Методы решения творческих задач как средство формирования проектной культуры учащихся

Введение 

     Становление инициативной и творческой личности с нестандартным мышлением начинается уже в школе. Задача основной школы заключается не только в том, чтобы дать ученику общеобразовательную подготовку, содействующую формированию познавательных интересов, но и в том, чтобы выявить и развить индивидуальные психические и образовательные ресурсы личности и направить их на реализацию своих социальных прав, связанных со свободой профессионального выбора.

     Учитывая концепцию профильного обучения учащихся на старшей ступени среднего (полного) образования, выпускники основной школы должны быть подготовлены к более осознанному принятию решения о выборе направления профилизации собственной деятельности, достаточно обоснованному проектированию своих жизненных  и профессиональных планов. Исходя из этого, можно предположить, что реализация жизненных планов будет происходить успешнее, если человек будет обладать высоким уровнем сформированности проектировочных и конструктивных умений (проектной культурой).

  Объект исследования – проектная культура учащихся.

  Предмет исследования – формирование проектной культуры учащихся посредством решения изобретательских и рационализаторских задач.

     Цель исследования – разработать методику формирования проектной культуры учащихся посредством решения изобретательских и рационализаторских задач.

   Задачи исследования:

определить сущность проектной культуры;

выявить на основе анализа научно – педагогической литературы подходы к процессу формирования проектной культуры школьников;

ГЛАВА 1 Проектная культура учащихся как составная часть технологической культуры.

1. Сущность проектного метода обучения

       Проектом (от латинского, projectus – выдвинутый вперед) называют реалистический замысел о желаемом будущем. Проектный замысел содержит в себе рациональное обоснование и конкретный способ (технологию) своей практической осуществимости. Иначе говоря, проектный замысел указывает нам, что и как нужно сделать для его воплощения в жизнь, т. е. получить, изготовить, создать, построить или сконструировать то, в чем мы нуждаемся и чего пока не имеем, но сможем иметь, если приложим к тому надлежащие умственные и физические усилия.

          Проектирование есть процесс разработки такого рода замысла и его фиксации в какой-либо внешне выраженной знаковой форме – буквенно-цифровом тексте, графическом изображении, объемном макете, действующей модели, изделий и т. д.

          В проектном процессе выделяют три главнейшие стадии, или фазы. На первой выдвигается плодотворная гипотетическая идея, содержательное ядро, зародыш смысла, способный к дальнейшему росту и развитию. На средней, из первоначально туманной и недифференцированной идеи вырисовываются постепенно усложняющийся проектный образ, детальная картина, многоплановая панорама желаемого. Предметом такого опережающего образного представления может быть что угодно: какой-либо неизвестный дотоле продукт, комплекс изделий или порядок вещей; новая сеть связей, организационная структура и система отношений; новое состояние дел или закономерно управляемое течение событий. Завершающая фаза проектирования – составление проектно-технологической документации.

          Покуда проект не реализован, его допустимо многократно пересматривать и перепроверять с целью обнаружить, скорректировать и свести к минимуму недосмотры, просчеты и ошибки, неизбежно вкрадывающиеся в любые человеческие начинания. После того как проект будет воплощен, исправление таких ошибок, подчас крайне опасных, может оказаться слишком сложным и трудоемким, долгим, дорогим или даже совсем неосуществимым.

                    Проектный метод предполагает принципиально иной подход: «Подумай, вообрази, поразмысли над тем, каким путем и какими средствами это возможно было бы выполнить».

          Иными словами, необходимое знание и правильные ответы на возникающие вопросы ученику нужно добывать собственными силами – именно этому и надлежит учить в первую очередь. А лучший способ такого учения – заняться разработкой и осуществлением того или иного учебного проекта. Поскольку пути, способы и средства, ведущие к цели, заранее детям не сообщаются, каждый ученик должен сам их найти, открыть или изобрести, а потом логически построить или сконструировать.

          Каковы же в подобной ситуации роль и обязанности учителя? Резко возрастает объем его консультаций и диалогов с учениками. Авторитет учителя базируется теперь на умении стимулировать ту умственную активность детей, в которой они уже сами лично заинтересованы ради успеха в предпринятой ими проектной деятельности.

          В ходе работы над проектом учитель подсказывает лишь общее направление и главные ориентиры маршрута поисков. Он говорит ребенку: «Хорошо, сейчас ты еще не знаешь требуемого ответа. Но давай порассуждаем, как к нему придти. Поищем ответ с помощью мысленного эксперимента. Выдвинем гипотезу, т.е. предположительную идею,  какую-то начальную догадку и примем ее в качестве исходного допущения. Скажем, что большое и сложное задание можно подразделить на несколько более простых частей; взять какую-то одну и поступить с ней, например, вот так, а с другой  эдак и посмотреть, что выйдет…  Если сразу станет ясно, что из этого ничего не получится, тут же отбросим эту гипотезу, предложим взамен какую-нибудь иную и подвергнем тому же « практическому испытанию в уме». Принцип понятен? Теперь постарайся вообразить и по возможности ярче представить себе, к чему ты пришел бы во второй, третий или n-раз, поступая с заданием выше описанным способом. Иначе говоря, начнем проектировать, т.е. и далее развивать, логически испытывать, критически оценивать, шаг за шагом все более подробно уточнять, а подчас и смело изменять наш исходный замысел. Попробуем выполнять задание в нашем воображении, мысленно продвигаясь к цели по предложенному тобою пути. А чтобы не упускать из виду ничего существенного, будем как-то размечать путь нашей мысли, расставлять на нем опорные вехи посредством записей, рисунков или каких-нибудь иных внешних знаков. Сделаем первый шаг, затем второй – что вышло? Ах, совсем не то, что ты ожидал? Дальше пути нет? Впереди одни сплошные противоречия? Мысль зашла в тупик? Ничего страшного, где-то произошла ошибка, только и всего…».

          Человеку свойственно ошибаться и в делах, и в мыслях. Ошибок всегда будет очень много, от них не застрахован никто, и нечего сразу впадать из-за них в панику. Но нужно уметь вовремя их обнаруживать постоянной проверкой – и лучше в мыслях и рисунках, планах и схемах, расчетах и чертежах, нежели в ходе практического их воплощения. Ведь при этом можно сравнительно легко и быстро исправить самые серьезные ошибки. Именно для этого и служит проектирование – воображаемое (иногда говорят – виртуальное) созидание, испытание и проверка того, что мы хотим создать и построить на практике. Ошибочную гипотезу, неверное допущение в начальном замысле или ложный шаг при его разработке – если обнаружить их достаточно рано – сравнительно легко исправить еще в проекте. Подчеркну снова и снова: ошибки не страшны в ходе мысленного эксперимента и проектного поиска. Они становятся страшны – а часто и катастрофичны – с того момента, когда в проекте уже нельзя ничего изменить. И особенно, когда проект, таящий необнаруженную ошибку, осуществляется на деле. Не следует пугаться ошибок. Первостепенную важность имеет то обстоятельство, что систематическому их обнаружению и тщательному исправлению на стадии разработки проекта надо специально учиться.

          Стало быть, с точки зрения проектно-конструкционного подхода и конечных целей образования, каждому ученику в процессе проектного поиска желательно, да и просто необходимо совершать, а затем, разумеется, находить и исправлять у себя ошибки. Выражение «на ошибках учатся» более всего справедливо как раз в случае проектирования.

Весь материал - смотрите документ.

МЕТОДЫ РЕШЕНИЯ ТВОРЧЕСКИХ ЗАДАЧ КАК СРЕДСТВО ФОРМИРОВАНИЯ ПРОЕКТНОЙ КУЛЬТУРЫ УЧАЩИХСЯ

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

ГЛАВА 1 Проектная культура учащихся как составная часть технологической культуры.

1. Сущность проектного метода обучения

2. Проектная деятельность – основа формирования проектной культуры учащихся.

3. Проектная культура – неотъемлемая часть технологической культуры. Подходы к процессу формирования проектной культуры учащихся.

ГЛАВА 2 Теория и методика решения изобретательских и рационализаторских задач.

2.1 Методы и приемы решения изобретательских и рационализаторских задач.

2.2 Алгоритм решения изобретательских и рационализаторских задач

2.2.1 Анализ условия задачи

2.2.2 Анализ модели задачи

2.2.3 Определение идеального решения и физического противоречия

2.2.4 Мобилизация и применение ВПР

2.2.5 Применение информфонда

2.2.6 Изменение или замена задачи

2.2.7 Анализ способа устранения физического противоречия

2.2.8 Применение полученного ответа

2.2.9 Анализ хода решения

Таблицы:

1. Схемы типичных конфликтов в моделях задач

2. Разрешение физических противоречий

Приложения:

1. Задача о перевозке шлака

2. Задача об опылении цветов

3. Задача о макете парашюта

4. Задача об обнаружении частиц

5. Признаки объекта и возможные варианты их реализации

6. Задачник

Заключение

Список использованной литературы

Введение

Становление инициативной и творческой личности с нестандартным мышлением начинается уже в школе. Задача основной школы заключается не только в том, чтобы дать ученику общеобразовательную подготовку, содействующую формированию познавательных интересов, но и в том, чтобы выявить и развить индивидуальные психические и образовательные ресурсы личности и направить их на реализацию своих социальных прав, связанных со свободой профессионального выбора.

Учитывая концепцию профильного обучения учащихся на старшей ступени среднего (полного) образования, выпускники основной школы должны быть подготовлены к более осознанному принятию решения о выборе направления профилизации собственной деятельности, достаточно обоснованному проектированию своих жизненных и профессиональных планов. Исходя из этого, можно предположить, что реализация жизненных планов будет происходить успешнее, если человек будет обладать высоким уровнем сформированности проектировочных и конструктивных умений (проектной культурой).

Объект исследования – проектная культура учащихся.

Предмет исследования – формирование проектной культуры учащихся посредством решения изобретательских и рационализаторских задач.

Цель исследования – разработать методику формирования проектной культуры учащихся посредством решения изобретательских и рационализаторских задач.

Задачи исследования:

1. определить сущность проектной культуры;

2. выявить на основе анализа научно – педагогической литературы подходы к процессу формирования проектной культуры школьников;

ГЛАВА 1 Проектная культура учащихся как составная часть технологической культуры.

1. Сущность проектного метода обучения

Проектом (от латинского, projectus – выдвинутый вперед) называют реалистический замысел о желаемом будущем. Проектный замысел содержит в себе рациональное обоснование и конкретный способ (технологию) своей практической осуществимости. Иначе говоря, проектный замысел указывает нам, что и как нужно сделать для его воплощения в жизнь, т. е. получить, изготовить, создать, построить или сконструировать то, в чем мы нуждаемся и чего пока не имеем, но сможем иметь, если приложим к тому надлежащие умственные и физические усилия.

Проектирование есть процесс разработки такого рода замысла и его фиксации в какой-либо внешне выраженной знаковой форме – буквенно-цифровом тексте, графическом изображении, объемном макете, действующей модели, изделий и т. д.

В проектном процессе выделяют три главнейшие стадии, или фазы. На первой выдвигается плодотворная гипотетическая идея, содержательное ядро, зародыш смысла, способный к дальнейшему росту и развитию. На средней, из первоначально туманной и недифференцированной идеи вырисовываются постепенно усложняющийся проектный образ, детальная картина, многоплановая панорама желаемого. Предметом такого опережающего образного представления может быть что угодно: какой-либо неизвестный дотоле продукт, комплекс изделий или порядок вещей; новая сеть связей, организационная структура и система отношений; новое состояние дел или закономерно управляемое течение событий. Завершающая фаза проектирования – составление проектно-технологической документации.

Покуда проект не реализован, его допустимо многократно пересматривать и перепроверять с целью обнаружить, скорректировать и свести к минимуму недосмотры, просчеты и ошибки, неизбежно вкрадывающиеся в любые человеческие начинания. После того как проект будет воплощен, исправление таких ошибок, подчас крайне опасных, может оказаться слишком сложным и трудоемким, долгим, дорогим или даже совсем неосуществимым.

Проектный метод предполагает принципиально иной подход: «Подумай, вообрази, поразмысли над тем, каким путем и какими средствами это возможно было бы выполнить».

Иными словами, необходимое знание и правильные ответы на возникающие вопросы ученику нужно добывать собственными силами – именно этому и надлежит учить в первую очередь. А лучший способ такого учения – заняться разработкой и осуществлением того или иного учебного проекта. Поскольку пути, способы и средства, ведущие к цели, заранее детям не сообщаются, каждый ученик должен сам их найти, открыть или изобрести, а потом логически построить или сконструировать.

Каковы же в подобной ситуации роль и обязанности учителя? Резко возрастает объем его консультаций и диалогов с учениками. Авторитет учителя базируется теперь на умении стимулировать ту умственную активность детей, в которой они уже сами лично заинтересованы ради успеха в предпринятой ими проектной деятельности.

В ходе работы над проектом учитель подсказывает лишь общее направление и главные ориентиры маршрута поисков. Он говорит ребенку: «Хорошо, сейчас ты еще не знаешь требуемого ответа. Но давай порассуждаем, как к нему придти. Поищем ответ с помощью мысленного эксперимента. Выдвинем гипотезу, т.е. предположительную идею, какую-то начальную догадку и примем ее в качестве исходного допущения. Скажем, что большое и сложное задание можно подразделить на несколько более простых частей; взять какую-то одну и поступить с ней, например, вот так, а с другой эдак и посмотреть, что выйдет… Если сразу станет ясно, что из этого ничего не получится, тут же отбросим эту гипотезу, предложим взамен какую-нибудь иную и подвергнем тому же « практическому испытанию в уме». Принцип понятен? Теперь постарайся вообразить и по возможности ярче представить себе, к чему ты пришел бы во второй, третий или n-раз, поступая с заданием выше описанным способом. Иначе говоря, начнем проектировать, т.е. и далее развивать, логически испытывать, критически оценивать, шаг за шагом все более подробно уточнять, а подчас и смело изменять наш исходный замысел. Попробуем выполнять задание в нашем воображении, мысленно продвигаясь к цели по предложенному тобою пути. А чтобы не упускать из виду ничего существенного, будем как-то размечать путь нашей мысли, расставлять на нем опорные вехи посредством записей, рисунков или каких-нибудь иных внешних знаков. Сделаем первый шаг, затем второй – что вышло? Ах, совсем не то, что ты ожидал? Дальше пути нет? Впереди одни сплошные противоречия? Мысль зашла в тупик? Ничего страшного, где-то произошла ошибка, только и всего…».

Человеку свойственно ошибаться и в делах, и в мыслях. Ошибок всегда будет очень много, от них не застрахован никто, и нечего сразу впадать из-за них в панику. Но нужно уметь вовремя их обнаруживать постоянной проверкой – и лучше в мыслях и рисунках, планах и схемах, расчетах и чертежах, нежели в ходе практического их воплощения. Ведь при этом можно сравнительно легко и быстро исправить самые серьезные ошибки. Именно для этого и служит проектирование – воображаемое (иногда говорят – виртуальное) созидание, испытание и проверка того, что мы хотим создать и построить на практике. Ошибочную гипотезу, неверное допущение в начальном замысле или ложный шаг при его разработке – если обнаружить их достаточно рано – сравнительно легко исправить еще в проекте. Подчеркну снова и снова: ошибки не страшны в ходе мысленного эксперимента и проектного поиска. Они становятся страшны – а часто и катастрофичны – с того момента, когда в проекте уже нельзя ничего изменить. И особенно, когда проект, таящий необнаруженную ошибку, осуществляется на деле. Не следует пугаться ошибок. Первостепенную важность имеет то обстоятельство, что систематическому их обнаружению и тщательному исправлению на стадии разработки проекта надо специально учиться.

Стало быть, с точки зрения проектно-конструкционного подхода и конечных целей образования, каждому ученику в процессе проектного поиска желательно, да и просто необходимо совершать, а затем, разумеется, находить и исправлять у себя ошибки. Выражение «на ошибках учатся» более всего справедливо как раз в случае проектирования.

Основные требования к использованию метода проектов:

- наличие значимой в исследовательском творческом плане проблемы/задачи, требующей интегрированного знания, исследовательского поиска для ее решения (например, исследование демографической проблемы в разных регионах мира; создание серии репортажей из разных концов земного шара по одной проблеме; проблема влияния кислотных дождей на окружающую среду и т. п.);

- практическая, теоретическая, познавательная значимость предполагаемых результатов (например, доклад в соответствующие службы о демографическом состоянии данного региона, факторах, влияющих на это состояние, тенденциях, прослеживающихся в развитии данной проблемы; совместный с партнером по проекту выпуск газеты, альманаха с репортажами с места событий; охрана леса в разных местностях, план мероприятий и т.п.);

- самостоятельная (индивидуальная, парная, групповая) деятельность учащихся;

- структурирование содержательной части проекта (с указанием поэтапных результатов);

- использование исследовательских методов, предусматривающих определенную последовательность действий:

• определение проблемы и вытекающих из нее задач исследования (использование в ходе совместного исследования метода «мозговой атаки», «круглого стола»);

• выдвижение гипотезы их решения;

• обсуждение методов исследования (статистических, экспериментальных, наблюдений и пр.);

• обсуждение способов оформления конечных результатов (презентаций, защиты, творческих отчетов, просмотров и пр.);

• сбор, систематизация и анализ полученных данных;

• подведение итогов, оформление результатов, их презентация;

• выводы, выдвижение новых проблем исследования.

Выбор тематики проекта в разных ситуациях может быть различным. В одних случаях учителя определяют тематику с учетом учебной ситуации по своему предмету, естественных профессиональных интересов, интересов и способностей учащихся. В других – тематика проектов, особенно предназначенных для внеурочной деятельности, может быть предложена и самими учащимися, которые, естественно, ориентируются при этом на собственные интересы, не только чисто познавательные, но и творческие, прикладные.

1.2 Проектная деятельность – основа формирования проектной культуры учащихся.

Выполнение проектов представляет собой процесс взаимодействия и сотрудничества учителя и учащихся.

