Теории решения изобретательских задач
16
Введение
Качество мышления может изменяться в широком диапазоне и зависит от качества обучения, от его содержания. Современные технологии обучения индивидуумов и содержание обучения не свободны от принципиальных недостатков. По этой причине и, конечно, под влиянием социальной среды, общество все еще развивается больше по «биологическим» стохастическим законам. Сегодня это недопустимо расточительно, так как увеличивает вероятность воспроизводства духовной посредственности и уменьшает вероятность появления гениев.
Мы видим также, что информационная емкость, масштаб и ответственность решаемых проблем кардинально меняются! Способен ли мозг человека и далее справляться со стремительно возрастающим объемом знаний? Способен ли он распознавать возможные (в том числе скрытые и медленно развивающиеся) катастрофы и надежно предотвращать их или противостоять им? Способен ли человек уверенно строить свое будущее в направлении гармонии и прогресса? Способно ли человечество изобрести (или переоткрыть?) сами критерии гармонии и прогресса? Нужно ли говорить, что только выработав идеалы прогресса и гармонии, человечество перейдет от современной фазы Homo Sapiens Technologiсus к фазе Homo Sapiens Progressus (лат.: Человек Разумный Эволюционирующий, Развивающийся).
Итак, как находит человек идею изобретения? Как люди находят творческие решения в нетехнических проблемах? Причем, как писал Карл Поппер, правильнее ставить эти вопросы по-другому: Как возникают хорошие идеи?!
В XX веке нашелся человек, который посмел сказать всему цивилизованному человечеству, что оно не умеет мыслить. Что человечество впустую растрачивает свой интеллектуальный потенциал из-за плохой организации нашего мышления! И что оно не учится мыслить! И даже не подозревает, что не умеет эффективно мыслить!
Этот человек сказал, по сути, следующее: в наши дни, как и тысячи лет назад, в основе мышления лежит метод проб и ошибок, метод случайного угадывания хоть какого-нибудь решения. И каждый учится (если учится, конечно) на своих ошибках! По сравнению с успехами - ошибок чрезвычайно много. Этот человек сказал: а не логичнее ли учиться на успехах!. Да еще так, чтобы обобщить опыт самых лучших решений в виде конкретных правил, методик, готовых моделей и даже в виде теории?!
Имя этого человека - Генрих Саулович Альтшуллер (1926-1998). В середине XX века он предложил в России основы теории изобретения, названной им ТРИЗ - Теория Решения Изобретательских Задач (англ.: Theory of Inventive Problem Solving; нем.: Theorie des erfinderschen Problemlosens). ТРИЗ открыла принципиально новые возможности для обучения изобретательскому творчеству и для практического применения.
Пусть изучение ТРИЗ откроет путь к новым возможностям и успеху!
1. Теоретическая часть
1.1 Возможности ТРИЗ
Возможности ТРИЗ основаны на следующем:
1) ясное формулирование структуры проблемы, редуцирование ее к предельно упрощенной форме в виде бинарного противоречия (или нескольких противоречий) - этим актом ТРИЗ обеспечивает правильную диагностику проблемы, выявление ее действительной сути;
2) определение экторов (взаимодействующих элементов) проблемной ситуации и ресурсов, необходимых и достаточных для решения проблемы, для устранения противоречий во взаимодействиях экторов - это ТРИЗ-исследование позволяет, так сказать, оценить реальные силы «противников» и «союзников»;
3) выдвижение идеальных целей, мысленное идеальное моделирование нужных функций, требующихся от будущего решения - этим ТРИЗ стимулирует уход от стереотипного воздействия привычных решений, существующих в окружающих объектах;
4) использование опыта создания сотен тысяч эффективных изобретений для нахождения решения актуальной проблемы - ТРИЗ дает примеры таких решений в виде моделей перехода от состояния «было» к состоянию «стало» (приемов) и иллюстрирующих их примеров;
5) применение ТРИЗ - законов развития систем для стратегического выбора направления поиска идеи решения;
6) применение строгой дисциплинирующей методики пошагового анализа проблемы и синтеза идеи решения в виде так называемых алгоритмов решения изобретательских задач (АРИЗ).
