Матрица Альтшуллера - один из самых простых и понятных инструментов ТРИЗ, который помогает выходить на вероятные способы разрешения сформулированного противоречия.

Для удобства работы с матрицей существуют ее интерактивные версии, но там могут быть неподходящие примеры, которые затрудняют понимание приемов, либо примеры могут отсутствовать вовсе.

Выпускница Ленинградской школы ТРИЗ Илакаи Ромеро Рейес сделала приложение с интерактивной матрицей в Google таблицах для педагогов (приёмы сопровождаются понятными детям примерами), в котором совместила интерактивность с возможностью самостоятельно дополнять приёмы своими примерами из любой области (подробнее - в инструкции).

Кроме того, есть готовый вариант матрицы для технических специалистов с новыми примерами, который также можно скопировать и наполнить своими примерами.

Матрица для работы с детьми

Руководство к ней

Матрица для технических специалистов

Руководство к ней

Планируется дальнейшее развитие матрицы для работы с детьми, поэтому периодически заглядывайте по указанным ссылкам за обновлениями.

Сотни миллионов лет естественного отбора живая материя накапливала решения, повышающие выживаемость и воспроизводство организмов, то есть сохранение и передачу наследственной информации. В ряде направлений эти решения до сих пор превосходят технические аналоги по эффективности, поэтому человек стремится переносить биологические принципы в технику по аналогии (биомиметика).

Для воплощения подходящего решения в технической системе могут потребоваться большие затраты ресурсов (деньги, время), а то и серия технологических скачков. Что если решение нужно в ближайшее время? Тогда можно использовать биологический аналог непосредственно как элемент технической системы. Например, подключить усики саранчи или антенны шелкопряда к электроантеннографии и использовать их как биологические датчики, которые обладают экстремально высокой чувствительностью к определённым молекулам окружающей среды, значительно превышающей электронные аналоги сопоставимого размера и позволяющей отслеживать направление источника запаха в реальном времени.

В Ленинградской школе ТРИЗ ведётся разработка данного методического направления.

Предварительно, можно выделить следующие виды технических биогибридов:

- Биокибернетические системы (или киборги). Сюда относятся системы с использованием биологических сенсорных органов (например, антенн шелкопряда или усиков саранчи) совместно с электронной обработкой сигналов, а также тараканы, медузы с имплантированной электронной системой управления, которые заменяют сложные и дорогие роботы, одни используются для исследования труднодоступных мест на суши, другие в воде. Разработаны и проверены вычислительные системы на основе культур нейронов человека. Вместо того, чтобы гонять тараканов на подзарядку переносимых датчиков и имплантированной электроники, для них сделали миниатюрные солнечные панели не стесняющие движения.

- Некробиогибриды. Вместо изготовления сложного микрозахвата - тело паука, вместо дорогого микросопла для 3D-принтера - хоботок комара, вместо гибких пьезоэлементов для генерации энергии - обработанная рыбья чешуя. Данным направлением в робототехнике занимается некроботика.

- Биоматериальные гибриды. Предполагает использование живых покрытий, например, грибковой массы (мицелий) на теле робота в качестве распределенного сенсора с возможностью самовосстановления повреждённых участков.

Если отбросить все лишнее, то идея сводится к использованию живого организма, его части или биологической структуры, в составе технической системы в качестве интегрированного (часто с электроникой) компонента.

Направление, вероятно, иллюстрирует закономерность развития видов взаимодействия материи от простых (механика) до более продвинутых - биологических, помогает разрешать противоречия условий между, например, сложностью устройства и затратами на эти усложнения, значит может занять место среди изобретательских приёмов и, возможно, в дальнейшем уточнить стандарты решения изобретательских задач.

Нельзя обойти стороной вопрос этичности использования живого (или когда-то живого) в таких экспериментах. В случае с биологическим вычислителем, нейроны не берут непосредственно из мозга (иначе будет нанесен вред здоровью), а выращивают из клеток кожи или крови - звучит достаточно безобидно. Медузы не переживают боль (в привычном смысле) при имплантации органа управления, но насколько этично управлять их действиями? Хоботок мертвому комару уже не нужен, а насколько корректно использовать хобот мертвого слона для сопла строительного 3D-принтера? Где граница, через которую уже точно нельзя переходить?

Телеграм-канал о ТРИЗ

«Электрон также неисчерпаем, как и ...» молекула воды. Казалось бы, что о воде известно, если не все, то почти все. Только недавно ученые, вероятно, обнаружили новый механизм испарения воды - фотомолекулярный эффект в видимом световом диапазоне.

Теоретически это может ускорить испарение в 2-3 раза, но есть нюанс: для заметного вклада, вода должна быть распределена очень тонкой пленкой (в эксперименте использовали поры гидрогеля), иначе вклад эффекта теряется в объёмном нагреве. Интересно, имеет ли эффект какое-то влияние на климат? Есть ли места в природе, где вода под светом распределяется достаточно тонким слоем?

В технике, это могло бы использоваться в автономных испарителях под солнечным светом, в местах с низкой температурой или при нежелательном сильном нагреве устройства.

Решая проблему медленного испарения воды с помощью АРИЗ (алгоритм решения изобретательских задач), можно было бы выйти на подобный эффект (не зная о нем), но пришлось бы поверить, что такое возможно, когда классические представления термодинамики говорят о том, что молекула воды распределит энергию фотона света по соседям. Авторы работы предполагают, что у молекул воды на поверхности тепло не успевает распределиться, поэтому они получают избыток энергии и «улетают». Разрешением этого противоречия в представлениях, сейчас и занимаются ученые.

В другой работе, ученые впервые обнаружили новое свойство льда - поляризоваться при изгибе (флексоэлектричество). Исследуя это явление, заодно подтвердили еще одно - способность поверхности льда поляризоваться без внешнего электрического поля (сегнетоэлектричество) при низких температурах. Оба свойства могут иметь отношение к возникновению молний в облаках, и в реакциях на публикацию.

Даже это - далеко не все новые свойства и способности воды, обнаруженные в последние годы, видимо она еще не раз заставит пересмотреть то, что казалось ясным и завершенным.

Телеграм-канал о ТРИЗ

Авторы: Кислов А.В., Шокин A.Н.

