Рубин М.С., Кирдин А.Н . АРИЗ-У-2010 - программная реализация. 2012 г.

АРИЗ-У-2010 - программная реализация

Санкт-Петербург, 2012 г.

Ключевые слова: программа АРИЗ-Универсал-2010 (АРИЗ-У-2010), нетехнические аспекты ТРИЗ, компьютеризация инструментов ТРИЗ, Функционально-Ориентированный Поиск (ФОП).

Аннотация

Программная реализация АРИЗ-У-2010 – это исследовательский проект на пересечении трех областей развития ТРИЗ:

- применение ТРИЗ в нетехнических областях

- автоматизация инструментов ТРИЗ

- развитие АРИЗ, как одного из основных инструментов ТРИЗ.

В рамках этого проекта, в частности, отрабатываются:

- мини-алгоритмы выполнения отдельных шагов АРИЗ-У-2010,

- инструменты, входящие в АРИЗ-У-2010, адаптированные для решения изобретательских задач в технических и в нетехнических областях

- структура программы и ее реализация, организация интерфейса пользователя

- работоспособность программы и ее алгоритмов для различных задач

- возможности совместной работы с другими инструментами ТРИЗ и базами данных

- возможности применения программы в учебном процессе и при решении реальных изобретательских задач и другие.

В статье авторы делятся опытом проведенных исследований и приводят некоторые примеры работы программы.

1. Введение

К развитию инструментария ТРИЗ предъявляются противоположные требования. С одной стороны они должны становиться все более сложными и многообразными, чтобы расширять спектр решаемых задач и надежность выхода на решение. А с другой стороны, они должны быть проще для удобства пользователей и снижения требований к квалификации пользователей, снижения времени обучения.

Один из способов решения этого противоречия - реализация методов и алгоритмов ТРИЗ в форме компьютерных программ[1]. Методики, изначально разрабатываемые исключительно для использования людьми, постепенно переводятся к более строгим, реализуемым на компьютерах алгоритмам. В этих разработках можно выделить три основные группы:

- инструменты ТРИЗ и ФСА со строгой, легко программируемой логикой (компонентный анализ, функциональный анализ, диагностический анализ, свертывание, перенос свойств, матрица Альтшуллера и др.)

- инструменты ТРИЗ, для которых разрабатываются специальные формализованные алгоритмы, позволяющее переложить их применение на компьютерные программы (например, автоматизация ФОП [6] и др.)

- программы – «записные книжки», которые качественно не изменяют инструментарий ТРИЗ при их реализации в форме компьютерных программ.

Известные до сих пор программные реализации АРИЗ относятся к третьей группе[2]. Между тем известно [4, 7], что программная реализация АРИЗ требует серьезной доработки как его структуры, так и выполнения отдельных шагов АРИЗ.

В рамках проводимых исследований предпринимаются попытки создания программной реализации универсального алгоритма решения изобретательских задач (АРИЗ-У-2010). АРИЗ-У-2010 позволяет при решении задач учитывать различные, а не только технические аспекты задачи, благодаря чему появляется возможность применения инструментария ТРИЗ для решения изобретательских задач в нетехнических областях.

2. Особенности АРИЗ-У-2010

АРИЗ-Универсал-2010 [7] является развитием АРИЗ-85В [2], в нем также использованы некоторые шаги из АРИЗ-71 [1], АРИЗ-91 [4]. При этом, в АРИЗ-У-2010 использована несколько иная последовательность шагов, он адаптирован для рассмотрения нетехнических систем и нетехнических аспектов технических систем, в нем используется универсальная система стандартов на решение изобретательских задач [8], уточнены процедуры выполнения некоторых шагов. Эти работы ведутся одним из авторов с 1992 года [5].

Рисунок 1. Блок-схема АРИЗ-Универсал-2010.

Текст АРИЗ-Универсал-2010 состоит из 7 частей. Первая часть направлена на уточнение формулировки задачи, выявление противоречий в задаче. При необходимости дополнительно проводится функциональный и другие виды анализа, необходимые для уточнения и выбора задачи.

Особенностью частей 2-5 является то, что каждая из них состоит из парных шагов. Один шаг направлен на уточнение модели задачи и требований, которые нужно выполнить (шаги 2.1, 3.1, 4.1, 5.1), а второй шаг направлен на уточнение решения, прояснение модели, идеи искомого решения или образа развития анализируемой системы (шаги 2.2, 3.2, 4.2, 5.2). Каждую из этих частей можно выполнять в цикле несколько раз для уточнения задачи. Таким образом, в каждой части (начиная со второй) может быть получено возможное решение задачи. Последняя - шестая часть АРИЗ-Универсал-2010 посвящена оценке и критике предлагаемого решения, а также для замены задачи с целью получения альтернативных решений.