Этим аспектам поддержки логической составляющей синтеза решения и посвящены основные страницы книги. Эти аспекты и составляют объективную основу классической ТРИЗ.
И все же часть книги посвящена также нашим работам в направлении поддержки интуитивной составляющей творчества. Мы ведем интенсивную разработку и тестирование софтвера для интеграции обеих составляющих реального творческого процесса.
Практическая направленность книги определила как стиль изложения теории - без академических или дидактических формализмов, - так и подбор примеров. Последнему автор уделил наибольшее внимание. Во-первых, примеры призваны убедительно показать надежность опытно-экспериментальной основы теоретических моделей - навигаторов мышления для решении новых задач. Во-вторых, примеры должны объективно отражать возможность и естественную неразрывность алгоритмической навигации мышления и эвристического творчества.
В целом многолетний опыт применения ТРИЗ позволяет сказать следующее. Процесс создания новых систем и технологий основан на поиске инновационных идей. Создание крупных идей требуется как результат исследования и развития перспективных направлений. Ежедневно требуются большие и малые решения в проектной деятельности. Поиск идей является самым сложным и драматическим актом инновационных процессов. До настоящего времени нет учебных заведений, которые систематически и направленно учили бы ТРИЗ-методам создания новых идей. И ключевой проблемой для организации такого обучения является создание теоретических основ ТРИЗ-образования. Любая деятельность вырастает из принципов ее организации. Поэтому здесь заложено несколько современных теоретических концепций ТРИЗ, принципиально важных для их эффективного практического применения, для самостоятельного изучения и для организации учебных ТРИЗ-курсов в тех или иных образовательных учреждениях.
Наши непрекращающиеся поиски новых выразительных представлений моделей ТРИЗ как бы поощряются известным высказыванием основателя ТРИЗ о том, что решение изобретательских задач требует не столько новых знаний, сколько хорошей организации уже имеющихся знаний.
Место и роль процесса обучения основам современной ТРИЗ (Modern TRIZ) и последующего применения ТРИЗ на практике показаны на схеме, представляющей философию развития ТРИЗ-приложений в виде «3Е-модели»:Концептуальные основы обучения и применения ТРИЗ кратко могут быть выражены триадой: реинвентинг, стандартизация и креативная навигация. Действительно, весь опыт ТРИЗ экстрагируется из практики (experience), из анализа реальных изобретений и высокоэффективных инновационных решений. Именно реинвентинг является процессом исследования и экстрагирования ключевых идей таких решений. ТРИЗ-реинвентинг выполняется так, словно каждое анализируемое изобретение было сделано на основе ТРИЗ. Это помогает понять объективную логику и объективные креативные находки автора изобретения, представить их в форме, несравненно более понятной и доступной всем, кто хотел бы увидеть, как именно было сделано то или иное изобретение.
Реинвентинг опирается на 4 фундаментальных этапа, составляющих вместе разработанный автором Мета-Алгоритм Изобретения (Мета-АРИЗ). Результаты реинвентинга целесообразно представлять в определенной стандартизованной форме, в которой сохранены все принципиально важные аспекты создания изобретения или инновации, а именно: суть проблемной ситуации, модели противоречий, модели ресурсов, модели трансформаций, с помощью которых удалось решить «неразрешимую проблему» и некоторые другие важные детали. И вновь такой стандартизованной формой оказывается Мета-АРИЗ. Именно в формате Мета-АРИЗ удается создать банки для аккумулирования ТРИЗ-знаний в виде, который делает эти знания доступными как для высококвалифицированного специалиста, так и для студента или даже школьника (education).
