Решение нестандартных инженерно-экономических задач посредством ТРИЗ

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана» (национальный исследовательский университет)
(МГТУ им. Н.Э. Баумана)



С.Н. Конопатов, Н.В. Салиенко, Е.А. Старожук




            РЕШЕНИЕ НЕСТАНДАРТНЫХ
            ИНЖЕНЕРНО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ
            ЗАДАЧ ПОСРЕДСТВОМ ТРИЗ



        Монография


5-е издание








Москва Издательско-торговая корпорация «Дашков и К°» 2022

УДК 330.4
ББК 65
     К64
Рецензенты:
     И.Н. Омельченко - д.т.н., д.э.н., профессор МГТУ им. Н.Э. Баумана;
     О.В. Кожевина - д.э.н., профессор Института экономики и антикризисного управления.


     Конопатов, Сергей Николаевич.
К64 Решение нестандартных инженерно-экономических задач посредством ТРИЗ : монография / С.Н. Конопатов, Н.В. Салиенко, Е.А. Старожук. - 5-е изд. - Москва : Издательско-торговая корпорация «Дашков и К°», 2022. -121 с. : ил.
          ISBN 978-5-394-05020-6.
          В монографии обобщается современное состояние теории решения изобретательских задач (ТРИЗ) в применении к инженерноэкономическим задачам. Рассматриваются системные основы выработки решений проблем, законы развития технических систем (ТС), виды противоречий ТС, методика прогнозирования развития ТС, MPV-анализ экономических систем, уровни нестандартных задач, методы их постановки (выявления и формулировки противоречий) и способы их решения (разрешения противоречий), структурный анализ и синтез ТС, методы моделирования ТС, методика выявления и использования ресурсов для решения задач.
          Для преподавателей вузов, научных работников, аспирантов, студентов, практиков в области системного анализа и управления сложными системами, менеджмента, экономики, руководителей бизнес-, государственных и силовых структур всех уровней.
          Ключевые слова: развитие, система, процесс, вход, выход, функция, противоречие, компромисс, задача, решение, развитие, идеальность, веполь, разделение, эффект.



ISBN 978-5-394-05020-6

                                   ©Конопатов С.Н.,2018
             © Конопатов С.Н., 2020, с изменениями

ОГЛАВЛЕНИЕ


ВВЕДЕНИЕ..................................................6

1. СИСТЕМНЫЕ ОСНОВЫ ВЫРАБОТКИ РЕШЕНИИ (DECISION MAKING).........................................11
1.1 Модельное видение мира...............................12
1.2 Концепция системы................................... 14
1.3 Принцип первичности системы......................... 18
1.4 Структура системы....................................20
1.5 Процесс системы......................................20
1.6 Системное представление объекта......................21
1.7 Качество, эффективность, экономичность, мощность системы..21
1.8 Контринтуитивность поведения сложных систем..........25
1.9 Макроподход и микроподход к изучению систем..........25
1.10 Функция и миссия системы............................27
1.11 Внутреннее и внешнее соответствие системы...........27
1.12 Несистемный (феноменологический) подход к проблемам......28
1.13 Системный подход к проблемам........................29
1.14 Развитие систем.....................................32

2. ЗАКОНЫ РАЗВИТИЯ ТС (ЗРТС).............................35
2.1 Законы статики............................................39
  2.1.1 Закон полноты набора частей системы..............39
  2.1.2 Закон повышения энергетической проводимости системы...39
  2.1.3 Закон повышения согласованности ритмов частей системы.40
2.2 Законы кинематики....................................40
  2.2.1 Идеальная система. Закон повышения степени идеальности систем.................................................40
  2.2.2 Закон неравномерности развития частей системы....43
  2.2.3 Закон перехода в надсистему......................44
  2.2.4 Законы повышения степени динамизмаиуправляемости ТС 45
  2.2.5 Закон вытеснения из ТС людей.....................46
  2.2.6 Закон повышения степени тримминга................47
  2.2.7 Закон развития ТС в цикле развертывание - свертывание.47


3

2.3 Законы динамики...........................................49
  2.3.1 Закон перехода с макро- на микроуровень.......49
  2.3.2 Веполь. Закон повышения степени вепольности ТС........49

