Контрольная работа - Решение задач по ТРИЗ - файл n1.doc

Контрольная работа - Решение задач по ТРИЗ
Скачать все файлы (157.5 kb.)

Доступные файлы (1):
n1.doc158kb.30.03.2014 06:28скачать

n1.doc

«Алгоритм решения изобретательских задач»

ТРИЗ - теория решения изобретательских задач декларировалась ее автором Г.С. Альтшуллером как альтернатива многочисленным и малоэффективным методам активизации перебора вариантов, позволяющая "превратить процесс решения изобретательских задач в точную науку".

Работа над ТРИЗ была начата Г.С. Альтшуллером и его коллегами в 1946 году. Первая публикация — 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. 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:

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.)

Алгоритм решения изобретательских задач (АРИЗ) - это основной инструмент ТРИЗ.

АРИЗ   последовательность взаимосвязанных логических и эвристических шагов, в ходе которых осуществляется постановка задачи, выявление противоречия в ней, поиск идеи, разрешающей это противоречие, а также оценка и развитие найденной идеи.

В процессе развития ТРИЗ было разработано несколько модификаций АРИЗ.

Наиболее известные - АРИЗ-77 и АРИЗ-85В.

Первый этап АРИЗ – это выбор задачи, т.е. переход от расплывчатой изобретательской ситуации к четко построенной и предельно простой схеме (модели) задачи. На этом этапе определяется конечная цель задачи, проверяется возможность и целесообразность ее решения обходными путями, выявляются требуемые характеристики с поправкой на время, размеры и стоимость, изучается патентная информация.

Второй этап – это построение модели задачи. На этом этапе осуществляется анализ и учет имеющихся ресурсов, которые можно использовать при решении задачи: ресурсов пространства и времени, веществ и полей.

Ресурс пространства – это так называемая оперативная зона (ОЗ), т.е. пространство, в пределах которого возникает конфликт, указанный в модели задачи, тогда как ресурс времени – это оперативное время (ОВ), т.е. имеющиеся ресурсы времени: время до конфликта и конфликтное время.

Вещественно-полевые ресурсы (сокращенно – ВПР) – это вещества и поля, которые уже имеются или могут быть легко получены (произведены) по условиям задачи. Вещественно-полевые ресурсы бывают внутрисистемными (инструмент, изделие), системными и надсистемными (особое внимание уделяется отходам, а также дешевым посторонним системам (объектам), стоимостью которых можно пренебречь). На этом этапе уточняются условия, выявляются возможности видоизменения задачи путем варьирования требуемыми характеристиками. Здесь же выбирается такой элемент, который можно легко перестроить и заменить.

Третий этап направлен на формирование образа идеального конечного результата (ИКР) и на выявление физического противоречия (ФП), мешающего достижению ИКР. Последний дает возможность выйти в поле значимых решений. На этом этапе выявляются причины, препятствующие практическому созданию «идеальной системы (машины)», даются стандартные формулировки ФП.

Четвертый этап заключается в устранении физического противоречия. Этот этап включает планомерные операции по анализу и задействованию вещественно-полевых ресурсов. Во многих случаях четвертый этап приводит к решению задачи и тогда можно сразу же перейти к седьмому этапу. Если же этого не происходит, то надо пройти пятый и шестой этапы.

Пятый этап означает использование опыта, сконцентрированно­го в информационном фонде ТРИЗ. Этот фонд включает описание приемов разрешения противоречий, стандарты на решение изобретательских задач1, результаты решения задач-аналогов, описание физических, химических, геометрических эффектов и явлений.

Шестой этап означает оценку найденного решения и развитие полученного ответа. Простые задачи решаются преодолением физического противоречия, например разделение противоречивых свойств во времени и в пространстве. Сложные задачи решаются путем изменения смысла задачи: снятием первоначальных ограничений, обусловленных психологической инерцией (ПИ), ведь до решения задачи многое лишь кажется самоочевидными. Для правильного понимания задачи сначала надо ее решить, так как изобретательские задачи не могут быть сразу поставлены точно. Процесс решения задачи, по существу, есть процесс корректировки задачи.