По мнению Полата Е.С., при использовании метода проектов учитель должен заранее тщательно подготовиться к таким урокам, т.к. это не «ежедневные» технологии. В начале учебного года желательно выделить те темы (наиболее сложные в плане понимания, усвоения), вопросы, разделы программы конкретного курса, по которым желательно было бы провести проект, чтобы дать возможность учащимся более глубоко и детально вникнуть в материал, дать возможность «самостоятельно в нем разобраться не на уровне воспроизведения, а на уровне применения данного материала для решения какой-то значимой проблемы, для приобретения нового знания».

Проект требует тщательной подготовки и проведение его занимает достаточно много уроков. Перед проектной деятельностью учитель должен четко определить для себя основную проблему (и частные задачи), а также возможные гипотезы их решения. Он также определяет: какие знания, умения, навыки из ранее усвоенных потребуются учащимся при работе над проектом, какие новые знания, умения, навыки должны ребята приобрести в ходе работы над проектом, что им может потребоваться для успешной работы (информация, средства обучения, инструменты), какими методами они предположительно могут воспользоваться и какая при этом им может потребоваться помощь (анкетирование, интервью, беседы, работа с документами, поиск информации в Интернете). Учитель должен продумать весь ход работы над проектом.

Такая работа над проектами, по словам Хотунцева Ю.Л., позволяет полнее раскрыть творческий потенциал учителя, но в то же время усложняются стоящие перед ним задачи. Кроме выше перечисленных задач, учитель должен уметь индивидуально подходить к каждому учащемуся, глубоко знать его возможности, не подавлять инициативу ребенка, уважать его достоинство, проявлять доброжелательность и мягкость при высказывании критических замечаний.

Совместная работа учителя и учащихся начинается с первого этапа проектирования, а именно с постановки задачи (проблемы) проекта, когда «формулировка сразу приглашает и вовлекает ребенка в творческий процесс» Начиная с первого этапа и на всем протяжении выполнения проекта, учитель находится, как считает Чечель И., в самой сложной ситуации – «в роли независимого консультанта», когда трудно удержаться от подсказок учащимся. Ни саму проблему, ни гипотезы, ни методы исследования творческой, поисковой деятельности преподаватель не должен давать учащимся в готовом виде. Он лишь направляет мысль учеников в нужное русло. Но если ученики высказывают собственные суждения, отличные от мнения учителя и даже явно ошибочные с его точки зрения, учитель ни в коем случае не навязывает ребятам своего мнения. Учащиеся сами должны прийти к выводу о правомерности выдвинутых гипотез, проблем или их ошибочности, но при этом они должны подтвердить свою точку зрения аргументами, доказательствами, фактами. Как мы видим, роль учителя при выполнении проектов изменяется. Она различна на разных этапах проектирования.

Итак, на первом уроке проектирования учитель предлагает ученикам ту или иную ситуацию в любом удобном для него, но достаточно наглядном виде, содержащую приготовленную (задуманную) в скрытом виде проблему, которую ребята должны «уловить» и сформулировать. Как говорит Полат Е.С., «задача учителя – так показать ситуацию, чтобы учащиеся как можно ближе к ней сформулировали проблему, но…совершенно самостоятельно!» . Далее учитель предлагает попробовать найти способы решения этой проблемы и здесь можно задавать наводящие вопросы, которые не уведут учеников слишком далеко от задуманного учителем сценария. Задача учащихся – дать как можно больше аргументированных гипотез. Это метод «мозговой атаки». Все предложения записываются на доске без комментариев. Затем начинается их коллективное обсуждение. В результате на доске остается четыре-пять гипотез (по количеству задуманных учителем исследовательских групп). И вот тогда учитель предлагает каждой из групп взяться за работу по одной из этих гипотез (обычно по той, которую кто-то из данной группы выдвигал). На этом же уроке учитель предлагает уже в рамках каждой исследовательской группы обсудить возможные методы исследования, источники информации. Все предложения группы обсуждаются всем классом, вносятся коррективы, предложения. Деятельность в рабочих группах помогает научиться учащимся работать в «команде». При этом неизбежно происходит формирование такого конструктивного критического и творческого мышления, которому трудно научить при обычной «урочной» форме обучения. Развитие критического мышления включает в себя развитие:

• аналитического мышления (анализ, отбор, сравнение фактов);

• ассоциативного мышления (установление ассоциаций с уже изученным);

• самостоятельное мышление;

• логическое мышление (умение выстраивать логику доказательности принимаемого решения, внутреннюю логику решаемой проблемы, логику последовательности действий и пр.);

• системное мышление (умение рассматривать изучаемый объект, проблему в целостности их связей и характеристик).

Формирование и развитие творческого мышления предполагает следующие умения:

• мысленного экспериментирования, пространственного воображения;

• самостоятельного переноса знаний для решения новой задачи, проблемы;

• комбинаторские (способности комбинировать ранее известные методы в новый комбинированный, комплексный способ);

• прогностические (способность предвидеть возможные последствия принимаемых решений, устанавливать причинно-следственные связи);

• эвристичность мышления, интуитивное озарение, инсайт.

После коллективного обсуждения предлагаемые методы исследования утверждаются. На протяжении последующих уроков учитель может работать даже по другим темам программы, но обязательно отводить часть урока на работу над данным проектом. Основная поисковая деятельность происходит во внеурочное время. На уроке могут проводиться какие-то эксперименты, лабораторные работы, требующие специального оборудования, обсуждения в группах или коллективно и т.д. После того, как проект выполнен происходит его защита. Каждая группа вправе решить сама, какую форму презентации и оформления результатов своей проектной деятельности она изберет, какую систему и средства доказательств она представит. По мнению Кругликова Г.И. , проектная деятельность учащихся не может быть оценена неудовлетворительно, как обычная учебная, т.к. процесс построен с целью довести каждый проект до логического конца. Учитель должен подводить школьника к тому, чтобы он мог многопланово оценивать собственную работу. Отдельно оценивается качество выполненного изделия и документация, разработанная или собранная в процессе подготовительного и технологического этапов; анализируются знания, приобретенные при выполнении проекта, которые являются достаточно глубокими у ребят. Особо должна быть проанализирована рациональности предложенной и выполненной технологии. Такой прагматичный подход, становящийся привычным, вырабатывает у учащихся активную и адекватную жизненную позицию. После защиты гипотезы группой остальные ребята имеют право как оппоненты задавать членам исследовательской группы любые вопросы по данной теме. Класс либо соглашается с представленной системой доказательств, либо высказывает сомнения в их достоверности или достаточности. Тогда группе предлагается либо продолжить исследование либо принять другую точку зрения. Учащиеся имеют право выбора. После того, как все гипотезы нашли (или какая-то оказалась отвергнутой) свое подтверждение, ребятам предлагается заглянуть немного вперед и спрогнозировать новые проблемы, возникающие в результате полученных знаний.

Итак, мы рассмотрели взаимную деятельность учителя и учащихся в процессе выполнения проектов. Мы увидели, что метод проектов требует от учителя определенного мастерства, умения работать по ситуации, одновременно организовывать и направлять разные виды деятельности детей, в совершенстве владеть проектной деятельностью и всеми теми методами, которыми овладевают учащиеся в процессе работы над проектом. Используя метод проектов, учитель и учащиеся решают актуальную задачу современного общества: научить самостоятельно добывать и применять полученные знания, быстро адаптироваться к новой ситуации, самостоятельно и ответственно принимать решения, уметь работать в коллективе. Следовательно, метод проектов дает возможность отказаться от авторитарности в обучении и поощрить личную инициативу учащихся, которые приобретают знания самостоятельно, получая коммуникативные навыки и умения при работе в группе.

1. Проектная культура – неотъемлемая часть технологической культуры. Подходы к процессу формирования проектной культуры учащихся.

Понятие о проектной культуре опирается на представление о проектировании как универсальном и автономном - в интеллектуальном и социально- культурном отношениях - типе деятельности, показательном для современной стадии научно-технического прогресса и общей интеллектуальной культуры.

С этой целью нами была дана типологическая характеристика проектирования, увязанная с представлениями о строении техносферы и процессе научно-технической революции; а также рассмотрена динамика появления новых видов проектной деятельности, практикуемых сегодня наряду с дизайном (эргономическое, социальное, экологическое проектирование), и новых методологических установок (средовой подход, аксиологическая и мифопоэтическая ориентация).

Психологической основой проектирования является проектное воображение - та взаимосвязь" аффективных и символичес­ких процессов сознания, в которой исходные ценностные переживания выражаются в проектных образах, являющихся по сво­ей ценностной сути замыслами о будущих состояниях жизни, в которых забота о ней переживалась бы как удовлетворенная. Поэтому всякое проектирование внутренне нацелено на реали­зацию проекта и вне нее не может считаться таковым. Оно удовлетворяется лишь реализацией проектных образов желаемого мира, а не самими образами его, как то имеет место в изо­бразительном искусстве или мистически ориентированном созер­цании.

Проект - это предвосхищающий образ желаемого состоя­ния какой-то части жизненной среды, в отношении которой до­казательно признана возможность и целесообразность его пра­ктического достижения в обозримом будущем.

Основными составляющими проектной культуры являются:

1. Экологическая, включающая ценностно значи­мые образы, вещные пространст­ва проектируемой среды, замышляемые и документируемые дизай­нерами. Здесь уточняется понятие образа в средовых искусст­вах, рефлектируемого в символах пространственности, в худо­жественно-проектных замыслах и подразумеваемых "средовых благах".

2. Образо-жизненная - сюжеты средового поведения, стили жизни различных сообществ, их "экзистенциальные жесты" в отношении среды. Показывается содержательное единство сюжетики средового поведения и образности средовых объектов, охватываемых одним и тем же понятием жанра, которое для про­ектного воображения замещает понятие функции.

3. Аксиологическая - отвлеченно мыслимые ценности или чувственно, духов­но осязаемые блага проектной культуры, достижимые в ней ак­сиоматические состояния сознания/воли всех участников проек­тного процесса. Эти состояния эвристически необходимы для ес­тественной личной реализации проектной деятельности в вооб­ражении.

4. Концептуальная, состоящая из творческих концепций, взятых вместе с выраженными в них ценностными, образо-жизненными и средовыми ориентациями субъектов проектирования. Многообразие концепций - это ядро проектной культуры, вокруг которого группируются эвристики и поэтики, в терминах ко­торых операционализируются текущие проектные замыслы. Кон­цептуальное ядро несет на себе основную, рефлексивную наг­рузку проектной культуры, обеспечивая высокий уровень творче­ской свободы проектного воображения.

5. Наконец, культурно-политическая составляющая проектной культуры связывает её с политической культурой общества в целом. В ней представлены связи проектирования с социальной, экологической, культурной политиками общества. Основная тема здесь: реализуемость в проектируемых объектах заданных, или чаемых качеств среды, ценностная оправданность образа жизни, равновесие в нем традиций и инноваций, сохранение вкуса к подлинности.

Проектная культура обогащается при этом пониманием то­го, что среда является не только вещественным, пространственным условием жизни людей, но и условием реализации весьма глубоких измерений человеческой природы. Каждый человек, каждая общность имеет право на такую среду своей жизни, ко­торая бы наиболее полно учитывала специфику их культурной традиции, особенности их образа жизни, - так формулируется демократический по своей сути политический постулат культур­но-экологического дизайна.

Проектная деятельность – многоаспектное и интегративное понятие. Общие методологические основы проектной деятельности закладываются в философских исследованиях (Н.Г. Алексеев, Ю.В. Громыко, К.М. Кантор, А.В. Розенберг, В.М. Розин, В.Ф. Сидоренко, Г.П. Щедровицкий и другие). Можно выделить несколько направлений исследования проектной деятельности в педагогической науке: проектирование как способ управления образовательными системами (Л.В. Байбородова, И.В. Бестужев-Лада, Б.С. Гершунский, В.И. Ерошин, М.В. Кларин, Ю.А. Конаржевский, Ю.Н. Кулюткин, Н.В. Кухарев, И.А. Липский, В.А. Сластенин, В.Н. Соколов, Е.П. Тонконогая, А.И. Щербаков, В.З. Юсупов и другие); проектирование как способ целеполагания, программирования, планирования, конструирования и технологизации образовательных процессов (А.П. Анохин, В.П. Беспалько, Ю.В. Васильев, Е.С. Комраков, Н.В. Кузьмина, О.Е. Лебедев, В.М. Монахов, М.И. Рожков, Г.К. Селевко, Г.Н. Сериков, И.Д. Чечиль и другие); проектная деятельность как дидактическое средство (П.П. Блонский, В.П. Бахтеров, Д. Дьюи, Б.В. Игнатьева, У.Х. Килпатрик, Э. Коллингс, Л.Э. Левин, С.Т. Шацкий и другие); формирование умений проектной деятельности у учащихся как дидактическая цель (Л.М. Иляева, А.А. Карачев, П.С. Лернер, Н.В. Матяш, М.Б. Павлова, В.Д. Симоненко, Ю.Л. Хотунцева и другие).

1. В зарубежных и отечественных научных работах в области гуманитарных наук проектирование чаще всего рассматривается либо как элемент технологического цикла преобразовательной деятельности в ряду других ее элементов, либо в качестве ее функции. В Большой советской энциклопедии проектирование (от лат. projectus, буквально – брошенный вперед) определяется как процесс создания проекта – прототипа предполагаемого или возможного образа, состояния .

2. . Энциклопедический социологический словарь предлагает следующую трактовку данного понятия: проектирование – одна из форм опережающего отражения действительности, процесс создания прообраза (прототипа) предполагаемого объекта, явления или процесса, когда создается образ будущей материальной или идеальной реальности .

Л.В. Яценко рассматривает проектирование в качестве «исходного звена целесообразной преобразующей деятельности (составление плана, программы изменения объекта), ведущего к созданию всей предметной среды человека, неорганического тела цивилизации» . Сходным образом определяет проектирование Дж. Джонс, который считает, что наиболее надежная основа для определения его сути – это рассмотрение проектирования с точки зрения влияния на объект деятельности. Определяя проектирование через цель, Дж. Джонс пишет, что «цель проектирования – положить начало изменениям в окружающей человека искусственной среде» . Он считает такую его формулировку универсальной, применимой к любой области созидательной деятельности человека. Однако такое понимание проектирования, отражая важную его особенность, в то же время не учитывает его специфики по отношению к другим моментам управления преобразующей деятельности, например к целеполаганию, которое тоже направлено на внесение изменений в окружающую среду.

Важно определить, какую роль выполняет в этом процессе изменений именно проектирование, которое, будучи процессом мыслительной деятельности, непосредственно не в состоянии изменять окружающий мир. Согласно Ю.В. Громыко, проектирование служит «достижению определенной конечной цели, состоящей в удовлетворении общественной или индивидуальной потребности путем замены (модификации) некоторого существующего состояния другим». А. Уилсон и М. Уилсон считают, что под проектированием следует понимать приспособление имеющихся средств для выполнения требуемой цели, координацию составных частей или отдельных действий для получения необходимого результата . Согласно Л.Б. Арчеру, проектирование есть «целенаправленная деятельность по решению задач» . Антонюк Г.А. понимает его как «принятие решений в условиях неопределенности с тяжелыми последствиями в случае ошибки» . Бестужев-Лада И.В. полагает, что оно есть «моделирование предполагаемых действий до их осуществления, повторяемое до тех пор, пока не появится полная уверенность в конечном результате» . Е. Мэтчетт рассматривает проектирование как «оптимальное удовлетворение суммы истинных потребностей при определенном комплексе условий» . Луков В.А. считает, что это «творческая деятельность, которая вызывает к жизни нечто новое и полезное, чего ранее не существовало» , а Дж.К. Пейдж — что оно есть «вдохновенный прыжок от фактов настоящего к возможностям будущего» . Дридзе Т.М. под проектированием понимает выбор некоторого способа действий, «в частном случае - создание системы как логической основы действий» .

Данный процесс, как показывают проведенные исследования, имеет свою специфику в целеполагании, исследовании, прогнозировании, моделировании, программировании, планировании, конструировании.

Опережающее отражение, присущее проектированию, делает объективной его тесную связь с целеполаганием. Наиболее широко распространенным определением является понимание проектирования как творческой деятельности, основанной на решении проблем перехода от менее приемлемых ситуаций к более приемлемым.

Интегрируя различные подходы к определению проектной деятельности и придавая данному феномену широкое значение, мы понимаем его как конструктивную, творческую деятельность, сущность которой заключается в опережающем отражении действительности с целью преобразования личностью себя, собственной жизненной ситуации и окружающего мира.

Сейчас трудно найти такие явления и процессы как в окружающей человека природе, так и в обществе, в формировании и изменении которых он не стремился бы внести сознательное начало. Причем одной из отличительных черт сознательного воздействия человека на окружающий мир является то, что оно осуществляется на основе применения научных знаний независимо от качественных особенностей объектов воздействия.

Проектная деятельность относится к разряду инновационной, творческой деятельности, ибо она предполагает преобразование реальности, строится на базе соответствующей технологии, которую можно унифицировать, освоить и усовершенствовать.

Задачи проектной деятельности:

– анализ ситуации, т.е. всесторонняя диагностика проблем и четкое определение их источника и характера;

– поиск и разработка вариантов решений рассматриваемой проблемы (на индивидуальном и социальном уровнях) с учетом имеющихся ресурсов и оценка возможных последствий реализации каждого из вариантов;

– выбор наиболее оптимального решения (т.е. социально приемлемых и культурно обоснованных рекомендаций, способных произвести желаемые изменения в объектной области проектирования) и его проектное оформление;

– разработка организационных форм внедрения проекта в социальную практику и условий, обеспечивающих реализацию проекта в материально-техническом, финансовом, правовом отношениях.

Основными элементами проектной деятельности, его важнейшими теоретическими категориями являются субъект, объект, социальная технология, методы социального проектирования.

Среди характеристик проектирования особое место занимает условие – система явлений и процессов, оказывающих определенное влияние на проектную деятельность. Условия проектной деятельности включают в себя множество компонентов: отношения, процессы, среда, действия, вещи, деятельность, средства и тому подобное.

Осознание того, что все разновидности созидательной деятельности имеют общие черты, связанные как с процессом проектирования, так и с реализацией проектов, а также с использованием сконструированных объектов, привело к тому, что понятие «проектирование» перешагнуло границы традиционных для него областей деятельности – архитектурно-строительной, технической – и используется фактически в любой преобразующей деятельности.