Abstract. Системно-функциональный подход к применению и преподаванию Вепольного анализа и Системы стандартов

Классический корпус знаний по ТРИЗ, обязательный для освоения специалистами, включает в себя вепольный анализ и систему стандартов на решение изобретательских задач. Однако накопленный опыт преподавания этих дисциплин в Санкт-Петербургском Международном общественном университете ТРИЗ им. В. В. Митрофанова и в других образовательных организациях [1], показывает, что применяемые в настоящее время методы обучения этим темам недостаточно эффективны. В связи с этим, исходя из потребностей образовательной практики, была сформулирована прикладная задача по совершенствованию методики преподавания вепольного анализа и системы стандартов. Методика должна обеспечить формирование у студентов глубокое понимание сущности этих инструментов и достижение, в случае их использования, устойчивых, воспроизводимых результатов при решении изобретательских задач.

В статье анализируются модели и операции вепольного анализа и системы стандартов ТРИЗ. Показано, что в их исходном виде данные процедуры содержат ряд методологических и дидактических ограничений, препятствующих широкому применению в образовательной и практической деятельности. Предложена модифицированная модель веполя на базе системно-функционального подхода и сформирована новая методика преподавания и применения указанного инструментария.

1. Введение

По замыслу Г. С. Альтшуллера, модель веполя, вепольный анализ и система стандартов должны были открыть новые возможности для решения изобретательских задач.

В соответствии с исходным замыслом были введены следующие понятия:

• Веполь – графическая модель минимальной технической системы, включающая три элемента: два вещества (инструмент и изделие), поле (энергия для воздействия инструмента на изделие) и связи между ними [2].

• Вепольный анализ – совокупность правил анализа и преобразования структуры технических систем, выраженных в виде вепольных моделей. По словам автора, метод напоминает составление и решение уравнений химических реакций.

• Система стандартов — это набор правил синтеза и преобразования технических систем, непосредственно вытекающих из законов развития этих систем [3].

Предполагалось, что этот набор методов будет эффективен как по отдельности, так и в сочетании: ожидалось, что наглядные схемы ускорят анализ задач и упростят поиск решений. Простота записи и гибкость применения должны были сделать методы доступными для новичков. При этом считалось, что стандарты помогут выявлять сильные решения, а абстрактная вепольная форма и классификация обеспечат удобство и оперативность их использования.

Сам Г.С.Альтшуллер высоко оценивал потенциал данных инструментов. Так, в сборнике «Нить в лабиринте» [3] он писал: «наметилась перспектива: основная часть задач должна решаться по стандартам, в то время как АРИЗ следует использовать преимущественно для анализа нестандартных задач и получения информации, помогающей формировать новые стандарты. Кроме того, появилась надежда, что при дальнейшем усовершенствовании система стандартов превратится - в отличие от АРИЗ - в инструмент прогнозирования развития технических систем»

Однако, с момента ввода в практику и до сих пор, ни вепольный анализ, ни система стандартов не вызывают значительного интереса у учащихся и не получили широкого применения при решении реальных задач.

2. Синайские скитания*

* библейское повествование о сорокалетних странствиях евреев под руководством Моисея по пустыне Синай между исходом из Египта и обретением Земли Обетованной. В переносном смысле выражение используется для обозначения длительного периода поисков, блужданий и ожидания цели.

В течение 40 лет с момента выхода последней актуальной версии вепольного анализа и системы стандартов в 1985 [4] году рядом авторов были опубликованы работы, посвящённые развитию данных методик. Ниже перечислены основные:

• М. С. Рубин (Элепольный анализ, 2010) представил модель «элеполя» (элементы и поля), расширяющую возможности метода на нематериальные объекты, и предложил универсальную систему стандартов (2010).[5]
• С. Н. Щербаков (МАСТЕР-2000) разработал концепцию веполей, в том числе для работы физическими, химическими и другими эффектами, а также с их цепочками.
• С. В. Кукалев (ЭЛиС, 2017) адаптировал веполи для нетехнических задач, применив системно-функциональный подход и значительно упростив модель. [6]
• В. Н. Никитин (Правила преобразования веполей, 2019) предложил компактный набор — 11 правил и 12 рекомендаций, что повысило удобство работы и сделало методику более наглядной для обучения.[7]
• Е. Е. Смирнов (Элементно-функциональное моделирование конфликтов) применил системно-функциональный подход и предложил вариант универсализации и формализации моделей взаимодействий.[8]
• В. А. Королёв (Веполи: 20 лет спустя) проанализировал накопившиеся методологические трудности — размытость определений, произвольность преобразований и слабую воспроизводимость решений. [9]
• Н. Б. Фейгенсон, С. А. Логвинов, Ю. Бельский и др. акцентировали внимание на прагматических и методологических проблемах применения, а также на необходимости обновления системы стандартов.[10]
• Сара Гринберг (Sara Greenberg) предприняла попытку адаптации вепольного анализа (substance-field analysis) для изучения живых систем.
• Ю. Бельский ("Инструменты ТРИЗ для ХХI века: современный вещественно-полевой анализ", 2008) переработал модель веполя и создал методику преподавания, основанную на 5 правилах – операциях.[1]
• и др.

Кроме того, предпринимались шаги и по развитию системы стандартов:

• Б. Л. Злотин и А. В. Зусман (1994) — модели развития коллективов [12].
• Ю. С. Мурашковский (2007) — авторская версия системы стандартов [13].
• М. С. Рубин (2010) — универсальная система стандартов, предназначенная не только для решения технических задач, но и для задач из других областей [14].

Однако, несмотря на методические находки перечисленных разработок, ни одна из них не получила широкого распространения и не смогла заменить классический вепольный анализ и систему стандартов Г. С. Альтшуллера, которые, несмотря на выявленные за прошедшие годы недостатки, по-прежнему входят в официальный курс обучения и сертификации. Таким образом, становится очевидной актуальность исследования причин ограниченного применения вепольного метода и отсутствия массового интереса к новым, потенциально более эффективным инструментам.

3. Поиск новых причин: от перебора к системно-функциональному подходу

Для исследования причин выявленных проблем применения и развития вепольного анализа (ВА) и системы стандартов (СС) будет использован системно-функциональный подход.

