Найти идею. Введение в ТРИЗ – теорию решения изобретательских задач

Страшнее ураганов

Когда-то изобретатели находили и тестировали новые идеи методом проб и ошибок, то есть просто в течение долгого времени наугад перебирали решения. По мере накопления опыта метод совершенствовался. Изобретатели интуитивно понимают, какие решения стоит проверять, а какие не стоит. Нестоящие они отбрасывают сразу, не тратя на них времени. Такая фильтрация помогает, когда для решения задачи подходят простые ответы. Но она мешает, когда требуется нетривиальный подход.

К тому же во многих случаях вещественные эксперименты стали заменять мыслительными. Имея всю нужную информацию, можно умозрительно представить ход эксперимента, чтобы понять, работает то или иное решение проблемы или нет. Но мыслительные эксперименты субъективны. На их результаты оказывают сильнейшее влияние особенности нашего мышления.

Кроме того, закономерности подходов при использовании метода проб остаются неизвестными: один и тот же человек может случайно найти идеальное решение для одной задачи и не справиться с другой. В этом состоит слабость метода: он устарел и приносит только убытки. Альтернативой ему является теория решения изобретательских задач (ТРИЗ).

Она построена на переносе фокуса внимания: важнее не то, что происходит в голове изобретателя и какими путями движется его мысль, а важно понять путь изменения технической системы – принцип, который лежит в основе изобретения, и возможность его использования в других изобретениях.

Бунт на коленях

Метод проб и ошибок порой пытались улучшить. Так был придуман морфологический метод. Его суть в создании таблиц, которые могли бы охватить все множество возможных вариантов решений. Для таблицы нужно выбрать две важнейшие характеристики системы. Затем расписать все возможные их вариации, у одной по горизонтали, а у другой по вертикали. В получившиеся ячейки таблицы нужно записывать соответствующие сочетания.

Например, нам нужно решить, какой сделать упаковку товара. По вертикали можно записать возможные материалы, а по горизонтали – формы. А затем смотреть на сочетания форм и материалов, пока не найдем оптимальное.

Но таблица подходит лишь для самых простых решений. Обычно изобретатели составляют так называемый «морфологический ящик». В него входит множество осей, которым соответствует множество характеристик. В итоге порой можно получить тысячи сочетаний. Как среди них найти нужное?

Увы, никак. Все полученные сочетания приходится перебирать вручную. Отбрасывать плохие решения, приглядываться к тем, которые кажутся хорошими. Это огромное поле работы. Такой подход можно назвать более структурированным. Но он не решает коренной проблемы метода проб и ошибок – перебирание вариантов вслепую, с потерей времени и ресурсов.

Мозговой штурм – еще одна модификация метода проб и ошибок. Он подразумевает разделение генерации идей и их оценки. На первом этапе штурма участники просто высказывают идеи – все, что придет в голову, даже самые безумные. На этой стадии никто не должен оценивать поступающие идеи и критиковать их. Записывается абсолютно все. Оценкой идей уже после штурма занимаются другие компетентные люди, специалисты.

Но подобный метод больше подходит для решения организационных задач, чем для изобретений.

Чуть дальше продвинулась синектика. Ее суть в том, что генератором идей и оценщиками является одна и та же группа людей. Участники привыкают друг к другу и чувствуют себя непринужденно. Они могут высказываться без обиняков и спокойно относятся к критике. Им комфортно в своей компании.

Внутри синектической группы постепенно накапливается и обобщается опыт. Чем дальше, тем эффективнее группа работает, потому что сталкивается с похожими случаями и может применить к ним схожие решения. То есть синектика в этом отношении близка к сути ТРИЗ. Но она все равно направлена скорее на изучение психологии изобретателя, а не на изучение технических изменений.

Тем не менее, методы активизации творческого процесса сделали важный шаг в переосмыслении природы творчества. Оказывается, творчеством можно управлять. Оно не зависит от вдохновений и озарений. Творческое мышление можно запустить с помощью специальных практик. Но никакие методы активизации не смогли принципиально изменить необходимость перебора вариантов по методу проб и ошибок. А этот метод безнадежно устарел.

Внимание: задачи

Особое внимание в ТРИЗ уделяется формулировке задачи. Заказчики могут выразить свою проблему по-своему. И при этом даже не догадываться, что их проблема кроется глубже. Прежде всего задачу нужно переформулировать правильно. Только это позволит устранить проблему, а не зайти в тупик. Такую формулировку называют изобретательской ситуацией.