Проектная деятельность как инструмент сознательного преобразования окружающего мира носит социально-культурный характер. В нашем случае «социальное» указывает на субъект деятельности, а «культурное» – на качество и сферу его активности. Социум как явление, предмет анализа и объект проектирования можно представить в виде базисных социальных субъектов (социальных групп, организаций, институтов), которые являются универсальными, типичными и устойчивыми общественными образованиями, а также социальных взаимодействий, отношений. Культура как результат представляет собой совокупность традиций, норм, ценностей, смыслов, идей, знаковых систем, характерных для социальной общности (в широком смысле этого слова – включая этнос, нацию, общество) и выполняющих функции социальной ориентации, обеспечивающих принадлежность, консолидацию человеческих сообществ, индивидуальное самоопределение личности. В процессуальном плане культура – это деятельность (личностей, социальных групп, институтов, общества) в различных сферах бытия и сознания, представляющая собой специфический человеческий способ преобразования природных задатков и возможностей, она есть единство опредмечивания (производства) и распредмечивания (потребления) – создания традиций, норм, ценностей, идей и их освоения, хранения, трансляции, превращения их во внутренние качества личности. Таким образом, социум представляет собой пространство для преобразовательной активности личности, а культура придает данной активности ценностную и содержательную направленность. Для эффективного формирования опыта проектной деятельности необходимо, во-первых, создание условий для интериоризации личностью ценностно-целевой основы проектной деятельности и ее практической реализации в социальном пространстве.

Глава 2 Теория и методика решения рационализаторских и изобретательских задач

2.1 Методы и приемы решения рационализаторских и изобретательских задач

Технические задачи, в которых проявляется то или иное противоречие называют творческими. Это обусловлено тем, что для решения технических задач, в которых заложено то или иное противоречие, человеку необходимо нестандартные (репродуктивные), творческие (активные) действия. Любая задача, имеющая алгоритм решения, считается не творческой. Творческая же задача не имеет алгоритма или, во всяком случае, он не известен. Она требует нестандартных действий и творческих усилий. Если задача решается тем, кто располагает методом устранения противоречий, то для него она не творческая. Если же возникает в задаче противоречие, которое в данный момент никто не может разрешить, то её относят к классу изобретательских.

Решение технической задачи связано с эвристической деятельностью различного уровня, что отражено в такой её объектив характеристике, как степень новизны полученного решения. Такая характеристика базируется на следующих понятиях:

– открытие – это установление неизвестных ранее объективно существующих закономерностей, свойств и явлений материального мира, вносящих коренные изменения в уровень познания;

– изобретение – это решение тонической задачи в любой отрасли хозяйства, культуры или обороны, отличающееся существенной новизной и дающее положительный эффект. Научное знание является новым, если к моменту создания оно отсутствует в перечне ранее известных научных знаний, не известно специалистам в данной отрасли знания. Положительный эффект – это новый, более высокий результат, который общество получает при использовании изобретения по сравнению с прототипом;

– рационализаторское предложение – это техническое решение, являющееся новым и полезным для предприятия, организации или учреждения, которому оно подано, и предусматривающее изменение технологии производства или применяемой техники, состава материала или конструкции изделий.

ОСНОВНЫЕ ПРИЁМЫ РЕШЕНИЯ

КОНСТРУКТОРСКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ЗАДАЧ

№ п/п	Прием	Сущность	Пример
1	Принцип дробления:
1.1.	Разделить объект на независимые части.	Для предотвращения передачи отрицательного воздействия между частями объекта их делают не зависимыми друг от друга.	Трюмы кораблей имею отсеки, изолированные одни от других с тем, чтобы в пробоине в од-ном из них вода не могла пасть в соседние.
1.2.	Выполнить объект разборным.	Частями объекта легче манипулировать, чем целым (в том случае, если это допустимо).	У ковша одноковшового экскаватора со сплошной режущей кромкой последняя для обеспечения быстрой и удобной замены выполнена из отдельных съемных секций.
1.3.	Увеличить степень дробления объекта.	Если для достижения поставленной цели степень дробления объекта недостаточна, ее следует увеличить.	Для получения мелких фракций непрерывное разрушение поверхностного слоя горных пород производят микрозарядами.
2.	Принцип вынесения.	Выделив некоторую часть объекта или его свойство, затрачивают меньше сил, энергии на работу с ними или уменьшают вред, причиняемый используемыми средствами.	Для того чтобы избежать облучения части позвоночника и грудной клетки, при рентгенографии легких используют диафрагму в форме легких, открывающую доступ потоку рентгеновских частиц только к ним.
3.	Принцип местного качества:
3.1.	Перейти от однородной структуры объекта или внешней среды (внешнего воздействия).	Ввести в объект дополнительный элемент с требуемыми свойствами.	Для защиты проводников в процессе их изготовления от попадания пота от рук работающего внутри резиновых перчаток имеется второй слой защитного материала из газонепроницаемых полимеров.
3.2.	Разные части объекта должны выполнять разные функции.	Части объекта обладают разными свойствами, обеспечивающими различные функции, в том числе и за счет использования разных принципов действия.	Внешняя пористая оболочка фильтра имеет грубые поры и служит для предварительной очистки, внутренняя – с мелкими порами – окончательно очищает поток.
4.	Принцип асимметрии:
4.1.	Сделать уровень свойства в разных частях объекта разновеликим в соответствии с потребностями.	Уровень свойства в разных частях объекта изменяют в зависимости от потребности.	Чтобы не слепить встречных водителей, левая фара автомашины освещают дорогу на расстоянии до 25м, а правая – значительно дальше.
4.2.	Если привычное симметричное расположение элементов, частей объекта мешает достижению требуемого результата (выполнению требуемой работы), перейти на несимметричное расположение, выполнение и т.д.		Электроды в дуговой печи сдвинуты в сторону, а дно ее у загрузочного окна имеет углубление.
5.	Принцип объединения.
5.1.	Соединить однородное или предназначенные для смежных операций объекта.		Для разогрева мерзлого грунта по обеим торцам ротора роторного экскаватора смонтированы на секторах форсунки.
5.2.	Объединить во времени однородные или смежные операции.	Если необходимо либо сократить общую продолжительность технологического процесса, или вести одновременно несколько операций, следует располагать рабочие органы, выполняющие эти операции, параллельно между собой либо осуществить полное слияние нескольких рабочих органов в один с передачей ему всех имеющихся функций, или путем синхронного использования оборудования.	На сдвоенном микроскопетандеме работу с манипулятором ведет один человек, а наблюдение и запись в это время делает другой.
6.	Принцип универсальности. Объект выполняет несколько разных функций, благодаря чему отпадает необходимость в других объектах.	Объекту придают свойства, позволяющие выполнять несколько функций.	В ручку для портфеля встроен эспандер, что позволяет использовать ее для укрепления пальцев, в том числе и на ходу.
7.	Принцип «матрешки»:
7.1.	Один объект размещен внутри другого, который, в свою очередь, находится внутри третьего и т.д.	Если в ограниченном пространстве надо разместить как можно больше объектов, суммарный объем, длина, ширина или высота которых больше, чем допустимо, необходимо определить, возможно ли размещение этих объектов или частей одного внутри другого.	Пластмассовые ванны, предназначенные для сыпучих грузов и мелких деталей, выполнены так, что ширина внутренней полости первой больше ширины днища второй, а конфигурация профильных выступов стенок позволяет устанавливать днище меньшей ванны на буртики верхней торцовой поверхности большей.
7.2.	Снижение или увеличение количества энергии в многослойном объекте.	При передаче энергии в многослойном объекте от слоя к слою ее можно усилить или ослабить в зависимости от вида энергии, направления ее перемещения и свойств слоев.	Внутри камеры, на которую давит пресс, размещают ряд последовательно уменьшающихся камер, пространство которых заполняют мягкой горной породой. На внешнюю камеру давят горной породой. На внешнюю камеру давят 50 тыс.т, а в последней внутренней камере, собранной из алмазов, создается давление примерно в 2,5 млн .атмосфер.
7.3.	С целью экономии места внутри одного объекта размещают другой, в том числе и иной по принципу действия, но технологический связанный с первым.	Используя имеющуюся или образуемую в одно из объектов полость, вставить в нее другой объект, технологически связанный или связываемый с первым.	На выхлопную трубу двигателя надевают трубу большего диаметра и герметизируют образовавшуюся полость, в которую закачивают загрязненную воду. Она испаряется через пароотводящую трубу, а грязь сгорает.
8.	Принцип антивеса:
8.1.	Компенсировать вес объема соединением с другими, обладающим подъемной силой.	Для устранения нежелательного воздействия от веса объекта последний снабжают средством, создающим подъемную силу.	Спуск стреляющей и взрывной аппаратуры в скважину производят под собственным весом, а подъем – с помощью встроенного в корпус реактивного двигателя.
8.2.	Компенсировать недостаток силы веса введением добавочной, дополняющей его силы.	Вместо силы веса использовать силу иного характера, действующую аналогично первой и выполняющей такую же работу.	Для увеличения тяги надо утяжелить шахтный электровоз, а для уменьшения его мертвого веса – облегчить. Для создания увеличенной тяги без утяжеления предложено вмонтировать в ведущие колеса мощный электромагнит.
8.3.	Компенсировать вес объекта взаимодействием со средой (за счет аэрогидродинамических и других сил).	В качестве подъемной силы или заменителя силы тяжести использовать «дармовые» аэрогидродинамические и другие силы.	Опорная часть железнодорожного поворотного круга выполнена в виде поплавка в ванне с жидкостью.
9.	Принцип предварительного антидействия:
9.1.	Заранее придать объекту напряжения, противоположные недопустимым или нежелательным рабочим напряжениям.	Заранее придать объекту напряжения, противодействующие недопустимым или нежелательным. В случае изготавливаемых из материалов, заливаемых в формы в жидком состоянии и твердеющих в них, необходимо создавать усилия, противодействующие нежелательному расширению или сжатию в процессе затвердевания материала. В других случаях в составе конструкций необходимо иметь элементы, создающие усилия, противоположные нежелательным.	Заготовку турбинного диска вращают во время ее охлаждения вокруг центральной оси. По мере охлаждения она сжимается. Но центробежные силы выдавливают материал наружу, препятствуя сжатию. Когда деталь остынет в ней возникают сжимающие усилия. В процессе эксплуатации материал диска противодействует значительным силам.
9.2.	Если по условию задачи необходимо совершить какое-то действие, нужно заранее совершить и или предусмотреть совершение антидействия.	Если вредные усилия возникают в процессе эксплуатации при определенных условиях, ввести средство (средства), компенсирующее их по мере возникновения.	Бетон плохо выдерживает растягивающие напряжения. Для противодействия им Останкинская телебашня сжата тросами, натягиваемыми силовыми механизмами, управляемыми ЭВМ.
9.3.	Заранее создать усилие, противоположное крутящему моменту.	Усилие вращения заранее создается противоположное и противодействующее ему усилие за счет предварительного скручивания вращающегося тела.	В составном валу части предварительно скручены одна относительно другой в направлении обратном вращению вала. Вал весит вдвое меньше обычного.
9.4.	Для уменьшения толщины элементов, воспринимающих значительные поперечные усилия, их изготовляют навивкой с натягом из листового материала.	Значительные поперечные усилия можно компенсировать по средствам навивки с натягом ленточного материала вокруг элемента, испытывающего воздействие этих усилий. При этом снижается его толщина.	Предварительно напряженные оболочки изготавливают, обматывая цилиндры стальной лен-той при больших усилиях намотки. Сила сжатия, образовавшаяся при этом, противостоит усилиям сверх высоких давлений.
10.	Принцип предварительного исполнения.
10.1.	Заранее выполнить требуемые действия, внести требуемые изменения, обеспечить требуемые свойство (полностью или хотя бы частично).	Заранее сообщить объекту свойства и произвести с ним действие, придающее ему свойство, которое может понадобится в определенной ситуации.	Черенки плодово-ягодных культур не укореняются в почве в следствие недостатка пита тельных веществ. Предлагается насыщать их в ванне с минеральной смесью до посадки. Костюмы для моряков делают из синтетической ткани, в которые вплетены металлические нити, хорошо отражающие сигналы радара.
10.2.	Заранее расставить объекты так, чтобы они могли вступить в действие без затраты времени на доставку и наиболее удобного места.	Расположить объекты так, что-бы они сработали в нужное время и в нужном месте.	При открытых взрывных работах одновременно создают с помощью другого взрыва, производимого на 0,1 – 0,3 секунды раньше, водяную завесу, которая должна появиться пыли.

2.2 Алгоритм решения изобретательских и рационализаторских задач

Алгоритм решения изобретательских задач (АРИЗ) - комплексная программа алгоритмического типа, основанная на законах развития технических систем и предназначенная для анализа и решения изобретательских задач. АРИЗ возник и развивался вместе с Теорией Решения Изобретательских Задач (ТРИЗ). Первоначально АРИЗ назывался "методикой изобретательского творчества".
Впервые словосочетание "алгоритм решения изобретательских задач" использовано в приложении "Технико-экономические знания" к еженедельнику "Экономическая газета" за 1 сентября 1965 г. Аббревиатура АРИЗ впервые использована в книге Г.С. Альтшуллера "Алгоритм изобретения", Московский рабочий, 1-е изд.: 1969, 2-е изд.: 1973. В дальнейшем модификации АРИЗ включали указание на год публикации, например АРИЗ-68, АРИЗ-71...

2.2.1 АНАЛИЗ ЗАДАЧИ

Основная цель первой части АРИЗ - переход от расплывчатой изобретательской ситуации к четко построенной и предельно простой схеме (модели) задачи.

ШАГ 1.1. Записать условия мини-задачи (без специальных терминов) по следующей форме:

Техническая система для (указать назначение) включает (перечислить основные части системы). Техническое противоречие 1 (ТП-1): (указать). Техническое противоречие 2 (ТП-2): (указать). Необходимо при минимальных изменениях в системе (указать результат, который должен быть получен).

ПРИМЕР: Техническая система для приема радиоволн включает антенну радиотелескопа, радиоволны, молниеотводы, молнии. ТП-1: если молниеотводов много, они надежно защищают антенну от молний, но поглощают радиоволны. ТП-2: если молниеотводов мало, то заметного поглощения радиоволн нет, но антенна не защищена от молний. Необходимо при минимальных изменениях обеспечить защиту антенны от молний без поглощения радиоволн. (В этой формулировке следует заменить термин "молниеотвод" словами "проводящий стержень", "проводящий столб" или просто "проводник").

Примечания.
Переход от ситуации к мини-задаче не означает, что взят курс на решение
1. Мини-задачу получают из изобретательской ситуации, вводя ограничения: все остается без изменений или упрощается, но при этом появляется требуемое действие (свойство), или исчезает вредное действие (свойство) Переход от ситуации к мини-задаче не означает, что взят курс на решение небольшой задачи. Наоборот, введение дополнительных требований (результат должен быть получен "без ничего") ориентирует на обострение конфликта и заранее отрезает пути к компромиссным решениям.

2. При записи 1.1 следует указать не только технические части системы, но и природные, взаимодействующие с техническими. В задаче о защите антенны радиотелескопа такими природными частями системы являются молнии и принимаемые радиоволны (если они излучаются природными космическими объектами).
3. Техническими противоречиями (ТП) называют взаимодействия в системе, состоящие, например, в том, что полезное действие вызывает одновременно и вредное. Или – введение (усиление) полезного действия либо устранение (ослабление) вредного действия вызывает ухудшение (в частности, недопустимое усложнение) одной из частей системы или всей системы в целом.
Технические противоречия составляют, записывая одно состояние элемента системы с объяснением того, что при этом хорошо, а что - плохо. Затем записывают противоположное состояние этого же элемента, и вновь - что хорошо, что плохо.

Иногда в условиях задачи дано только изделие; технической системы (инструмента) нет, поэтому нет явного ТП. В этих случаях ТП получают, условно рассматривая два состояния (изделия), хотя одно из них заведомо недопустимо.
НАПРИМЕР, дана задача: "Как наблюдать невооруженным глазом микрочастицы, взвешенные в образце оптически чистой жидкости, если эти частицы настолько малы, что свет обтекает их?"

ТП-1: Если частицы малы, жидкость остается оптически чистой, но частицы невозможно наблюдать невооруженным глазом.

ТП-2: Если частицы большие, они хорошо наблюдаемы, но жидкость перестает быть оптически чистой, а это недопустимо.

Условия задачи, казалось бы, заведомо исключают рассмотрение ТП-2: изделие менять нельзя! Действительно, в дальнейшем мы будем исходить (в данном случае) из ТП-1, но ТП-2 даст дополнительные требования к изделию: маленькие частицы, оставаясь маленькими, должны стать большими...

4. Термины, относящиеся к инструменту и внешней среде, необходимо заменять простыми словами для снятия психологической инерции. И это потому, что термины:

• Навязывают старые представления о технологии работы инструмента: "ледокол колет лед" - хотя можно продвигаться сквозь льды, не раскалывая их;

• затушевывают особенности веществ, упоминаемых в задаче: "опалубка" это не просто "стенка", а "железная стенка";

• сужают представления о возможных состояниях вещества: термин "краска" тянет к традиционному представлению о жидкой или твердой краске, хотя краска может быть и газообразной.

ШАГ 1.2. Выделить и записать конфликтующую пару элементов: изделие и инструмент.
Правило 1. Если инструмент по условиям задачи может иметь два состояния, надо указать оба состояния.

Правило 2. Если в задаче есть пары однородных взаимодействующих элементов, достаточно взять одну пару.

ПРИМЕР: Изделия - молния и радиоволны. Инструмент – проводящие стержни (много стержней, мало стержней).

Примечания
5. Изделием называют элемент, который по условиям задачи надо обработать (изготовить, переместить, изменить, улучшить, защитить от вредного действия, обнаружить, измерить и т. д.). В задачах на обнаружение и изменение изделием может оказаться элемент, являющийся по своей основной функции собственно инструментом, например шлифовальный круг.