Каждый проектировщик и исследователь, изобретатель и инноватор нуждается в простых и эффективных схемах для «навигации мышления». Именно на основе Мета-АРИЗ строятся эффективные «маршруты» мысленной обработки знаний о проблемной ситуации и о цели поиска, по которым можно уверенно двигаться к достижению эффективного решения (evolution). Мета-АРИЗ, каждый этап которого наполнен конкретными навигаторами, становится инструментом для конструирования эффективной идеи. Как было отмечено в референсе TRIZ Journal: «…замечателен также мета-алгоритм, который помогает не только тем, кто не знаком с ТРИЗ, но и знающим предмет, понимать трансформации от исходной ситуации до верификации при получении решения и устранения противоречий. Автор признает, что переходы от одного блока к другому нелегки, но учит, как думать, с использованием множества простых примеров, иллюстрированных четкими рисунками…»
Поэтому вся программа систематического ТРИЗ-образования - от обучения начинающих до достижения мастерства - может, по нашему опыту, строиться на основе реинвентинга, стандартизации и креативной навигации с помощью алгоритмов изобретения на основе Мета-АРИЗ. ТРИЗ кардинально улучшает мышление при создании идеи решения проблем, содержащих противоречия, содержащих конфликт элементов проблемы - целей, свойств, ресурсов, структурных компонентов. ТРИЗ безусловно усиливает природные способности, так как высвобождает сознание для генерации высокоэффективных идей, направляя мышление в эпицентр проблемы и пресекая попытки ненаправленного угадывания хоть каких-нибудь решений, которые, как правило, оказываются слабыми.
Однако достичь ТРИЗ-мастерства решения проблем можно только разумным сочетанием и развитием обеих составляющих творческого мышления - логической и интуитивной. Поэтому изучение и применение алгоритмических методов и моделей ТРИЗ полезно соединять с постоянным поиском гармонии и красоты, целесообразности и экологичности, фантазии и юмора, короче говоря, с чувством времени и реальной жизни.
1.2 Суть экспериментов и концептов ТРИЗ
Экспресс-обучение и самообучение используют следующий методический прием: прежде, чем изучаются псе необходимые понятия и модели теории. Практическое действие теории показывается на небольших упрощенных примерах таким образом, как будто основы теории уже известны студентам.
Примеры подбираются и демонстрируются так, чтобы показать движение мысли от простого к сложному, от внешнего - к содержанию, от конкретного - к абстрактному, к модели и теории. Иными словами, при экспресс-обучении сразу же как бы проводится эксперимент с объектами теории, и из этого эксперимента заинтересованные студенты сами выводят ключевые теоретические идеи.
Объектами классической ТРИЗ являются изобретения, технические системы и их компоненты.
Суть начальных учебных экспериментов заключается в следующем:
1) выявление ключевой проблемы, которая была преодолена в конкретном изобретении;
2) определение основного способа, которым была решена проблема в изобретении.
Несколько позже применяются следующие методические приемы:
1) обобщение и классификация моделей ключевых проблем и основных способов решения проблем при создании изобретений;
2) выявление закономерностей возникновения проблем, прогнозирование и управляемое систематическое разрешение проблем.
Процесс изобретения - это есть движение мысли «от существующего - к возникающему.
Это есть построение мысленного мост а между тем, что есть, и тем, что должно быть. Всякий «мост» строится на основе определенной теории. Понятно, что и «надежность» моста также существенно зависит от теории. Например, на основе классического брейнсторминга («мозгового штурма»): мало правил, практически неограниченное пространство поиска, много энтузиазма и шума.
Я интерпретирую - но и применяю в прямом контексте! - известное выражение и название одной из книг Лауреата Нобелевской премии, бельгийского биофизика Ильи Пригожин (1917-2003). классической ТРИЗ: систематическое исследование задачи, управляемое применение адекватных процедур для ее разрешения, направленный выход в область существования сильных решений.
