ДЕНЬ ПЯТНАДЦАТЫЙ
САМЫЙ ГЛАВНЫЙ ИНСТРУМЕНТ
Плакат с текстом висит уже три дня. Это одна из задач, которую мы использовали как противоядие «звездной» болезни. Сегодня, наконец, пришел ее черед.
Для резки толстых листов металла применяются плазмотроны. На рисунке показано как он устроен. Мощный источник тока одним полюсом подключен к разрезаемому металлу, а другим — к катоду плазмотрона, и между ними загорается электрическая дуга. В зону дуги через сопло под давлением подается воздух или инертный газ, который под действием дуги ионизируется и превращается в плазму. Достигнув поверхности металла, ионы снова превращаются в молекулы газа. При этом выделяется огромная энергия, как бы «взятая взаймы» у электрической дуги. Температура в зоне резания доходит до десятков тысяч градусов. Металл плавится, испаряется. Плазмотрон — высокопроизводительный инструмент, чем мощнее дуга, тем быстрее режется металл, но при этом быстро разрушается катод. Как быть?
Ребята строят вепольные схемы, рисуют маленьких человечков, но ответа не находят. Затруднения вызваны тем, что обычно мы давали решать уже достаточно четко сформулированные задачи, а сейчас перед ними даже не задача, а изобретательская ситуация. Рассказано о технической системе, в которой есть какие-то недостатки. К ситуации можно подходить по-разному: отказаться совершенствовать предложенную систему и заменить ее другой, например, плазменную резку лазерной или работать над созданием нового материала для катода, который сможет выдерживать высокие температуры без малейших разрушений.
Превратить ситуацию в четко сформулированную задачу, а потом найти и разрешить противоречие, скрытое в данной задаче, — для этого и существует алгоритм решения изобретательских задач — АРИЗ.
Мы вывешиваем первый плакат. Это младший брат АРИЗа — АРИЗЕНОК.
Аризенок
Часть 1. Анализ задачи
- 1.1. Мини-задача.
Необходимо при минимальных изменениях в системе....
- 1.2. Конфликтующая пара. Изделие (изделия) — Инструмент (инструменты)
1.3. Графические схемы ТП-1 и ТП-2.
1.4. Выбор ТП.
1.5. Усиление ТП.
1.6. Модель задачи.
- — Кто помнит, что такое мини-задача?
— Это задача, в которой решение должно быть получено путем минимальных изменений в уже существующей системе.
— А какие у мини-задачи преимущества?
— Меньше изменений — значит, получится более идеальное решение! Легче будет внедрить!
— Верно. И еще одно преимущество: мини-задачу проще всего сформулировать. Все в системе остается как было (или почти все), а вредный эффект, недостаток должен исчезнуть. В АРИЗ мини-задача строится по строгой схеме. Необходимо отказаться от терминов. И еще нужно уметь сформулировать техническое противоречие (ТП). Так в ТРИЗ называется ситуация, когда попытка улучшить одну характеристику системы приводит к ухудшению другой. В мини-задаче технические противоречия «ходят парой», потому что на любую проблему всегда можно взглянуть с двух противоположных сторон.
1.1. Техническая система для резки металла включает электрод, газ, разрезаемый металл и электрическую дугу. ТП-1: если дуга очень сильная, она быстро режет металл, но разрушает электрод. ТП-2: если дуга слабая, она не разрушает электрод, но плохо режет металл. Необходимо при минимальных изменениях в системе обеспечить неразрушение электрода при быстрой резке. Следующий шаг — выбор конфликтующей пары, включающей изделие и инструмент. Иногда в задачах бывает два изделия или два инструмента. В нашем случае:
1.2. Изделие — металл (М) и электрод (Э). Инструмент (сильная или слабая). «Взаимоотношения» между инструментом и изделиями изображаются графически.
1.3. ТП-1: сильная дуга хорошо режет металл, но портит электрод — на графике выглядит так:
ТП-2: слабая дуга не портит электрод, но плохо режет металл:
Следующий шаг — выбор ТП. Фактически у нас в мини-задаче две задачи. Можно «идти» от ТП-2 — слабой дуги. Но тогда придется искать новые способы повышения производительности резки, а это приведет к отказу от мини-задачи. Лучше «работать» с ТП-1: у нас уже производительность обеспечена, нужно только решить проблему разрушения электрода.