Из этой изобретательской ситуации можно вывести макси-задачу и мини-задачу. Макси-задача подразумевает коренное переустройство всей системы. Мини-задача заключается в устранении проблемы при минимальном изменении действующей системы. Излагать обе задачи нужно максимально просто и коротко, чтобы они были понятны даже неспециалисту.

Типичной изобретательской задачи не существует. Из одной ситуации можно вывести сразу несколько мини-задач – в зависимости от того, на каком этапе вводить изменения. Причем их решение может оказаться самым сложным. Изменение в одной части системы может привести к негативным изменениям в других ее частях. Это называется техническим противоречием. Нужно думать, как его не допустить.

Есть пять уровней задач.

Решение задач первого уровня не устраняет технических противоречий. Меняется что-то локальное и по мелочи. Средства решения задачи лежат в той же сфере, что и сама задача. Решить задачу способен любой специалист.
Задачи второго уровня имеют технические противоречия. Но они легко решаются способами, которые применялись в схожих сферах. Меняется лишь один элемент системы. Вариантов решения обычно не больше десяти.
В задачах третьего уровня проблема и способ ее решения могут находиться в разных сферах, но принадлежат одной науке (так, химическая задача решается химическими методами). Один элемент системы меняется полностью, а также частично меняются другие элементы. Вариантов решения задачи может быть сотни.
В задачах четвертого уровня технические противоречия настолько сильны, что их приходится преодолевать, полностью меняя систему. Проблема может решаться средствами других наук. Могут быть тысячи и даже десятки тысяч вариантов решения задачи. Результатом становится крупное изобретение. Найденный принцип может помочь в решении задач низших уровней.
На пятом уровне изобретательская ситуация состоит из множества взаимосвязанных проблем и требует изобретения абсолютно нового продукта. При этом количество вариантов решения безгранично. Результатом становится крупнейшее изобретение (например, самолет или паровоз). Оно создает принципиально новую систему и новые отрасли техники. Решение задачи пятого уровня лежит за пределами известной науки.

Большинство совершенных изобретений относятся к первому и второму уровням. А изобретения пятого уровня встречаются крайне редко. Это нормально. Обычно изобретение высокого уровня порождает множество задач более низких уровней, которые помогают крупнейшим изобретениям стать лучше, удобнее, дешевле, функциональнее.

Рано или поздно крупнейшие изобретения устаревают. Им на смену требуются новые изобретения пятого уровня. Но люди это замечают не сразу. Долгое время они по инерции продолжают пользоваться устаревающими системами. На этот период приходится второй пик изобретений низших уровней. Они помогают продлить жизнь старым системам.

Мелкие изобретения, возникающие сразу после крупных, необходимы. Но если они возникают вместо новых крупных изобретений, они являются напрасной тратой средств и времени, принося выгоду только тем, кто имеет прибыль от использования старых систем. При этом проблемы, возникающие при таком использовании, никуда не исчезают.

Формула победы

Методом проб и ошибок действует естественный отбор. При этом эволюция не обладает памятью и не может делать выводы о том, какие варианты являются удачными и почему. Но люди могут это делать. Мы способны накопить опыт удачных проб, проанализировать его и выявить законы, которым они подчиняются. Это и является целью ТРИЗ.

На сегодняшний день известно девять законов развития технических систем. Их можно разделить на три группы.

Первая – законы, которые обеспечивают жизнеспособность технической системы. Это законы статики. Их три.

Наличие и работоспособность основных частей системы.
Сквозной проход энергии к рабочему органу системы.
Согласованность колебаний всех частей системы.

Другая группа законов – законы кинематики. Они влияют на направление развития системы независимо от конкретных механизмов. Их четыре.

В системе увеличивается степень идеальности. Абсолютный идеал – когда самой системы нет, но все ее функции выполняются.
В системе увеличивается степень динамичности. В любой системе жесткие связи меняются на гибкие. Это и есть динамичность системы.
Система развивается неравномерно, через преодоление возникающих технических противоречий. Чем сложнее система, тем неравномернее и противоречивее развитие ее частей.
Развитие системы происходит до определенного предела. Потом сама система перестает развиваться, но начинает развиваться надсистема, в которую она входит.