6. Инструментом называют элемент, с которым непосредственно взаимодействует изделие (фреза, а не станок; огонь, а не горелка). Инструментом являются стандартные детали, из которых собирают изделие. Например, набор частей игры "Конструктор" - это инструмент для изготовления различных моделей.
7. Один из элементов конфликтующей пары может быть сдвоенным. Например, даны два разных инструмента, которые должны одновременно действовать на изделие, причем один инструмент мешает другому. Или даны два изделия, которые должны воспринимать действия одного и того же инструмента: одно изделие мешает другому.

ШАГ 1.3. Составить графические схемы ТП-1 и ТП-2, используя таблицу 1.

ПРИМЕР:

ТП-1: много проводящих стержней ТП-2: мало проводящих стержней

Примечания

8. В таблице 1 приведены схемы типичных конфликтов. Допустимо использование нетабличных схем, если они лучше отражают сущность конфликта.
9. В некоторых задачах встречаются многозвенные схемы конфликтов, например:

Такие схемы сводятся к однозвенным:

если считать Б изменяемым изделием или перенести на Б основное свойство (или состояние) А.
10. Конфликт можно рассматривать не только в пространстве, но и во времени.
Так, в задаче об опылении цветов сильный ветер вначале закрывает лепестки, из-за чего затем не переносит пыльцу, хотя это он может делать хорошо. Такой подход позволяет иногда четче выделить задачу, которую надо решать.
11. Шаги 1.2 и 1.3 уточняют общую формулировку задачи. Поэтому после шага 1.3 необходимо вернуться к 1.1 и проверить, нет ли несоответствий в линии 1.1 - 1.2 - 1.3. Если несоответствия есть, их надо устранить, откорректировать линию.

ШАГ 1.4. Выбрать из двух схем конфликта (ТП-1 и ТП-2) ту, которая обеспечивает наилучшее осуществление главного производственного процесса (основной функции технической системы, указанной в условиях задачи). Указать, что является главным производственным процессом.

ПРИМЕР: В задаче о защите антенны радиотелескопа главная функция системы - прием радиоволн. Поэтому выбрать следует ТП-2: в этом случае проводящие стержни не вредят радиоволнам.

Примечания
12. Выбирая одну из двух схем конфликта, мы выбираем и одно из двух противоположных состояний инструмента. Дальнейшее решение должно быть привязано именно к этому состоянию. Нельзя, например, подменять "малое количество проводников" каким-то "оптимальным количеством". АРИЗ требует обострения, а не сглаживания конфликта.

"Вцепившись" в одно состояние инструмента, мы в дальнейшем должны добиться, чтобы при этом состоянии появилось положительное свойство, присущее другому состоянию. Проводников мало, и увеличивать их число мы не будем, но в результате решения молнии должны отводиться так, словно проводников очень много.
13. С определением главного производственного процесса (ГПП) иногда возникают трудности в задачах на измерение. Измерение почти всегда производят ради изменения, т. е. обработки детали, выпуска продукции. Поэтому ГПП в измерительных задачах - это ГПП всей системы, а не измерительной ее части. Например, необходимо измерять давление внутри выпускаемых электроламп. ГПП - не измерение давления, а выпуск ламп. Исключением являются только некоторые задачи на измерение в научных целях.

ШАГ 1.5. Усилить конфликт, указав предельное состояние (действие) элементов.
Правило 3. Большая часть задач содержит конфликты типа "много элементов" и "мало элементов" ("сильный элемент" - "слабый элемент" и т. д.). Конфликты типа "мало элементов" при усилении надо приводить к одному виду - "ноль элементов" ("отсутствующий элемент").

ПРИМЕР

Будем считать, что вместо "малого количества проводников" в ТП-2 указан "отсутствующий проводник".

ШАГ 1.6. Записать формулировку модели задачи, указав:

1. конфликтующую пару;

2. усиленную формулировку конфликта;

3. что должен сделать вводимый для решения задачи икс-элемент (что он должен сохранить и что должен устранить, улучшить, обеспечить и т.д.).

ПРИМЕР
Даны отсутствующий проводник и молния. Отсутствующий проводник не создает помех (при приеме радиоволн антенной), но и не обеспечивает защиту от молний. Необходимо найти такой икс-элемент, который, сохраняя способность отсутствующего проводника не создавать помех (антенне), обеспечивал бы защиту от молний.

Примечания
14. Модель задачи условна, в ней искусственно выделена часть элементов технической системы. Наличие остальных элементов только подразумевается. Так, в модели задачи о защите антенны из четырех элементов, необходимых для формулировки задачи (антенна, радиоволны,

проводник и молния), остались только два, остальные упоминаются в скобках - их можно было бы вообще не упоминать.
15. После шага 1.6 следует обязательно вернуться к 1.1 и проверить логику построения модели задачи. При этом часто оказывается возможным уточнить выбранную схему конфликта, указав в ней Х-элемент, например, так:

16. Икс-элемент не обязательно должен оказаться какой-то новой вещественной частью системы. Икс-элемент - это некое изменение в системе, некий икс вообще. Он может быть равен, например, изменению температуры или агрегатного состояния какой-то части системы или внешней среды.

ШАГ 1.7. Проверить возможность применения системы стандартов к решению модели задачи. Если задача не решена, перейти ко второй части АРИЗ. Если задача решена, можно перейти к седьмой части АРИЗ, хотя и в этом случае рекомендуется продолжить анализ со второй части.

Примечание
17. Анализ по первой части АРИЗ и построение модели существенно проясняют задачу и во многих случаях позволяют увидеть стандартные черты в нестандартных задачах. Это открывает возможность более эффективного использования стандартов, чем при применении их в исходной формулировке задачи.

2.2.2 АНАЛИЗ МОДЕЛИ ЗАДАЧИ

Цель второй части АРИЗ - учет имеющихся ресурсов, которые можно использовать при решении задачи: ресурсов пространств, времени, веществ и полей.
ШАГ 2.1. Определить оперативную зону (ОЗ).

Примечание
18. В простейшем случае оперативная зона - это пространство, в пределах которого возникает конфликт, указанный в модели задачи.
ПРИМЕР
В задаче об антенне ОЗ - пространство, ранее занимаемое молниеотводом, т.е. мысленно выделенный "пустой" стержень, "пустой" столб.

ШАГ 2.2. Определить оперативное время (ОВ).

Оперативное время - это имеющиеся ресурсы времени: конфликтное время Т₁ и время до конфликта Т₂. Конфликт (особенно быстротечный, кратковременный) иногда может быть устранен (предотвращен) в течение Т₂.

ПРИМЕР
В задаче об антенне оперативное время является суммой Т₁ (время разряда молнии) и Т₁ (время до следующего разряда). Т₂ нет.

ШАГ 2.3. Определить вещественно-полевые ресурсы (ВПР) рассматриваемой системы, внешней среды и изделия. Составить список ВПР.

Примечания
20. Вещественно-полевые ресурсы - это вещества и поля, которые уже имеются или могут быть легко получены по условиям задачи. ВПР бывают трех видов:

1. Внутрисистемные

а) ВПР инструмента;

б) ВПР изделия.

1. Внешнесистемные

а) ВПР среды, специфической именно для данной задачи, например вода в задаче о частицах в жидкости оптической чистоты;

б) ВПР, общие для любой внешней среды, "фоновые" поля, например гравитационные, магнитное поле Земли.

1. Надсистемные

а) отходы посторонней системы (если такая система доступна по условию задачи),

б) "копеечные" - очень дешевые посторонние элементы, стоимостью которых можно пренебречь.

При решении конкретной мини-задачи желательно получить результат при минимальном расходовании ВПР. Поэтому целесообразно использовать в первую очередь внутрисистемные ВПР, затем внешнесистемные ВПР и в последнюю очередь надсистемные ВПР. При развитии же полученного ответа и при решении задач на прогнозирование (т. е. макси-задач) целесообразно задействовать максимум различных ВПР.

21. Как известно, изделие - неизменяемый элемент. Какие же ресурсы могут быть в изделии? Изделие действительно нельзя изменять, т. е. нецелесообразно менять при решении мини-задачи.

Но иногда изделие может:

а) изменяться само;

б) допускать расходование (т. е. изменение) какой-то части, когда его (изделия) в целом неограниченно много (например, ветер и т.д.);

в) допускать переход в надсистему (кирпич не меняется, но меняется дом);

г) допускать использование микроуровневых структур;

д) допускать соединение с "ничем", т.е. с пустотой;

е) допускать изменение на время.

Таким образом, изделие входит в ВПР лишь в тех сравнительно редких случаях, когда его можно легко менять, не меняя.

22. ВПР - это имеющиеся ресурсы. Их выгодно использовать в первую очередь. Если они окажутся недостаточными, можно привлечь другие вещества и поля. Анализ ВПР на шаге 2.3 является предварительным.

ПРИМЕР
В задаче о защите антенны фигурирует "отсутствующий молниеотвод". Поэтому в ВПР входят только вещества и поля внешней среды. В данном случае ВПР - это воздух.

2.2.3 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИКР И ФП

В результате применения третьей части АРИЗ должен сформулироваться образ идеального решения (ИКР). Определяется также и физическое противоречие (ФП), мешающее достижению ИКР. Не всегда возможно достичь идеального решения. Но ИКР указывает направление на наиболее сильный ответ.

ШАГ 3.1. Записать формулировку ИКР-1:

икс-элемент, абсолютно не усложняя систему и не вызывая вредных явлений, устраняет (указать вредное действие) в течение оперативного времени (ОВ) в пределах оперативной зоны (ОЗ),
сохраняя способность инструмента совершать (указать полезное действие).

ПРИМЕР

Икс-элемент, абсолютно не усложняя систему и не вызывая вредных явлений, устраняет в течение ОВ "непритягивание" молнии отсутствующим проводящим стержнем, сохраняя способность этого стержня не создавать помех для антенны.

Примечание
23. Кроме конфликта "вредное действие связано с полезным действием" возможны и другие конфликты, например "введение нового полезного действия вызывает усложнение системы" или "одно полезное действие несовместимо с другим". Поэтому приведенная в 3.1 формулировка ИКР - только образец, по типу которого необходимо записывать ИКР. Общий смысл любых формулировок ИКР: приобретение полезного качества (или устранение вредного) не должно сопровождаться ухудшением других качеств (или появлением вредного качества).

ШАГ 3.2. Усилить формулировку ИКР-1 дополнительным требованием: в систему нельзя вводить новые вещества и поля, необходимо использовать ВПР.
ПРИМЕР
В модели задачи о защите антенны инструмента нет ("отсутствующий молниеотвод"). По примечанию 24 в формулировку ИКР-1 следует ввести внешнюю среду, т. е. заменить икс-элемент словом "воздух" (можно точнее: "столб воздуха на месте отсутствующего молниеотвода").
Примечание
24. При решении мини-задачи, в соответствии с примечанием 20 и 21, следует рассматривать используемые ВПР в такой последовательности:

• ВПР инструмента;

• ВПР внешней среды;

• побочные ВПР;

• ВПР изделия (если нет запрета по примечанию 21).

ШАГ 3.3. Записать формулировку физического противоречия на макроуровне: оперативная зона в течение оперативного времени должна (указать физическое макросостояние, например "быть горячей"), чтобы выполнять (указать одно из конфликтующих действий), и не должна (указать противоположное физическое макросостояние, например "быть холодной"), чтобы выполнять (указать другое конфликтующее действие или требование).

Примечания
25. Физическим противоречием (ФП) называют противоположные требования к физическому состоянию оперативной зоны.

26. Если составление полной формулировки ФП вызывает затруднения, можно составить краткую формулировку: элемент (или часть элемента в оперативной зоне) должен быть, чтобы (указать), и не должен быть, чтобы (указать).

ПРИМЕР

Столб воздуха в течение ОВ должен быть электропроводным, чтобы отводить молнию, и должен быть неэлектропроводным, чтобы не поглощать радиоволны.
Эта формулировка наводит на ответ: столб воздуха должен быть электропроводным при разряде молнии и должен быть неэлектропроводным в остальное время. Разряд молнии сравнительно редкое явление, к тому же очень быстро проходящее. Закон согласования ритмики: периодичность появления громоотвода должна быть та же, что и периодичность появления молнии.
Это, конечно, не весь ответ. Как, например, сделать, чтобы столб воздуха при появлении разряда превращался в проводник? Как сделать, чтобы проводник исчезал сразу по окончании разряда?

ШАГ 3.4. Записать формулировку физического противоречия на микроуровне: в оперативной зоне должны быть частицы вещества (указать их физическое состояние или действие), чтобы обеспечить (указать требуемое по 3.3. макросостояние), и не должны быть такие частицы (или должны быть частицы с противоположным состоянием или действием), чтобы обеспечить (указать требуемое по 3.3. другое макросостояние).

ПРИМЕР
В столбе воздуха (при разряде молнии) должны быть свободные заряды, чтобы обеспечить электропроводность (для отвода молнии), и не должны быть (в остальное время) свободные заряды, чтобы не было электропроводности (из-за которой поглощаются радиоволны).

Примечания
27. При выполнении шага 3.4. еще нет необходимости конкретизировать понятие "частицы". Это могут быть, например, домены, молекулы, ионы и т.д.

28. Частицы могут оказаться: а) просто частицами вещества, б) частицами вещества в сочетании с каким-то полем и (реже) в) "частицами поля".

29. Если задача имеет решение только на макроуровне, 3.4. может не получиться, потому что дает дополнительную информацию: задача решается на макроуровне.
ШАГ 3.5. Записать формулировку идеального конечного результата ИКР-2: оперативная зона (указать) в течение оперативного времени (указать) должна сама обеспечивать (указать противоположные физические макро- или микросостояния).

ПРИМЕР

Нейтральные молекулы в столбе воздуха должны сами превращаться в свободные заряды при разряде молнии, а после разряда молнии свободные заряды должны сами превращаться в нейтральные молекулы.

Смысл новой задачи: на время разряда молнии в столбе воздуха в отличие от окружающего воздуха должны сами собой появляться свободные заряды, тогда столб ионизированного воздуха сработает как "молниеотвод" и "притянет" молнию к себе. После разряда молнии свободные заряды в столбе воздуха должны сами собой вновь стать нейтральными молекулами. Для решения этой задачи достаточно знать физику 9-го класса...

ШАГ 3.6. Проверить возможность применения системы стандартов к решению физической задачи, сформулированной в виде ИКР-2. Если задача не решена, перейти к четвертой части АРИЗ.

Если задача решена, можно перейти к седьмой части АРИЗ, хотя и в этом случае рекомендуется продолжить анализ по четвертой части.

2.2.4 МОБИЛИЗАЦИЯ И ПРИМЕНЕНИЕ ВПР

Ранее - на шаге 2.3. - были определены имеющиеся ВПР, которые можно использовать бесплатно. Четвертая часть АРИЗ включает планомерные операции по увеличению ресурсов: рассматриваются производные ВПР, получаемые почти бесплатно путем минимальных изменений имеющихся ВПР. Шаги 3.3. - 3.5. начали переход от задачи к ответу, основанному на использовании физики; четвертая часть АРИЗ продолжает эту линию.

Правило 4. Каждый вид частиц, находясь в одном физическом состоянии, должен выполнять одну функцию. Если частицы А не справляются с действиями 1 и 2, надо ввести частицы Б; частицы А выполняют действие 1, а частицы Б – действие 2.
Правило 5. Введенные частицы Б можно разделить на две группы: Б-1 и Б-2. Это позволяет "бесплатно" - за счет взаимодействия между уже имеющимися частицами Б - получить новое действие - 3.

Правило 6. Разделение частиц на группы выгодно и в тех случаях, когда в системе должны быть только частицы А; одну группу частиц А оставляют в прежнем состоянии, у другой группы меняют главный для данной задачи параметр.
Правило 7. Разделенные или введенные частицы после отработки должны стать неотличимыми друг от друга или от ранее имевшихся частиц.

Примечание
30. Правила 4-7 относятся ко всем шагам четвертой части АРИЗ.

ШАГ 4.1. Метод ММЧ.

а) используя метод ММЧ (моделирование "маленькими человечками"), построить схему конфликта;

б) изменить схему А так, чтобы "маленькие человечки" действовали, не вызывая конфликта;

в) перейти к технической схеме.

Примечания
31. Метод моделирования "маленькими человечками" состоит в том, что конфликтующие требования схематически представляют в виде условного рисунка (или нескольких последовательных рисунков), на котором действует большое число "маленьких человечков" (группа, несколько групп, "толпа"). Изображать в виде "маленьких человечков" следует только изменяемые части модели задачи (инструмент, икс-элемент).

"Конфликтующие требования" - это конфликт из модели задачи или противоположные физические состояния, указанные на шаге 3.5. Вероятно, лучше последнее, но пока нет четких правил перехода от физической задачи (3.5) к ММЧ, легче рисовать "конфликт" в модели задачи.

Шаг 4.1(б) часто можно выполнить, совместив на одном рисунке два изображения: плохое действие и хорошее действие. Если события развиваются во времени, целесообразно сделать несколько последовательных рисунков.

32. Шаг 4.1. - вспомогательный. Он нужен, чтобы перед мобилизацией ВПР нагляднее представить что, собственно, должны делать частицы вещества в оперативной зоне и близ нее. Метод ММЧ позволяет отчетливее увидеть идеальное действие ("что надо сделать") без физики ("как это сделать"). Благодаря этому снимается психологическая инерция, фокусируется работа воображения. Таким образом, ММЧ - метод психологический. Но моделирование "маленькими человечками" осуществляется с учетом законов развития технических систем. Поэтому ММЧ нередко приводит к техническому решению задачи. Прерывать решение в этом случае не надо, мобилизация ВПР обязательно должна быть проведена.

ПРИМЕР
а) Человечки внутри мысленно выделенного столба воздуха ничем не отличаются от человечков воздуха за пределами столба. Те и другие одинаково нейтральны (на рисунке это показано условно: человечки держат друг друга, руки у них заняты, человечки не хватают молнию).

б) По правилу 6 надо разделить человечков на две группы: человечки вне столба пусть остаются без изменений (нейтральные пары), а человечки в столбе, оставаясь в парах (т.е. оставаясь нейтральными), пусть высвободят одну руку, как бы символизируя их стремление притянуть молнию.

(Возможны и другие рисунки. Но в любом случае ясна необходимость разделить человечков на две группы, изменить состояние человечков в столбе.)

