить электрод различного поперечного сечения. Каждой форме поперечного сечения электрода соответствует при данном режиме и направлении сварки, определенная форма и размеры сварочной ванны; изменяя форму поперечного сечения электрода 3, можно в широких пределах изменять форму и размеры сварочной ванны. Кроме того, форма и размеры сварочной ванны изменяются и в том случае, если изменяется направление сварки на противоположное, при этом форма поперечного сечения электрода 3 остается прежней.2. Принцип периодического действияа. Перейти от непрерывного действия к периодическому (импульсному).б. Если действие уже осуществляется периодически, изменить периодичность.в. Использовать паузы между импульсами для другого действия.Пример. "Способ автоматического управления термическим циклом контактной точечной сварки, преимущественно деталей малых толщин, основанный на измерении термо-ЭДС, отличающийся тем, что с целью повышения точности управления при сварке импульсами повышенной частоты измеряют термо-ЭДС в паузах между импульсами сварочного тока" (а. с. № 336120).Данное изобретение относится к области производства сварных конструкций, в частности к автоматическому управлению термическим циклом при контактной сварке.Существующие способы автоматического управления термическим циклом путем измерения термо-ЭДС являются недостаточно надежными, так как измерения температуры осуществляют в период протекания сварочного тока, который вызывает образование магнитного поля, искажающего значение температуры.Согласно данному изобретению, измерение температуры проводят в паузах между импульсами сварочного тока, подаваемого с повышенной частотой. Таким образом появляется возможность фиксации величины термо-ЭДС.Путем измерения термоЭДС в контакте свариваемых деталей из разнородных материалов в паузе между импульсами сварочного тока и соответствующей обратной связи изменяют амплитуду импульсов тока или их частоту следования для регулирования температурной кривой нагрева по любому наперед заданному закону.Разрешающая способность системы автоматического регулирования будет тем выше, чем меньше длительность импульсов сварочного тока.При использовании сварочного тока промышленной частоты автоматическое управление невозможно в связи с малой тепловой инерционностью деталей малых толщин.Описываемый способ автоматического управления термическим циклом процесса точечной контактной сварки возможен не только при сварке разнорядных металлов.В этом случае измеряют термо-ЭДС в контакте электрод – деталь в паузе между высокочастотными импульсами сварочного тока.3. Принцип самообслуживанияа) Объект должен сам себя обслуживать, выполняя вспомогательные и ремонтные операции.Любые естественные экосистемы построены на основе самообслуживания. Задача инженерии — создать аналогичные системы.Среди специалистов существует устойчивое мнение, что работа — это деятельность, которая излишняя в системе, поскольку деятельность, необходимую для ее функционирования, система производит сама. б) Использование отходов вещества и энергии.В идеальном случае в проектируемых искусственных системах понятие «отходы» не должно фигурировать.Пример. В электросварочном пистолете сварочную проволоку обычно подает специальное устройство. Предложено использовать для подачи проволоки соленоид, работающий от сварочного тока.Еще совсем недавно использовали для подачи тянущее или толкающее устройство, но сейчас все изменилось и стали применять многофункциональный механизм с электронной системой управления. Контроль параметра режима работы позволяет существенно упростить весь процесс сварки. Существует три вида устройств с подачей материала, которые разделяются из-за способа протяжки проволоки.Толкающего действия — это наиболее распространенный вид, он не утяжеляет сварочную горелку и облегчает сварочный процесс. Его необходимо установить возле сварочного аппарата и через направляющий канал проталкивать проволоку, чтобы она дошла до наконечника горелки.Тянущего действия — такой механизм собирается внутри полуавтомата в корпусе горелки, он осуществляет подачу материала на себя. Он дает преимущество работать по необходимости с рукавами повышенной длины. Недостатком является то, что он утяжеляет горелку, а это отражается на работоспособности сварщика и замедляет процесс работы.Комбинированные — они совместили в себе тянущие и толкающие механизмы, такие устройства встречаются очень редко.В механизме применяются 2-х и 4-х роликовые схемы, это зависит от диаметра проволоки. Для диаметра небольшого — 1-1,2 мм используется двухроликовая схема, она состоит из ведущего и прижимного ролика. Если предстоит работа с более толстой проволокой, тогда применяется механизм с двумя прижимными и двумя ведущими роликами. Они обеспечивают всему механизму более стабильную подачу в нужную зону даже в том случае, когда он находится на незначительном удалении от горелки.Подача проволоки происходит благодаря прижатию между роликами. Диаметр проволоки должен быть меньше, чем диаметр канала и если диаметр окажется большего размера, то механизм не сможет обеспечить стабильного продвижения материала.На сегодняшний день можно приобрести современные устройства подачи проволоки, которые представляют собой сложные электронные устройства, они позволяют значительно снизить время выполнения сварочных работ.Механизм оснащен пультом управления, с помощью которого подается сигнал на горелку, она совмещена с пультом. В момент нажатия на кнопку происходит подача проволоки, подача прекращается в момент, когда кнопка отпускается. В следующий раз, когда необходимо подать материал нужно только слегка нажать кнопку пульта. Все устройства могут работать продолжительное время с короткими стежками сварки. Благодаря электронной системе осуществляются все необходимые функции:- Стабилизирует скорость подачи проволоки;- Возможность регулировать скорость;- В отдельных моделях есть функция памяти, она запоминает до 10 программ в сварочном режиме;- Функция холодной протяжки помогает быстро и легко доставить проволоку в горелку;- Функция продувки газом дает возможность оборудованию работать более длительный период времени. Перед началом и после окончания проведения сварочных работ необходимо делать продувку газом;Некоторые модели оснащены функцией регулировки времени отжига сварочной проволоки.Все современные механизмы укомплектованы информативными дисплеями, индикаторами, они помогают контролировать текущие параметры, настройки в процессе работы, программы. Все модели достаточно просты в эксплуатации с ними могут разобраться даже домашние мастера.Автономная работа механизма является одним из основных его преимуществ, он может работать вне полуавтоматического сварочного аппарата. Когда работы ведутся в неудобных и труднодоступных объектах есть возможность установить механизм отдельно на большом расстоянии от сварочного аппарата.Кроме положительных моментов, также есть и отрицательные стороны, о которых следует упомянуть. Блок нуждается в качественном и своевременном техническом обслуживании, поэтому если не знать хорошо его устройства с этим справиться будет сложно.