1.4. Выбираем ТП-1. Выбрав конфликт, мы снова выбрали задачу. Теперь главное — не терять ее, не путаться, не возвращаться раньше времени к другой. Для этого следующий шаг — усиление конфликта, чтобы не «тянуло» к компромиссу, к какой-то средней по силе дуге. Обострение противоречия — шаг к его разрешению!
1.5. Усиление конфликта: очень сильная дуга прекрасно режет металл, но быстро разрушает электрод.
Заключительный шаг первой части как бы подводит итог анализу. Но в ней появляется и новое действующее лицо — икс-элемент — таинственный незнакомец, который должен помочь нам решить задачу. Правда, его полномочия обычно не очень широки. Ведь у нас есть инструмент — дуга, которая с одной частью работы справляется хорошо — прекрасно режет металл. Здесь ей помогать не надо. На долю икс-элемента остается обеспечить неразрушение электрода. Но при этом он не должен мешать дуге, иначе «за что боролись?» Икс-элемент как в алгебре — неизвестное, которое нужно найти. Это может быть вещество или поле, или просто какое-то изменение в системе.
1.6. Модель задачи. Даны сильная дуга, металл и электрод. Очень сильная дуга прекрасно режет металл, но сразу разрушает электрод. Необходимо найти такой икс-элемент, который устранит разрушение электрода, не мешая очень сильной дуге резать металл.
Теперь можно использовать вепольный анализ. Здесь — слово ребятам.
- — Это типичный вредный веполь, — рассуждает Женя. — B1 — электрод, B2 — дуга, П — вредное тепловое поле. Нужно ввести модификацию, скорее всего дугу, которая бы защищала электрод.
— Какую модификацию?
— До этого, конечно, давно додумались, но эффект не очень большой.
— Оттянуть каким-то веществом лишнее тепло?
Ребята хотят продолжить поиск решения с помощью вепольного анализа. Но Преподаватель против. Если решение не очевидно, нет смысла тратить много времени на перебор веществ и полей — лучше продолжить уточнение задачи по АРИЗ.
Мы вывешиваем второй плакат.
Часть 2. Анализ модели задачи
- 2.1. Оперативная зона.
2.2. Оперативное время.
2.3. Ресурсы (внутрисистемные, внешнесистемные, надсистемные).
Продолжаем разбор нашей задачи.
2.1. Оперативная зона — место конфликта — там, где дуга касается электрода.
2.2. Оперативное время — пока горит дуга.
2.3. Ресурсы. Вещественные, энергетические, из оперативной зоны и вне ее.
- — Плазма, газ, воздух, металл электрода, разрезаемый металл...
— Высокая температура, давление, скорость...
— Гравитационное, магнитное поле Земли... Перечисляя ресурсы, ребята тут же пытаются «пристроить их к делу». Это не страшно, но много времени терять на такие попытки не стоит. Ведь обзор ресурсов на этой стадии — предварительный. Вообще попытки найти решение, не дожидаясь конца анализа, всегда есть. Это немного странно — ведь если решаешь квадратное уравнение по формулам Виета, нет смысла где-то посередине бросать вычисления и начинать гадать. Но так уж устроен человек — при решении изобретательских задач всегда хочется побыстрее угадать ответ. Мы в таких случаях рекомендуем пришедшие в голову идеи обдумывать, записывать, а потом идти дальше по АРИЗ. Итак, третий плакат.
Часть 3. Определение ИКР и ФП
- 3.1. ИКР-1.
- 3.2. Усиленный ИКР-1.
- 3.3. ФП на макроуровне.
- 3.4. ФП на микроуровне.
- 3.5. ИКР-2.
- 3.6. Применение вепольного анализа.