в) Молекула воздуха (в столбе), оставаясь нейтральной молекулой, должна быть более склонна к ионизации, распаду. Простейший прием - уменьшение давления воздуха внутри столба.

ВНИМАНИЕ!

Цель мобилизации ресурсов при решении мини-задачи не в том, чтобы использовать все ресурсы. Цель иная - при минимальном расходе ресурсов получить один максимально сильный ответ.

ШАГ 4.2. Если из условий задачи известно, какой должна быть готовая система, и задача сводится к определению способа получения этой системы, можно использовать метод "шаг назад от ИКР". Изображают готовую систему, а затем вносят в рисунок минимальное демонтирующее изменение.

Например, если в ИКР две детали соприкасаются, то при минимальном отступлении от ИКР между деталями надо показать зазор. Возникает новая задача (микро-задача): как устранить дефект?

Разрешение такой микро-задачи обычно не вызывает затруднений и часто подсказывает способ решения общей задачи.

ШАГ 4.3. Определить, решается ли задача применением смеси ресурсных веществ.
Примечания
33. Если бы для решения могли быть использованы ресурсные вещества (в том виде, в каком они даны) задача, скорее всего, не возникла или была бы решена автоматически. Обычно нужны новые вещества, но введение их связано с усложнением системы, появлением побочных вредных факторов и т.д. Суть работы с ВПР в четвертой части АРИЗ в том, чтобы обойти это противоречие и ввести новые вещества, не вводя их.

34. Шаг 4.3. состоит (в простейшем случае) в переходе от двух моновеществ к неоднородному бивеществу. Может возникнуть вопрос: возможен ли переход от моновещества к однородному бивеществу или поливеществу? Аналогичный переход от системы к однородной бисистеме или полисистеме применяется очень широко (отражен в стандарте 3.1.1). Но в этом стандарте речь идет об объединении систем, а на шаге 4.3. рассматривается объединение веществ. При объединении двух одинаковых систем возникает новая система. А при объединении двух "кусков" вещества происходит простое увеличение количества.
Один из механизмов образования новой системы при объединении одинаковых систем состоит в том, что в объединенной системе сохраняются границы между объединившимися системами. Так, если моносистема - лист, то полисистема - блокнот, а не один очень толстый лист. Но сохранение границ требует введения второго (граничного) вещества (пусть это будет даже пустота). Отсюда шаг 4.4. - создание неоднородной квазиполисистемы, в которой роль второго - граничного - вещества играет пустота. Правда, пустота - необычный партнер. При смешивании вещества и пустоты границы не всегда видны. Но новое качество появляется, а именно это и нужно.

ШАГ 4.4. Определить, решается ли задача заменой имеющихся ресурсных веществ пустотой или смесью ресурсных веществ с пустотой.
ПРИМЕР
Смесь воздуха и пустоты - это воздух под пониженным давлением. Из курса физики 9-го класса известно, что при уменьшении давления газа, уменьшается и напряжение, необходимое для возникновения разряда. Теперь ответ на задачу об антенне получен практически полностью. А.с. 177 497: "Молниеотвод, отличающийся тем, что, с целью придания ему свойства радиопрозрачности, он выполнен в виде изготовленной из диэлектрического материала герметически закрытой трубы, давление воздуха в которой выбрано из условия наименьших газоразрядных градиентов, вызываемых электрическим полем развивающейся молнии".

Примечание
35. Пустота - исключительно важный вещественный ресурс. Она всегда имеется в неограниченном количестве, предельно дешева, легко смешивается с имеющимися веществами, образуя, например, полые и пористые структуры, пену, пузырьки и т.д.

Пустота - это не обязательно вакуум. Если вещество твердое, пустота в нем может быть заполнена жидкостью или газом. Если вещество жидкое, пустота может быть газовым пузырьком. Для вещественных структур определенного уровня пустотой являются структуры нижних уровней (см. примечание 37). Так, для кристаллической решетки пустотой являются отдельные молекулы, отдельные атомы и т.д.

ШАГ 4.5. Определить, решается ли задача применением веществ, производных от ресурсных (или применением смеси этих производных веществ с "пустотой").
Примечание
36. Производные ресурсные вещества получают изменением агрегатного состояния имеющихся ресурсных веществ. Если, например, ресурсное вещество жидкость, к производным относятся лед и пар. Производными считаются и продукты разложения ресурсных веществ. Так, для воды производными будут водород и кислород. Для многокомпонентных веществ производные - их компоненты. Производными являются также вещества, образующие при разложении или сгорании ресурсные вещества.

Правило 8. Если для решения задачи нужны частицы вещества (например, ионы), а непосредственное их получение невозможно по условиям задачи, требуемые частицы надо получить разрушением вещества более высокого структурного уровня (например, молекул).

Правило 9. Если для решения задачи нужны частицы вещества (например, молекулы) и невозможно получить их непосредственно или по правилу 8, требуемые частицы надо получать достройкой или объединением частиц более низкого структурного уровня (например, ионов).

Правило 10. При применении правила 8 простейший путь - разрушение ближайшего вышестоящего "целого" или "избыточного" (отрицательные ионы) уровня, а при применении правила 9 простейший путь - достройка ближайшего нижестоящего "нецелого" уровня.

Примечание
37. Вещество представляет собой многоуровневую иерархическую систему. С достаточной для практических целей точностью иерархию уровней можно представить так:

• минимально обработанное вещество (простейшее техновещество, например проволока);

• "сверхмолекулы": кристаллические решетки, полимеры, ассоциации молекул;

• сложные молекулы;

• молекулы;

• части молекул, группы атомов;

• атомы;

• части атомов;

• элементарные частицы;

• поля.

Суть правила 8: новое вещество можно получить обходным путем - разрушением более крупных структур ресурсных веществ или таких веществ, которые могут быть введены в систему.

Суть правила 9: возможен и другой путь - достройка менее крупных структур.
Суть правила 10: разрушать выгоднее "целые частицы (молекулы, атомы), поскольку нецелые частицы (положительные ионы) уже частично разрушены и сопротивляются дальнейшему разрушению; достраивать, наоборот, выгоднее нецелые частицы, стремящиеся к восстановлению.

Правила 8-10 указывают эффективные пути получения производных ресурсных веществ из "недр" уже имеющихся или легко вводимых веществ.

ШАГ 4.6. Определить, решается ли задача введением вместо вещества электрического поля или взаимодействием двух электрических полей.
ПРИМЕР
Известен способ разрыва труб скручиванием (а. с. №182671). При скручивании трубы приходится механически зажимать, это вызывает их деформацию. Предложено возбуждать крутящий момент в самой трубе - за счет электродинамических сил (а.с. №342759).

Примечание
38. Если использование ресурсных веществ - имеющихся и производных - недопустимо по условиям задачи, надо использовать электроны - подвижные (ток) или неподвижные. Электроны - "вещество", которое всегда есть в имеющемся объекте. К тому же электроны - вещество в сочетании с полем, что обеспечивает высокую управляемость.

ШАГ 4.7. Определить, решается ли задача применением пары "поле - добавка вещества, отзывающегося на поле" (например, "магнитное поле - ферровещество", "ультрафиолет - люминофор", "тепловое поле - металл с памятью формы" и т.д.)

Примечание

39. На шаге 2.3 рассмотрены уже имеющиеся ВПР. Шаги 4.3-4.5 относятся к ВПР, производным от имеющихся. Шаг 4.6 - частичный отход от имеющихся и производных ВПР: вводят "посторонние" поля. Шаг 4.7 - еще одно отступление: вводят "посторонние" вещества и поля.

Решение мини-задачи тем идеальнее, чем меньше затраты ВПР. Однако не каждая задача решается при малом расходе ВПР. Иногда приходится отступать, вводя "посторонние" вещества и поля. Делать это надо только при действительной необходимости, если никак нельзя обойтись наличным ВПР.

2.2.5 ПРИМЕНЕНИЕ ИНФОРМФОНДА

Во многих случаях четвертая часть АРИЗ приводит к решению задачи. В таких случаях можно переходить к седьмой части. Если же после 4.7 ответа нет, надо пройти пятую часть.

Цель пятой части АРИЗ - использование опыта, сконцентрированного в информационном фонде ТРИЗ. К моменту ввода в пятую часть АРИЗ задача существенно проясняется - становится возможным ее прямое решение с помощью информационного фонда.

ШАГ 5.1. Рассмотреть возможность решения задачи (в формулировке ИКР-2 и с учетом ВПР, уточненных в четвертой части) по стандартам.

Примечание
40. Возврат к стандартам происходит, в сущности, уже на шагах 4.6 и 4.7 До этих шагов главной идеей было использование имеющихся ВПР, по возможности избегая новых веществ и полей. Если задачу не удается решить в рамках имеющихся и производных ВПР, приходится вводить новые вещества и поля. Большинство стандартов как раз и относятся к технике введения добавок.

ШАГ 5.2. Рассмотреть возможность решения задачи (в формулировке ИКР-2 с учетом ВПР, уточненных в четвертой части) по аналогии с еще нестандартными задачами, ранее решенными по АРИЗ.

Примечание
41. При бесконечном многообразии изобретательских задач число физических противоречий, на которых "держатся" эти задачи, сравнительно невелико.

Поэтому значительная часть задач решается по аналогии с другими задачами, содержащими аналогичное физпротиворечие. Внешне задачи могут быть весьма различными, аналогия выявляется только после анализа - на уровне физпротиворечия.

ШАГ 5.3. Рассмотреть возможность устранения физического противоречия с помощью типовых преобразований (таблица 2 "Разрешение физических противоречий").
Правило 11. Пригодны только те решения, которые совпадают с ИКР или практически близки к нему.

ШАГ 5.4. Применение "Указателя физэффектов".

Рассмотреть возможность устранения физпротиворечия с помощью "Указателя применения физических эффектов и явлений".

Примечание
42. Разделы "Указателя применения физических эффектов и явлений" опубликованы в журнале "Техника и наука" (1981. N 1-9; 1983. N 3-8), а также в книге "Дерзкие формулы творчества" (Петрозаводск: Карелия, 1987).

2.2.6 ИЗМЕНЕНИЕ ИЛИ ЗАМЕНА ЗАДАЧИ

Простые задачи решаются буквальным преодолением ФП, например разделением противоречивых свойств во времени или в пространстве. Решение сложных задач обычно связано с изменением смысла задачи - снятием первоначальных ограничений, психологической инерцией и до решения кажущихся самоочевидными. Например, увеличение скорости "ледокола" достигается переходом к "ледоНЕколу". Вечная "краска" оказывается не краской в буквальном смысле слова, а пузырьками газа, возникающими при электролизе. Для правильного понимания задачи необходимо ее сначала решить: изобретательские задачи не могут быть сразу поставлены точно. Процесс решения, в сущности, есть процесс корректировки задачи.

ШАГ 6.1. Если задача решена, перейти от физического ответа к техническому: сформулировать способ и дать принципиальную схему устройства, осуществляющего этот способ.

ШАГ 6.2. Если ответа нет, проверить - не является ли формулировка 1.1 сочетанием нескольких разных задач. В этом случае следует изменить 1.1, выделив отдельные задачи для поочередного решения (обычно достаточно решить одну главную задачу).

ПРИМЕР
Задача: "Как запаивать звенья тонких и тончайших золотых цепочек? Вес 1 метра такой цепочки всего 1 грамм. Нужен способ, позволяющий запаивать за день десятки и сотни метров цепочки".

Задача разбивается на ряд подзадач:

а) как ввести микродозы припоя в зазоры звеньев?
б) как обеспечить нагрев внесенных микродоз припоя без вреда для всей цепочки?
в) как убрать излишки припоя, если они есть?

Главная задача - внесение микродоз припоя в зазоры.

ШАГ 6.3. Если ответа нет, изменить задачу, выбрав на шаге 1.4 другое ТП.
ПРИМЕР:
При решении задач на измерение и обнаружение выбор другого ТП часто означает отказ от усовершенствования измерительной части и изменение всей системы так, чтобы необходимость в измерении вообще отпала (стандарт 4.1.1).

Характерный пример - решение задачи о последовательной перекачке нефтепродуктов по одному нефтепроводу. При применении жидкого разделителя или прямой (без разделителя) транспортировке, задача состоит в возможно более точном контроле за составом "стыковых" участков перекачиваемых нефтепродуктов.

Эта измерительная задача была превращена в "изменительную": как вообще избежать смешивания нефтепродуктов с разделительной жидкостью?
Решение: пусть жидкости бесконтрольно смешиваются, но в конечном пункте жидкость-разделитель должна сама превращаться в газ и уходить из резервуара (подробно см.: Альтшуллер Г. Алгоритм изобретения. 2-е изд. М.,1973г. с. 207-209, 270-271).

ШАГ 6.4. Если ответа нет, вернуться к шагу 1.1. и заново сформулировать мини-задачу, отнеся ее к надсистеме. При необходимости такое возвращение совершают несколько раз - с переходом к наднадсистеме и т.д.
ПРИМЕР
Типичным примером является решение задачи о газотеплозащитном скафандре (подробно см.: Альтшуллер Г. Алгоритм изобретения, 2-е изд. М., 1973г. с. 105-110).

Первоначально была поставлена задача на создание холодильного костюма. Но обеспечить требуемую холодильную мощность при заданном весе системы оказалось физически невозможно.

Задача была решена переходом к надсистеме. Создан газотеплозащитный скафандр, одновременно выполняющий функции холодильного костюма и дыхательного защитного прибора. Скафандр работает на жидком кислороде, который сначала испаряется и нагревается, обеспечивая теплоотвод, а потом идет на дыхание. Переход к надсистеме позволил в 2-3 раза увеличить допустимый весовой предел.

2.2.7 АНАЛИЗ СПОСОБА УСТРАНЕНИЯ ФП

Главная цель седьмой части АРИЗ - проверка качества полученного ответа. Физическое противоречие должно быть устранено почти идеально, "без ничего". Лучше потратить 2-3 часа на получение нового - более сильного - ответа, чем потом полжизни бороться за плохо внедряемую слабую идею.

ШАГ 7.1. Контроль ответа. Рассмотреть вводимые вещества и поля. Можно ли не вводить новые вещества и поля, использовав ВПР - имеющиеся и производные? Можно ли использовать саморегулируемые вещества? Ввести соответствующие поправки в технический ответ.

Примечание
43. Саморегулируемые (в условиях данной задачи) вещества - это такие вещества, которые определенным образом меняют свои физические параметры при изменении внешних условий, например теряют магнитные свойства при нагревании выше точки Кюри. Применение саморегулируемых веществ позволяет менять состояние системы или проводить в ней измерения без дополнительных устройств.

ШАГ 7.2. Провести предварительную оценку полученного решения.

Контрольные вопросы:

а) Обеспечивает ли полученное решение выполнение главного требования ИКР-1 ("Элемент сам...")?

б) Какое физическое противоречие устранено (и устранено ли) полученным решением?

в) Содержит ли полученная система хотя бы один хорошо управляемый элемент? Какой именно? Как осуществлять управление?

г) Годится ли решение, найденное для "одноцикловой" модели задачи в реальных условиях со многими циклами?

Если полученное решение не удовлетворяет хотя бы одному из контрольных вопросов, вернуться к 1.1.

ШАГ 7.3. Проверить (по патентным данным) формальную новизну полученного решения.

ШАГ 7.4. Какие подзадачи возникнут при технической разработке полученной идеи? Записать возможные подзадачи - изобретательские, конструкторские, расчетные, организационные.

2.2.8 ПРИМЕНЕНИЕ ПОЛУЧЕННОГО ОТВЕТА

Действительно хорошая идея не только решает конкретную задачу, но и дает универсальный ключ ко многим другим аналогичным задачам. Восьмая часть АРИЗ имеет целью максимальное использование ресурсов найденной идеи.

ШАГ 8.1. Определить, как должна быть изменена надсистема, в которую входит измененная система.

ШАГ 8.2. Проверить, может ли измененная система (или надсистема) применяться по-новому.

ШАГ 8.3. Использовать полученный ответ при решении других технических задач:

а) сформулировать в обобщенном виде полученный принцип решения;
б) рассмотреть возможность прямого применения полученного принципа при решении других задач;

в) рассмотреть возможность использования принципа, обратного полученному;

г) построить морфологическую таблицу, например, типа "расположение частей - агрегатные состояния изделия" или "использованные поля - агрегатные состояния внешней среды" и рассмотреть возможные перестройки ответа по позициям этих таблиц;

д) рассмотреть изменение найденного принципа при изменении размеров системы (или главных ее частей): размеры стремятся к нулю, размеры стремятся к бесконечности.

Примечание

44. Если работа ведется не только ради решения конкретной технической задачи, тщательное выполнение шагов 8.3а - 8.3д может стать началом разработки новой теории, исходящей из полученного принципа.

2.2.9 АНАЛИЗ ХОДА РЕШЕНИЯ

Каждая решенная по АРИЗ задача должна повышать творческий потенциал человека. Но для этого необходимо тщательно проанализировать ход решения. В этом смысл девятой (завершающей) части АРИЗ.

ШАГ 9.1. Сравнить реальный ход решения данной задачи с теоретическим (по АРИЗ). Если есть отклонения, записать.

ШАГ 9.2. Сравнить полученный результат с данными информационного фонда ТРИЗ (стандарты, приемы, физэффекты). Если в информационном фонде нет подобного принципа, записать его в предварительный накопитель.

ТАБЛИЦА 1

СХЕМЫ ТИПИЧНЫХ КОНФЛИКТОВ В МОДЕЛЯХ ЗАДАЧ

1. ПРОТИВОДЕЙСТВИЕ. А действует на Б полезно (сплошная стрелка), но при этом постоянно или на отдельных этапах возникает обратное вредное действие (волнистая стрелка). Требуется устранить вредное действие, сохранив полезное действие.

ПРИМЕРЫ
- Задача об отделении опалубки после затвердевания бетона (Техника и наука, 1981, № 5-7);
- задача о размыкателе (Техника и наука, 1981, № 3-5);
- задача о мешалке для расплава стали (Техника и наука, 1981, № 8).

2. СОПРЯЖЕННОЕ ДЕЙСТВИЕ

Полезное действие А на Б в чем-то оказывается вредным действием на это же Б (например, на разных этапах работы одно и то же действие может быть то полезным, то вредным).