Идеал не всегда достижим, но к нему можно максимально приблизиться. Такое приближенное решение называется идеальным конечным результатом (ИКР). Для его достижения нужно использовать имеющиеся ресурсы: данные по условиям задачи и бесплатные дополнительные. Они называются вещественно-полевыми ресурсами (ВПР). Формула успеха – максимальное использование ВПР для достижения ИКР.

Противоречия в системе бывают разных видов.

Административные противоречия: нужно что-то сделать, но неизвестно, как именно это сделать. Они изначально существуют в изобретательской ситуации, но не приближают к ее решению.
Технические противоречия: конфликт между разными частями одной системы или между системами разных уровней (надсистемы и подсистемы). Изобретательская ситуация содержит сразу группу таких противоречий. Выбор одного из них означает переход к изобретательской задаче.
Физические противоречия: конкретные физические свойства, которые противоречат друг другу. Одно из них изначально присуще элементу системы, а второе необходимо ввести, чтобы решить задачу. Правильная формулировка таких противоречий – это уже половина решения задачи.

Согласно ТРИЗ, все, что нужно для решения изобретательской задачи, – проверка выполнения всех законов технических систем и формулировка противоречия.

Новеллы о законах

Представьте, что у вас есть некое вещество, не поддающееся контролю с помощью какой-либо энергии. Но вам необходимо его как-то контролировать. Как поступить в этом случае? Добавить в него вещество, которое можно контролировать. Например, частицами железа можно управлять с помощью магнитного поля. Жидкостью и некоторыми металлами управляют с помощью изменения температуры.

Иначе говоря, чтобы получить управляемое вещество (УВ), нужно добавить к неуправляемому веществу (НВ) управляемую добавку (УД) и воздействовать на нее нужным полем (П). Получается простая формула: УВ = НВ + УД + П. Такая формула называется «веполь» – сочетание вещества и поля.

Структура веполя схожа со структурой простейшей технической системы. В системе есть изделие, инструмент и энергия воздействия инструмента на изделие. В веполе им соответствуют неуправляемое вещество, добавка и поле. Любую сложную техническую систему можно представить как сумму веполей. В виде веполя можно также сформулировать задачу. Это поможет выявить суть проблемы.

Еще одна группа законов – законов динамики – базируется на понятии веполя и касается современных систем.

В системах повышается управляемость. Они становятся вепольными, веполи в них усложняются, количество управляемых связей увеличивается. Использование в качестве веполей ВПР повышает идеальность системы.
Рабочие органы системы становятся все меньше и раздробленнее, переходят на микроуровень. Это приводит к точной и ровной работе.

Истребители противоречий

Согласно четвертому закону кинематики на определенном этапе система перестает развиваться. Она становится частью надсистемы. Вместе они образуют бисистему (то есть двойную). А если соединяется больше двух систем, появляется полисистема. Типичный пример: развитие якоря. Изначально это был простой крюк. Потом его начали составлять из двух крюков, а потом из четырех.

Полисистема – это усложнение. Но это и появление новых возможностей, недоступных одиночной системе. Внутри полисистемы возникает собственная среда с особыми свойствами. Появляется она благодаря взаимодействию систем. А если системы действуют поступательно, то возникает эффект многоступенчатости. При нем каждая следующая система усиливает воздействие предыдущих.

Полисистема может быть частично или полностью свернутой. Частично свернутая сохраняет важные части систем, входящих в полисистему, но сокращает вспомогательные. Так, в двустволке сохранены стволы обоих ружей, но приклад только один.

В полностью свернутой системе один элемент выполняет сразу несколько функций. По сути, она становится новой моносистемой и развивается дальше. В том числе может образовывать новые полисистемы.

При решении задач в полисистемах важно учитывать два аспекта:

Чем лучше развиты связи между элементами системы, тем она эффективнее. В новой полисистеме элементы сначала имеют нулевую связь. Потом она упорядочивается и становится жесткой. Потом под действием второго закона кинематики растет динамичность, и связи становятся гибкими.
Чем больше различий между элементами системы, тем она эффективнее. Однородные элементы способны выполнить только ряд функций. Разнородные или противоположные могут выполнить гораздо больше. Одно дело карандаш, заточенный с двух концов, а другое – карандаш с ластиком на другом конце.

Лед логики, пламень фантазии

На основе открытых законов создан свод правил для решения типовых изобретательских задач. Только надо учитывать, что существуют также нетиповые задачи, к которым не так просто применить готовые правила. Но со временем любая подобная задача становится типовой.