В основе учебных экспериментов для обучения ТРИЗ лежит методическийприем, который я назвал «реинвентинг».
Реинвентинг - демонстрация процесса создания изобретения таким образом, как будто студентам уже известны принципы и приемы разрешения проблем, преодоленных в этих изобретениях. Позднее, когда основы теории уже действительно изучены, реинвентинг служит как прием закрепления навыка исследования и решения проблем. Наконец, быстрый реинвентинг становится важнейшим навыком при работе с аналогами, предлагаемыми нашим программным обеспечением для решения проблем.
Этот методический прием стимулирует ассоциативное мышление студентов, обеспечивает надежную эмоциональную акцептацию и последующее восприятие теории. Интуиция студентов сама связывает их уже имеющиеся знания и опыт с ключевыми концептами теории.
ТРИЗ - это не математическая, количественная теория, а качественная теория. Формальные понятия, концепты теории, имеют характер категорий, обра-зов, метафор. Многошаговые процедуры, применяемые для решения задач, называются алгоритмами. Это тоже метафора, хотя можно показать, что это вполне корректное определение для современной конструктивной математики. Если кто-то из моих коллег на основе вышесказанного откажет ТРИЗ в статусе теории, то можно предложить определение ТРИЗ как теории концептуальной, феноменологической, психологической, наконец. В любом случае концепты теории отражают ее аксиоматические и структурные основы (даже если они специально не описаны, скажем, в научной статье или монографии, как это имеет место для ТРИЗ) только в более понятном, неформальном представлении. В этом все дело. И еще: дело в содержании качественных моделей (метафор). В отличие от всех других подходов, модели ТРИЗ конструктивны, воспроизводимы пользователями и передаваемы в обучении.
Итак, мы будем избегать применения в этом учебнике формализованных конструкций. Хотя для разработки нашего софтвера мы создаем такие конструкции и опираемся на них. Наша цель - не построение формальных основ теории, а качественное моделирование мышления и практическое применение моделей теории к реальным задачам.
Тем не менее, термины теории, конечно, остаются. Но к ним нужно относиться не более критично и подозрительно, чем, скажем, к словам задача, исходные данные, решение, результат - в огромном большинстве практических ситуаций нам так же не требуется строго определять, какие аксиомы теории и формальные связи стоят за этими словами. Для нас интуитивно вполне понятна качественная, содержательная суть этих слов (а значит, - метафор, образов) применительно к каким-то конкретным задачам.
Главные концепты ТРИЗ заключаются в следующем:
1. Все системы (не только технические) создаются для реализации определенной функции, называемой главной полезной функцией системы, и развиваются по определенным законам, которые познаваемы и могут применяться для управления развитием систем;
2. Все системы на интервале жизненного цикла стремятся повысить свою эффективность, понимаемую как отношение оценок позитивных факторов от реализации главной полезной функции к оценкам негативных факторов, связанных с затратами на создание, эксплуатацию и утилизацию системы и с компенсацией ущерба окружающей среде;
3. Все системы (по сравнению с окружающими системами) и компоненты систем развиваются неравномерно, что служит основной причиной медленного роста эффективности новых систем и вызывает появление технических проблем;
4. В основе любой технической проблемы лежит некоторое конфликтное противоречие между несовместимыми свойствами и требованиями, необходимыми для реализации главных полезных функций компонентов и всей системы в целом;
5. Разрешение конфликтного противоречия (техническими средствами) и есть создание изобретения;
6. Количество различных типов конфликтных противоречий ограничено, что открывает возможность их четкого распознавания в реальных проблемах и возможность применения Относительно небольшого множества адекватных методов для разрешения технических проблем;
7. Адекватные методы разрешения противоречий могут быть получены при изучении достаточно большого набора (репрезентативной выборки) реальных изобретений по патентным описаниям и технической литературе;
8. Методы разрешения противоречий могут применяться вместе с приемами развития и стимуляции памяти, внимания, ассоциативного мышления, воображения и любых других полезных качеств интеллекта и психики:
9. Методы разрешения противоречий могут применяться вместе с другими методами управления развитием сложных систем - экономическими, системотехническими, культурно-образовательными и даже политическими.