Требуется устранить вредное действие, сохранив полезное.

ПРИМЕР

- Задача о вводе порошка в расплав металла (Техника и наука, 1980, № 8).

3. СОПРЯЖЕННОЕ ДЕЙСТВИЕ

Полезное действие А на одну часть Б оказывается вредным для другой части Б.

Требуется устранить вредное действие на Б2, сохранив полезное действие на Б1.

ПРИМЕР
- Задача о "Бегущей по волнам" (Техника и наука, 1981, № 2).

4. СОПРЯЖЕННОЕ ДЕЙСТВИЕ

Полезное действие А на Б является вредным действием на В (причем А, Б и В образуют систему).
Требуется устранить вредное действие, сохранив полезное и не разрушив систему.

ПРИМЕР
- Задача о кабине стратостата (Техника и наука, 1980, № 2).

5. СОПРЯЖЕННОЕ ДЕЙСТВИЕ

Полезное действие А на Б сопровождается вредным действием на само А (в частности, вызывая усложнение А). Требуется устранить вредное действие, сохранив полезное.
ПРИМЕР
- Задача о паяльнике (Техника и наука, 1980, № 4).

6. НЕСОВМЕСТИМОЕ ДЕЙСТВИЕ

Полезное действие А на Б несовместимо с полезным действием В на Б (например, обработка несовместима с измерением).
Требуется обеспечить действие В на Б (пунктирная стрелка), не меняя действия А на Б.

ПРИМЕРЫ
- Задача об измерении диаметра шлифовального круга в процессе работы (Техника и наука, 1980, № 7);
- задача о киноаппарате и гермошлеме (Техника и наука, 1981, № 9).

7. НЕПОЛНОЕ ДЕЙСТВИЕ ИЛИ БЕЗДЕЙСТВИЕ

А оказывает на Б одно действие, а нужны два равных действия. Или А не действует на Б. Иногда А вообще не дано: надо изменить Б, а каким образом –

неизвестно.

Требуется обеспечить действие на Б при минимально простом А.

ПРИМЕРЫ
Задача о смазке валков при прокате (Техника и наука. 1981. №7-8); задача о получении высокого давления (Техника и наука, 1979, №6).

8. "БЕЗМОЛВИЕ"

Нет информации (волнистая пунктирная стрелка) об А, Б или взаимодействии А и Б. Иногда дано только Б. Требуется получить необходимую информацию.

9. НЕРЕГУЛИРУЕМОЕ (В ЧАСТНОСТИ, ИЗБЫТОЧНОЕ) ДЕЙСТВИЕ
А действует на Б нерегулируемо (например постоянно), а нужно регулируемое действие (например, переменное). Требуется сделать действие А на Б регулируемым (штрих-пунктирная стрелка).

ПРИМЕРЫ
Задача о сливе стекла из ковша (Техника и наука. 1979. №10);
задача об ампуле (Техника и наука. 1981. №9).

ТАБЛИЦА 2

РАЗРЕШЕНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОТИВОРЕЧИЙ

	ПРИНЦИПЫ	ПРИМЕРЫ
1	Разделение противоречивых свойств в пространстве.	А.с. № 256708: для пылеподавления при горных работах капельки воды должны быть мелкими. Но мелкие капли образуют туман. Предложено мелкие капли окружать конусом из крупных капель.
2	Разделение противоречивых свойств во времени.	Стандарт 2.2.3. (в Системе-76) А.с. № 258490: ширину ленточного электрода меняют в зависимости от ширины сварного шва.
3	Системный переход 1а: объединение однородных или неоднородных систем в надсистему.	Стандарт 3.1.1 А.с. № 722624: слябы транспортируют по рольгангу впритык один к другому, чтобы не охлаждались торцы.
4	Системный переход 1б: от системы к антисистеме или сочетанию системы с антисистемой.	Стандарт 3.1.3. А.с. № 523695: Способ остановки кровотечения - прикладывают салфетку, пропитанную противогруппной кровью.
5	Системный переход 1в: вся система наделяется свойством С, а ее части - свойством анти-С.	Стандарт 3.1.5. А.с. № 510350: рабочие части тисков для зажима деталей сложной формы: каждая часть (стальная втулка) твердая, а в целом зажим податливый, способен менять форму.
6	Системный переход 2: переход к системе, работающей на микроуровне.	Стандарт 3.2.1 А.с. № 179479: вместо механического крана - "термо-кран" из двух материалов с разными коэффициентами теплового расширения. При нагреве образуется зазор.
7	Фазовый переход 1: замена фазового состояния части системы или внешней среды.	Стандарт 5.3.1. А.с. № 252262: cпособ энергоснабжения потребителей сжатого газа в шахтах - транспортируют сжиженный газ.
8	Фазовый переход 2: "двойственное" фазовое состояние одной части системы (переход этой части из одного состояния в другое в зависимости от условий работы)	Стандарт 5.3.2. А.с. № 958837: теплообменник снабжен прижатыми к нему "лепестками" из никелида титана: при повышении температуры "лепестки" отгибаются, увеличивая площадь охлаждения.
9	Фазовый переход 3: использование явлений, сопутствующих фазовому переходу.	Стандарт 5.3.3. А.с. № 601192: приспособление для транспортировки мороженых грузов имеет опорные элементы в виде брусков льда (снижение трения за счет таяния).
10	Фазовый переход 4: замена однофазового вещества двухфазовым.	Стандарты 5.3.4 и 5.3.5. А.с. № 722740: способ полирования изделий. Рабочая среда состоит из жидкости (расплава свинца) и ферромагнитных абразивных частиц.
11	Физико-химический переход: возникновение - исчезновение вещества за счет разложения - соединения, ионизации - рекомбинации.	Стандарты 5.5.1 и 5.5.2. А.с. № 342761: для пластификации древесины аммиаком осуществляют пропитку древесины солями аммония, разлагающимися при трении.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

ЗАДАЧА О ПЕРЕВОЗКЕ ШЛАКА

СИТУАЦИЯ
Доменный шлак (температура paсплава 1000°С) перевозят к шлакоперерабатывающей установке в ковшах, установленных на железнодорожных платформах. Из-за действия холодного воздуха на поверхности расплава образуется толстая корка твердого шлака. Теряется около трети перевозимого жидкого шлака. В корке приходится пробивать отверстия для слива шлака, а после удалять затвердевший шлак. Можно предотвратить образование корки, применив теплоизолирующую крышку. Но это существенно затруднит работу: нужно будет снимать и надевать громоздкую крышку. Как быть?

РЕШЕНИЕ

Шаг 1.1. Мини-задача. ТС для перевозки расплавленного доменного шлака включает железнодорожную платформу, ковш, расплавленный шлак. ТП-1: если ковш имеет крышку, не образуется твердой корки застывшего шлака, но обслуживание системы замедляется. ТП-2: если ковш не имеет крышки, обслуживание не замедляется, но образуется твердая корка. Необходимо при минимальных изменениях в системе предотвратить образование твердой корки шлака.
Пояснение 1
По примечанию 4 следует заменить термин "крышка". На первый взгляд, этот термин кажется безобидным, но он связан с представлением о жестком (или почти жестком) покрытии, которое необходимо открывать и закрывать. При решении задачи может оказаться, что крышка жидкая или газообразная и что она служит один раз, потом, например, сгорая... Нам нужна не "крышка", а "теплоудержалка"... В этом учебном разборе мы сознательно оставляем слово "крышка", чтобы не упрощать чрезмерно задачу.

Шаг 1.2. Конфликтующая пара. Изделие - расплавленный шлак. Инструмент –

крышка (отсутствующий, присутствующий).
Шаг 1.3. Схемы ТП:

ТП-1: Крышка есть ТП-2: Крышки нет

Шаг 1.4. Выбор ТП. Главная цель системы - перевозка шлака. Выбираем ТП-2 (шлак перевозится быстро, но с потерями, так как образуется корка).
Шаг 1.5. Усиление ТП. Нет необходимости усиливать ТП, поскольку уже принято, что крышка отсутствует.

Шаг 1.6. Модель задачи. Даны расплавленный шлак и отсутствующая крышка. Отсутствующая крышка не замедляет обслуживание, но и не препятствует образованию корки. Необходимо найти такой икс-элемент, который, сохраняя способность отсутствующей крышки не замедлять обслуживание, предотвращал бы образование корки.

Шаг 1.7. Применение стандартов

Пояснение 2

Задача четко решается по стандарту 1.2.2 на устранение вредной связи введением видоизмененных B1 и B2. Но мы рассматриваем анализ этой учебной задачи именно по АРИЗ, поэтому отсылку к стандартам не принимаем во внимание.
Шаг 2.1.Оперативная зона. Пространство, ранее занимаемое крышкой, т. е. "пустой" слой над жидким шлаком.

Шаг 2.2. Оперативное время. Т₁ - время от начала заливки до окончания слива шлака. Т₂ - время до заливки ковша.

Шаг 2.3. Вещественно-полевые ресурсы.

Внутрисистемные ВПР:

1. "отсутствующая крышка", т. е. воздух в пустом слое над шлаком;

2. жидкий шлак, прилегающий к отсутствующей крышке;

3. тепловое поле изделия, т. е. жидкого шлака.

Внешнесистемные ВПР:

1. воздух над "отсутствующей крышкой";

2. фоновые поля.

Надсистемные ВПР:

1. отходов нет,

2. "копеечные" - воздух, вода, земля (почва) и т. п.

Шаг 3.1. ИКР-1. Икс-элемент, абсолютно не усложняя систему и не вызывая вредных явлений, предотвращает в течение 0В образование корки, сохраняя способность отсутствующей крышки свободно пропускать шлак при заполнении и опорожнении ковша.

Шаг 3.2. Усиленный ИКР-1. Для усиления формулировки ИКР-1 надо заменить "икс-элемент" словами "слой воздуха".

Шаг 3.3. Макро-ФП. Слой воздуха в 0З должен быть заполнен нетеплопроводным веществом, чтобы уменьшить охлаждение шлака, и не должен быть заполнен веществом, чтобы не мешать заливу и сливу шлака.

Шаг 3.4. Микро-ФП. Cлой воздуха в 03 должен быть заполнен связанными друг с другом частицами, чтобы не проходил холодный воздух, и не должен быть заполнен связанными частицами, чтобы свободно проходил наливаемый и сливаемый шлак.

Шаг 3.5. ИКР-2. Слой воздуха в 03 при заливке шлака должен сам превращаться в нетеплопроводное вещество, которое должно само же исчезать при сливании шлака.
Шаг 3.6. Применение стандартов.

См. запись на шаге 1.7 (пояснение 2).

Шаг 4.1. Метод ММЧ. В этой записи учебной задачи шаг 4.1 опущен из тех же соображений, что и шаги 1.7 и 3.6.

Шаг 4.2. Шаг назад от ИКР. Формально в данном случае шаг 4.2 следует пропустить: мы не знаем, какой должна быть готовая система. Но любопытно использовать и этот шаг, хотя бы в учебных целях.

1. ИКР: "готовая система" включает какую-то "крышку", идеально (полностью) отделяющую холодный воздух от горячего шлака.

2. Шаг назад от ИКР: появилось сквозное отверстие.

3. Устранение дефекта: простейший, очевидный способ - использовать "пробку".

4. Переход к общему решению: "крышка" должна состоять из многих "пробок".

5. Техническое решение: "пробки", выполненные из ВПР, т. е. из воздуха и шлака, - пористые шлаковые гранулы, пена. Главный ВПР - воздух, следовательно, больше всего подходит пена.

Шаг 4.3. Применение смесей. Воздух и шлак дают ряд структур, обладающих высокими теплоизолирующими свойствами: пористые гранулы, полые гранулы, пена. Больше всего воздуха в пене, а мы проверяем "линию воздуха". Следовательно, первый вероятный ответ - использование пены в качестве "крышки".
Пену образуют, добавляя небольшое количество воды в ковш во время заливки шлака. Таким образом, идею реализуют, не выходя за рамки имеющихся ВПР. Это обусловливает высокое качество решения.

Шаг 4.4. Применение "пустоты". Идея применения шлаковой пены закономерно появляется и на этом шаге.

Контрольный ответ - а. с. 400621: при заливке шлака создают покрытие шлаковой пены - при сливании шлак свободно проходит через такую "крышку". Задача впервые решена преподавателем ТРИЗ М. И. Шараповым (Магнитогорск) и широко внедрена в металлургической промышленности.

Шаг 9.1. Для создания крышки используется шлак. Между тем, шлак - изделие, а не инструмент или внешняя среда. Использование шлака для создания крышки оказалось возможным потому, что расход шлака в данном случае ничтожен.
В ТРИЗ давно используется идея введения добавок - небольших управляемых доз вещества. В задаче о шлаке мы сталкиваемся с применением "антидобавок" - изъята и использована небольшая доза изделия. Видимо, это допустимо во всех случаях, когда изделие "безразмерно" (например, если изделие - поток жидкости или газа).

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

ЗАДАЧА ОБ ОПЫЛЕНИИ ЦВЕТОВ

СИТУАЦИЯ
При искусственном опылении растений поток воздуха от воздуходувки переносит пыльцу. Но растения в процессе эволюции выработали способность быстро закрывать цветы (смыкать лепестки) при сильном ветре. А слабый ветер плохо переносит пыльцу. Как быть?

РЕШЕНИЕ
Шаг 1.1. Мини-задача. ТС для переноса пыльцы включает воздуходувку, создаваемый ею ветер, цветы (лепестки и пыльцу). ТП-1: сильный ветер хорошо переносит пыльцу, но соединяет лепестки (и пыльца не выходит). ТП-2: слабый ветер не закрывает лепестки, но и не переносит пыльцу. Необходимо при минимальных изменениях в системе обеспечить перенос пыльцы ветром воздуходувки.

Пояснение 1
По примечанию 4 следует заменить термин "ветер". Но ветер - природный элемент, изменяемый по условиям задачи. Поэтому можно сохранить слово "ветер", хотя, строго говоря, его следовало бы заменить словами "поток воздуха" или "поток частиц воздуха".

Шаг 1.2. Конфликтующая пара. Изделие - пыльца и лепестки. Инструмент-ветер (сильный, слабый).

Шаг 1.3. Схемы ТП:

ТП-1: сильный ветер ТП-2: слабый ветер

Шаг 1.4. Выбор ТП. Главная цель системы - перенос пыльцы. Выбираем ТП-1.
Шаг 1.5. Усиление ТП. Будем считать, что вместо "сильного ветра" в ТП-1 действует "очень сильный ветер".
Шаг 1.6. Модель задачи. Даны лепестки, пыльца и очень сильный ветер. Очень сильный ветер хорошо переносит пыльцу, но соединяет лепестки. Необходимо найти такой икс-элемент, который, сохраняя способность сильного ветра переносить пыльцу, обеспечил бы разъединенное положение лепестков.

Шаг 1.7. Применение стандартов

Пояснение 2

Задача решается по стандарту 1.2.4 на устранение вредной связи введением второго поля (механическое поле ветра неуправляемо по условиям задачи, приходится вводить второе поле; введение третьего вещества недопустимо по условиям задачи). Поскольку мы рассматриваем анализ этой учебной задачи именно по АРИЗ, стандарты на этом шаге "отключены".

Шаг 2.1. Оперативная зона. Прилепестковое пространство.

Шаг 2.2. Оперативное время. Т₁ - все время действия очень сильного ветра. Т₂ - некоторое время до действия ветра.

Шаг 2.3. Вещественно-полевые ресурсы. Воздух в прилепестковом пространстве. Механическое поле сильного ветра.

Шаг 3.1. ИКР-1. Икс-элемент в 03, абсолютно не усложняя систему и не вызывая вредных явлений, обеспечивает в течение 0В несоединение лепестков, сохраняя способность очень сильного ветра переносить пыльцу.

Шаг 3.2. Усиленный ИКР-1. Для усиления ИКР-1 надо "икс-элемент" заменить словами "воздух в 03".

Шаг 3.3. Макро-ФП. Воздух в 03 в течение всего 0В должен быть "ветронепроводящим", чтобы лепестки не соединялись, и должен быть "ветропроводящим", чтобы не мешать переносу пыльцы.

Шаг 3.4. Микро-ФП. Воздух в 03 в течение всего 0В должен содержать силовые частицы, чтобы не пропускать ветер, и не должен содержать силовых частиц, чтобы пропускать пыльцу.

Шаг 3.5. ИКР-2. Силовые частицы воздуха в течение всего 0В должны сами действовать на лепестки и не должны действовать на ветер (т. е. должны отталкивать лепестки друг от друга и не должны отталкивать ветер).

Шаг 3.6. Применение стандартов. См. запись на шаге 1.7 (пояснение 2).

Шаг 4.1. а) Суть конфликта: в 03 есть только человечки ветра А, которые переносят пыльцу (это хорошо), но вызывают соединение лепестков (это плохо).

б) По правилу 4 надо ввести частицы Б, которые, не мешая частицам А переносить пыльцу, будут мешать им соединять лепестки. Частицы Б должны находиться у лепестков и не должны занимать остальное пространство, чтобы не мешать переносу пыльцы.

Частицы А создаются воздуходувкой. А откуда возьмутся частицы Б? Взять их можно из ВПР, т. е. из воздуха. Но откуда возникает сила, необходимая для рассоединения лепестков?

По правилу 6 следует разделить частицы Б на Б-1 и Б-2 и получить рассоединяющую силу за счет взаимодействия Б-1 и Б-2. Очевидно, что для этого частицы Б- 1 и Б-2 должны быть заряжены одноименно

Шаг 4.5. Получение частиц. Заряженные частицы Б-1 и Б-2 могут быть получены (по правилу 8) ионизацией воздуха (или влаги, содержащейся в воздухе).

Шаг 5.4. Применение "Указателя физэффектов". Дерзкие формулы творчества. Петрозаводск: Карелия, 1987. С. 140. По таблице: создание сил отталкивания (между лепестками) - применение электростатических сил (раздел 4.2).

Контрольный ответ - а.с. 755247: перед обдуванием (т.е. во время Т₂) лепестки раскрывают воздействием электростатического заряда.