На настоящий момент уже накоплен опыт применения АРИЗ-У-2010 при решении изобретательских задач в технике, в бизнесе, менеджменте, маркетинге, исследовательских задачах, в прогнозировании, в информационных системах и в программировании, в педагогических задачах, в социальной психологии, художественных системах и др.

В ТРИЗ часто предпринимаются попытки создания специализированных инструментов решения изобретательских задач: ТРИЗ для бизнеса, ТРИЗ для рекламы и PR, ТРИЗ для биологии, ТРИЗ для искусства и т.д. В АРИЗ-У-2010 вместо специализации, наоборот, предлагается использовать универсальные инструменты, которые практически без изменений (с небольшими добавлениями) можно применять для решения задач из самых разных областей знаний. Это важно и потому, довольно часто имеющиеся задачи невозможно отнести к какой-то одной области знаний. Они могут одновременно рассматриваться с самых различных аспектов: физического, химического, биологического, социально-культурного, экономического, психологического и т.д.

Пример 1. На одной из ТЭЦ в Мурманской области (Россия) в начале 1990-х годов во время проведения ТРИЗ-анализа предприятия была поставлена задача сокращения времени определения качества поступающего от поставщика угля с 3-х дней хотя бы до 2-х дней. Сложность задачи была связана с тем, что технология проверки качества угля в соответствии с действующим на тот момент государственным стандартом была очень громоздкая, длительная, требовала много непростых технологических операций. В результате анализа задача из технологической была переведена в юридическую. В договорах на поставку угля было предложено внести пункт, описывающий боле простую технологию определения качества угля, позволяющую произвести оценку за 1 день без ссылки на государственный стандарт.

Пример 2. В 1992 году при анализе работы Кислогубской приливной ГЭС (Мурманская область РФ) была поставлена задача сокращения времени и повышения качества ремонтных работ на этой станции. В результате анализа задача была переформулирована из технологической в организационно-экономическую. Основная причина низкого качества ремонтных работ и обслуживания станции была связана с мнением обслуживающего персонала о станции как о неэффективном энерго-производящем объекте. Было предложено вывести эту приливную станцию из состава энергосистемы региона и придать ей статус научно-исследовательского или рекреационно-туристического центра.

Пример 3. На Нижнетуломской ГЭС (Мурманская область РФ) необходимо было провести взрывные работы для демонтажа старых гидромашин. Взрыв поднял бы пыль в машинном отделении гидростанции, которая попала бы в действующие гидроустановки, находящиеся на расстоянии всего нескольких метров, что недопустимо по условиям их эксплуатации. Техническая задача была переформулирована в организационную. Взрывные работы были совмещены по времени с пожарными учениями на гидростанции. Машинное отделение перед взрывом было полностью заполнено пеной, связавшей пыль от взрыва.

Подобных примеров неразрывной связи самых различных возможных аспектов рассмотрения системы при решении возникших проблем довольно много. Это, в частности, вызывает желание иметь инструмент решения изобретательских задач, который легко мог бы переключаться с одного аспекта рассмотрения системы на другой, например, с технического – на организационный, с экономического – на психологический и т.д. АРИЗ-У-2010 предоставляет такую возможность.

3. Принципы программной реализации АРИЗ-У-2010

При создании программной реализации АРИЗ-У-2010 были использованы следующие подходы и принципы:

- программа рассчитана как на начинающего пользователя ТРИЗ, так и на профессионалов в этой области и может адаптироваться к профессиональному уровню пользователя

- программа может адаптировать выполнение тех или иных шагов к выбранному аспекту рассмотрения системы - как технической, так и не технической

- в программе максимально формализованы мини-алгоритмы выполнения отдельных шагов АРИЗ-У-2010, некоторые формулировки предлагаются пользователю автоматически

- программа предоставляет пользователю гибкие возможности по выбору последовательности выполнения рекомендованных шагов.

Программа позволяет сформулировать все основные смысловые элементы АРИЗ (элементы системы, поля взаимодействия в системе, параметры системы, полезные и вредные функции, ограничения, оперативное время и т.д.) в ходе постоянного диалога с пользователем. Такой подход позволяет удерживать внимание пользователя на решаемой проблеме и одновременно максимально формализовать выполнение отдельных шагов АРИЗ.

4. Пример использования программной реализации АРИЗ-У-2010 .