Многолетний опыт преподавания ТРИЗ и консалтинга на основе ТРИ3 позволяет мне рекомендовать этот учебник не только инженерам, но и менеджерам, и студентам, и вообще всем, кто заинтересован в создании высоко - эффективных идей для решения творческих проблем.
2. Практическая часть
2.1 Решение «открытых задач». Найти сторону треугольника, если заданы медианы. Провести исследование на разрешимость и число решений
Дан произвольный треугольник. Три медианы треугольника пересекаются в одной точке. Точка пересечения делит медианы в отношении 2:1, считая от вершины. Это является, в частности, прямым следствием теоремы Чевы и обосновано. Для доказательства второй части утверждения рассмотрим треугольник ABC. Пусть AD и CE - медианы этого треугольника и O - точка их пересечения. Через точку E проведем прямую, параллельную прямой AD. Пусть F - точка пересечения этой прямой со стороной BC. Очевидно, EF - средняя линия в треугольнике ABD и, следовательно, .Тогда из теоремы следует, что . Так как медиана была выбрана произвольно, то это очевидно для любой медианы, что и завершает доказательство.
Рассмотрим произвольный треугольник ABC со сторонами AB = c, BC = a, и AC = b. Пусть - медиана этого треугольника. Обозначим дополнительно , тогда
Применим теорему косинусов к треугольникам ADC и ADB. С учетом введенных обозначений имеем
,
.
Сложим правые и левые части этих равенств с учетом того, что , Тогда получим , Отсюда
.
.
.
Далее рассмотрим:
Повторяя рассуждения предыдущего пункта, легко получить выражения для длин других медиан треугольника. Выпишем выражения, связывающие длины сторон треугольника и длины медиан этого же треугольника:
Рассматривая эти равенства как систему уравнений относительно , и при известных , и , мы можем решить ее относительно, например . Обозначим , , и запишем систему в виде
Складывая последовательно первое уравнение со вторым и третьим, получим:
или
Подставим найденные выражения для y и z в первое уравнение. После приведения подобных получим
или
Окончательно:
Заключение
ТРИЗ все больше завоевывает умы во всем мире. Появились компьютерные программы по ТРИЗ. Имеются фирмы, занимающиеся ТРИЗ.
ТРИЗ помимо стран бывшего СССР распространена в США, Канаде, странах Европы, в Израиле, в Австралии, Японии, странах Юго-Восточной Азии и Южной Америки.
Компании, специализирующиеся на применении и развитии ТРИЗ работают во многих странах мира. Например, в США, Канаде, Германии, Англии, Франции, Швеции, Швейцарии, Австрии, Голландии, Финляндии, Италии, Израиле, Чехии, Японии, Южной Кореи, России и других странах. Курс ТРИЗ читается в ряде университетов США, Канаде, Франции, Англии, Германии, Швейцарии, Израиля, Японии, России.
ТРИЗ изучают инженеры и ученые, студенты университетов различных специальностей и школьники всех возрастов. Проводят занятия с дошкольниками, начиная с трех лет. Имеются курсы для подготовки воспитателей детских садов, учителей школ и преподавателей ТРИЗ для Университетов. Ведется большая работа по подготовке учебно-методических материалов.
Наиболее распространена консультационная деятельность для промышленных фирм - решение производственных и научных проблем и получение перспективных решений.
Все описанное - элементы ТРИЗ-дижения, созданного Генрихом Альтшуллером.
Список использованной литературы
1. http // : kus-lin.narod.ru
2. http // :ru. wikipedia.ord
3. www. trizland.ru
4. www. trizwag.сom