Седьмой этап – это анализ хода решения. На этом этапе проверяется качество полученного ответа, сравнивается фактический ход решения с теоретическим, установленным в ТРИЗ. Физическое противоречие должно быть устранено почти идеально («без ничего»). При решении технических задач ТРИЗ используют созданный информационный фонд, включающий стандарты, описание приемов, физических эффектов и явлений. В результате формируется так называемый «портрет решения» задачи, состоящий из системы приемов преодоления типовых противоречий, например, таких как: «дробления», «асимметрии», «матрешки», «антивеса», «наоборот», «обратить вред в пользу», «заранее подложенной подушки» и др.

Восьмой этап означает нахождение универсального ключа решения ко многим другим аналогичным задачам.

Девятый этап направлен на повышение творческого потенциала человека. Он является завершающим этапом, на котором анализируется ход решений. Анализ производится методом сравнения реального хода решения данной задачи с теоретическим, сравнения полученного ответа с данными информационного фонда ТРИЗ и т.п.

Таким образом, АРИЗ представляет универсальную программу поиска новых технических решений, это один из основных рабочих инструментов ТРИЗ. Процесс решения изобретательской задачи с его помощью схематически приведен ниже.



Схема решения изобретательской задачи по АРИЗ:

ЗИ и ЗО – задача исходная и обработанная; ВПИ – вектор

психологической инерции; ИКР – идеальный конечный результат

Последовательность, направленность и активизация мышления в нем достигаются ориентировкой решателя задачи на идеальное решение. Подчеркнем еще раз: процесс решения изобретательской задачи состоит в том, чтобы путем сравнения идеального и реального выявить техническое противоречие или его причину (физическое противоречие) и устранить его, перебрав относительно небольшое число вариантов. В течение последних десятилетий АРИЗ совершенствовался в ходе решения огромного числа задач.



Модификации АРИЗ вобрали в себя огромный пласт инструментов обработки задачной информации. В связи с тем, что любые задачные системы обладают информационной неопределенностью той или иной степени, одной из главных целей в профессиональном обучении будущих специалистов (в т.ч. инновационных менеджеров) является передача им алгоритмических процедур технологий пошаговой обработки задачной информации, уменьшающей степень ее неопределенности (обучать выявлению элементного состава задачи и типа конфликтов между элементами конфликтующих пар, правилам формулирования противоречий как источников (причин) конфликтов и определения путей (альтернатив) разрешения противоречий на основе оценки имеющихся ресурсов).

По мнению практикующих специалистов, наиболее практичной является версия АРИЗ-77. Применение методики АРИЗ для реальных практических задач довольно сложно. С одной стороны, логика АРИЗ понятна практически всем и прогресс в решении учебных задач достигается практически всегда. С другой стороны, следовать этой логике при решении реальных задач удается далеко не каждому. Главная причина этого явления, в моем представлении, психологическая. Многим логика АРИЗ представляется не вполне удобной для мышления. Особенно это заметно в отношении опытных разработчиков и конструкторов, у которых уже сложились собственные представления о подходах к решению творческих задач. Требуются усилия, чтобы заставить себя мыслить категориями АРИЗ.

Анализ противоречия - безусловно, верное направление в создании универсального средства для решения любых творческих задач, но требуется существенное его упрощение и максимальная адаптация к привычному для мышления человека виду. Постоянная работа над сложными инженерными задачами, эксперименты по применению различных подходов к их решению позволили создать довольно простую, но очень эффективную технологию для решения творческих задач.

Рассмотрим основные моменты технологии (алгоритма) АРИЗ-77 и проиллюстрируем ее наглядным примером:

1. Построение модели задачи.

1.1. Записать условие задачи, не используя специальные термины.