Пример 4. Задача о торговле на набережной. В 1999 году в Петрозаводске городская власть установила дополнительные сборы с кафе, работающих на набережной города – любимом месте отдыха горожан. Оспорить это решение официально в то время не представлялось возможным. Как сохранить выгодное место торговли и при этом не платить несправедливый сбор?

Представим отдельные фрагменты решения этой задачи при помощи программы на основе АРИЗ-У-2010.

Первый шаг – подготовка списка элементов и связывающие их полей взаимодействия, участвующие в проблемной ситуации. Формулировка проблемной функции: размещение кафе на набережной.

Рисунок 2. АРИЗ-У-2010. Копия с экранной формы. Применение приемов устранения противоречий требований.

Уже второй шаг – применение ФОП – мог бы сразу вывести не решение задачи, т.к. подобная ситуация имела место в конце XIX века в Санкт-Петербурге - законодательство позволяло организовывать на улицах Санкт-Петербурга массовую перевозку населения только конным железным дорогам (конка), но для данного примера мы опишем это решение позже.

В ходе диалога с пользователем программа помогает сформулировать противоречие требований и предлагает приемы его разрешения. При этом имеется возможность выбрать сразу нескольких пар противоречивых требований и получить отранжированный список рекомендаций.

Далее программа помогает построить элепольную модель конфликта и предлагает стандарты для его решения.

Затем формулируется противоречие свойств: для того, чтобы выполнялось требование «предприниматель организует кафе на набережной» элемент набережная должен быть и элемент набережная не должен быть, чтобы не возникал недостаток: приходится платить дополнительный сбор.

ИКР свойств: отсутствующая набережная позволяет организовать работу кафе как на набережной.

Ресурсный ИКР свойств: Х-ресурс на месте элемента

'набережная' сохраняет его характеристику 'возможность создавать кафе' (и не приводит к необходимости оплаты дополнительных сборов).

Микро-ресурсный ИКР свойств: Микроэлементы из ресурсов элементов набережная, кафе и зоны их взаимодействия (ОЗ) в течении ОВ (времени работы пункта кафе) должны САМИ обеспечивать характеристики «возможность создавать кафе» (и при этом не приводить к необходимости оплаты дополнительных сборов).

Рисунок 3. АРИЗ-У-2010. Копия с экранной формы. Построение модели конфликта и применение универсальной системы стандартов решения изобретательских задач.

Разделение противоречивых требований в пространстве и применение ресурсов позволяют найти контрольное решение: использовать старую баржу на воде у берега набережной для организации кафе.

А какое решение мы могли бы получить при использовании ФОП? Например, для того чтобы обойти законодательные ограничения, первые трамваи в Санкт-Петербурге в1894 году были пущены по льду замерзшей Невы!

6. Пример взаимодействия программы АРИЗ-У-2010 с автоматизированной системой ФОП.

В программу АРИЗ-У-2010 заложены модели, по которым программа может подсказывать пользователю направления поиска и идеи решения задач. Модельный и функционально-параметрический подходы позволяют этой программе взаимодействовать с другими автоматизированными инструментами ТРИЗ. Например, в настоящие время ведутся работы по созданию автоматизированной системы ФОП [6] [3]. В качестве примера рассмотрим известную учебную задачу об испытании макета парашюта [4]:

«Для изучения вихреобразования макет парашюта (вышки и т. п.) размещают в стеклянной трубе, по которой прокачивают воду. Наблюдение ведут визуально. Однако, бесцветные вихри плохо видны на фоне бесцветного потока. Если окрасить поток, наблюдение вести еще труднее: черные вихри совсем не видны на фоне черной воды. Чтобы выйти из затруднения, на макет наносят тонкий слой растворимой краски - получаются цветные вихри на фоне бесцветной воды. К сожалению, краска быстро расходуется. Если же нанести толстый слой краски, размеры макета искажаются, наблюдение лишается смысла. Как быть?»

Для этой задачи на шаге 2.1. АРИЗ-У-2010 модель искомой функции может быть сформулирована в виде: «краска окрашивает вихри».

Функциональный ИКР: макет парашюта САМ окрашивает вихри в период от начала до окончания эксперимента.