3. MPV-АНАЛИЗ ТС......................................50
3.1 Ограничения и MPV ТС..............................50
3.2 Границы MPV.......................................53
3.3 Выявление и оценка MPV............................53
  3.3.1 Выявление и оценка MPV на основе финансовой отчетности... 53
  3.3.2 Выявление и оценка MPV «прислушиванием» к «голосу продукта» и «голосу клиента»......................54
3.4 Функциональные параметры ценности продукта (FPV)..57
3.5 Алгоритм совершенствования продукта на основе MPV.58

4. ТРИ ВИДА ПРОТИВОРЕЧИЙ ТРИЗ.........................59
4.1 Административное противоречие.....................60
4.2 Техническое противоречие..........................61
4.3 Физическое противоречие...........................63

5. ИЗОБРЕТАТЕЛЬСКАЯ СИТУАЦИЯ, ИЗОБРЕТАТЕЛЬСКАЯ
  ЗАДАЧА, ИДЕАЛЬНЫЙ КОНЕЧНЫЙ РЕЗУЛЬТАТ, МИНИ-ЗАДАЧА.........................................64

6. ПЯТЬ УРОВНЕЙ ЗАДАЧ ТРИЗ............................66

7. ОБЩИЙ ПОДХОД ТРИЗ К РЕШЕНИЮ ЗАДАЧ..................70

8. МОДЕЛЬ И ОПЕРАТИВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ЗАДАЧИ ТРИЗ... 73

9. ИНЖЕНЕРНЫЙ КОМПРОМИСС..............................76

10. РАЗРЕШЕНИЕ ТЕХНИЧЕСКИХ ПРОТИВОРЕЧИЙ...............78
10.1 Сорок изобретательских принципов (приемов) устранения ТП.79
10.2 Десять дополнительных приёмов устранения ТП......81
10.3 Матрицапротиворечий..............................82


4

11. РАЗРЕШЕНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОТИВОРЕЧИЙ..................................86
11.1 Функциональный анализ ТС...........................................87
11.2 Функционально-ориентированный поиск решений........................93
11.3 Принципы разделения................................................95
11.4 Мобилизация и применение вещественно-полевых ресурсов (ВПР) для решения задач.......................101
11.5 База данных эффектов для решения задач............................104
  11.5.1 Геометрические эффекты........................................104
  11.5.2 Физические эффекты............................................105
  11.5.3 Химические эффекты............................................105
  11.5.4 Биологические эффекты.........................................105
  11.5.5 Электронная база данных эффектов «Oxford Creativity»..........105
  11.5.6 Электронная база данных эффектов «Production Inspiration» ....110
  11.5.7 Электронная база данных эффектов «Asknature»..................111
11.6 Вепольный анализ. 76 стандартных решений..........................111
11.7 Информационный фонд ТРИЗ..........................................117

ЛИТЕРАТУРА.............................................................119

5

    ВВЕДЕНИЕ


     Руководители промышленных предприятий зачастую не подозревают, что, привычно уделяя все внимание стабильности работы предприятия, они работают в сфере малых возможностей повышения прибыльности. Сфера больших возможностей, позволяющая повышать конкурентоспособность продукции промышленных предприятий -инновационность.
     Для попадания в эту сферу важно массово тиражировать «творцов» - творческую инженерную элиту, в чем полезна теория решения изобретательских задач (ТРИЗ) Г.С. Альтшуллера. Она позволяет выявлять и решать различные проблемы по всей цепочке создания ценности при минимальных затратах.
     ТРИЗ предназначена для создания конкурентоспособных продуктов и технологий их изготовления и реализации при минимально возможных затратах при условии подготовки руководящей элиты для решения реальных производственных, организационных, финансовых и маркетинговых задач.
     Адаптированная ТРИЗ, резко и значительно повышая эффективность промышленного производства, налагает одновременно большую дополнительную нагрузку на руководителя. Ведь иногда приходится менять организационную структуру производства, загружать целевой работой созданную вновь «инженерную элиту», отвлекать кадры на обучение и т.д.
     Отсутствие конкуренции в проектировании приводит к снижению качества проектов, что неоднократно подтверждалось при проверке качества законченных проектов. Поэтому представитель заказчика, владеющий ТРИЗ - это надежная защита от низкого качества проектов, созданных сторонними организациями. Кроме того, возможно массовое обучение ТРИЗ ведущего конструкторского состава.
     Таким образом, Россия сегодня может и должна успешно конкурировать на мировом рынке, при условии освоения и внедрения инноваций. А теория решения изобретательских задач является важным инструментом по разработке и реализации новшеств.

6

     Управление в конечном счете сводится к управлению проблемами¹ - к их выявлению, приоритизации и решению. Полезные свойства всякой искусственной и живой системы - кумулятивный (накопленный) эффект решенных в ходе её развития проблем, а недостатки таких систем - результат невыявленных и/или нерешенных, а также побочные эффекты решенных проблем. Чем успешнее субъект (человек, подразделение, фирма, отрасль, страна) управляет проблемами, тем он успешнее в целом. Поэтому управление проблемами, и особенно наиболее сложная его часть - выработка решений проблем - находится в фокусе управления как техническими, так и социальными и социально-техническими системами.
     Как известно, проблемы решают логическими и эвристическими методами. Логический вывод решений заключается в следовании формальным правилам; его результат при соблюдении отмеченных правил однозначно предопределен - независимо от того, кто осуществляет вывод. Поэтому логические методы и решаемые ими проблемы считаются нетворческими. Творческие методы -эвристические, основанные на хаосе и ассоциативном мышлении.
     В середине 1940 гг. в ответ на потребности стран в восстановлении после II мировой войны и ускоренном развитии в США и в Европе появилось сразу несколько эвристических методов: синектика, мозговой штурм, метод фокальных объектов, морфологический анализ, метод контрольных вопросов и др. Все они основаны на случайном переборе вариантов (методе проб и ошибок: do, fail, leam, repeat), что обусловливает их высокую затратность, низкие оперативность и результативность. Так, чтобы создать экономически жизнеспособную лампочку (запатентована в 1879 г.), Эдисон провёл тысячи экспериментов, на которые потратил годы и много средств¹ ².
     ТРИЗ, над созданием которой советский инженер Генрих Саулович Альтшуллер начал работу в 1946 г., более продуктивный метод решения проблем, в котором направления поиска и варианты

¹ В ТРИЗ проблемы называются задачами.

² Хотя Эдисон по этому поводу не огорчался («I did not fail 1.000 times but found 1.000 things that did not work»), факт остается фактом: затраты на его изобретения были велики.

7

решений «подсказываются» законами развития систем и обобщенным опытом изобретательства. Кроме того, ТРИЗ считается наиболее полным систематическим методом решения творческих задач, поэтому:
     -      широко используется для решения творческих проблем в различных сферах: в инженерном деле, в бизнесе, в искусстве, в педагогике, в политике и пр. Его использует множество фирм -Самсунг, Форд, Даймлер-Крайслер, Джонсон-и-Джонсон, Боинг, НАСА, Хьюлетт Паккард и пр. Ассоциации пользователей ТРИЗ существуют во многих странах мира, регулярно в России и за рубежом проводятся международные конференции по ТРИЗ. ТРИЗ включен в программы обучения ряда вузов;
     -      людям творческих специальностей (в том числе инженерам) важно владеть этим методом.
     Вместе с тем ТРИЗ несовершенен, как и все в мире. Но несовершенство - необходимое условие (потенциал) развития. Поэтому Г.С. Альтшуллер создавал ТРИЗ не как завершенную, а как развивающуюся на основе обобщения опыта решения задач систему. Развитие ТРИЗ продолжается: выходит множество публикаций по этому методу, причем их число на иностранных языках (в первую очередь английском) значительно превышает число публикаций на русском¹. Поэтому поддержание ТРИЗ-компетенций на современном уровне предполагает постоянное изучение новых источников и обобщение новых знаний, в том числе из источников на иностранных (прежде всего английском) языках.
     Монография начинается с определения используемых в ней системных понятий. Затем даются законы развития технических систем, позволяющие определять:
     -      перспективы развития данной системы (эволюционное развития) или разработки вместо неё системы на новом принципе действия (революционное или дизруптивное развитие);
     -     направления эволюционного развития совершенствуемой системы.
     Далее освещаются следующие вопросы. —
¹ Поэтому в монографии все основные термины ТРИЗ даны как на русском, так и английском языке.

8

     1.     Методика MPV-анализа технических систем, разграничивающая главные параметры ценности и ограничения ТС, а также позволяющая определять:
     -      критерий оценки степени развития продукта и выбора направления его развития (совместно с законами развития ТС);
     -      эволюционный потенциал продукта, т.е. возможный предел его развития;
     -      скрытые параметры ценности продукта путем «прислушивания» к «голосу продукта» и «голосу клиента».
     Также здесь дан алгоритм совершенствования продукта на основе анализа его главных параметров ценности.
     2.     Три вида противоречий ТРИЗ. Задачи в ТРИЗ формулируются как противоречия трех видов: административные, технические, физические. Эти три вида образуют цепочку интенсификации противоречий, сужающую область поиска решений. Даны определения, примеры противоречий этих видов, их взаимосвязь, определения слабых и сильных решений ТРИЗ.
     3.     Понятия изобретательских ситуации и задачи, идеального конечного результата (ИКР). Изобретательство начинается с изобретательской ситуации (потребности в изобретении), формулируемой в виде административного противоречия (АП). Даны:
     -      определение изобретательской ситуации, указан её основной недостаток (большая неопределенность в том, какая информация нужна для решения, какие подходы и методы следует использовать), и способ его устранения - формулировка изобретательской задачи;
     -      определение ИКР, являющегося критерием качества решения изобретательской задачи, и изобретательской мини-задачи, направленной на получение ИКР. Определен способ решения минизадачи (достижения ИКР).
     4.      Определены пять уровней задач ТРИЗ по степени значимости результатов и трудности решения и их взаимосвязь.
     5.      Основанный на постулатах трехэтапный общий подход ТРИЗ крешению задач, сочетающий алгоритм, базу знаний ТРИЗ, логику и эвристики. За счет этого традиционный «большой скачок» от проблемы к решению ТРИЗ делит на три меньших «скачка», в каждом из которых

9

определяются перспективные направления ассоциативного поиска. Таким образом вместо поиска информации в безбрежном информационном пространстве поиск ограничивается в основном информационной базой ТРИЗ, в обобщенном виде аккумулирующей опыт решения изобретательских задач в различных областях. Это значительно снижает требования к уровню креативности («гениальности») решателей и трудоемкость поиска решений, а в целом повышает возможности решения изобретательских задач.
     6.     Модель и оперативные параметры задачи ТРИЗ. Даны:
     -      общий подход к построению моделей задач ТРИЗ и идентификации моделей;
     -      оперативная зона и оперативное время задачи, как элементы её модели.
     7.      Инженерный компромисс, как способ понимания технического противоречия и получения «слабого» решения задачи.
     8.      Способы разрешения технических противоречий на основе сорока основных и десяти дополнительных изобретательских принципов, а также алгоритма, основанного на матрице противоречий.
     9.      Применение функционального анализа для выявления и формулировки функций ТС, классификация функций ТРИЗ, их графическое представление в вепольном анализе и алгоритм функционального анализа.
     10.      Методика поиска решений проблем в других отраслях по функциональным критериям (функционально-ориентированный поиск).
     11.      Применение четырех основных (по времени; в пространстве; по условию; между системой и надсистемой) и двух дополнительных (по направлениям и по аспектам) принципов разделения (т.е. устранения) физических противоречий.
     12.      Мобилизация и применение вещественно-полевых ресурсов (ВПР) для решения задач. Противоречия устраняют за счет ВПР и их комбинаций. Конкретизируется понятие ресурсов решения задач, определяются 3 источника ресурсов (макроуровень, совершенствуемая система - её свойства, микроуровень - внутрисистемные ресурсы. Определяется порядок использования ресурсов для решения задач. Дается алгоритм использования ресурсов для решения задач.

10

     13.     База данных эффектов для решения задач. Дается общая схема применения эффектов для решения задач, определяются и конкретизируются примерами виды эффектов. Описываются электронные базы данных эффектов, их возможности и порядок их использования для решения задач.
     14.     Методика вепольного анализа, 76 стандартных решений проблем в вепольной форме (5 групп решений), рекомендации по применению стандартов.
     15.     Методы развития творческого воображения (РТВ) ТРИЗ, позволяющие преодолеть «психологическую инерцию» «расчистить» мышление от стереотипных представлений о постановке задачи, особенностях совершенствуемого объекта, пределах его трансформации и возможностях решения задачи.
     16.     Алгоритм решения изобретательских задач (АРИЗ) -программа применения средств ТРИЗ для решения изобретательских задач, включающая 9 уровней, распределенных в 3 стадии.

     1.      СИСТЕМНЫЕ ОСНОВЫ ВЫРАБОТКИ РЕШЕНИЙ (DECISION MAKING)
     Идеальный (чистый) тип по М. Веберу - предельно абстрактный тип (абсолют). Все понятия науки - идеальные типы.
     Частно-научные понятия - предельно абстрактные типы в своих предметных областях. Например, чистые типы:
     -      в физике - абсолютно черное, абсолютно твердое тело, идеальный газ, идеальная жидкость, физический маятник, материальная точка;
     -      в математике - точка, прямая, бесконечно малая величина, предел;
     -      в менеджменте - бюрократическая оргструктура, органичная оргструктура, организация - самоорганизация.
     Общенаучные (системные) понятия связаны с системным анализом и кибернетикой - система, подсистема, элемент, «черный ящик», обратная связь, процесс, проблема, ...
     Философские понятия - универсальные предельно абстрактные типы (материя, сознание, время, пространство, сущность, явление, ...).


11

     Посредством чистых типов наука:
     а) описывает и моделирует реальность;
     б) развивает её понимание;
     в)      обобщает (сжимает) знания¹, что облегчает хранение, передачу, использование знаний, познание мира, трансляцию знаний следующим поколениям¹ ².
     Противоположность чистому типу - конкретный (эмпирический) объект: именно вот этот конкретный объект, со всеми его конкретными особенностями. Чем абстрактнее тип - тем меньше объем его описания, тем обширнее описываемая им предметная область.
     Онтология предметной области (например, ТРИЗ) - совокупность её понятий и их взаимосвязей.
     Теория - описание взаимосвязи двух или более переменных.

     1.1 Модельное видение мира
     Модель - упрощенное представление реальности (процесса, системы) для облегчения её понимания, прогнозирования, з использования, совершенствования, управления ею³.
     Окружающий нас мир (и даже любой его фрагмент) бесконечно сложен. В силу ограниченности мыслительных ресурсов и памяти мы⁴ не можем увидеть и представить реальность во всей ее сложности, поэтому используем модельное видение мира⁵: воспринимаемый нами мир и любой его фрагмент - это модели, являющиеся нашим изобретением. Согласно концепции Я. Икскюля, каждый человек в процессе взаимодействия с миром создает его модель (умвельт⁶),

¹ Уменьшает объем их представления.

² Принцип «бритвы Оккама»: не умножай сущности без необходимости; «сбривай» лишние сущности.

³ Закон необходимого разнообразия У.Р. Эшби: всякий управляющий объект (орган управления, регулятор) содержит в себе модель управляемого объекта и среды.

⁴ Не только мы, но и все живое.

⁵ The model vision of the world.

⁶ Умвельт - субъективная модель мира человека, формируемая им в процессе взаимодействия с миром. У каждого человека формируется свой уникальный умвельт - даже в одной и той же среде.

12

которая определяет его понимание мира, отношение к нему и поведение. Мы всю жизнь строим, проверяем и уточняем свои умвельты¹.
     ТРИЗ - объективная специальная модель, предназначенная для решения изобретательских задач. Общая модель ТРИЗ (общий подход к решению изобретательских задач, см. ниже) включает ряд частных моделей (законов (моделей) развития ТС, MPV-анализа, противоречий ТС и пр.).
     Для решения какой-то задачи она моделируется средствами ТРИЗ. Модель задачи применима, если адекватна оригиналу (задаче). Поэтому неотъемлемый этап моделирования - идентификация модели (проверка адекватности модели оригиналу).
     Принцип темноты (Darkness principle): в силу ограниченности мыслительных ресурсов и неисчерпаемости материи все модели неполны.
     При моделировании какой-то системы важно:
     -      оставить «в темноте» все несущественные для целей моделирования элементы и связи системы, чтобы минимизировать сложность и стоимость модели (экономичность модели);
     -      включить в модель все существенные для целей моделирования элементы и связи, чтобы она была адекватной цели моделирования (эффективность модели).
     Идентификация модели:
     -      доказательство её адекватности оригиналу в отношении цели моделирования;
     -      определение пределов этого соответствия - граничных значений переменных оригинала и среды, за пределами которых модель теряет соответствие оригиналу.
     Критерий идентичности модели - не в том, насколько точно она отражает «физику» оригинала (например, воспроизводит его внешний вид, структуру или процесс* ¹ ², а её полезность для решения конкретной

7^

¹ Поэтому коллектив видит мир, его проблемы и возможности намного разнообразнее и разностороннее, чем любой его член.

² Такая модель может иметь слишком высокую размерность. Например, «физика» карты местности не соответствует самой местности, но является её полезной моделью.

13