Задача. Вы на даче откопали участок трубопровода. Предположим, что вам необходимо определить, в какую сторону течет по трубе вода. Для этого можно распилить трубу, например, ножовкой (заменим этот специальный термин словом "инструмент"), но это приведет к порче трубопровода и понадобится его ремонтировать.

Как быть?

1.2. Выделить и записать конфликтующую пару элементов. Если по условиям задачи дан только один элемент, перейти к шагу 3.2.

Правило 1: В конфликтующую пару элементов обязательно должно входить изделие.

Правило 2: Вторым элементом пары должен быть элемент, с которым непосредственно взаимодействует изделие (инструмент, второе изделие, внешняя среда).

Правило 3: Если один из элементов (инструмент) по условиям задачи может иметь два состояния, надо взять то состояние, которое обеспечивает наилучшее осуществление главного производственного процесса (основной функции технической системы, указанной в задаче).

Правило 4: Если в задаче есть пары однородных взаимодействующих элементов, достаточно взять одну пару.

Труба (изделие).

Инструмент (инструмент).

1.3. Записать два взаимодействия (действия, свойства) инструмента и изделия: имеющееся и то, которое надо ввести (или: полезное и вредное).

Проникновение в трубу.

Разрушение трубы.

1.4. Записать стандартную формулировку модели задачи, указав конфликтующую пару и техническое противоречие.

Дано: труба и инструмент.

Проникновение в трубу с помощью инструмента позволяет определить направление потока воды, но приводит к разрушению трубы.

2. Анализ модели задачи

2.1. Выбрать из элементов, входящих в модель задачи, тот, который можно легко изменять, заменять и т. д.

Правило 5: Технические объекты легче менять, чем природные.

Правило 6: Инструменты легче менять, чем изделия.

Правило 7: Если в системе нет легко изменяемых элементов, следует указать элемент "Внешняя среда".

Инструмент.

2.2. Записать стандартную формулировку ИКР (идеального конечного результата): элемент (указать элемент, выбранный на шаге 2.1.) сам устраняет вредное воздействие (указать, какое), сохраняя способность выполнять полезное воздействие.

Правило 8: В формулировке ИКР всегда должно быть слово "сам" ("сама", "само").

Инструмент сам устраняет разрушение трубы, сохраняя способность проникать в трубу.

2.3. Выделить ту зону элемента (указанного в 2.2), которая непосредственно не справляется с требуемым по ИКР комплексом двух взаимодействий. Что в этой зоне - вещество, поле?

Рабочая часть инструмента.

2.4. Сформулировать противоречивые физические требования, предъявляемые к состоянию выделенной зоны элемента конфликтующими взаимодействиями (действиями, свойствами):

а. Для первого действия (указать полезное взаимодействие или то взаимодействие, которое надо сохранить) необходимо (указать физическое состояние: быть нагретой, подвижной, заряженной и т.д.).

б. Для второго действия (указать вредное взаимодействие или взаимодействие, которое надо ввести) необходимо (указать физическое состояние: быть холодной, неподвижной, незаряженной и т.д.).

Правило 9: Физические состояния, указанные в пунктах "а" и "б", должны быть взаимно противоположными.

a. Для проникновения в трубу рабочая часть инструмента должна обладать проникающей способностью.

б. Для предотвращения разрушения трубы рабочая часть инструмента не должна обладать проникающей способностью.

2.5. Записать стандартную формулировку физического противоречия: выделенная зона элемента (указать) должна быть (указать состояние, обозначенное на 2.4 а), чтобы выполнять полезное взаимодействие (указать), и должна быть (указать состояние, обозначенное на 2.4 б), чтобы предотвращать вредное воздействие (указать).

Рабочая часть инструмента должна обладать проникающей способностью, чтобы осуществлять проникновение в трубу и не должна обладать проникающей способностью, чтобы не разрушать ее.

3. Устранение физического противоречия

3.1. Рассмотреть простейшие преобразования выделенной зоны:

а. Разделение противоречивых свойств в пространстве.