Плакат требует пояснений. Сама идея идеального конечного результата (ИКР) понятна — ребята хорошо усвоили понятие идеальности. Но раньше эту идеальность формулировали как кто захочет. В АРИЗ же ИКР строится по определенной схеме (шаг 3.1). А на шаге 3.2 нужно постараться еще раз пересмотреть ресурсы и выбрать из них наиболее подходящий на роль икс-элемента. Далеко не всегда можно сделать этот выбор. Тогда нужно идти дальше, не выпуская из виду наиболее реальных кандидатов: физическим противоречием (ФП) называется ситуация, когда к физическому состоянию объекта (оперативной зоны) предъявляются противоположные требования. ФП как бы прячется внутри технического противоречия и является его причиной. Противоположные требования могут предъявляться ко всей оперативной зоне (ФП на макроуровне) или к ее частицам (ФП на микроуровне).
ИКР-2 — завершающий шаг в этой части. Вы сейчас увидите, насколько изменилась в результате анализа наша задача.
3.1. Икс-элемент, абсолютно не усложняя систему и не вызывая вредных явлений, устраняет разрушение электрода в зоне его контакта с дугой во время ее горения, не мешая дуге резать металл.
- — А зачем нужно писать каждый раз «абсолютно не усложняя систему и не вызывая вредных явлений»? И так понятно, только лишняя писанина!
— Я знаю! — кричит Саша. — Это для преодоления психологической инерции лучше лишний раз напомнить об идеальности! Совершенно верное рассуждение. Но в тетради он написал: Х-Э, а.н.у.с.ин.в.в.я... Это безобразие. Нельзя экономить на формулировках.
3.2. Пересмотрев еще раз имеющиеся в оперативной зоне и вокруг нее ресурсы, мы не нашли ничего подходящего. Формулируем физическое противоречие.
3.3. Оперативная зона должна быть электропроводной, чтобы загоралась дуга, и не должна быть электропроводной, чтобы... — Женя остановился. Почему же ей, собственно, не быть электропроводной? Ведь не в этом причина разрушения электрода.
- — Оперативная зона должна быть холодной, чтобы электрод не разрушался, и должна быть горячей...
— То же затруднение — нет причин, чтобы оперативная зона была горячей — не получается противоречие. Нелегко найти ту именно характеристику, то состояние оперативной зоны, к которой предъявляются противоречивые требования! Но найти обязательно нужно. И если все-таки не удается, в АРИЗ есть запасной вариант — краткое ФП: в оперативной зоне должно быть нечто, чтобы..., и не должно этого быть, чтобы...
С немалым трудом ребята выходят на удовлетворяющую всех формулировку ФП на макроуровне. В оперативной зоне во время работы дуги должен быть контакт между дугой и электродом, чтобы горела дуга, и его не должно быть, чтобы электрод не разрушался.
3.4. Переход к ФП на микроуровне уже не так труден. Частицы дуги в зоне контакта должны соприкасаться с частицами электрода, чтобы контакт был, и не должны соприкасаться, чтобы контакта не было.
3.5. Поверхность электрода сама обеспечивает во время горения дуги наличие и отсутствие контакта дуги с частицами электрода. Вот такая получилась новая формулировка нашей задачи. Она кажется странной, «дикой», не похожей на первоначальную! Но опыт решения многих изобретательских задач говорит, что нарастание «дикости» — признак верного пути к решению.
3.6. И снова пробуем вепольные преобразования. B1 — поверхность электрода, B2 — частица дуги. Нет поля, обеспечивающего наличие и отсутствие контакта между ними. Задача, которая раньше требовала для решения разрушения веполя, превратилась в задачу на его достройку. Что же это за поле? Магическое слово ТЭММАГ не помогло...
В трудной работе прошли обычные четыре часа занятий. Но после обеда ребята снова вернулись в наш класс. Очень уж им хотелось узнать, что дальше будет с нашей задачей. И мы продолжаем. Четвертый плакат
Часть 4. Мобилизация и применение ресурсов
- 4.1. Применение метода ММЧ.
4.2. Шаг назад от ИКР.
4.3. Применение смеси ресурсных веществ.
4.4. Применение пустоты или смеси ресурсных веществ с пустотой.
4.5. Применение веществ, полученных из ресурсов (производных).
4.6. Применение электрических полей.
4.7. Применение вепольных групп «поле — вещество, отбывающееся на это поле».