Для перехода к ФОП формулируется требуемое действие: «окрашивать». По этому глаголу созданная база данных выделяет более 10 параметров связанных с ним глаголом. Автоматизированная система ФОП подсказывает более ста глаголов, соответствующих этим параметрам. Например:

Параметры	Краткий перечень соответствующих глаголов
Информация	Выбивать, выжигать, рисовать, травить, информировать
Концентрация вещества	Аккумулировать, аэрировать, концентрировать
Коэффициент отражения (поглощения)	Выжигать, декорировать, матировать, окрашивать, пачкать, травить, визуализировать
Температура	Взрывать, морозить, нагревать, темперировать
Фазовое (агрегатное) состояние	Аэрировать, замораживать, испарять, отвеждать, плавить, ректифицировать
Химическая активность	Активировать, заражать, ионизировать, карбонировать, регенерировать, сбраживать, травить
Цвет	Выжигать, обесцвечивать, окрашивать,

Большинство глаголов, из предложенных базой данных, может натолкнуть пользователя на идею решения задачи, например, аэрировать, ионизировать, регенерировать, сбраживать и т.д.

Таким образом, при помощи ФОП уже первых шагах анализа по АРИЗ-У-2010 может быть либо найдена идея нужного решения, либо переформулирована или уточнена исходная задача.

7. Выводы и направления дальнейшего развития.

Направления дальнейшего развития исследований и программы:

- подготовка общедоступной (public) версии программной реализации АРИЗ-У-2010

- развитие информационных ресурсов и баз данных программы, в том числе для нетехнических областей

- дальнейшая формализация и автоматизация выполнения различных алгоритмических шагов, например, за счет параметрического описания объектов, функций и ресурсов

- дальнейшая адаптация диалога с пользователем с учетом ТРИЗ-уровня пользователя

- интеграция с другими аналитическими и информационно-поисковыми инструментами ТРИЗ.

Выводы:

- Универсальные инструменты для разных аспектов рассмотрения системы позволяют использовать все возможные ресурсы системы, включая и нетехнические, и являются эффективным средством решения задач.

- Программная реализация АРИЗ-У-2010 дает возможность даже начинающим ТРИЗ-пользователям применять в изобретательской деятельности накопленный объем знаний по инструментарию ТРИЗ, сокращает время на обучение, облегчает грамотное применение инструментов ТРИЗ.

- При реализации инструментов ТРИЗ в форме компьютерных программ выявляются недостаточно формализованные моменты шаги методик, что позволяет ставить новые задачи, направленные на развитие этих инструментов.

Литература.

1. Альтшуллер Г. С. Алгоритм изобретения. – М.: Московский рабочий, 1973. – 2-е изд.

2. Альтшуллер Г. С. Найти идею. Введение в теорию решения изобретательских задач. — Новосибирск: Наука, 1991.

3. Цуриков В. М. Проект изобретающая машина: интеллектуальная среда поддержки инженерной деятельности. Журнал ТРИЗ, 2.1.1991, стр. 17.

4. Злотин Б.Л., Зусман А.В. АРИЗ-СМВА-91. Проблемы развития АРИЗ, Журнал ТРИЗ, 3.1.1992, http://www.triz-summit.ru/ru/section.php?docId=4131

5. Рубин М.С., Об использовании инструментария ТРИЗ в банковском деле. «Журнале ТРИЗ», № 11, 1996 г. http://www.temm.ru/ru/section.php?docId=3614

6. Колчанов С.А., Рубин М.С., Соколов Е.Л. «Концепция автоматизированной системы функционально-ориентированного поиска», МА ТРИЗ, "ТРИЗ Фест - 2007", Москва, 9-10 июля 2007 года.

7. Рубин М.С. Универсальный алгоритм решения изобретательских задач (АРИЗ-Универсал-2010). Редакция 2012 года. Санкт-Петербург, http://www.temm.ru/ru/section.php?docId=4575

8. Рубин М.С. Универсальная система стандартов на решение изобретательских задач и элепольный анализ. Редакция 2012 года, Санкт-Петербург. http://www.temm.ru/ru/section.php?docId=4576

[1] Сайты с информацией о программах, реализующих отдельные инструменты ТРИЗ: www.invention-machine.com , www.ideationtriz.com, www.trisolver.com, www.creax.com, www.iwint.com, www.method.ru и др.

[2] Известные варианты программной реализации АРИЗ – это, фактически, «записные книжки» с текстами АРИЗ: проект «Изобретающая машина» 1988 года [3], http://trizmag.mgn.ru/imvd.html и др.

[3] Работа по автоматизации ФОП ведется С.С.Литвиным, М.С.Рубиным, Е.Л.Соколовым и другими специалистами ООО «Алгоритм». В рамках этой работы создается база обобщенных функций и лидирующих областей техники, которая была использована в данном примере.

[4] Г.С.Альтшуллер, АРИЗ 85-В, приложение 3.