б. Разделение противоречивых свойств во времени.

в. Разделение противоречивых свойств путем использования переходных состоянии, при которых сосуществуют или попеременно появляются противоположные свойства.

г. Разделение противоречивых свойств перестройкой структуры: частицы выделенной зоны наделяются имеющимся свойством, а вся выделенная зона в целом наделяется требуемым (конфликтующим) свойством.

Правило 10: Рассматривать только те преобразования, которые соответствуют ИКР (т. е. осуществляются сами по себе).

Как видим, в АРИЗ отсутствует способ устранения противоречия в смысловом отношении. Он вытекает из определения формально-логического (или, что тоже самое, физического) противоречия. Но именно этот способ необходим для решения этой задачи.

Наши затруднения в решении этой задачи возникали из-за того, что мы представляли, что проникновение в трубу возможно только механическим способом, который ведет к повреждению трубы. Решение же связано с переосмыслением понятия "проникающая способность" инструмента. Так, например, проникновение в трубу при помощи поля не приводит к ее разрушению.

3.2. Использовать таблицу типовых моделей задач и вепольных преобразований.

3.3. Использовать таблицу применения физических эффектов и явлений.

3.4. Использовать таблицу основных приемов устранения технических противоречий.

3.5. Перейти от физического ответа к техническому: сформулировать способ и дать схему устройства, осуществляющего этот способ.
Решение. Использовать в качестве инструмента тепловое поле. Нагреть трубу и по направлению распространения тепла судить о направлении движения воды.
Задача 1.
В Голландии были времена энергетического кризиса. Жуткая экономия электроэнергии. Правительство запретило освещение магазинных витрин. Владельцы ювелирных магазинов страдают. Украшения выгодно рекламировать в лучах света, а это вечером теперь делать было нельзя. Как быть владельцам магазинов?
При решении задач по ТРИЗ рекомендуется формулировать противоречия которые призваны подчеркнуть суть проблемы и выявить возможные пути решения.
ПРОТИВОРЕЧИЕ:
Ювелирам необходимо использовать осветительные приборы для рекламирования и демонстрации своих изделий, НО правительство запретило освещение магазинных витрин.
РЕШЕНИЕ:
Конечно же, гениальным решением было бы предложить – «Интернет-магазин», но проблема в том, что речь идет о 1973-1974 годах (мировой энергетический кризис). Интернет в это время был только в начальных стадиях и широкие массы к нему доступа не имели.

По этому, единственным решением остается использование альтернативных источников энергии. Наиболее простым в реализации, но более затратным способом есть использование автономной электростанции, например на базе дизеля. Более дорогостоящим изначально, но экономным вариантом в дальнейшем есть использование батарей аккумулирующих солнечную энергию. Так как их мощность достаточно невелика – освещать всю витрину будет очень затратно. В качестве решения предлагается направленный пучок света (с помощью оптических систем и зеркал), цель которого освещать определенную локацию, где размещено изделие. В таком случае вся витрина будет находится в полумраке, а подсвеченным будет только изделие, это создаст выгодный световой контраст и определенную загадочную ауру. Что, в итоге, должно положительно сказаться на продажах.

Задача 2.
При производстве машины необходимо склеить две детали площадью 20 см2 и выдержать зазор между ними 0,1 – 0,01 мм. Как сделать это без особых затрат?
В данной задаче никакого противоречия нет, она относится к иследовательски - изобретальским задачам.
Анализ:

Задача недоопределена, например   непонятно предназначение параметра площади деталей, который указан с такой точностью.

Как площадь может влиять на склеивание?

Под словом «затраты», вероятно, стоит понимать затраты на время измерения зазоров, то есть – «как автоматизировать процесс замера зазора?».