ПРИЛОЖЕНИЕ 3

ЗАДАЧА О МАКЕТЕ ПАРАШЮТА

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

РЕШЕНИЕ
Шаг 1.1. Мини-задача. ТС для наблюдения за вихреобразованием включает прозрачную трубу, поток воды, вихри в потоке воды, макет парашюта, слой растворимой краски на макете. ТП-1: если слой краски тонкий, он не искажает макет, но окрашивает вихри кратковременно. ТП-2: если слой краски толстый, он искажает вихри, но окрашивает их длительное время. Необходимо при минимальных изменениях в системе обеспечить длительные испытания без искажений.

Пояснение 1
По примечанию 4 к шагу 1.1 термин "краска" должен быть заменен словом "вещество, отличное от воды по цвету, прозрачности и другим оптическим свойствам", сокращенно - "другое вещество". Казалось бы, это лишняя игра в слова. На самом деле, заменив "краску" "другим веществом", мы облегчаем путь к формулировке ФП: в потоке воды должно быть неисчерпаемое количество другого вещества и вообще не должно быть другого вещества. Ясно, что функции другого вещества должна выполнять "измененная вода".

Шаг 1.2. Конфликтующая пара. Изделие - вихри и макет. Инструмент - слой (толстый, тонкий) краски на макете.

Шаг 1.3. Схемы ТП:

ТП-1: тонкий слой краски ТП-2: толстый слой краски

Шаг 1.4. Выбор ТП. Главная цель ТС (в условиях данной задачи)- наблюдение, поэтому выбираем ТП-1: нет искажений наблюдаемого объекта.
Шаг 1.5. Усиление ТП. Будем считать, что вместо "тонкого слоя" краски в ТП-1 указан "отсутствующий слой краски".

Шаг 1.6. Модель задачи. Даны вихри в потоке воды, макет и отсутствующий слой краски (на макете). Отсутствующий слой краски не искажает макет, но и не окрашивает вихри. Необходимо найти такой икс-элемент, который, сохраняя способность отсутствующего слоя краски не вносить искажений, обеспечивал бы длительную окраску вихрей.

Шаг 1.7. Применение стандартов. Пояснение 2. Задача решается по стандарту 5.1.1.9. Но мы рассматриваем решение этой задачи именно по АРИЗ, поэтому отсылку к стандартам не принимаем во внимание.

Шаг 2.1. Оперативная зона. Примакетное пространство.

Шаг 2.2. Оперативное время. Т₁ - все время наблюдений (неограниченно долго). Т₂ - нет.

Шаг 2.3. Вещественно-полевые ресурсы. Вода (это изделие, но воды много).

Шаг 3.1. ИКР-1. Икс-элемент, абсолютно не усложняя систему и не вызывая вредных явлений, обеспечивает длительную окраску вихрей, сохраняя способность отсутствующего слоя краски не искажать макет (и вихри).

Шаг 3.2. Усиленный ИКР-1. Для усиления ИКР-1 необходимо заменить "икс-элемент" словами "вода в 03".

Шаг 3.3. Макро-ФП. В 03 должна быть только вода, чтобы не расходовать краску, и не должно быть воды (должна быть не-вода), чтобы окрашивать вихри в течение 0В.
Шаг 3.4. Микро-ФП. В 03 должны быть только молекулы воды, чтобы краска не расходовалась в течение 0В, и не должно быть молекул воды (должны быть молекулы не-воды), чтобы окрашивать вихри.

Шаг 3.5. ИКР-2. Молекулы воды в 03 должны сами превращаться в молекулы не-воды (краски) и должны оставаться водой, чтобы не расходоваться в течение неограниченно долгого времени.

Здесь уже видно решение: пусть молекулы воды в 03 превращаются в краску; израсходованные молекулы будут замещаться молекулами воды из потока.
Шаг 4.4. Смесь воды с "пустотой" - пузырьки. Их можно использовать вместо краски.
Шаг 4.5. "Пустота" (газ) для образования пузырьков может быть получена электролизом воды (правило 8).

Контрольный ответ. Электролиз. Вместо краски - мелкие пузырьки газа, выделяющиеся на макете-электроде.

ПРИЛОЖЕНИЕ 4

ЗАДАЧА ОБ ОБНАРУЖЕНИИ ЧАСТИЦ

СИТУАЦИЯ

Для многих целей нужны жидкости особой оптической чистоты, содержащие минимальное количество нерастворимых примесей. Крупные частицы можно обнаружить по отражению света. Однако мелкие пылинки (диаметром до 300 ангстрем) известными оптическими методами обнаружить не удается: света (даже лазерного) они отражают слишком мало. Нужен оптический способ, позволяющий определить, есть ли в жидкости мельчайшие пылинки и сколько их. Пылинки немагнитные, сделать их магнитными нельзя.

РЕШЕНИЕ
Шаг 1.1. Мини-задача. ТС для наблюдения частиц, взвешенных в жидкости оптической чистоты, включает жидкость и частицы. ТП-1: если частицы малы, жидкость остается оптически чистой, но частицы невозможно наблюдать невооруженным глазом. ТП-2: если частицы большие, они хорошо наблюдаемы, но жидкость перестает быть оптически чистой, а это недопустимо. Необходимо при минимальных изменениях в системе обеспечить возможность наблюдения частиц невооруженным глазом.

Шаг 1.2. Конфликтующая пара. Изделие - частицы. Инструмент-глаз (это плохой, неменяемый инструмент).

Шаг 1.3. Схемы ТП:

ТП-1: размеры частиц малы ТП-2: размеры частиц велики

Шаг 1.4. Выбор ТП. ТП-2 - это формальное ТП, приведенное в соответствии с примечанием 3. Поэтому и выбор ТП в этой задаче формален: по условиям задачи мы обязаны выбрать ТП-1.

Шаг 1.5. Усиление ТП. Надо увидеть еще более мелкие частицы, например инородные молекулярные включения.

Шаг 1.6. Модель задачи. Даны мельчайшие частицы в жидкости. Мельчайшие частицы, хотя и не портят жидкость, абсолютно невидимы невооруженным глазом. Необходимо ввести икс-элемент, который, не воздействуя вредно на жидкость, делал бы заметными мельчайшие частицы.

Шаг 1.7. Применение стандартов. После формулировки модели задачи суть конфликта свелась к тому, что в систему надо ввести какие-то добавки, и в то же время нельзя вводить ничего. Ясно, что эти добавки должны быть не инородными, а своими - "оптически-жидкостными". "Своя" добавка - это вариация оптической жидкости, получаемой по стандартам 5.1.1.9, 5.5.1. Однако для показа работы АРИЗ мы продолжим анализ по алгоритму.

Шаг 2.1.Оперативная зона. Поверхность мельчайшей частицы и "околочастичное пространство".
Шаг 2.2. Оперативное время. Т₁ - время наблюдений, Т₂ - время до наблюдений.
Шаг 2.3. Вещественно-полевые ресурсы.

Внутрисистемные ВПР:

1. глаз

2. частицы.

Внешнесистемные ВПР:

1. оптическая жидкость.

Надсистемные ВПР:

1. воздух.

Шаг 3.1. ИКР-1. Икс-элемент, абсолютно не усложняя систему и не портя оптической жидкости, в течение 0В (времени наблюдений) в пределах 03 делает частички видимыми.
Шаг 3.2. Усиленный ИКР. Так как инструмент (глаз) неменяем, то по примечанию 24 икс-элемент надо заменить на элемент внешней среды: оптическая жидкость сама делает частицы видимыми.

Шаг 3.3. ФП на макроуровне. Жидкость должна увеличивать частицы, чтобы они были видимыми, и не должна увеличивать частицы, потому что она не обладает такими свойствами по условиям задачи.

Шаг 3.4. Микро-ФП. Оптическая жидкость должна содержать в себе "увеличительные" ("отличительные") частицы, чтобы делать мельчайшие частицы видимыми, и не должна содержать инородных ("увеличительных", "отличительных") частиц, потому что они загрязняют оптическую жидкость.

Шаг 3.5. ИКР-2. 03 (жидкость в "околочастичном" пространстве) в течение 0В (времени наблюдений) должна сама обеспечивать наличие (появление) в себе "увеличительных" частиц, которые после наблюдения должны исчезать.

Шаг 4.5. Производные ВПР. Задача четко решается на этом шаге применением веществ, производных от оптической жидкости. Такими веществами являются "газ оптической жидкости" и "лед оптической жидкости".

Контрольный ответ. Оптическую жидкость импульсно нагревают, получая перегретую жидкость. Мельчайшие частицы в ней играют роль центров закипания, и на них образуются пузырьки. Жидкость находится под небольшим вакуумом, и пузырьки начинают быстро расти. Фотографируя их, получают информацию о самих частицах (Химия и жизнь. 1975. № 4. С. 66). Абсолютный аналог - пузырьковая камера, в которой тоже работает нагретая жидкость.
Теоретически подходит и второй путь - замораживание: мельчайшие частицы будут играть роль центров кристаллизации. Но насколько такие центры наблюдаемы, без экспериментов с конкретными жидкостями сказать трудно.
Пузырьки в жидкости можно получить не только импульсным нагревом - охлаждением, но и импульсным сбросом давления.

ПРИМЕР
А.с. 479030: "Способ определения момента появления твердой микрофазы в жидкостях путем пропускания через жидкость ультразвукового излучения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения, амплитуду давления пропускаемого излучения выбирают ниже кавитационной прочности жидкости и регистрируют появление твердой микрофазы по возникновению кавитационной области".

ПРИЗНАКИ ОБЪЕКТА И ВОЗМОЖНЫЕ ВАРИАНТЫ ИХ РЕАЛИЗАЦИИ (ПЕРЕЧНИ К КОМБИНАТОРНОМУ МЕТОДУ) **)

1. Пространственный вид

1. Точка.

  2. Линия.

 3. Плоскость.

  4. Объём.

1. Пространственное положение

 1.  Горизонтальное.

1. 2.  Вертикальное.

3. Под углом.

1. Состояние во времени

1. Действие замедлить.

2. Действие ускорить.

3. Действие совершить до начала работы объекта.

4. Действие совершить после окончания работы объекта.

5. От непрерывной работы перейти к импульсной.

6. От периодической работы перейти к непрерывной.

1. Виды движения

1. Прямолинейное.

2. Вращательное.

3. Механические колебания (также и вибрации).

1. Изменения (приёмы)

1. Изменить количественный показатель.

2. Увеличить, уменьшить (также и количество функций).

3. Соединить, разъединить.

4. Двигаться, не двигаться.

5. Использовать посредника.

6. Использовать копию.

7. Использовать принцип самообслуживания.

8. Использовать обратную связь.

9. Изменить на антипод (а свойство на антисвойство).

10. Вред превратить в пользу.

1. Геометрическая форма объекта

П о л и н и и :

1. Синусоида.

2. Эллипс.

3. Спираль (на плоскости-логарифмическая, архимедова; в

пространстве - цилиндрическая, конусная).

П о    п л о с к о с т и :

4. Треугольник (остроугольный, тупоугольный, прямоугольный,

равнобедренный, равносторонний).

5. Четырёхугольник, параллелограмм, ромб, прямоугольник, квадрат.

6. Трапеция, равнобочная трапеция.

7. Многоугольник (неправильный, правильный).

8. Круг.

9. Части круга (сектор, сегмент, круговое кольцо).

В   п р о с т р а н с т в е

10. Призма (наклонная, прямая, правильная)

11. Параллелепипед (прямоугольный, куб).

12. Пирамида (неправильная, правильная, тетраэдр).

13. Усечённая пирамида (неправильная, правильная).

14. Обелиск.

15. Клин.

16. Цилиндр (наклонный, прямой).

17. Круглый прямой цилиндр, усечённый круговой цилиндр.

18. Отрезок цилиндра.

19. Цилиндрическая труба.

20. Круглый конус (наклонный, прямой).

21. Круглый усечённый конус (наклонный, прямой).

22. Шар.

23. Части шара (сектор, сегмент, слой, полый шар).

24. Тор.

25. Бочка.

26. Эллипсоид, сплющенный эллипсоид вращения, вытянутый эллипсоид вращения.

27. Гиперболоид.

28. Эллиптический параболоид.

29. Псевдосфера.

30. Лист Мёбиуса.

1. Структура объекта

1. Перестановки, например, из трёх элементов а, b, c - abc, bca, cab, cba, bac, acb.

2. Перестановки, расставленные по обе стороны оси симметрии.

3. Асимметрическое изображение (по отношению к центральному элементу или оси симметрии).

4. Дублирование элементов. На каждой стороне (от оси симметрии) элементы можно повторить. Элементы располагаются на оси х.

5. Переход к структуре двух измерений (когда подобные элементы имеются не только по оси х, но и по оси у).

6. Переход к структуре трёх измерений (имевшийся случай 5 плюс аналогичное добавление элементов на оси z)

7. Применение геометрических тел вращения и движения.

8. Комбинации указанных случаев.

1. Возможные состояния материала

1. Твёрдое.

2. Сыпучее.

3. Эластичное (растяжимое).

4. Вязкое (например, гель).

5. Жидкое.

6. Газовое.

7. Плазма.

8. Вакуум.

1. Возможные степени дисперсности материала

1. Гранулы, порошок, пудра.

2. Ионы.

3. Кристаллы.

4. Молекулы.

5. Атомы.

6. Кванты.

7. Электроны.

1. Возможные свойства материалов

1. Механическая прочность.

2. Хрупкость.

3. Плотность.

4. Твёрдость.

5. Упругость.

6. Растяжимость.

7. Гладкость поверхности.

8. Пористость.

9. Вязкость.

10. Растворимость в жидкости.

11. Газовая абсорбция.

12. Поверхностное натяжение.

13. Тепловое расширение и изменение объёма при фазовом переходе.

14. Теплота фазового перехода (превращения).

15. Теплопроводность.

16. Теплоёмкость.

17. Температура плавления.

18. Температура кипения.

19. Диффузность.

20. Капилярность.

21. Сорбционные свойства.

22. Осмотические свойства.

23. Устойчивость и усталость.

24. Звукопроводность.

25. Ультразвукопроводность.

26. Электрострикционные свойства.

27. Электропроводность.

28. Сверхпроводимость (электрическая).

29. Полупроводниковые свойства.

30. Магнитопроводность.

31. Магнитострикционные свойства.

32. Проводимость радиоволн.

33. Проводимость инфракрасных лучей.

34. Проводимость волн оптического спектра (инфракрасных лучей).

35. Светоотражательные свойства.

36. Люминесцентные, флуоресцирующие свойства.

37. Фотопластичность.

38. Фотоупругость.

39. Фотохромные свойства.

40. Проводимость ультрафиолетовых лучей.

41. Проводимость индуцированного излучения (лучей лазера, мазера).

42. Проводимость рентгеновских лучей.

43. Радиационная устойчивость.

44. Проводимость радиоактивных лучей.

45. Химическая инертность.

46. Химическая стойкость неметаллов.

47. Коррозионная стойкость металлов.

48. Химическая агрессивность.

49. Токсичность.

50. Старение материала.

XI. Возможные виды используемой энергии

1. Механического движения, в т. ч. вращательного, колебательного.

2. Гравитации.

3. Деформации.

4. Газа или жидкости под давлением.

5. Тела, погруженного в жидкость или газ вследствие действия архимедовых сил.

6. Струи жидкости, потока газа, ветра.

7. Фазовых превращений.

8. Внутренняя энергия (нагретых) тел.

9. Акустических волн, в т. ч. ультразвука.

10. Электрического, магнитного полей, (в т. ч. вихревых), радиоволн.

11. Электрического тока (в т.ч. в жидкостях, газах, вакууме).

12. Света, в т. ч. инфракрасного, ультрафиолетового, рентгеновского.

13. Радиоактивного излучения (потока электронов, нейтронов,

альфа-частиц, гамма- излучения).

XII. Возможные виды используемых сил

1. Реактивные.

2. Центробежные.

3. Гравитации.

4. Упругой деформации.

5. Давления жидкости или газа.

6. Архимедовы.

7. Динамического давления потока жидкости или газа.

8. Капиллярные.

9. Осмотические.

10. Давления акустических волн, в т.ч. ультразвуковых.

11. Электрического, магнитного полей, радиоволн.

12. Давления света.

ЗАДАЧНИК

1. На промышленном предприятии используют много воды для технических целей. Качают её насосом из реки. Механические примеси, которые содержатся в неочищенной воде (песчинки, ил), оседают на стенках труб и постепенно забивают их, количество поступающей воды уменьшается, поэтому водопровод нужно периодически от этого осадка очищать. Для сдирания осадка предложили закладывать в трубы через люк, который расположен после насоса, обломки кирпичей с острыми краями. Двигаясь по трубе под давлением воды, которое создаёт насос, они сдирают осадок. Этот осадок подхватывается потоком воды и выносится из трубы. Но крупные куски кирпича, которые хорошо очищают трубу, иногда застревают в плотных наслоениях ила, и выбить их очень сложно. Попробовали проводить очистку обломками меньшего размера. Они, действительно, не застревают, но почти ничего не очищают, поток воды свободно проносит их по всему трубопроводу и выбрасывает наружу. Как быть?

2. Токарные резцы большого диаметра получают ковкой. После этого их нужно заточить и профрезеровать по поверхности для обеспечения нужной чистоты. Пачки из нескольких резцов зажимают в тисках и фрезеруют вместе (см. рис.). Но у кованых резцов размеры могут существенно отличаться, поэтому фрезерование идёт по размеру наименьшего резца, что резко повышает трудоёмкость. Как, сохранив групповое фрезерование, обеспечить обработку каждого резца на минимальную глубину, учитывая, что одинаковости размеров резцов добиваться не нужно?

фреза

Резцы необработанные

Резцы обработанные

стол станка

тиски

Заострённые концы резцов направлены «от нас».

1. На кораблях, особенно военных, каждый метр площади на счету. Очень важно, чтобы любые сооружения занимали минимум места. Но очень трудно сократить вылет трапа, потому что он зависит от высоты и ширины ступенек. Сделать ступени выше (тогда их потребуется меньше) нельзя: затрудняется хождение. И уже сделать каждую ступеньку нельзя: на ней должна уместиться нога. Как быть? Предлагать вместо трапа другие средства – лифт, эскалатор - не следует.