Правила для решения типовых задач называются стандартами. Их применение помогает решить задачу за один ход. Стандарт состоит из сочетания нескольких типовых приемов для устранения противоречий. Всего существует 76 стандартов, разделенных на пять классов.

1-й класс связан с построением и разрушением вепольных систем. Обычно, если система не вепольная, ее нужно сделать вепольной. При этом встречаются различные затрудняющие нюансы. Стандарты помогают с ними справиться.

2-й класс – стандарты на развитие вепольных систем. Это усложнение веполей, увеличение динамичности, согласование ритмики и структурирование.

3-й класс – переход в надсистему или на микроуровень.

4-й класс – стандарты, облегчающие измерение и обнаружение чего-либо. Обычно они сводятся к созданию веполя, который можно будет легко обнаружить или измерить. Например, пропан не пахнет, и, чтобы обнаружить утечку бытового газа, в него добавляют газ со специфическим запахом.

5-й класс – методы введения в веполь новых элементов без введения этих элементов. Это делается за счет обходных путей: пустота или поле вместо вещества, использование веществ из внешней среды или отходов системы и даже применение копий вещества.

Стандарты ТРИЗ подходят не только для сферы изобретательства. С их помощью можно развивать фантазию и креативное мышление в целом. Упражнения для детей на основе методов ТРИЗ помогают им стать креативнее и не растерять свой потенциал по мере взросления.

К полюсу идеальности

Стандарты ТРИЗ порой не справляются с нетиповыми задачами. Для подхода к ним был создан алгоритм решения изобретательских задач (АРИЗ). Обычно это задачи высоких уровней.

В основе АРИЗ лежит программа последовательных действий для анализа сложной, неопределенной изобретательской задачи. Эти действия помогают изучить ВПР, получить модель конфликта, выявить физическое противоречие и преодолеть его. А также понять, как в дальнейшем использовать полученную в ходе решения идею.

Помимо этого, АРИЗ содержит упражнения на развитие воображения и преодоление мыслительных стереотипов. А также обширную информационную базу: стандарты, правила, указатели. Среди них очень важен указатель физических эффектов. Часто с помощью физических или химических эффектов можно довольно просто устранить противоречие и решить задачу.

АРИЗ состоит из девяти частей.

Анализ задачи. Перевод ситуации в минимальную задачу и составление ее модели – схемы основного конфликта.
Анализ модели задачи. Выявление оперативной зоны: элемента системы, изменения которого будет достаточно для решения задачи.
Определение ИКР и физического противоречия. Понимание ИКР задает вектор поиска и помогает определить противоречие на макро- и микроуровнях.
Мобилизация и применение ВПР. Конфликтующие части можно представить в виде двух групп людей. И выяснить, что нужно изменить в этих группах, чтобы предотвратить конфликт. Это поможет найти новые ВПР. На этом этапе может уже обнаружиться ответ. Если нет, то нужно переходить в следующий пункт.
Применение информационного фонда: стандартов, физических эффектов, типовых аналогичных задач. Если и в этот раз не получили ответа, нужно перейти к шестому пункту.
Изменение задачи. Необходимо сформулировать максимальную задачу.
Анализ способа устранения противоречия. Можно ли использовать его для других задач и сделать типовым?
Применение полученного решения.
Анализ хода решения. Этот пункт помогает решающему понять свой ход мысли и в дальнейшем использовать его в других ситуациях.

Учить талантливому мышлению

ТРИЗ – пока что еще развивающаяся наука. Но она успела показать свою успешность на производственной практике. Методы ТРИЗ помогают не только повышать эффективность разного рода решений – они в целом развивают креативность, позволяют мыслить нестандартно и не бояться сложных противоречий.

Увы, обучение ТРИЗ пока не поставлено на широкий поток. В нашей стране эту методику надолго забыли. Интерес к ней упал во время перестройки и вернулся только в первые годы XXI века. Мало того, сегодня существует несколько разновидностей ТРИЗ, во многом противоречащих друг другу.

Поэтому так важно изучать ТРИЗ в его классическом понимании. Как уже было сказано, этот метод гораздо лучше, чем популярные методы типа синектики, мозгового штурма или латерального мышления. Он по-настоящему научный, доказательный и подтвержденный фактами. За этим методом будущее.

Оригинальная книга содержит множество конкретных изобретательских задач, примеров решений, исторических сведений об изобретателях, а также несколько приложений с ответами, стандартами, биографическими данными автора.