3.1. Основные понятия [15]

Модель – это материальный или мысленно представляемый объект, который в процессе познания (изучения) замещает объект-оригинал, сохраняя некоторые важные для данного исследования типичные его черты.

Модели служат для выделения важных черт объектов или процессов, и представления их с целью исследования (анализа).

Система - модель, отображающая совокупность взаимодействующих компонентов, которая проявляет свойства, отсутствующие у любого компонента этой совокупности.

Функция – модель изменения объекта под воздействием другого объекта.

Функциональная система (ФС) – система, для которой задана функция (Рисунок 3).

Главная полезная функция (ГПФ) – функция, для которой предназначена функциональная система.

Подсистема (ПС) – это часть ФС, способствующая выполнению её главной функции.

Надсистема (НС) – это часть структуры, внутри которой рассматриваемая ФС играет значимую роль в реализации назначения НС путём выполнения собственных функций.

3.2. Вепольный анализ и система стандартов как функциональные системы

Чтобы рассматривать вепольный анализ (ВА) и систему стандартов (СС) как функциональные системы, необходимо определить их назначение. Подобно любому другому решательному инструменту, ВА и СС направляют специалиста, работающего над задачей. Это позволяет построить цепочку функций:

Однако, как известно, чтобы специалист мог решать задачи по какому-либо методу, его необходимо этому методу обучить. В таком случае необходимо добавить следующую функцию:

В то же время, Преподавателя также должен направлять какой-то объект. Это не может быть сам решательный Инструмент, поскольку его предназначение уже определено. Искомой функциональной системой в данном случае выступит «Методика преподавания»:

Из этого следует вывод что для ведения масштабной преподавательской деятельности важно, чтобы разработанный инструмент решения задач сопровождался методикой его преподавания.

Практически все альтернативные версии вепольного анализа и системы стандартов не содержат подобной методики, исключение составляет вариант, предложенный профессором Королевского Технологического Института Мельбурна, Юрием Бельским, в рамках которого был разработан комплекс учебных материалов. Тем не менее и эта работа не способствовала модернизации базовой системы инструментов и методологии обучения.

В то же время классический вепольный анализ и система стандартов имеют методические рекомендации по организации занятий. Они представлены как в явном виде — например, в статье 1973 года «Вепольный анализ. Методуказания по проведению занятий» [16], — так и в косвенном: через стиль изложения и учебные примеры в книгах Альтшуллера. Наличие таких материалов значительно облегчает работу преподавателя. Это подтверждается на практике: большинство занятий по ВА и СС строятся по образцу Альтшуллера, с акцентом на совместный разбор решений.

4. Методика Альтшуллера

В течение многих лет образовательным стандартом преподавания вепольного анализа служит «Методика преподавания» Г. С. Альтшуллера, в которой, как и в любой другой функциональной системе, можно выделить недостатки. Для преподавателя раздел «веполи» занимает особое положение среди других инструментов ТРИЗ. В публикациях Г. С. Альтшуллера [2, 3] этот раздел характеризуется практически полным отсутствием систематизированной теоретической базы — отсутствуют чёткие определения, правила и обоснования.

Из содержательной части преподавателю доступны лишь отдельные элементы: дано определение понятия «веполь», приведены примерные описания и графические обозначения его компонентов — веществ, полей и взаимодействий между ними. Указаны типы действий элементов и способы их отображения в моделях с помощью стрелок:

• прямая линия — адекватное действие;
• волнистая линия — избыточное действие;
• прерывистая линия — недостаточное действие.

Также введены классификации веполей:

• по составу — полный, неполный, двойной, цепной, комплексный, измерительный;
• по типу взаимодействия — эффективный, неэффективный, вредный, вредный с ослабленным действием, а также с сопряжённым полезным и вредным действием.

Однако в материалах отсутствуют инструкции по:

• выбору задачи;
• определению конфликтующей пары и соответствующих полей;
• подбору и размещению в модели веществ и полей при проведении анализа;
• построению и преобразованию моделей;
• выбору стандартов;
• и по ряду других операций.

Имеющийся же материал представлен в публикациях [2, 3] фрагментарно. Почти каждое правило и стандарт снабжены примером, однако во многих случаях остаётся неясным как построен исходный веполь и каким образом осуществляется ход решения. В качестве иллюстрации возможно привести любую задачу из книги «Творчество как точная наука»[2], например общеизвестная задача 9:

Нужен способ, позволяющий быстро и точно обнаруживать в холодильных агрегатах неплотности, через которые просачивается жидкость (фреон, масло, водоаммиачный раствор).

Здесь В1- холодильный агрегат; В2 - холодильная жидкость; В3 - люминофор; П’- поле на входе (невидимое ультрафиолетовое излучение); П’’- поле на выходе (видимое излучение люминофора).

Приведённый пример преобразования оставляет у читателя, как минимум, следующие вопросы:

·         как получена идея добавить второе В и П’’

·         как добавление В3 исправило взаимодействие В1 и В2

Не менее непонятен ход решения задачи 13 из той же книги:

Для очистки горячих газов от немагнитной пыли применяют фильтры, представляющие собой пакет, образованный многими слоями металлической ткани. Эти фильтры удовлетворительно задерживают пыль, но именно поэтому их потом трудно очищать. Приходится часто отключать фильтр и подолгу продувать его в обратном направлении, чтобы выбить пыль. Как быть?

Задача была решена так: в качестве фильтра стали использовать ферромагнитный порошок, помещенный между полюсами магнита и образующий пористую структуру. Отключая и включая магнитное поле, можно эффективно управлять фильтром. Поры фильтра могут быть маленькими (когда ловят пыль) и большими (когда идет очистка фильтра).

В условиях этой задачи уже описана вепольная система: есть В1 (пыль), есть В2 (пакет ткани), есть П (механическое поле сил, создаваемых потоком воздуха). Решение состоит в том, что:

- В2 раздробили в ферромагнитный порошок Вф;

- действие поля П направили не на В1 (изделие), а на Вф (инструмент);

- само поле стало не механическим (Пмех.) а магнитным (Пм).

Это можно записать так:

Разбор автором данной задачи также ставит больше вопросов, чем даёт ответов:

• Как на основании схемы получена идея введения ферропорошка?
• Почему по ходу решения изменена ТС?
• На каком основании произведена замена Пмех (воздух) на Пм?