4.1. Маленьких человечков все рисуют с удовольствием. Получается у ребят примерно одно и то же: шеренга человечков электрода. К небольшой группе (двум-трем человечкам) этой шеренги выстроилась «очередь» из красных «горячих» человечков. По одному они касаются бедных человечков из шеренги и постепенно «сжигают», уничтожают их. Это картинка — «было». А теперь по правилам шага 4.1 нужно эту картинку переделать: так перестроить человечков, чтобы их вредное действие исчезло. Как это сделать? Все в затруднении.
Преподаватель вызывает к доске добровольцев для изображения человечков в натуре. Все желают участвовать в эксперименте, но Преподаватель оставляет только шестерых. Четверо изображают человечков электрода, а двое — человечков дуги. «Человечки катода» перед проблемой — противоречием: они должны держать «человечков дуги», но у тех очень горячие руки, они обжигают.
Нужно передавать человечков дуги из рук в руки, как печеную картошку у костра!
Воспоминания о наших вечерних огоньках самые приятные, и идея сразу всем понятна: нужно, чтобы точка контакта непрерывно перемещалась по электроду! И можно сразу представить, как эту идею реализовать.
- — Электрод должен перемещаться, например, вращаться!
— Лучше, чтобы двигался не электрод, а дуга — она ведь легче! — говорит Миша.
Он прав — двигать дугу с позиций ТРИЗ предпочтительнее. Но как?
4.2. Шаг назад от ИКР делают следующим образом. Из анализа задачи бывает ясно, как должна выглядеть искомая система, а вопрос только в том, как ее получить. В таких случаях рисуют готовую систему, а потом вносят минимальное отклонение от результата. Например, если две детали в конечном итоге соприкасаются — ввести между ними маленький зазор. Возникает новая микрозадача — как ликвидировать этот недостаток? Иногда она легко решается и подсказывает решение общей задачи. А как изобразить ИКР у нас?
- — На электроде горит дуга, а он не разрушается.
— А теперь внесем маленькое разрушение. Дуга все-таки «съела» одну частицу, одного человечка электрода. Что нужно сделать, чтобы вернуть его на место?
— Пусть на его место встанет какой-то другой человечек, из запасных или из...
— Из ресурсов! Тогда все будет как было.
— А как обеспечить такую возможность взаимного замещения человечков?
— Человечки могут менять места только в жидкости. А электрод нельзя сделать жидким, он тогда сразу вытечет.
— Нужно перевернуть электрод вверх ногами, — медленно тянет Саша, — тогда он не вытечет.
— Правильно! Пусть электрод будет внизу, а разрезаемый металл вверху!
Эту идею стоит запомнить и продумать отдельно. Она новая, не совпадает с имеющимся у Преподавателя контрольным ответом. Вполне возможно, что это изобретение!
Вообще, в четвертой части от каждого шага в принципе можно ждать новой идеи. Если в первых трех частях АРИЗ идет анализ и прояснение задачи, то в четвертой части — собственно решение. Но в отличие от аналитической части, где выполнение каждого шага дает гарантированное сужение поля поиска, в «решательной» части далеко не все шаги и не всегда могут дать результат. На шагах 4.3 и 4.5 новых идей не получили. А на шаге 4.4 долго обсуждали возможность использования в нашей задаче пустоты или смеси ресурсных веществ с пустотой. Вообще пустота — идеальный ресурс для изготовления икс-элемента. Ее всегда достаточно, платить за нее не надо. Пустота — это не обязательно вакуум, это просто незанятое место, пространственный ресурс. Но пустота может быть и пузырьками газа в жидкости, и порами в твердом теле.
- — А пена? Это смесь пустоты с водой!
— Правильно, только не обязательно с водой, с любой жидкостью. Для пустоты есть даже свои маленькие человечки — «пустячки». А есть ли «пустота» в нашей задаче? Электрод плазмотрона — массивная деталь, она сделана из сплошного материала. А если... И вот на рисунке новый электрод с пустотой — стакан, охлаждаемый снаружи. Дуга опирается на внутреннюю поверхность стакана. Если привлечь ресурс — поток воздуха или газа, который будет вращаться и непрерывно подгонять дугу, не давая ей задерживаться ни на миг, дуга не успеет «сжечь» человечков электрода.
4.6. Нельзя ли использовать электрические поля или их взаимодействие? Не случайно электрическим полям такое предпочтение — быть самостоятельным шагом в АРИЗ. Все вещества содержат электроны, ионы, то есть человечков, «послушных» электрическому полю. Правда, в обычном состоянии они «замкнуты» друг на друга и электрического поля не слушаются, но их в принципе несложно «освободить». Как раз такой случай в нашей задаче — у нас поток плазмы, то есть ионов, подвластных электрическому полю. Что из этого следует?
- — Нужно вращать дугу не воздухом, а с помощью электрического поля — как в телевизоре.
Ребята сначала скептически относятся к этому предложению — придется пристраивать к плазмотрону целый электронный блок от телевизора! Но сторонники электрического поля не сдаются. Очень интересно — у ребят появилась уверенность: раз ТРИЗ подсказывает идею, стоит за нее побороться!
— Можно использовать не только электрическое поле, но и магнитное. Если сверху стакана поместить магнит? Тогда силовые линии его будут действовать на плазму дуги, как на проводник с током. Правда? Это по правилу левой... или правой руки, — вспоминает неуверенно Света. На помощь ей приходит Женя:
— Можно и без магнита. Нужно вокруг электрода намотать провод и пустить по нему ток. Получится соленоид, он и создаст нужное магнитное поле!
Вот теперь решение получено. Общая радость — ведь решена задача высокого уровня — в практике ее решали десятилетиями, изобретатели медленно шли от одного небольшого улучшения к другому. Конечно, все получилось не без помощи Преподавателя. Но помощь эта была методической, мы не подсказывали ребятам идей, а только объясняли, как сделать тот или иной шаг, не позволяли уклоняться в сторону или раньше времени бросить решение. Но со временем эта помощь станет ненужной, ребята сами смогут пользоваться сложным, но могущественным инструментом решения задач, инструментом мышления.
Сегодня мы решали задачу почти семь часов. Много? Но задачи такого уровня, как мы уже говорили, решаются десятилетиями. Поэтому сколько бы ни было потрачено времени на анализ задачи по АРИЗ — час, два, три, неделя даже — вcе равно это немного. И решать задачу нужно спокойно, не торопясь, все равно выигрыш во времени огромный.
Вечерние размышления
Изучение АРИЗ — кульминационный момент в обучении. Здесь много трудностей. Во-первых, нельзя решать задачу по АРИЗ без записи — через несколько шагов формулировки забываются. А заставить ребят вести записи — отдельная проблема, о которой мы уже говорили. Во-вторых, АРИЗ куда сложнее и более громоздок, чем вепольные преобразования (это естественно, ведь АРИЗ «берет» плохо поставленные задачи, с которыми вепольный анализ не справляется), поэтому всегда есть соблазн вместо длительного анализа по алгоритму попробовать перебрать парочку-другую полей. Это плохо, потому что вепольный анализ — только инструмент, а АРИЗ — еще и средство воспитания диалектического мышления. Да и результаты разные. Глубокое проникновение в задачу с помощью АРИЗ приводит к более эффективным решениям, к лучшему использованию ресурсов.
С этой трудностью мы успешно боремся во взрослых группах, где даем сначала АРИЗ, потом — вепольный анализ. Но в детских группах этот прием нам использовать не удается. Мы растеряем ребят, если в первые занятия вместо того, чтобы за два-три часа решить десяток разных задач, разберем только одну задачу, долго ее «пережевывая».
Ребятам мы даем для изучения АРИЗЕНОК — собственно говоря, это тот же АРИЗ-85 В, последняя модификация, но без многочисленных правил, примечаний и примеров. Полный объем АРИЗ-85 В — более 50 страниц текста, его не вынесешь на плакаты и не приведешь в этой книге. Да и не заставишь ребят его целиком прочесть. На плакатах — только шаги методики, а все остальное мы просто рассказываем ребятам по ходу дела.
Здесь мы даем только общее представление об алгоритме. Для его изучения необходимо познакомиться с литературой по ТРИЗ, приведенной в конце. Для того чтобы преподавать АРИЗ, необходимо пройти полный курс обучения (объемом не менее 140 часов).
 | ВЫХОДНОЙ | ДЕНЬ ШЕСТНАДЦАТЫЙ |
|
.gif){kind=small}