2. Однажды на стройке возникла проблема: замерить горизонтальность плиты, расположенной за поворотом вентиляционного хода. Такой замер очень легко сделать с помощью простого жидкостного уровня с пузырьком, да вот беда–просунуть уровень за поворот ещё можно, а вот посмотреть на него – никак: мешает выстроенная стена. Пытались приспособить для этого зеркала, но ничего не вышло. Ломать готовую стенку жалко. Как быть?

3. Корпус плавильной печи охлаждают водой, циркулирующей по трубам, проложенным внутри стен позади огнеупорного слоя. Иногда трубы прорываются. Тогда стенки пропитываются водой, а вода превращается в пар под давлением, что приводит к взрыву. Как быть? Система водяного охлаждения должна сохраниться.

4. При изготовлении протезов для инвалидов, потерявших одну конечность, необходимо, чтобы протез по форме соответствовал сохранившейся конечности. Такая работа требует опытного скульптора, а это не всегда доступно. Есть выход – сделать слепок с имеющейся конечности, но тогда протез оказывается точной копией, т. е. второй правой или второй левой конечностью. Как быть?

5. В накопитель поступают плоские металлические промасленные детали. Из накопителя они по одной поднимаются и уносятся с помощью присоски (см. рис.). Но при этом к убираемой детали могут приклеиться одна или несколько деталей. Как этого избежать?

6. При сборке колёс автомобиля последняя операция – накачка шин. Рабочий подключает шины к ниппелю и в шину подаётся сжатый воздух от компрессора. При этом приходится периодически отсоединять шланг от ниппеля и измерять давление манометром. Если установить манометр на шланг, это ничего не даст: манометр покажет давление сжатого воздуха в компрессоре. Как быть?

7. Аэростат состоит из герметичной кабины и оболочки. По мере подъема приходится стравливать газ путём открытия клапана, расположенного около горловины оболочки. Стравливание происходит путём вытягивания троса, один конец которого подсоединён к клапану, а другой проходит в кабину. Ход троса до 10 м. Если сделать отверстие плотно облегающим трос, то трос трудно передвигать, а при большом отверстии на высоте из кабины выдет воздух. Автоматики нет, пластмасс, резины нет. Как быть?

8. Бак с горючим для космического корабля заполнен не полностью. Пузыри горючего находятся в невесомости и сами не перемещаются к насосу двигателя (см. рис.). Не применяя поршней в баке и не деформируя бак, надо обеспечить подачу топлива к насосу. Как это сделать?

9. На фармзаводе потребовалось усовершенствовать способ запайки ампул. По существующему способу ампулы размещают в кассетах (5 рядов по 5 ампул) вертикально капиллярами вверх. Затем подводят групповую горелку. Против каждой ампулы оказывается горелка, пламя нагревает капилляры и они оплавляются. При известных типах горелок невозможно сделать так, чтобы все горелки давали пламя точно одной длины. А если бы этого и удалось добиться, неуправляемое движение окружающего воздуха и колебания в составе самого газа всё равно сбили бы настройку горелок. Поэтому во избежание перегрева отдельных ампул (из-за которого портится их содержимое) пламя горелок делается небольшим. Но при этом некоторые ампулы не запаиваются. Как сделать так, чтобы все ампулы запаивались и не перегревались?

10. Куски чистого металлического натрия надо перемещать по открытому конвейеру. Однако натрий чрезвычайно активен. Он самовоспламеняется, соединяясь с кислородом и влагой воздуха. Создавать в цехе инертную атмосферу сложно. Покрывать натрий защитным веществом недопустимо. Как быть?

11. Цех изготавливает металлические полые конусы. После изготовления нужно проверить размеры и форму внутренней поверхности конуса. Для этого внутрь конуса поочерёдно вставляются шаблоны (для каждого проверяемого сечения имеется свой шаблон). Когда шаблон установлен, можно заметить, наблюдая на просвет, отклонение от заданной формы и размера. Чем больше шаблонов, тем точнее проверка. Но каждый замер требует много времени и труда. Поэтому, чем меньше шаблонов, тем быстрее и проверка. Как быть?

12. При сварке швов на стенах и потолках надо предотвращать вытекание расплавленного металла из зоны сварки. Для этого через расплавленный металл пропускают ток и действуют на свариваемое место магнитным полем. Но магнитное поле действует и на дугу, отклоняя её. Как быть?

13. Если не принять мер, то провод, по которому поступает ток в трамвай, при движении трамвая будет «перепиливать» токосъёмник трамвая. Как быть?

14. Дозатор жидкости сделан в виде качалки (см. рис.). В левой части дозатора – ёмкость для жидкости. Когда ёмкость наполнена, дозатор наклоняется влево и жидкость выливается. При этом левая часть становится легче, дозатор возвращается в исходное положение. К сожалению, дозатор работает неточно: выливается не вся жидкость. Как только часть жидкости выльется, облегчённая ёмкость уходит вверх – получается «недолив». Сделать ёмкость побольше и смириться с тем, что в ней остаётся часть жидкости? Но качалка капризна: «недолив» зависит от многих причин (вязкость жидкости, трение в опорах дозатора и т. д.). Нужно устранить недолив как-то иначе. Как быть?

1. Для точной (прецизионной) ручной пайки выводов микросхем и микропроводов с помощью электрического паяльника (см. рис.) нужно, чтобы наконечник паяльника был расположен как можно ближе к ручке. Но чем ближе ручка к наконечнику паяльника, тем сильнее она будет нагреваться и обжигать руку оператора. Как быть?

(Размер паяльника с шариковую авторучку.)

18. Для изготовления предварительно напряжённого (сжатого) железобетона нужно сначала растянуть стальную арматуру (прутки). Это делали с помощью сложных и капризных домкратов. Затем появился простой и надёжный способ. По прутку пропускался сильный ток, пруток нагревался и удлинялся. В таком состоянии его закрепляли на форме, в которую (после охлаждения прутка) подавался бетон. Концы прутка освобождали, пруток сжимался – укорачивался - и сжимал (напрягал) бетон.

Всё шло хорошо, пока использовали прутковую арматуру из обычной стали: достаточно было её нагреть до 400^о, чтобы получить необходимое удлинение. Но в предварительно напряжённом железобетоне выгодно применять не прутковую, а проволочную арматуру, обладающую высоким сопротивлением на разрыв. Чтобы удлинить такую проволоку до расчётной величины, нужно нагреть её до 700^о. Но при нагревании выше 400^о проволока теряет свои механические свойства. Использовать же проволоку из жаропрочной стали слишком дорого. Как быть?

19. Существующие вибротранспортёры для сыпучих материалов хорошо работают при углах подъёма не более 30^о. Понадобилось перемещать материал под углом 90⁰. Как быть?

1. Для исследования процесса дуговой сварки нужно одновременно следить за состоянием дуги и переносом металла. Но увидеть металл внутри яркой дуги нельзя. Чтобы обойти это затруднение, дугу освещают ещё более ярким светом от допол-нительного источника. При этом хорошо виден металл и не видна дуга. Как быть?

2. В крыле самолёта расположен бак с горючим. Нужен способ, позволяющий определить количество горючего при любых положениях самолёта. Как быть?

3. В условиях военного времени необходимо срочно отремонтировать эшелон с пробитыми осколками снарядов цистернами, в которых перевозилось горючее для фронта. В наличии имеется сварочный аппарат для электродуговой сварки, но как варить цистерны, в которых находятся взрывоопасные пары горючего? Как быть?

4. Пружину (длиной 10 см, диаметром 1 см)надо в сжатом состоянии установить плашмя между страницами книги. Если сжать пружину пальцами и попытаться положить её внутрь книги, то отпускании пальцев пружина сразу разожмётся. Такого рода затруднения нередко возникают при сборке пружин в приборах. Связывать пружину нельзя – в собранном приборе пружине придётся работать. Прибор портить нельзя. Как быть?

5. Чтобы свая хорошо входила в грунт, она должна быть снизу как можно острее. Но у острой сваи маленькая площадь опоры и для того, чтобы свая несла большую нагрузку, нужно нижнюю часть сваи сделать наоборот, расширенной, тупой. Как быть?

КЛАССИФИКАЦИЯ ФУНКЦИЙ

ВНЕШНИЕ ФУНКЦИИ

ВТОРОСТЕПЕННЫЕ ФУНКЦИИ:

ЭСТЕТИЧЕСКИЕ

ЭРГОНОМИЧЕСКИЕ

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ

ГЛАВНАЯ ФУНКЦИЯ (может быть несколько)

ВНУТРЕННИЕ ФУНКЦИИ

ПОЛЕЗНЫЕ ФУНКЦИИ,

ЕСЛИ НЕТ ИЗБЫТОЧНОГО РЕСУРСА

ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ ФУНКЦИИ:

СОЕДИНИТЕЛЬНЫЕ

ФИКСИРУЮЩИЕ

ИЗОЛИРУЮЩИЕ

НАПРАВЛЯЮЩИЕ

ГАРАНТИРУЮЩИЕ ДОЛГОВЕЧНОСТЬ, НАДЁЖНОСТЬ, ТОЧНОСТЬ

ОСНОВНЫЕ ФУНКЦИИ

ПРИЁМ ЭВИ

ХРАНЕНИЕ, ПРЕОБРАЗОВАНИЕ, ПЕРЕДАЧА ЭВИ

ВЫДАЧА ЭВИ

ВРЕДНЫЕ ФУНКЦИИ:

«ПОТЕРИ» ЭНЕРГИИ (преобразование в тепловую форму и рассеяние)

ПОТЕРИ ВЕЩЕСТВА, ДЕФОРМАЦИЯ СТРУКТУРЫ

ИСКАЖЕНИЕ ИНФОРМАЦИИ

ГЕНЕРИРОВАНИЕ ВНЕШНИХ ПОЛЕЙ (электрических, магнитных, тепловых, радиопомех)

МЕХАНИЧЕСКОЕ ТРЕНИЕ, ВИБРАЦИИ, ШУМЫ, ЗАГРЯЗНЕНИЕ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Электроизолтор

Функционально-структурная модель нагревателя электрического чайника (тэна)

Трубка

Нить накала

“пищевое” покрытие

Фиксатор

Контакт

Функции Структурные элементы	Тэн в целом
Выделять тепло ГЛ
Быть “пищевым” ВТ
Пропускать ток 01
Оказывать сопротивление эл. току 02
Подводить тепло (к нити) 011
Проводить тепло (от нити к воде) 03
Электроизолировать нить накала (от воды) ВСП 1
Изолировать нить накала (от воды) ВСП 2
Фиксировать контакт ВСП 3

ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ МОДЕЛЬ

ТЕХНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ , ПРЕДОХРАНЯЮЩЕЙ

ПИЩЕВЫЕ ПРОДУКТЫ ОТ ГНИЕНИЯ

В модели представлены только функции, ответственные за возможные принципы действия (ПД) технической системы, выполняющей данную внешнюю функцию. В ней не отражены такие функции, как «принимать продукты», «вмещать продукты» и пр..

Не все ПД универсальны, т. е. пригодны для любых видов продуктов. Это естественно, т.к. разрабатывая функциональную модель, мы преследуем цель получить все мыслимые ПД (как универсальные, так и нет), реализующие данную внешнюю функцию.

Некоторые ПД, хоть и обеспечивают выполнение внешней функции, однако, если не принять мер, они недопустимо изменяют сами продукты. В этом случае надо применить ТРИЗ, чтобы разрешить возникшее противоречие.

предотвращать гниение продуктов

(т. е. предотвращать химическое разложение молекул продуктов)

Обеспечить невоздействие ферментов ( выделяемых бактериями),

которые активизируют реакцию разложения

Обеспечить отсутствие Сохранить присутствие

ферментов (в продуктах) ферментов (в продуктах)

ЭТАПЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

новых технических систем

Внешняя функция



Функциональная модель

(множество вариантов

принципов действия)



Первичные оценки и отбор вариантов



Определение вредных функций



Разработка мер по снижению

воздействия вредных функций, напри-

мер, сильного нагревания, трения

(требуются системы охлаждения, смазки...)



Построение принципиальных схем ТС



Развитие найденных решений с помощью

комбинаторного метода, морфологического анализа



Определение вспомогательных функций

 Свёртывание



Стоимостная оценка функций, оптимизация

(минимизация затрат), окончательный

выбор решения.

Структура ТРИЗ

ЗРТС

(закономерности прогнозирование вепольный развития развития

анализ технических технических

систем) систем

АРИЗ

(алгоритм

решения решения

по изобретательских информационные

стандартам задач) фонды

№ п/п	ПРИЗНАКИ ТС, СТРЕМЯЩЕЙСЯ К ИДЕАЛЬНОЙ	ВИД СОГЛАСОВАНИЯ (КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА)
1	РАБОТАЕТ ТОЛЬКО ТОГДА, КОГДА ЭТО НЕОБХОДИМО	ДИНАМИЧЕСКОЕ (СОГЛАСОВАНИЕ РИТМИКИ: ЧАСТОТ КОЛЕБАНИЙ, ПЕРИОДИЧНОСТИ ДЕЙСТВИЯ)
2	РАБОТАЕТ ТОЛЬКО ТАМ, ГДЕ ЭТО НЕОБХОДИМО	СТРУКТУРНОЕ (СОГЛАСОВАНИЕ РАЗМЕРОВ, ФОРМЫ СТРУКТУРЫ)
3	СОСТОИТ ТОЛЬКО ИЗ ТОГО, ЧТО НЕОБХОДИМО	КОМПОНЕНТНОЕ (СОГЛАСОВАНИЕ МАТЕРИАЛОВ, ВЕЩЕСТВ, УЗЛОВ И Т.Д.)
4	ПАРАМЕТРЫ ИМЕЮТ ТОЛЬКО ТАКИЕ ЗНАЧЕНИЯ, КОТОРЫЕ НЕОБХОДИМЫ	ПАРАМЕТРИЧЕСКОЕ (СОГЛАСОВАНИЕ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ: ТЕМПЕРАТУР, ВЕСОВ, ДАВЛЕНИЙ, ПЛОТ-НОСТЕЙ, ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СОПРОТИВЛЕНИЙ)
5	САМА (ТОЛЬКО ЗА СЧЕТ ВНУТРЕННИХ РЕСУРСОВ) ДЕЛАЕТ ВСЕ ТО, И ТОЛЬКО ТО, ЧТО НЕОБХОДИМО	ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ (СОГЛАСОВАНИЕ ОСНОВНЫХ ФУНКЦИЙ)

В зависимости от роли, которую играют согласуемые ТС в производственном процессе, согласуются: (1) подсистемы одной ТС, (2) ТС и внешняя среда, (3) изделие и инструмент, (4) инструменты между собой, (5) изделия между собой.

Задача на метод ММЧ

Центрифуга заполнена маслом. В середине её корпуса помещено изделие. Нужно, чтобы при вращении центрифуги масло со всех сторон равномерно сжимало изделие.

Как заставить жидкость во вращающемся сосуде давить не на стенки сосуда, а на изделие?	Совместим несовместимое ...
Сейчас “человечки жидкости” давят так!	Пусть человечки нижней шеренги толкают человечков верхней шеренги и пересиливают их :
А надо так :	Решение :

МОРФОЛОГИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ

Цель метода: систематический анализ и обзор всех возможных вариантов исследуемого объекта; метод позволяет получить неожиданные варианты , которые при простом переборе вариантов обычно не обнаруживаются.

Порядок работы:

1. Точно сформулировать задачу, выбрать объект.

2. Составить список всех характеристик объекта (например, для транспортного средства -двигатель, движитель, кабина, горючее, управление и т. д.)

3. Для каждой характеристики перечислить все мыслимые варианты (например, для двигателя: ДВС, паровая машина, электрический, без двигателя и т. д.

4. Составить сочетания и провести их анализ. Для удобства все характеристики с их вариантами располагают в матрицу, называемую морфологическим ящиком.

5. Отобрать лучшие варианты сочетаний.

ПРИМЕР

Нужна эффективная конструкция лунохода.

Характеристи-ка объекта	варианты
	1	2	3	4	...n
Двигатель	электри-ческий	хими-ческий	паровая машина	на искус-ственных мускулах
Движитель	колёсный	Гусенич-ный	Шагаю-щий	Прыгаю-щий	Реак-тивный
Кабина	герметич-ная	не герме-тичная	нет
Источник Энергии	жидкое топливо	твёрдое топливо	солнце	атомные ядра
Блок управления	автоном-ный	дистан-ционный	комбини-рованный
...
m

Варианты решений (некоторые сочетания заведомо невозможны).

ИНФОРМАЦИЯ

ЛИТЕРАТУРА

1. Н.К. Моисеева, М.Г. Карпунин. Основы теории и практики ФСА.-М., Высшая школа, 1988.

2. Основы ФСА. Под редакцией М.Г. Карпунина и Б.И.Майданчика. М., Энергия,1980.

3. ФСА в электротехнической промышленности. Под редакцией М.Г. Карпунина. М., Энергоатомиздат, 1984.

4. Г.С. Альтшуллер, Б.Л. Злотин, А.В. Зусман, В.И. Филатов. Поиск новых идей: от озарения к технологии. Кишинёв, Картя Молдовеняскэ, 1989.

5. Г.С. Альтшуллер. Найти идею. Новосибирск, Наука, 1986.

6. Г.С. Альтшуллер, Б.Л. Злотин, В.И. Филатов. Профессия – поиск нового. Кишинёв, Картя Молдовеняскэ, 1985.

7. Г.С. Альтшуллер. Творчество как точная наука. М., Советское радио, 1979.

8. Г.С. Альтшуллер. Алгоритм изобретения. М.: Московский рабочий, 1-е изд. 1969 г., 2-е изд., 1973 г.

9. Труды кафедры новой техники ИПК МЭТП СССР (не опубликованы).

Книги серии «Техника – молодёжь – творчество (составитель А.Б. Селюцкий)

1. Нить в лабиринте;

2. Правила игры без правил;

3. Как стать еретиком;

4. Шанс на приключение;

5. Дерзкие формулы творчества.

Сайты в интернете

1. www.trizminsk.org.

2. www.altshuller.ru.

3. www.triz.ri-ru.

4. shop.triz.ri-ru.

5. matriz.karelia.ru.