Такая же ситуация и во всех остальных примерах. Таким образом в публикациях Г. С. Альтшуллера принцип вепольных преобразований не определён явно и остаётся неочевидным даже после ознакомления с ходом рассуждений. Хотя формально предусмотрена всего одна операция, на её этапе необходимо выбрать подходящее правило или один из 76 стандартов. Текстовые формулировки стандартов в большинстве своём громоздки, содержат большое количество условий, специальных терминов, сносок и комментариев. В таких условиях трудно ожидать от учащихся эффективного усвоения материала и уверенного применения метода на практике.

Любопытно, что в тех же книгах [2, 3] для АРИЗ автор использует совершенно иной подход, уделяя гораздо больше внимания теоретическим основам, принципам и задачам отдельных элементов, а также подробному разбору сути процесса в целом и каждой операции в отдельности. Последовательное освоение шагов позволяет обучающимся постепенно овладеть всем алгоритмом.

В связи с изложенным возникают следующие вопросы:

1. по какой причине Г. С. Альтшуллер уделил столь мало внимания проработке вепольного анализа?
2. почему для преподавания была выбрана столь неэффективная методика?
3. возможно ли повысить качество обучения за счёт изменения методики преподавания?
4. потребуется ли доработка теоретических основ вепольного анализа конфликтов в технических (или шире – функциональных) системах?

5. Лес за деревьями?

Основываясь на предыдущих выводах, можно утверждать, что функция (Рисунок 9)

выполняется недостаточно. Поскольку преподаватели, выступающие в роли «изделия», не могут рассматриваться как источник проблемы, остаётся предположить, что причины низкой эффективности следует искать в самой функциональной системе «Методика преподавания ВА и СС».

Приступая к анализу, необходимо сразу исключить версии о халатности или недомыслии. Во-первых, Г. С. Альтшуллер всегда тщательно и скрупулёзно разрабатывал инструменты. Во-вторых, он придавал веполям и стандартам большое значение, видя в них потенциал интеграции анализа и приёмов, а также формализации физических эффектов. В таком случае неминуемо следует вывод, что нечеткость формулировок, произвольность построения моделей и преобразований, а также акцент на примерах при отказе от строгой ориентации на понимание были сознательным выбором. Подобная методическая свобода перестаёт выглядеть случайной, если вспомнить, чему Г. С. Альтшуллер уделял главное внимание. В многочисленных статьях, очерках, книгах[2] он постоянно говорил о необходимости развивать в людях творческое воображение. Можно сказать, что это была одна из важнейших его целей.

Предположив, что основная цель обучения методу вепольного анализа заключается в развитии творческого воображения обучающихся (Рисунок 10), оценку эффективности его применения и используемой методики преподавания следует осуществлять не по тактическим возможностям по решению задач.

Для реализации такого назначения вепольный анализ мягко направляет внимание решающего в некую область конфликта и в то же время предоставляет почти полную свободу в обращении с элементами модели и среды. Тем самым одновременно разрешаются противоречивые задачи: формирование мыслительных шаблонов и обучение мышлению без ограничений. Строгость алгоритма при этом уходит на второй план, а значимость личной передачи знаний и опыта от учителя к ученику многократно возрастает. Отказ от жёсткого следования алгоритму вносит элемент случайности в творческий процесс решения.

Данная гипотеза делает логичным и выбор методики обучения вепольному анализу и системе стандартов, которая обычно заключается в решении задач и совместном их разборе с преподавателем. Нечёткость формулировок правил вепольного анализа органично сочетается с произвольными преобразованиями в книжных примерах. В отсутствии инструкций учащимся приходится самостоятельно на основе обширного массива примеров и собственных попыток на занятиях, выявлять и применять паттерны изучаемого метода. Рассчитано это было, вероятно, на то, что при достаточном количестве итераций, постепенно, принципы вепольного анализа и система стандартов закрепятся в подсознании и будут использоваться на интуитивном уровне.

Исходя из этого, ответить на первые два вопроса можно так, что имеющаяся совокупность вепольного анализа и методики его преподавания могла быть разработана Г. С. Альтшуллером для более высокого предназначения.

Однако несмотря на то, что гипотеза о развитии творческого воображения как цели, выглядит достаточно привлекательно, в реальности, без должного контроля, для большинства непосвящённых вепольный анализ предстаёт совершенно по-другому:

• Свобода выбора элементов и операций воспринимается не как пространство для поиска, а как произвол, что порождает растерянность и затрудняет понимание. Логика действий остаётся неочевидной, найденные решения нередко кажутся случайными догадками, а работа с вепольными моделями — попыткой «подогнать» схему под заранее полученный ответ.
• Почти полная невозможность воспроизвести процесс решения и конечный результат на множестве примеров вызывает у учащихся сомнения как в собственных способностях, так и в адекватности самой методики.

При этом преодолевшие препятствия неопределённости учащиеся сталкиваются с новыми сложностями, например:

• Поверхностность анализа изобретательской ситуации и волюнтаризм в постановке задачи и постройке моделей зачастую способствует выбору для решения неоптимальной задачи;
• Результативность и качество решений задач значительно зависят от решающего, его специализации, квалификации и жизненного опыта;
• Несистемность перебора вариантов не позволяет сфокусировать поиск и выбрать оптимальное решений.

Таким образом, отвечая на третий и четвёртый вопросы, можно отметить, что на сегодняшний день перечисленные трудности вепольного анализа и системы стандартов существенно снижают мотивацию к его использованию. Плохое усвоение инструментов, а следовательно, и неиспользование их для решения задач ведёт к тому, что и функции:

Вепольный анализ развивает творческое воображение

Методика преподавания ВА и СС направляет преподавателя

выполняются недостаточно. Следовательно, соответствующие инструменты –функциональные системы — «Вепольный анализ» и «Методика преподавания вепольного анализа» — требуют модернизации.

В этой точке встаёт новый вопрос: не направляют ли инструменты и методология их преподавания в противоположную сторону от алгоритмизации творческого процесса, превращая вепольный анализ в усовершенствованное средство для МПиО?

6. Системно-функциональный веполь

Итак, поскольку для масштабного обучения вепольному анализу необходима сформированная методика преподавания, а сама методика должна опираться на воспроизводимый и эффективный инструмент, позволяющий решать практические задачи, то повышение эффективности преподавания вепольного анализа следует начинать с уточнения его исходных оснований — в частности, с рассмотрения определения веполя как системы с заданным назначением.

При разработке вепольного анализа Г.С. Альтшуллер дал веполю следующее определение:

Веполь – графическая модель минимальной технической системы, включающая три элемента: два вещества (инструмент и изделие), поле (энергия для воздействия инструмента на изделие) и связи между ними [2].

Однако, данное определение содержит несколько положений, которые требуют корректировки.

Первое – использована конструкция «модель системы», но система – это уже модель объекта. То есть предложенное определение звучит как «веполь это модель модели объекта».

Второе – согласно тезисам системно-функционального подхода, объект функции, то есть изделие находится за пределами функциональной системы – инструмента. Следовательно, корректнее рассматривать веполь как модель воздействия инструмента (В2) и изделия (В1) (Рисунок12).

Третье – представление поля (П), как энергии, необходимой инструменту для воздействия на изделие, на практике приводит к произвольности построения вепольных моделей. Это затрудняет понимание и использование правил вепольного анализа и осложняет выход на стандарты.

Термины вещество, поле и взаимодействия в вепольном анализе понимаются максимально широко. Веществом может быть объект любой сложности и размера от атома до звезды. Взаимодействие – любая форма связи тел или явлений. Поле – не только принятое в современной физике понятие о форме материи, которое осуществляет взаимодействие веществ: гравитационное, электромагнитное, сильное и слабое*, но также «технические» поля**: тепловое, механическое, акустическое и многие другие, например запаховое, информационное, эмоциональное, юридическое. Главный принцип – они должны обеспечивать взаимодействие объектов.

* Такой подход отражён как в квантовой теории поля (см.: Р. Фейнман. Фейнмановские лекции по физике, т. I–III. — М.: Мир, 1965), так и в фундаментальных курсах по теоретической физике (см.: Л. Д. Ландау, Е. М. Лифшиц. Теоретическая физика, т. 2. Поле. — М.: Наука, 1973).

** Согласно МАТХЭМ

Однако, в вепольной модели поле представлено как энергия, необходимая инструменту для изменения изделия. Следовательно, из анализа взаимодействия веществ исключается поле между инструментом и изделием. Таким образом модель отражает источник энергии (ИЭ) и рабочий орган (РО), но не включает обобщенные части системы-изделия: преобразователь (Пр), трансмиссия (Тр), устройство управления (УУ).

Устранить выявленные недостатки возможно путём объединения вепольной модели с альтернативной системой — функцией. Веполь, в качестве базовой системы, нагляден, но не содержит сведений о характере взаимодействия между объектами, тогда как функция отражает действия по изменению изделия, но недостаточно визуализирована, особенно при построении цепочек функций. В результате объединения конструкция веполя изменяется: поле переопределяется как переносчик воздействия инструмента на изделие (Рисунок 14).

Вепольная запись новой модели (Рисунок 15):

При этом, для внесения в модель поля, необходимого инструменту для воздействия на изделие, в веполь достаточно всего лишь добавить один или два элемента: П и/или В (Рисунок 16).

Такая конструкция модели позволяет формировать причинно-следственные цепочки взаимодействий. При их записи можно использовать двунаправленные стрелки, отражающие относительную меру воздействия полей, выраженную размером указателей (Рисунок 17):

С учётом этих корректировок возможно предложить следующее определение:

Функциональный веполь — графическая модель взаимодействия изделия с инструментом (вещественно-полевого).

При этом модель предназначена для демонстрации происходящего в зоне конфликта, а также отражает связь между инструментом и изделием через поле.

В предложенной конструкции веполя понятия вещество и поле идентичны классическим вариантам:

• веществом может быть что угодно, то есть некая вещественная сущность, объект
• полями описывается взаимодействие между веществами на удобном для понимания уровне.

Предложенная формулировка веполя структурирует работу с моделью, благодаря чему:

• исключается включение в веполь веществ, взаимодействующих без получения энергии от поля;
• каждое вещество и соответствующее поле фиксируются и учитываются;
• упрощается подбор объектов-веществ, так как возможно сначала подобрать необходимое поле, выбрав его из ограниченного списка, например МАТХЭМ или другого , а затем подобрать В для его производства;
• облегчается перемещение по системным уровням, то есть перемещение в подсистемы и надсистему в зависимости от необходимой глубины проработки взаимодействия между объектами задачи;
• формируется более строгое отношение к записи модели.

Отражение обратного действия «изделия» на «инструмент» позволяет выявлять конфликты. Цепочками таких «обратных» веполей можно отражать принцип «антидействия», то есть – строить последовательность вредных функций.

Возможности модернизированной вепольной модели удобно рассмотреть на примере ситуации с затруднённой выборкой грунта ковшом экскаватора.

Построение модернизированной модели веполя начинается с формулировки функции:

ковш экскаватора перемещает грунт

Обращение такого веполя позволяет выявить первичный конфликт, автоматически сформировав конфликтующую пару, и сформулировать функцию:

грунт задерживает ковш

Дальнейший анализ возможно проводить по нескольким направлениям – например исследовать зону конфликта на системном и подсистемном уровнях.

Системный уровень:

С помощью системно-функционального подхода взаимодействия между объектами могут быть отражены в виде цепочек функций (Рисунок 21):

Цепочка функций, включающая полевые взаимодействия между веществами, позволяющая визуализировать причинно-следственную цепочку недостатков исследуемого конфликта будет выглядеть уже так (Рисунок 23):

В вепольном виде эти же последовательности отображаются более компактно и значительно более информативно, например сразу видно, что взаимообратные поля идентичны (Рисунок 24 и Рисунок 25):

Также данная конструкция модели позволяет удобно производить операции вепольного анализа: достраивать, разрушать и т.д.

Подсистемный уровень:

Выявив интересующую конфликтующую пару возможно построить модели, взаимодействия обобщенных частей функциональной системы – инструмента.

Цепочка функций:

Вепольная модель, позволяет визуализировать и упростить анализ подсистем функциональной системы, а также, за счёт возможностей визуальной модели производить графические операции:

Также возможно проводить углубленный анализ зоны конфликта с последовательным перемещением на нижние системные уровни:

Далее возможно выявлять конфликт, составлять и разрешать противоречия. А можно произвести простые и наглядные операции ВА и/или осуществить выход на стандарт.

Таким образом, переформулировка назначений и внесение всего одной основной и двух производных корректировок, позволила осуществить переход на принципы системно-функционального подхода, придать инструментам более строгую и однозначную форму и увеличить их эвристическую ценность.

7. Новое преподавание старого

Переходя к созданию эффективной методики преподавания вепольного анализа, необходимо определить ключевые трудности, с которыми сталкиваются учащиеся:

• выбор задачи;
• определение конфликтующей пары и соответствующих полей;
• отсутствие инструмента, упрощающего подбор веществ и полей;
• построение и преобразование моделей.

Методика, основанная на модифицированной системно-функциональной модели веполя, позволяет провести отработку навыков постановки задачи, построения функциональных цепочек и поиска ресурсов. Работа с упрощённым визуальным инструментом создаёт промежуточный этап подготовки, позволяющий учащемуся уверенно переходить к более сложным методам — системно-функциональному анализу и другим решательным инструментам ТРИЗ. Подобно тому, как курс РТВ развивает гибкость и воображение, необходимое для работы с парадоксальными ситуациями, новый подход формирует функциональное мышление, необходимое для уверенного применения аналитических инструментов.

Выбор задачи.

Постановка задачи является ключевым этапом в процессе решения. В ТРИЗ для этой цели используется системно-функциональный анализ, включающий широкий набор инструментов, большинство из которых требуют длительной и кропотливой работы. Однако вепольный анализ изначально задумывался как экспресс-метод, и это его достоинство возможно сохранить, перенеся формулирование задачи на инструменты СФА. Возможность такого манёвра обеспечит шаг формулировки функции перед построением вепольной модели:

• в случае наличия всех элементов - выделение недостатка

функция: грунт задерживает ковш

• при отсутствии элемента — введение Х-фактора с последующей заменой его найденным решением

функция: Х-фактор ускоряет ковш

• при отсутствии действия, а следовательно, и без носителя функции — сформулировать без них и далее подобрать поле из списка полей и действие к нему из списка функциональных глаголов, а затем, при необходимости, подобрать Х-фактор – носитель этого действия.

функция: Х-фактор (?) ковш

С помощью МАТХЭМ сразу можно предложить решение: акустическое поле – вибрация.

вибратор перемещает грунт

Конфликтующая пара (КП).

Как уже было показано в примерах, конфликтующая пара в предложенной модели в большинстве случаев определяется автоматически. В противном случае выявить конфликтующую пару удобно с помощью простого мнемонического правила-предложения: «Как сделать так, чтобы А (не) выполняло действие Б?»

Как сделать так, чтобы камни не задерживали кромку ковша?

Инструмент, упрощающий подбор В–П–В.

При необходимости введения нового вещества значительно проще подбирать соответствующее поле, так как перечень полей существенно меньше. Дополнительным подспорьем служит правило МАТХЭМ, а также вспомогательные списки полей.

Построение и преобразование моделей.

Данная проблема во многом была снята благодаря внесённым изменениям в саму структуру веполя, и использованию СФ подхода при постановке задач. Это обеспечило более строгую и прозрачную логику работы с моделями.

Размытость формулировок (В — любое, П — любое).

Эта проблема снимается за счёт применения инструмента, упрощающего подбор В–П–В (см. выше).

Изучение системы стандартов осложнено необходимостью ознакомиться с большим объёмом форм веполей и стандартов и отсутствием однозначных правил перехода к ним.

Работа с большим объёмом форм веполей и стандартов.

Для упрощения освоения системы стандартов возможно применять промежуточный этап, например — «Правила преобразования веполей», сформулированные В. Никитиным. Как уже указывалось выше, этот свод содержит 11 правил и 12 рекомендаций.

Более компактный набор операций удобен для первоначального изучения. Такой подход позволяет выстраивать последовательное погружение в стандарты: учащиеся знакомятся с упрощёнными преобразованиями, и объём дальнейшего материала уже не воспринимается как чрезмерный.

Однако, несмотря на резкий рост эффективности освоения материала учащимся, ввод упомянутого промежуточного этапа можно рассматривать только как временную меру на период работы над модернизацией системы стандартов, которая ведётся как в части переработки вепольных моделей стандартов в системно-функциональный формат, так и в части разработки правил выбора стандарта.

8. Выводы

Проведённое исследование показало, что вепольный анализ и система стандартов ТРИЗ, несмотря на их значительный эвристический потенциал, в исходном виде не обеспечивают стабильного и воспроизводимого результата при решении задач. Выдвинута гипотеза, что это связано с влиянием сверхзадачи — развития творческого воображения.

В данной работе модель веполя и методика преподавания направлены на устранение недостатков классических моделей при сохранении идеи формирования свободного мышления учащихся. Они стимулируют работу воображения, но в структурированных рамках инструментов. Такая организация обучения формирует навык управления фантазией, при котором поиск решений опирается не на произвольные ассоциации, а на осознанное функциональное моделирование и построение цепочек взаимодействующих функций. В результате не только развивается творческое воображение, но и формируется дисциплина мышления, что превращает вепольный анализ не в усовершенствованный инструмент МПиО, а в средство осознанного и направленного творчества.

Классический вариант вепольного анализа и системы стандартов, в свою очередь, в рамках разрабатываемой методики преподавания может занять место в блоке РТВ как средство развития управляемого воображения, подготавливающее мышление учащихся к освоению модернизированной, алгоритмической версии вепольного анализа.

Список литературы

[1]       Ю.Бельский «Инструменты ТРИЗ для XXI века: современный вещественно-полевой анализ». https://r1.nubex.ru/s828-c8b/f1546_6e/SuFieldBelskiPart1-1-RUSS-BK-1.doc

[2]       Альтшуллер Г. С. Творчество как точная наука. - М.: Сов. радио, 1979.- Кибернетика.

[3]       Альтшуллер Г.С. В сб. "Нить в лабиринте". - Петрозаводск: Карелия, 1988. - С. 165-230, https://www.altshuller.ru/triz/standards.asp

[4]       Петров В. Появление и развитие системы стандартов. Материалы по истории развития ТРИЗ. Тель-Авив, 2007, https://ridero.ru/books/istoriya_razvitiya_standartov

[5]       Рубин М. С. Элепольный анализ как развитие вепольного и функционального анализа в ТРИЗ // Теория и практика ТРИЗ. 2010. https://r1.nubex.ru/s828-c8b/f2017_c9/Элепольный-Рубин-5.pdf

[6]       Кукалев С. В. ЭЛИС. Использование «веполей» для нетехнических задач // Саммит ТРИЗ, 2017. https://r1.nubex.ru/s828-c8b/f2659_0b/Элис%20в%20практике_Саммит_2018.pdf

[7]       Никитин В. Н. Правила преобразования веполей. – 2019. URL: https://r1.nubex.ru/s828-c8b/f2720_e8/EDU-Никитин-Правила%20преобразования%20веполей-TDS-2019.pdf

[8]       Cмирнов Е. Е. Элементно-функциональное моделирование конфликтов. 2019. URL: https://ratriz.ru/wp-content/uploads/2019/04/Smirnov-E.E.-Ilementno-funktsionalnoe-modelirovanie-konfliktov.pdf.

[9]       Королёв В. А. Веполи: 20 лет спустя. http://coroliov.trizinfor.org/data/c82.htm.

[10]   Фейгенсон Н. Б. Вепольный анализ и его аналоги – прагматические аспекты // ТРИЗ-материалы. https://r1.nubex.ru/s828-c8b/f2000_0d/TDS-2013_Feygenson_Su_Field_notes.pdf

[11]   Greenberg S. Introducing substance-field as a method for studying living systems // TRIZ Journal.

[12]   Злотин Б. Л., Зусман А. В. Модели для творца. Теория развития коллективов. – 1994. URL: https://triz-summit.ru/triz/metod/204046.

[13]   Мурашковский Ю. С. Биография искусств. Ч. 1. – Петрозаводск: Скандинавия, 2007. – 234 с.; Ч. 2. – Петрозаводск: Скандинавия, 2007. – 316 с.

[14]   Рубин М. С. Универсальная система стандартов на решение изобретательских задач – 2010. URL: https://r1.nubex.ru/s828-c8b/f2907_c0/Стандарты-2010-2012-5.pdf

[15]   Кислов А.В. ТРИЗ и алгоритмы мышления — М.: КТК «Галактика», 2023. —336 с.ил.

[16]   Альтшуллер Г.С. Вепольный анализ. Методуказания по проведению занятий. 1973. https://www.altshuller.ru/engineering/engineering22.asp

Юные бутлегеры перевозят свой товар в лодке на реке. Постоянно есть угроза быть застигнутыми полицией. Тогда во избежание неприятностей нужно поскорее избавиться от сложенных в лодке бутылок. Но, если просто выбросить их в воду, они буду плавать на виду у всех. Если же их утопить, то будет жалко терять выручку.

Как им быть?

Контрольное решение и решение ИИ ChatGPT доступно в телеграм канале.

Известный в прошлом гроссмейстер Иоганн Цукерторт очень изобретательно воспользовался приемом объединения. Он вызвал на поединок двух гроссмейстеров сразу – Стейница и Блекберна – и заключил пари, что проведет с ними сеанс одновременной игры вслепую, причем наберет не менее одного очка. Оба гроссмейстера играли сильнее Цукерторта и пари, естественно, приняли. Так вот, Цукерторт искомое очко набрал. Как? Вовсе не шахматной силой, он использовал прием объединения. Цукерторт соединил гроссмейстеров друг с другом. Ходы Стейница он передавал Блекберну, а ходы Блекберна – Стейницу, естественно, не рассказывая о том, что его роль сводится только к роли рассыльного. Он мог и вовсе не уметь играть в шахматы, результат был бы тем же...

Больше об изобретательстве и ТРИЗ можно узнать в нашем Telegram-канале

Павел Амнуэль «Удивительный мир фантазий»

Интересный пример решения задачи с помощью принципа "сделать наоборот".

Больше об изобретательстве и ТРИЗ можно узнать в нашем Telegram-канале

В 2009 году государство Казахстана забрало у миллиардера Маргулана Сейсембаева банк, строительную и нефтяную компанию, было возбуждено много уголовных дел (в том числе международных) по факту создания ОПГ и финансовых махинаций. В мире, его розыском занялись ФБР, Интерпол и др.

Маргулан хотел доказать, что обвинения ложные, подключив к делу международные юридические фирмы, тогда он понял, что в мире справедливости не существует ("даже в Лондоне"). От участия в деле отказались все крупные юридические компании, из страха проиграть и быть подвергнутыми взысканию гонорара. Отказались и аудиторские компании.

Тогда он самостоятельно составил список всех важных транзакций своего банка и с полученной схемой приехал "сдаваться" в Швейцарию. Прокурор ознакомился со схемой, но попросил, чтобы кто-нибудь её верифицировал, т.е. фактически обвиняемый должен доказать, что он не виновен, тогда как, наоборот, по юридическим нормам, суд должен доказывать его вину.

Поскольку никто не согласился доказывать его невиновность, он решил пойти обратным путем - нанял компанию, чтобы она пыталась доказать его вину. Другими словами, эта компания стала работать на стороне обвинения по заказу самого обвиняемого.

В итоге компания не смогла доказать его вину и верифицировала схему транзакций, а прокурору Цюриха пришлось закрыть дело за отсутствием события преступления в принципе. Далее, уголовные дела прекратили и в других европейских странах, а затем и в Казахстане.

Источник

В данном отрывке упоминается инструмент "оператор РВС" - это серия мыслительных экспериментов для снятия инерции мышления или для преодолении привычных представлений о рассматриваемом объекте. Р - размер, В - время, С - стоимость. Воображаемое изменение указанных параметров объекта помогает преодолеть стереотипы и в целом развивает творческое воображение.

Больше об изобретательстве и ТРИЗ можно узнать в нашем Telegram-канале.

«Школьная (и тем более «вузовская») физика дает очень мощный и почти универсальный набор инструментов. Вот только пользоваться этими инструментами обычно не умеют...