Потому как затраты на клей зависят только от его состава(типа) и склеиваемой площади, а на эти параметры мы повлиять не можем.
РЕШЕНИЕ:
Предлагается использовать шаблон-прокладку между склеиваемыми поверхностями. Толщина прокладки соответствует нужному слою клея. Прокладка располагается только по периметру склеиваемых поверхностей. При этом:

удерживает клей между деталями до момента высыхания, предотвращая вытекание;

занимает очень малую площадь по сравнению с общей площадью склеивания, соответственно – не уменьшает прочности соединения;

может быть удалена или оставлена в месте склейки соответственно тех. условиям.

Если между деталями необходим теплообмен или проводимость тока прокладка может иметь форму сетки и выполняться из материалов проводников. Так как клей, в большинстве случаев не является не тепло- не электро - проводником.
Задача 2.
На олимпийском стрельбище ежедневно стрелками разбивается более 5000 глиняных тарелочек. Осколки тарелочек разлетаются в радиусе 300 метров. Через несколько дней соревнований вся территория стрельбища завалена глиняными осколками, на уборку тратится более 20000 рублей и труд десятков уборщиц. Предложите варианты экономии дирекции стрельбища.
Анализ:
Анализ условия этой задачи предполагает два возможных пути ее решения:

1) предложить варианты, которые позволят избавиться от этих осколков, то есть вариант исключающий использование глиняных тарелок.

2) разработать способы и предложить методы, которые позволят ускорить и\или удешевить уборку осколков
Если следовать первому варианту то тут необходимо учесть некоторые физические параметры тарелок, дабы не менять полностью приспособления для их метания и не нарушать физику полета, полетные качества. Так как этот параметр, вероятно, важен в соревнованиях. Под полетными качествами, в первую очередь, подразумевается – скорость и дальность полета. На эти параметры, с учетом использования одной и той же метальной установки будет влиять масса. Важно, также, выдержать размер тарелки с точки зрения спортивных соревнований.

Технические стандарты:

Справка:
Мишени (в виде тарелочек) выбрасываются в воздух с помощью метательной машины. При попадании даже нескольких дробин в тарелочку, она разбивается. В стендовой стрельбе используют мишени только стандартного размера (диаметр 110 мм).

В стендовой стрельбе ( дисциплины: траншейный и круглый стенды, дублетная стрельба на траншейном стенде и автоматическая траншея) используются мишени "Стандарт", диаметр которых 110 мм.



A (вес)

105 г 5 г

E (высота)

11 мм  1 мм

B (диаметр основания)

110 мм  1 мм

F (высота)

  7 мм  1 мм

C (диаметр)

95 мм – 98 мм

G (высота) 

  8 мм  1 мм

D (общая высота)

25 мм – 26 мм

H (высота) 

18 мм  1 мм

 

Во всех других видах спортивной стрельбы из гладкоствольных ружей, помимо стандартных мишеней применяются, так же, мишени типов: Миди, Мини, Бату, Заяц, Пропеллеры.

Мишени для стендовой стрельбы и спортинга изготавливают двух цветов: оранжевый и черный - для стрельбы на фоне снега. 


Мишень “Стандартная” (диаметр - 110 мм.): наиболее часто используемая мишень из всех существующих. Она применяется во всех дисциплинах стендовой стрельбы: траншейный, круглый, дуплетный стенды и в автоматической траншее, а так же для большинства метательных машин (до 90%), используемых во всех спортинговых дисциплинах. Большая часть ручных и портативных автоматических метательных машин сконструирована для заброса данного типа мишеней.


Предложение №1

Делать тарелки не глиняные, а прессовать из пыли. Можно использовать угольную пыль или состав: из смеси битумного пека (компонент, используемый для производства асфальта) и цемента. В этом случае осколков не будет, при попадании – тарелка разлетается в пыль, следовательно   убирать нечего. Конечно, возможен брак прессовки или частичное попадание, но такие варианты составят малый процент от общего количества и принципиально такое предложение решает проблему.
Предложение№2 Делать тарелки путем замораживания воды в специальных формах.

