ТРИЗ. Анализ технической информации и генерация новых идей


      Н. А. Шпаковский






                ТРИЗ




    АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ И ГЕНЕРАЦИЯ НОВЫХ ИДЕЙ




          Рекомендовано кафедрой теоретических основ инноватики факультета инноватики Санкт-Петербургского государственного политехнического университета






МОСКВА
2010

УДК 658.512.2(075.8)
ББК 32.81

    Ш83






Рецензент:
кандидат технических наук, доцент кафедры «Производство аэрокосмической техники» Московского государственного авиационного института (МАИ) А. Б. Ревенков






      Шпаковский Н. А.

Ш83 ТРИЗ. Анализ технической информации и генерация новых идей : учебное пособие / Н. А. Шпаковский. — М. : ФОРУМ, 2010. — 264 с. : ил. — (Высшее образование).


        ISBN 978-5-91134-389-7


         Секрет успеха ведущих компаний мира состоит в постоянной и успешной инновационной работе. Сейчас уже не ставится вопрос — изобретать или не изобретать. Изобретательство — двигатель инновации, и его цель определяется так: решать изобретательские задачи жизненно необходимо, причем нужно делать это четко, быстро и результативно. Исходя из этого, невиданное ранее значение приобретает методология изобретательства. Ведущее место здесь занимает теория решения изобретательских задач (ТРИЗ), уже доказавшая свою эффективность на многих и многих ведущих мировых компаниях.
         В книге описываются важные аспекты применения одного из разделов ТРИЗ — законов эволюции технических систем: для решения задач, оптимизации патентной ситуации и прогноза развития продукции и технологий.
         Книга будет интересна для студентов инженерных и других специальностей, инженеров различных отраслей промышленности, менеджеров, патентных поверенных, а также всех, кто интересуется изобретательством.


УДК 658.512.2(075.8)
                                                                          ББК 32.81



















ISBN 978-5-91134-389-7

                                                © Шпаковский Н. А., 2010
                         © Издательство «ФОРУМ», 2010

            От автора











    Чтобы победить в сражении, надо тщательно его спланировать. Полководец, лишенный информации, слеп.
    Кто готовит сражение? В первую очередь это разведка и штаб. Разведка — глаза и уши армии — добывает информацию, а штаб — мозговой центр — эту информацию обрабатывает. Потребность в информации никогда не иссякает, и штаб постоянно требует все новых и новых разведданных.
    Как проанализировать этот колоссальный массив информации? Военные имеют эффективную модель организации поступающей информации — топографическую карту местности, на которой будет происходить сражение. Карта — основа основ, на ней отображается вся добываемая информация. Именно карта дает возможность окинуть поле боя одним взглядом, оценить обстановку и сделать прогноз об исходе предстоящей баталии.
    Чтобы найти полезные ископаемые, тоже необходимо собрать и проанализировать много информации. И здесь не обойтись без классификационной структуры. Нужно составить подробную карту исследуемого района, нанести на нее все особенности рельефа, структуры земной коры, определить и нанести на карту магнитные поля, отметить особенности климата, выяснить, куда чаще всего бьют молнии во время грозы, и посмотреть, где и какие произрастают растения. Затем по полученной карте проанализировать все известные признаки залегания интересующего минерала. И только после этого можно сделать прогноз о том, присутствует ли он на том или ином конкретном участке. Таким образом, основным документом для прогноза является карта района поиска с максимально полной информацией.
    Чтобы победить в конкурентной борьбе, любая компания работает над улучшением выпускаемой продукции. В тишине лабораторий, на испытательных стендах идет кропотливая работа, в результате которой рождаются новые идеи, добывается новое знание, которое затем ложится в основу создания нового, лучшего продукта. Собирается и перерабатывается огромное количество патентной и технической информации, с тем, чтобы изучить все существующие на рынке варианты данной продукции, разработать и произвести конкурентоспособный товар. Для этого тоже необходима какая-то классификационная структура — карта, которая позволила бы охватить одним взглядом все существующие варианты изделия. И было бы великолепно, если бы эта чудесная карта могла рассказать как можно больше о будущих, еще не реализованных его вариантах.
    Роль такой карты может сыграть так называемое Дерево эволюции, о методике построения и использования которого и пойдет речь в этой книге. В основе предлагаемой методики лежат инструменты теории решения изобрета

От автора

тельских задач, созданной Г. С. Альтшуллером и уже доказавшей эффективность при решении сложных технических задач. Мы считаем, что основные положения этой теории эффективны и для описания и анализа различных вариантов технических систем. Дело в том, что при разработке новой техники часто приходится иметь дело с разрозненной, неполной технической и патентной информацией. Представленная в этой книге методика обработки такой информации, основанная на применении Деревьев эволюции, позволяет эффективно анализировать большие объемы полученных при поиске данных и выдвигать интересные инновационные идеи.
    Организовав патентную и техническую информацию в Дерево эволюции, можно получить корректный прогноз развития выпускаемой компанией продукции, что позволит принимать обоснованные решения по развитию бизнеса. Использование Деревьев эволюции дает хорошие возможности обхода патентов конкурирующих компаний и защиты своих технических решений, в том числе и с построением так называемых патентных зонтиков.
    В общем, Деревья эволюции — это основа эффективной методики обработки патентной и технической информации, которая имеет ощутимые преимущества перед уже существующими подходами. Их применение эффективно везде, где надо увидеть целостную картину развития технической системы, все основные ее варианты, включая самые уникальные и перспективные. Это исключительно важно, например, при стратегическом планировании производства, инноваций и бизнеса.
    Книга предназначена для широкого круга читателей, интересующихся инновациями, в первую очередь конструкторов и инженеров, а также студентов инженерных вузов, занимающихся изобретательской работой. Материал, изложенный в ней, будет интересен и полезен руководителям предприятий, бизнесменам, людям, продвигающим новые товары и заинтересованным в их конкурентоспособности.
    Особый интерес книга может представлять для патентных поверенных. При работе с патентной и технической информацией существует проблема ее структуризации и эффективного анализа. Дело в том, что информация, получаемая при патентном поиске, имеет важную особенность: найденные информационные единицы представляют собой описания различных вариантов одной и той же технической системы. Систематизировать такие информационные последовательности очень трудно, и организация ее в Деревья эволюции может очень сильно в этом помочь.
    Использование Деревьев эволюции дает ощутимые преимущества на всех этапах работы с информацией: ее поиска, анализа и производства новых информационных единиц. Так, при поиске мы получаем возможность предварительной разметки «информационного поля», что сразу повышает релевантность находимой информации. На этапе анализа можно заполнить пустые клетки Дерева, действуя по специальной методике, изложенной в книге и поясненной примерами. Дерево эволюции также помогает получать новые идеи и технические решения, например с помощью метода структурной аналогии или других инновационных методик.
    Отдельно рассмотрены два основных случая практического применения Деревьев эволюции — для обхода конкурирующих патентов и прогноза развития технических систем, проиллюстрированных примерами: разбором обхода патента на подаватель раствора-кондиционера в стиральную машину и несколькими прогнозными решениями по дисплею.

От автора

5

    Эта книга увидела свет благодаря помощи друзей и коллег.
    Моя благодарность Петру Чуксину и Елене Новицкой, которые не только помогли разработать описываемую в книге методику, но и приняли непосредственное участие в написании разделов 3.1.7 и 6.3.2. Огромное спасибо японским коллегам — сотрудникам MRI (Mitsubishi Research Institute), принимавшим участие в работе над первой версией этой книги, прежде всего Yoshihisa Konishi, а также всем, кто принял участие в обсуждении и доработке текста русскоязычной версии книги, в первую очередь коллегам по проекту «Изобретающая Машина» и компании Samsung: Георгию Северинцу, Василию Леняшину, Леониду Бачило и Александру Скуратовичу. Особо хочу отметить участие в работе над книгой Виктора Тимохова, который выступил в роли добровольного редактора-оппонента. Его доброжелательное, корректное и требовательное отношение к тексту помогло существенно его доработать.
    Отдельное спасибо Виктору Николаевичу Батурину — человеку, который умеет мыслить нестандартно, неожиданно и эффективно. Он собрал команду творческих людей, в которой мне посчастливилось работать, и организовал работу над интересными и значимыми для России проектами.
    Если при чтении книги у вас возникнут вопросы, присылайте их по адресу: triztrainer@mail.ru.
    Желаю вам успешных проектов и сильных изобретений!

Николай Шпаковский

Глава 1


            НЕОБХОДИМОСТЬ СТРУКТУРИЗАЦИИ
            ТЕХНИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ










    Чтобы эффективно решать сложные изобретательские задачи необходимо хорошо владеть методикой и уметь организовывать в систему техническую и патентную информацию, а для этого нужно хорошо разбираться в принципах построения полной и объективной информационной структуры.



        1.1. Развитие методологии изобретательства

    История развития техники, основы могущества человечества, — это череда непрерывных изобретений, осязаемых результатов постоянных усилий человека проникнуть в суть вещей. Автомобиль, бумага, мельница, чайник, ручка — все это было когда-то и кем-то придумано и сделано в первый раз.
    Возведение египетских пирамид, постройка судов, крепостей и военных машин — требовало необычайной смекалки и упорства. Возьмем, к примеру, процесс изготовления, доставки и установки монумента Петру Первому в Петербурге. Основа монумента — огромный камень весом 1600 тонн, найденный в Финляндии. Гигантские вороты, желоба с медными шарами для снижения трения, оригинальный способ погрузки на судно (судно затопили, надвинули камень и откачали воду) — вот малая толика изобретений, которые были сделаны. Кроме того, решались и организационные задачи: мастера обрабатывали камень во время его транспортировки, и бизнес-задачи: публика валом валила посмотреть, как едет гигантский камень, разумеется, за плату. Не имея ни тягачей, ни мощных судов, ни современного подъемного оборудования, российские инженеры доставили каменную глыбу на расстояние 22 километра, из которых 13 пришлось на водный путь [1.1].
    При создании любой новой машины решается множество простых и сложных задач. И часто наступает момент, когда разработчики заходят в тупик, задачу решить невозможно, даже привлекая все имеющиеся в распоряжении на тот момент силы и средства. Чтобы решить такую задачу, нужно выйти за рамки обычных представлений.
    Российская провинция, начало XIX века. Необходимо переправить через реку паровую машину, а мост хлипок, не выдержит. Смекалистый человек смог увидеть неочевидные свойства паровой машины. Действительно, ее котлы и

1.1. Развитие методологии изобретательства

7

двигатель — это несколько больших емкостей. Отверстия в них можно закрыть, и тогда вся конструкция станет плавучей. Мост уже не нужен, паровую машину можно вплавь отбуксировать к противоположному берегу.
    В то же время, но в другом месте занялись перепланировкой городской площади. Работе мешал огромный камень, его нужно было убрать. Увы, даже с помощью лошадей не удалось сдвинуть его с места. Тогда смекалистые люди поняли, что есть еще одна возможность, и к утру камня на площади не было — он покоился на глубине нескольких метров под землей, в вырытой за ночь яме, куда его аккуратно столкнули.
    Такие «прорывные» решения — это изобретения. В современном мире развитие техники идет настолько быстро, что процесс изобретательства уже поставлен на поток. Любой инженер может столкнуться со сложнейшей технической задачей, неразрешимой традиционными методами. И он должен быть подготовлен для того, чтобы с ней справиться.
    Изобретательская работа не ограничивается решением технических задач. Нацеленная на успех компания должна опережать своих конкурентов. А для этого нужно прогнозировать развитие техники и внедрять новые решения раньше них. То есть инженерам приходится решать не только актуальные задачи, но еще и прогнозные — задачи техники будущего.
    Еще один аспект конкуренции — это патентная борьба. Каждая компания, чтобы уверенно чувствовать себя на рынке, должна оптимизировать патентную ситуацию вокруг своего товара. Патентная служба компании должна уметь обойти конкурирующий патент, запатентовав те альтернативные варианты продукта, которые еще не закрыты патентами других компаний. Так же важно умение защитить свое собственное техническое решение, организовав вокруг него своеобразный барьер из патентов, так называемый патентный зонтик.
    Итак, мы насчитали три типа проблем, с которыми сталкивается современный инженер:
    • решение актуальных технических задач;
    • прогнозирование развития технических систем;
    • поиск альтернативных решений для обхода и защиты патентов.
    Если есть проблемы, должны быть и методики их решения. И здесь мы сталкиваемся с большой проблемой: как передать будущим поколениям не только накопленные мастерами знания, но и свой опыт, искусство решения сложных инженерных задач? Традиционно приемы мастерства передавались от мастера к ученику под большим секретом, часть информации терялась, как был когда-то утерян секрет булатной стали. Сами изобретатели зачастую не могли объяснить, как происходит процесс возникновения новых идей. Определенная информация об этом таинстве накапливалась, но все равно появление интересных решений приписывалось интуиции, озарению и прочим труднообъяснимым явлениям.
    А потребность в методиках решения изобретательских задач все росла. Если посмотреть историю техники, то можно увидеть резкий всплеск, скачок ее развития, который пришелся на XVIII век. Эпоха пара, эпоха электричества, бурное развитие химии, физики, других естественных наук постоянно требовали решения множества изобретательских задач. После «Великого скачка» не было периодов застоя в развитии техники, ее совершенствование давно идет с постоянным ускорением, поскольку полезные изменения касаются не только машин и технологий, но и методологии их создания. Это в полной мере относится и к методологии изобретательской деятельности.

Глава 1. Необходимость структуризации технической информации

    Давайте познакомимся с некоторыми методами поиска новых технических решений.
    Древнейший способ поиска нового, решения сложных проблем, стоящих перед человеком, — это перебор возможных вариантов решения. Метод перебора вариантов — обобщенное название совершенно различающихся процессов изобретательской деятельности, ведь опытному мастеру, хорошо знающему проблему и понимающему суть дела, приходилось перебирать намного меньше вариантов, чем постороннему человеку, впервые встретившемуся с проблемой. Этот метод хорошо работал, когда стоимость машин и механизмов была низкой, а время изготовления — небольшим.
    Еще один известный метод — мозговая атака. Это попытка задействовать много изобретателей для решения одной задачи. Во время мозговой атаки можно высказывать любые предложения, как хорошо сказал Станислав Лем, «молоть любую чушь», ведь оценка этих предложений в ходе обсуждения не предусматривается. Раскрепощение сознания группы компетентных специалистов, отсутствие критики несомненно дает позитивный результат, особенно если ведущий группы «мозговых атакующих» достаточно опытен и компетентен. Но эффективность этого метода можно и нужно повышать.
    Введя в методику мозговой атаки возможность конструктивной критики высказываемых предложений, У. Гордон получил метод синектики. В синекти-ке используют приемы, основанные на аналогиях различного вида, предусмотрено солидное обучение и психологическая подготовка участников группы.
    Для решения изобретательских задач применяются и другие методы: метод фокальных объектов, морфологический ящик. Появляется много подобных методов и сейчас. Все они имеют определенный смысл и могут быть усовершенствованы, если их авторы и адепты смогут между собой договориться. Это очень сомнительно, поскольку почти каждый из них считает свой метод чуть ли не самодостаточным и единственно верным и рассматривает все остальные как некие потенциально полезные добавки к нему.
    Читатель, знакомый с эволюцией технических систем, может заметить, что разнообразие различных методов неизбежно должно смениться неким одним методом более высокого уровня, прикладной «наукой изобретать». Это верно и подтверждается ходом развития человеческого интеллекта: набор малосвязанных между собой знаний о некоей объектной области становится все богаче, структурируется и, наконец, появляется некое теоретическое ядро. Алхимия становится химией, врачевание — медициной, а астрология — астрономией.



        1.2. Основные положения ТРИЗ


1.2.1. Появление ТРИЗ

   Наукой, объединяющей все методики изобретательства в единое целое, и стала теория решения изобретательских задач (ТРИЗ). В настоящее время ТРИЗ наиболее эффективна при выявлении и разрешении противоречий, возникающих при совершенствовании технических систем. Методики, основанные на ТРИЗ, предполагают активное использование изобретательских алгоритмов и психологических операторов, развивающих особый стиль мышления [1.2].

1.2. Основные положения ТРИЗ

9

    ТРИЗ обобщает опыт создания миллионов изобретений. Многовековая история развития техники часто показывает удивительные примеры решения изобретательских задач, т. е. задач, в основе которых лежало обостренное противоречие.
    В отличие от своих предшественников Г. С. Альтшуллер одним из первых поставил и успешно решил следующую методологическую проблему: как найти способ быстрого выхода в область эффективных решений без многочисленных проб и ошибок? Поиск решения этой проблемы проводился по трем направлениям:
    1. Было проанализировано множество патентов, защищающих эффективные изобретательские решения, и выявлены основные приемы разрешения противоречий, применяемые изобретателями.
    2. Были изучены философские основы разрешения противоречий в природе и обществе, в первую очередь диалектический материализм.
    3. Поскольку ни одна методика не работает вне человеческого сознания, третьим направлением было изучение психологических основ творчества. Недаром первая статья об управлении мышлением при решении изобретательских задач появилась в журнале «Вопросы психологии» [1.3].
    В результате проделанной работы удалось перекинуть прочный и удобный мостик через пропасть, традиционно отделяющую повседневные чаяния инженера, проектировщика, ученого, пытающихся получить новые идеи и реализовать их на практике, от высоких наук — философии, которая знает ответы на все вопросы, и психологии, которая понимает, как организовать сознание человека для более продуктивной его работы.
    Основы ТРИЗ были заложены в 1950—1980-х годах многочисленными энтузиастами-изобретателями во главе с Г. С. Альтшуллером [1.4, 1.5]. Генрих Саулович проделал титаническую работу: выдвинул основные положения самой теории, разработал различные методики ее применения и создал школы, в которых прошли обучение тысячи и тысячи изобретателей — и все это при прямом (сталинские лагеря) и косвенном (противодействие «изобретательских» ведомств) сопротивлении советской бюрократической системы. Главное, что дает ТРИЗ, — это упорядочение процесса решения задачи. Вместо ожидания «озарения» или хаотического перебора вариантов предлагается заданная последовательность действий.
    В принципе решение задач независимо от степени их сложности происходит в сознании человека одинаково. Сформулированная на объектном уровне задача немедленно трансформируется нашим сознанием в некую абстрактную модель, которая преобразуется на абстрактном уровне и проявляется затем как конкретное техническое решение (рис. 1.1). Цепочка привычных каждодневных рассуждений может выглядеть так: «холодно ногам — ступни ног и мороз — что-то теплое вокруг ступней — надеть зимние ботинки». При решении подавляющего большинства повседневных задач эти рассуждения просто невозможно заметить — с такой мимолетностью проскакивают они в вашем сознании. Но это до той поры, пока не появляется задача с сильным противоречием: «Холодно ногам, а ботинки малы или их нет вообще — что делать?» Если это происходит в городе с множеством обувных магазинов, то проблема решается сравнительно просто, а как быть, если холода захватили в заснеженной тайге? Противоречие резко обостряется, необходимо найти какой-то нетривиальный выход из положения.
    Или технические задачи. Необходимо разместить на ограниченном пространстве несколько узлов машины, которые никак там поместиться не могут.

Глава 1. Необходимость структуризации технической информации

Абстрактный уровень

Проблема                          Решение

Рис. 1.1. Схема мыслительных операций

Привычное мышление начинает строить цепочку «все разместить — узлы и пространство — пространства нет...», которая никак не хочет заканчиваться. Вот тут и начинаются размышления, генерируются некие абстрактные образы в сознании, время идет в ожидании озарения и «падения яблока на голову».
    Процесс тем мучительнее, чем сложнее задача и острее необходимость ее решения.
    В принципе, человек, знакомый с ТРИЗ и умеющий ее применять, рассуждает при решении задачи примерно таким же образом. Однако его решающим преимуществом является то, что в абстрактной области мышления его сознание плавает не «по воле волн», а имеет совершенно ясные ориентиры и подсказки, как лучше найти решение (рис. 1.2). Эти подсказки базируются на знании философских основ решения задачи, использовании концентрированного опыта многих поколений изобретателей и понимании особенностей работы нашего мозга. В зависимости от сложности задачи можно переходить на более глубокий уровень понимания, как самого процесса решения задачи, так и смысла действий во время каждого конкретного шага этого процесса.


Философия                                       Психология
Высокий уровень абстракции

Проблема

Решение

Рис. 1.2. Схема решения проблем с помощью ТРИЗ