Вспомним хотя бы задачу 5. Есть пистолет, нужно определить, был ли двое суток назад произведен выстрел из этого пистолета или нет. Задача возникла из-за того, что событие произошло раньше, а не в данный момент. Сократим время до нуля (как того требует оператор РВС). Представьте себе, что в соседней комнате некто произвел выстрел (или десять выстрелов - все равно), затем мгновенно (в течение микросекунды) вычистил пистолет и передал вам два пистолета. Надо определить, из какого именно пистолета произведен выстрел.

Решить такую задачу не представляет никакого труда: пистолет, из которого только что стреляли, имеет более высокую температуру. Значит, в общем виде решение такое: надо измерять физические характеристики, закономерно меняющиеся после выстрела. Однако температура - плохой показатель, слишком уж быстро она падает до нормальной величины. Выстрел сопровождается не только повышением температуры, но и ударными нагрузками на материал ствола. Ствол - стальной, сталь - ферромагнетик, естественное магнитное поле Земли намагничивает сталь, при выстреле происходит размагничивание: нужно какое-то время, чтобы сталь снова намагнитилась. В этой цепи рассуждений использована простейшая «школьная» физика. Но ее достаточно для решения: «Способ установления давности выстрела при судебно-баллистической экспертизе путем определения изменяющихся во времени физических свойств ствола после стрельбы, отличающийся тем, что с целью определения времени выстрела из обнаруженного на месте происшествия оружия замеряют магнитным прибором степень намагниченности ствола и производят контрольный отстрел из этого оружия, а затем осуществляют контрольные замеры степени намагниченности ствола каждые 24 часа до момента показания прибора, равного степени намагниченности) ствола во время изъятия оружия» (а. с. № 284 303).

С этой задачей эксперименты велись почти шесть лет. Задача ни разу не поддавалась быстрому решению простым перебором вариантов. Но если вводилась подсказка: «Пистолет сделан из стали», задачу сразу решали 30 % испытуемых. Если подсказка звучала так: «Пистолет сделан из стали, а это - ферромагнитный материал», задачу сразу решали 80 % испытуемых (преимущественно в общей форме: надо проверить, как после выстрела меняются магнитные характеристики). Без подсказок, но с предварительной обработкой по оператору РВС задачу сразу решали 20 % испытуемых, начинающих изучать АРИЗ (первый курс в общественных институтах изобретательского творчества), и до 70 % более опытных испытуемых (второй курс).

Физические эффекты существуют как бы сами по себе, а задача - сама по себе; в мышлении изобретателя нет надежного моста, соединяющего физику с изобретательскими задачами; знания в значительной мере простаивают, не используются.»

Г.С. Альтшуллер, Творчество как точная наука. Теория решения изобретательских задач., «Советское радио», 1979г., с. 79-80.

«Как возникают новые виды животных? В результате действия различных мутагенных факторов появляются новые признаки. В огромном большинстве случаев они бесполезны или даже вред­ны. И лишь изредка появляется признак, полезный для организ­ма. Естественный отбор бракует особи с неудачными новыми признаками и способствует сохранению и распространению осо­бей с признаками полезными.

Больше об изобретательстве и ТРИЗ можно узнать в нашем Telegram-канале.

Таков и традиционный механизм работы при решении изоб­ретательских задач. Изобретатели, не зная законов развития технических систем, генерируют — мысленно и в металле — мно­жество различных вариантов решения. Жизнеспособными ока­зываются только те «мутации», которые действуют в направле­нии, совпадающем с объективно существующими законами развития.

У природы нет сознания, разума: результаты мутаций не изу­чаются, борьба за повышение «процента удачных мутаций» не ведется. В технике есть возможность накопить опыт «мутаций», исследовать его, выявить «правила удачного мутирования», от­ражающие объективные законы развития. Это позволит вести «мутации» сознательно: первый же выдвинутый вариант должен быть наилучшим.

Воображение — вольно или невольно — создает определенный образ задачи. Прочитал человек условия, и сразу же вспыхивает мысленный экран с высвеченной на нем картинкой (рис. 5).

Мышление несистемно. Не успели люди в процессе эволюции выработать системное видение мира. Если в задаче сказано «де­рево», человек видит именно дерево.

Начинается перебор вариантов. Дерево становится чуть боль­ше, чуть меньше... Часто на этом все кончается: ответ не найден, задача признана неразрешимой.

Это — обычное мышление. Талантливое воображение одно­временно зажигает три экрана (рис. 6): видны надсистема (груп­па деревьев), система (дерево), подсистема (лист). (рис. 7)

Конечно, это минимальная схема. Иногда включаются и дру­гие экраны: наднадсистема (лес) и подподсистема (клетка листа). А главное — все это видно в развитии, потому что работают боковые экраны, показывающие прошлое и будущее на каждом уровне. Девять (минимум девять!) экранов системно и динамич­но отражают системный и динамичный мир (рис. 7)».

Г.С. Альтшуллер, Найти идею. Введение в теорию решения изобретательских задач., «Альпина бизнес букс», 2007г., с. 70-72.

«Техника – совокупность объектов природного и искусственного происхождения, повышающих эффективность деятельности человека сверх возможностей, присущих ему биологически.

Больше об изобретательстве и ТРИЗ можно узнать в нашем Telegram-канале.

Издавна человек использовал природные объекты в своих целях. Палкой можно сбить плод с дерева, перевернуть камень, её можно применить в качестве оружия – дротика. Выступая в качестве инструмента достижения цели, природный объект уже может считаться техническим объектом.

Если технический объект состоит из двух или более частей и благодаря этому имеет какие-то особые свойства, не сводящиеся к свойствам любой отдельной части, то такой объект называется технической системой (ТС).

Так, специально выбранная и обработанная палка-дротик имеет две явно различающиеся части: древко, за которое удобно держаться рукой, и остриё. Такой дротик является уже простейшей ТС.

Техническая система – совокупность взаимосвязанных материальных частей (элементов), предназначенная для повышения эффективности деятельности человека (общества) и обладающая хотя бы одним свойством, которым не обладает ни одна из составляющих её частей».

А.А. Гин, А.В. Кудрявцев, В.Ю. Бубенцов, А. Серединский, ТРИЗ. Учебное пособие 1 уровня., «Народное образование», 2009г., с. 10