Расчеты массы:

Возьмем тело цилиндрической формы с размерами указанными в таблице выше: R= 0,055m , H= 0,0025m Ro(плотность льда) = 0,9 kg/m^3. Из этого следует – масса:
кг.

При указанных размерах имеем массу даже больше чем нужно, следовательно можно немного уменьшить высоту, диаметр уменьшать нельзя с точки зрения требований соревнований, а также, сделать форму не виде цилиндра   а виде полой тарелки. Рассчитав размер углубления таким образом, что бы выйти на нужную массу. Лед можно подкрашивать любым красителем для лучшей видимости.

При использовании льда – осколки будут просто таять и убирать их не нужно
Предложение №3(экзотическое) Прессовать тарелки из кормов для птицы, для доведения до нужной массы использовать при прессовке сироп (он имеет большую плотность). После соревнований выпускать на стрельбище птиц (например уток) которые соберут корм при этом еще и удобрят лужайку. Тут так сказать применяем ТРИЗовский принцип.
Принцип "И-И" - это решение, когда становится предельно хорошо ВСЕМ участникам проблемы (и этому хорошо, и этому хорошо, и этому хорошо...). Это очень существенный принцип ТРИЗ. 
Если следовать второму варианту, то можно предложить следующие решения:

Предложение №4

Дальность полета тарелки, а также время прицеливания, позволит вычислить на полигоне примерную зону, в которой буду осыпаться осколки. Ее можно даже не вычислять, зона будет видна визуально после очередных соревнований.

В этой зоне предлагается построить нехитрое сооружение, которое должно ускорить уборку. Схематически его можно изобразить так:




Сооружение являет собой набор желобов, в идеале имеющих скользкое покрытие, например из пластика. При опадании осколков они по ребрам желобов будут осыпаться на дно и уборка осколков значительно ускорится. Также можно предложить этот бой как бутовочный строительный материал для засыпания полостей или подготовки основы тротуаров, бесплатно – самовывозом или за небольшую плату – покрывающую уборку боя.

Опять таки Принцип "И-И".

Задача 4.
Для антикоррозийной обработки днища автомобиля применяют густую масляную смесь. Покрывать днище с помощью кисти долго, а пульверизатор распылить такую густую жидкость не может. Подогревать и разбавлять жидкость растворителем нельзя. Что можно предпринять?
В этой задаче можно проиллюстрировать приём применения посредника или использование ВЕПОЛЯ. (ВЕщество+ПОЛе).

Главная идея этого подкласса четко отражена в стандарте

1.1.1: для синтеза работоспособной технической системы необходимо - в простейшем случае - перейти от невеполя к веполю. Нередко построение веполя наталкивается на трудности, обусловленные различными ограничениями на введение веществ и полей. Синтез веполя


Если дан объект, плохо поддающийся нужным изменениям, и условия не содержат ограничений на введение веществ и полей, задачу решают синтезом веполя, вводя недостающие элементы в систему.

НАПРИМЕР:


1.1.2. Переход к внутреннему комплексному веполю


Если дан веполь, плохо поддающийся нужным изменениям, и условия задачи не содержат ограничений на введение добавок в имеющиеся вещества, задачу решают переходом (постоянным или временным) к внутреннему комплексному веполю, вводя в В1 или В2 добавки, увеличивающие управляемость или придающие веполю нужные свойства: 



Здесь В1 - изделие, В2 - инструмент, В3 - добавка; скобками обозначена внутренняя комплексная связь (внешняя комплексная связь обозначается без скобок).

РЕШЕНИЕ: Никаких полей в данном случае применять не нужно. В качестве посредника можно использовать, например – бумагу или промасленную (пропитанную в антикоррозийном составе) тонкую ткань. Днище покрывается пластом, а после бумага (ткань) либо снимается либо самоуничтожается в ходе эксплуатации автомобиля.

Сегодня этот подход широко используется не только для антикоррозийного покрытия, но и для антишумования и антивибрации поверхностей кузова на тех же автомобилях.
Учебный текст
© perviydoc.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации