Главная    Конференция     О методике использования автоматизированной системы функционально-ориентированного поиска.
"ТРИЗ-Конференция - 2007" Список участников и тематика выступлений

О МЕТОДИКЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ ФУНКЦИОНАЛЬНО-ОРИЕНТИРОВАННОГО ПОИСКА.

С.А. Колчанов, Россия, М.С. Рубин, Россия, Е.Л. Соколов, Россия



Станислав Аркадьевич Колчанов, специалист по ТРИЗ 4 уровня, начальник информационного отдела НИЦ "Алгоритм". Область профессиональных интересов - информационная поддержка инновационной деятельности, бизнес-разведка по открытым источникам информации, организация научно-технической экспертизы, развитие сети экспертов. С ТРИЗ познакомился в 1992 в МУНТТР (СПб), с 1996 года работает в консультационных проектах на базе технической ТРИЗ.

Михаил Семенович Рубин, Мастер ТРИЗ, ведущий научный сотрудник НИЦ "Алгоритм". В 1977г. окончил Азербайджанский Институт Нефти и Химии по специальности автоматизированные системы управления. Специализация в ТРИЗ - методы прогнозирования, анализа и развития социально-технических систем.

Евгений Львович Соколов. Работаю в НИЦ "Алгоритм" с 1995 года с дипломом МУНТР (Санкт-Петербург) 1996 года. В ТРИЗ занимаюсь проблемой разработки инструментальных средств функционально-ориентированного поиска. Веду исследования по научной проблеме "Автоматизация синтеза технических систем", где имею публикации. Автор 7 изобретений.

Аннотация. Приводятся результаты апробации элементов автоматизированной системы функционально-ориентированного поиска. Обсуждаются принципы построения поискового образа на основе "безобъектной" и "объективированной" формулировок действия, уточняющие концепцию построения системы, предложенную авторами ранее.

Ключевые слова: ТРИЗ, функционально-ориентированный поиск (ФОП), автоматизированные информационные системы, семантический образ обобщенного действия, обобщенный образ объекта, функциональный аналог, функционально-параметрический подход, решение технических задач, международная патентная классификация (МПК).

1. Исходные положения при проведении апробации

Алгоритм работы пользователя с автоматизированной системой ФОП (АС ФОП), предложенный авторами в работе [1] приводится ниже на рисунке 1. Интеллектуальное ядро (IH) содержит только глаголы действия (всего более 700 глаголов). Между ними установлены связи двух видов: глаголы–синонимы, глаголы - функционально-параметрические аналоги, т.е. направленные на изменение одного и того же параметра объекта. Связь меду изменяемыми параметрами объекта и действием устанавливалась на основе указателей справочников и экспертных оценок. Формализованное семантическое описание действия создается в диалоге пользователя с АС ФОП из глаголов, занесенных в IH.

Цель апробации

Выбор наиболее подходящих способов описания обобщенной функции в целом, реализуемого АС ФОП в диалоге с пользователем для двух случаев [2]:

  • Пользователь изначально задает безобъектную формулировку (только Action);
  • Пользователь изначально задает объективированную формулировку (бинарную связку Action-Object).

Отобранные информационные источники, БД и инструменты, использованные для поиска в них

1. Два корпоративных хранилища НИЦ "Алгоритм":

a. БД1: БД решений из выполненных проектов. В ней содержатся только формулировки ключевых задач и концепции, их решающие. Структура документов жестко определена и, таким образом в результатах поиска уровень информационного шума низкий.

b. БД2: Хранилище всех документов выполненных проектов. В этом хранилище более 12000 файлов, имеющих ощутимые различия в структуре документов, и как следствие - дающих больше информационного шума в результатах поиска.

В качестве поискового инструмента по БД1 и БД2 использовалась свободно распространяемая программа Яndex.Desktop [3], которая вполне подходит для работы с такими хранилищами и обладает достаточно развернутым языком запросов для поставленных задач эксперимента.

Рисунок 1. Алгоритм работы пользователя с АС ФОП
Рисунок 1. Алгоритм работы пользователя с АС ФОП

2. Международная патентая классификация (МПК) в 8ой редакции в двух вариантах:

a. “МПК-Текст”: полный текст МПК, представленный на официальном сайте Федерального Института промышленной собственности [4].

Этот ресурс имеет свои поисковые инструменты, которые с некоторыми оговорками подходили для задач эксперимента.

b. “МПК-Индекс”: Составленные авторами таблицы, описывающие подгруппы МПК в формате Action-Object. Каждому полному классификационному индексу МПК-8 экспертом присваивался 1-2 глагола действия и перечень объектов, которые относятся к этому индексу МПК. Эта работа была проведена для Раздела B - Различные технологические процессы; транспортирование.

Поиск по составленным таким образом таблицам может выполняться любыми локальными поисковыми программами, в том числе и стандартными средствами Windows/MS Office.

Другие допущения

Алгоритм на Рисунке 1 описывает работу пользователя с готовой АС ФОП. При апробации были сделаны также следующие допущения:

1. Шаг “Дополнительные ограничения для поиска” в большинстве случаев пропускался.

2. Переходы между шагом “Формирование поискового образа” и шагом “Формирование поискового запроса” выполнялись “вручную”.

3. При визуализации результатов авторы пользовались только минимальными средствами, имеющимися в поисковых инструментах, оставив вопрос выбора подходящих инструментов визуализации за рамками экспериментов.

Выбранная модельная задача

В литературе по ТРИЗ-ФСА задача об анализе и совершенствовании мясорубки уже давно стала классической. Для иллюстрации работы АС ФОП мы решили использовать задачу о поиске новых принципов измельчения мяса.

Триада основной функции может быть сформулирована следующим образом: "нож - измельчает - мясо". Для функционально-ориентированного поиска идеи новой технологии используется в качестве модели функции бинарная связка "измельчать - мясо".

2. Работы с экспериментальной версией АС ФОП по безобъектной формулировке функции.

Для действия "измельчать" из таблицы глаголов-синонимов и глаголов - функционально-параметрических аналогов (см. рисунок 4 в работе [1]) мы получаем перечень всех рекомендованных АС ФОП глаголов, которые описывают необходимое нам действие. Из этого списка пользователь отбрасывает явно не подходящие формулировки и получает формализованное семантическое описание действия, которое может быть преобразовано в следующий запрос:

(делить | измельчать| дробить | издроблять | мельчить | обмельчать | отрезать | отрывать | перемалывать | разделять | раздроблять | размалывать | размельчать | разрушать | разрывать | разъединять | рассекать | расслаивать)

Такой запрос по БД1 выделил 39 документов. Результат работы на шаге "Предварительный анализ и визуализация результатов поиска" может, например, быть получен в виде, представленном на Рисунке 2. Визуализация результатов может строиться и по другим принципам. В основу визуализации могут лечь группировка по объектам, областям знаний, параметрические связи между глаголами или другие способы, позволяющие пользователю с минимальным затратами осуществить выбор наиболее предпочтительных (интересных) направлений решения поисковой задачи.

Рисунок 2. Вариант представления результата выполнения шага
Рисунок 2. Вариант представления результата выполнения шага "Предварительный анализ и визуализация результатов поиска"

В рассматриваемом примере наиболее интересной представляется группа результатов из 6 документов, выдержки из которых приводятся ниже:

1. …разрушить граничный слой за счет объемного теплового расширения…

2. ...разделять замороженную резину на мелкие одинаковые куски дроблением…

3. ...порошок прессуют и дробят на дробилке...

4. ...камень разрушается применением фокусированных микроструй, формируемых гидроударом...

5. ... после этого капсулы разрушаются ультразвуком, теплом или светом...

6. Центробежные силы создают растягивающие усилия на кромках ножей и разрушают их...

Далее, на шаге "Сравнение найденных результатов с искомой функцией" (по алгоритму, описанному на Рисунке 1) мы можем сделать вывод о возможности использовать заморозку и ультразвук для измельчения мяса.

3. Работа с экспериментальной версией АС ФОП по объективированной формулировке функции

Выше мы привели пример описания образа обобщенной функции на основе только действия. Как создать описание обобщенного образа объекта? Использовать тот же подход, что и для действия – набор синонимов и неких “параметрических аналогов” объекта - невозможно. Как, например, описать обобщенный образ для такого объекта, как "мясо"? Все будет зависеть от аспекта, в котором рассматривается этот объект. Это может быть объект для механической обработки, для длительного хранения, он может рассматриваться как белковый материал, как продукт питания, как стратегический объект и пр. Одно дело защищать мясо от заражения (и тут будут одни аналоги), а иное дело - его измельчать (аналоги будут другие). Таким образом, способ описания обобщенного образа объекта будет зависеть от действия над этим объектом. Этот факт был учтен при создании и апробации методики использования АС ФОП.

Следующий вопрос: как с учетом формализованного семантического описания действия сформировать описание обобщенного образа объекта? В идеале необходимо получить перечень слов, который отражает все объекты, над которыми можно совершать искомые действия. Такой перечень лучше всего получать из информационных баз энциклопедического характера. Для АС ФОП нами была выбрана в качестве такой базы Международная патентная классификация (МПК). Причин несколько. Эта классификация охватывает все известные технические системы, она постоянно развивается, она принята во всех странах мира, по ней можно легко переходить к поиску патентов любой страны.

Итак, методика формирования описания обобщенного образа объекта на основе формализованного семантического описания действия была опробована на МПК-8* для модельной задачи "измельчать мясо". В ходе исследований использовалось два подхода для реализации предложенной методики.

При первом подходе (без предварительной индексации) использовался “МПК-Текст” (см. описание в разделе 1). В результате такого поиска по МПК было найдено 125 информационных единиц. Пример информационной единицы:

F23G - Кремационные печи; уничтожение отходов сжиганием

В развернутом виде этот блок выглядит следующим образом:

F23G - Кремационные печи; уничтожение отходов сжиганием

F23G 5/02 .с предварительной обработкой

[..]

F23G 5/033 ..измельчение или дробление

Из этого блока информации можно выделить объекты, которые подвергаются измельчению (объекты кремации и отходы), а также соответствующий им полный классификационный индекс МПК (F23G 5/033). Необходимо обратить внимание на то, что эта информация позволяет выделить не только объекты действия, но и область в которой действие используется. Это можно сделать с помощью номера класса и подкласса МПК (F23G), или ключевых слов его названия, например, «кремация», «уничтожение отходов».

Таким образом, из “МПК-Текст” был получен перечень из 117 названий объектов, которые подвергаются измельчению. Приведем сокращенный список этих объектов:
-Баки
-Банки
-Бетон
-Ботва
-Бочки
-Бумажная масса
-Бутылки
-Ветви
-Гвозди
-Гипс
-Глина
-Глыбы
-Грунт
-Детали обуви
-Древесина
-Зерно
-Известь
-Искусственные камни
-Какао
-Камни в почках
-Керамика
-Кишки
-Кожа
-Корзины
-Корм
-Коробки
-Кости (хирургия)
-Кофе
-Краски
-Лед
-Лекарства
-Листья табака
-Масло брикетами
-Металл
-Мусор
-Мыло
-Мясо
-Носитель информации
-Объекты кремации
-Овощи
-Отходы
-Пластик
-Почва
-Проездной билет
-Пряности
-Пуговицы
-Растения
-Резина
-Рыбы
-Сахарная свекла
-Сигареты
-Скот
-Солод (для пива)
-Солома
-Стебли
-Стеклянные сосуды
-Сыр
-Табак
-Тара
-Твердые отходы
-Тесто
-Ткань
-Торф
-Уголь бытовой
-Фрукты
-Цементы
-Шкура
-Шлак
-Шоколад
-Щепа
-Ящики

Подобный перечень объектов может быть представлен пользователю для корректировки - отбрасывания неподходящих объектов. При этом указанный перечень достаточно полно описывает все объекты, подвергающиеся всем действиям, выбранным в качестве формализованного семантического описания действия “измельчать”. Полученный после корректировки пользователем список объектов можно считать описанием обобщенного образа объекта для функции "измельчать мясо".

При втором подходе (с предварительной индексацией) использовался “МПК-Индекс” (см. описание в разделе 1).

Первый подход дал 61 название объектов, второй – 22 названия. При этом 15 названий пересекались – то есть были выделены и в первом и во втором случае.

Каждый из подходов анализа текста МПК имеет свои достоинства и недостатки. Первый – более полный, может учитывать нюансы обобщенного действия, но зависит от поисковых возможностей сайта [4], требует дополнительного анализа полученной из запроса информации. Второй подход удобнее в использовании (список объектов получается сразу), но требует предварительной индексации, дает не столь полные результаты, как первый подход.

Наиболее эффективным было бы сочетание двух подходов – предварительная индексация при помощи имеющихся информационно-поисковых систем. Этот подход может быть реализован на основе следующего алгоритма:

  • из имеющихся в IH АС ФОП глаголов действия берется один и подставляется в поисковый запрос по тексту МПК;
  • из выделенных частей текста отбираются названия объектов и соответствующие им полные индексы МПК;
  • в IH АС ФОП для выбранного глагола ставят в соответствие найденные названия объектов действия;
  • таким образом, анализируются все уже имеющиеся в IH глаголы действия и а так же каждый новый, появляющийся при пополнении системы.

При создании описания обобщенной функции на основе формализованного семантического описания действия пользователю мгновенно предъявляется список соответствующих объектов. Этот список после урезания пользователем является описанием обобщенного образа объекта и является второй частью поискового образа.

Рисунок 3. Сравнение результатов поиска в базе БД1 по безобъектной формулировке обобщенной функции с объективированной формулировкой.
Рисунок 3. Сравнение результатов поиска в базе БД1 по безобъектной формулировке обобщенной функции с объективированной формулировкой.

Для определения эффективности использования объективированной формулировки к формализованному семантическому описанию действия “измельчать” был добавлен перечень возможных объектов измельчения, выявленных из МПК. Результаты поиска оказались значительно более качественными (рисунок 3).

Для базы БД1 вместо 39 единиц информации было получено только 10 (удалось отбросить 74% информации). При этом несоответствующих искомому объекту функции оказалась вместо 14 только одна единица информации. Информация о предотвращении измельчения была полностью отброшена из списка. Группа, в которой измельчение используется, как обеспечивающая функция уменьшилась с 7 до 5, основная группа, связанная непосредственно со способами измельчения уменьшилась с 6 до 4 единиц информации.

Такой список анализируется гораздо проще и быстрее. При этом не произошло потери важной для поиска информации.

Аналогичный эксперимент был проведен и для базы БД2. За счет отбрасывания не нужной, «шумовой» информации объем списка информационных единиц уменьшился примерно на 62%.

Таким образом, если при безобъектном поиске полезная информация составляла 5-15% от всей найденной информации, то при объективированной формулировке она составляет не менее 40% .

4. Анализ найденных аналогов для реализации искомой функции.

Если считать вопрос с формированием описания обобщенной функции решенным, то остается рассмотреть дальнейшее движение по алгоритму работы пользователя с АС ФОП (рисунок 1).

Поисковый образ сформулирован, запрос для БД задан, и найденные результаты позволяют сделать вывод о возможности использовать заморозку и ультразвук для измельчения мяса.

Идея 1. Сейчас большую часть произведенного мяса хранят в замороженном виде. Для измельчения мяса можно использовать ультразвуковое разрушение твердых (замороженных) тел. Это позволяет, например, исключить размораживание мяса перед изготовлением фарша, как это требуется для мясорубки или кухонного комбайна.

В принципе, на этом шаге можно было бы остановить поисковую работу и перейти к решению адаптационных проблем.

Однако полезно сделать следующую итерацию, пройдя через шаг "Дополнительные ограничения для поиска". Один из вариантов - выбрать "понравившиеся пользователю" принципы действия. В нашем случае это могут быть "заморозка", вибрация" или "ультразвук". Приведем лишь один из вариантов более "узкого" запроса:

заморозка && (делить | измельчать | дробить | издроблять | мельчить | обмельчать | отрезать | отрывать | перемалывать | разделять | раздроблять | размалывать | размельчать | разрушать | разрывать | разъединять | рассекать | расслаивать)

Такой запрос, примененный к БД1 и БД2, позволил из более чем 1000 документов выявить несколько, один из которых связан с Лиофильной сушкой:

"...Лиофильная сушка (заморозка жидкого продукта реакции до температуры ~ -50oC с последующей быстрой сушкой из твердой фазы). Конечный продукт получают в виде пористой, рыхлой массы. Продолжительность стадии ~ 48÷72 часа. Если воспользоваться распылительной сушкой, то конечный продукт можно получать в виде мелких крупинок (или гранул)..."

Идея 2. Сушку методом лиофилизации можно использовать для размельчения мяса. Замороженное мясо помещают в вакуумную сушилку и затем разрушают вибрацией.

Предлагаемая идея позволяет получать новый для современной пищевой промышленности продукт - "сухой фарш". Количество полезных веществ в нем остается больше, чем в обычном замороженном мясе. Хранить "сухой фарш" можно при температуре около нуля градусов. Срок хранения увеличивается, уменьшаются расходы на транспортировку. Возникают новые возможности в технологии производства продуктов из мяса.

На этом процедура работы с АС ФОП может быть остановлена и пользователь должен перейти к постановке адаптационных проблем. Однако при желании найти и другие решения, можно продолжить работу с системой:

  • за счет использования других ключевых слов в поисковом запросе (например, вместо слова "заморозка" можно использовать слова "ультразвук" или "вибрация");
  • за счет включения в поисковый образ слова "лиофилизация";
  • путем проведения подобного поиска по другим источникам информации.

В качестве информационного источника энциклопедического характера помимо МПК можно, например, использовать указатель физэффектов [5]. Это повышает вероятность выхода рекомендации по использованию различных эффектов (ультразвук, вибрация, замораживание, лиофилизация и пр.).

В общем виде поисковый запрос может состоять из нескольких частей:

  • формализованное семантическое описание действия (перечень глаголов действия или отглагольных существительных)
  • описание обобщенного образа объекта (перечень объектов схожих с позиций искомого действия);
  • указание на область знаний, в которой необходимо проводить поиск (это можно сделать указанием класса и подкласса МПК или использовать ключевые слова для ограничения поиска);
  • указание того, что исключить из поиска;
  • указание того, в каких информационных источниках проводить поиск.

Текст запроса может формироваться постепенно, начиная с описания действия. Результат каждого запроса дает информацию для уточнения этого запроса.

5. Заключение

1. Апробировано интеллектуальное ядро АС ФОП в части работы пользователя, как с глаголами действия, так и с объектами.

2. Выработан подход к формированию поискового образа для обобщенной функции в целом на основе информационных источников энциклопедического характера.

3. Одним из следующих шагов должен стать отбор таких информационных источников для включения их в интеллектуальное ядро системы.

4. Для повышения качества работы системы потребуется подключение блоков семантической обработки и визуализации результатов.

5. При достаточном наполнении ядра АС ФОП представляется возможным решать задачи не только ФОП, но и инверсного ФОП - поиска новых областей применения для уже существующей технологии.

Литература [к началу]

1. Колчанов С.А., Рубин М.С., Соколов Е.Л. «Концепция автоматизированной системы функционально-ориентированного поиска», МА ТРИЗ, Труды международной конференции "ТРИЗ Фест - 2007", Москва, 9-10 июля 2007 года.

2. Аксельрод Б.М. Проблемно-ориентированный поиск по действию с использованием патентных баз данных: новый поисково-решательный инструмент. МА ТРИЗ, Труды международной конференции "Три поколения ТРИЗ", Санкт-Петербург, 13-18 октября 2006 года.

3. Яndex.Desktop (Версия 2.5.0): http://desktop.yandex.ru/

4. Информационно-поисковая система сайта Федерального Института промышленной собственности http://www.fips.ru

5. Горин Ю.В. Указатель физических эффектов и явлений для использования при решении изобретательских задач, Выпуск 1, Баку – 1973: http://www.triz-summit.ru/ru/section.php?docId=3672


* Для полноты описания объекта желательно иметь и другие информационные источники энциклопедического характера. [вернуться]

Главная    Конференция     О методике использования автоматизированной системы функционально-ориентированного поиска.