Перспективы совершенствования АРИЗ на базе концепт-карт

Перспективы совершенствования АРИЗ на базе концепт-карт

 

Е.В. Резчикова

Ключевые слова: алгоритм, структура, АРИЗ, когнитивная графика, концептуальное картирование, графовые модели, С-map Tools

 

За последние годы ведущими специалистами ТРИЗ была проделана большая работа по усовершенствованию АРИЗ. Причина пристального внимания к нему заключается в том, что с одной стороны, АРИЗ - ключевой раздел ТРИЗ, а с другой стороны его применение связано со значительными затруднениями. Проблемы и недостатки АРИЗ неоднократно обсуждались в статьях тризовцев и сводятся к следующему: 1) технические задачи весьма разнообразны, а АРИЗ для их решения фактически один и тот же;  2) инструкции и рекомендации для решения на разных шагах имеют разную степень детальной проработки; 3) АРИЗ в целом - это многостраничный текстовый документ, а это затрудняет его целостное восприятие.

Как отмечал Г.С. Альтшуллер: "Внешне АРИЗ представляет собой программу последовательной обработки изобретательских задач".  Но через несколько абзацев он пишет: "В сущности АРИЗ организует мышление изобретателя так, как будто в распоряжении одного человека имеется опыт всех (или очень многих) изобретателей" [1]. В последующих работах Г.С. Альтшуллера и его коллег в разных изложениях поддерживается и развивается такое двойное понимание АРИЗ. В соответствии с этим, АРИЗ позиционируется как имеющий в основном линейную (одномерную) структуру и представляет собой текстовое описание мыслительных операций при решении задач. Но известно, что обработка информации в текстовом виде - процесс, базирующийся на последовательной логике и требующий затрат времени (текстовое мышление). При чтении напечатанного слова вначале определяют признаки отдельных букв, идентифицируют их, идентифицируют слово, осознают его значение и относят его к некоторой категории или семантическому типу. По этой причине текстовая форма АРИЗ может тормозить процесс решения задач. Для лучшего обозрения АРИЗ и аналогичных алгоритмов в ряде работ были построены схемы, но они также преимущественно линейны и не получили дальнейшего развития в когнитивной графике.

Анализ публикаций, в которых авторы предлагают идеи по совершенствованию АРИЗ, позволил выявить ряд общих пожеланий или требований к АРИЗ нового поколения:

- должна быть возможность адаптации к задачам разного типа за счет наличия соответствующих линий для решения и к профессиональным возможностям решателя за счет модульности;

- должна быть возможность оперативного доступа к базам знаний ТРИЗ (физические эффекты, приемы разрешения противоречий, задачи-аналоги, стандарты и другие экспертные знания);

- требуется наличие инструментальной возможности выявления технических противоречий

- необходимо использование современных когнитивных средств визуализации на базе компьютерной техники.

Представляется, что для дальнейшей продуктивной работы по развитию АРИЗ следует в полной мере использовать возможности графического мышления, которое подчиняется иным законам, чем текстовое. Оно образное,  универсальное, оперативное и работает через рисунки, схемы, картинки, пиктограммы, знаки, символы и т.п.  Для этого требуется сформировать схему АРИЗ в обобщенном, цельном виде, как совокупность множества связанных модульных компонентов включающих экспертные знания и правила.

Известны замечательные примеры применения когнитивной графики в ТРИЗ, например, построение деревьев эволюции технических решений [2]. Широко используются и дорожные карты (Road map) для представления сложных технических проблем, есть примеры применения ментальных карт (mind map) [3]. Но такого рода инструменты статично отражают структуры и не вмещают необходимой информации.

Эти недостатки отсутствуют в инструментальной методике С-map Tools на основе концепт-карт (С-map), поэтому она предлагается для построения концептуальной графовой модели АРИЗ.

Метод карт понятий (concept maps) базируется на идее структурной организации знаний по типу семантических сетей, и является способом изображения процесса общего системного мышления с помощью графических схем. Метод хорошо подходит для анализа и принятия решений в условиях неопределенности, что как раз характерно для изобретательской ситуации. Концептуальные карты или графы concept maps[1] описывают отношения между понятиями или концептами. Они состоят из узлов и направленных поименованных отношений-связей, соединяющих эти узлы. Это графический инструмент для представления знаний и преобразования их по мере продвижения к решению.

Концепты и связи имеют универсальный характер для некоторого класса понятий предметной области. Связи могут быть различного типа и с разными именами. На рис.1 представлена схема, поясняющая принцип концепт-карты.

Рисунок 1. Принципиальная модель концептуальной карты

Характер связей может отражать все многообразие отношений между концептами (узлами). Типовыми именами связей концептуальной модели могут быть: "включает", "составляет", "обеспечивает", "является", "влечет за собой", приводит к", "требует" и т.п.

C-map Tools как инструмент имеет важные для работы по АРИЗ достоинства. Он позволяет выстроить пространственную (многомерную) модель структуры АРИЗ на базе когнитивной компьютерной графики и задать дополнительные связи и/или обнаружить новые неочевидные связи в модели АРИЗ. Он предусматривает использование интерактивной программной среды Cmap Tools, созданной во Флоридском институте человеческого и машинного знания (Florida Institute for Human and Machine Cognition) [5].

В Cmap Tools каждый новый узел генерируется щелчком мыши в произвольном месте поля в окне программы. Изображение узла содержит инструментальные заготовки для формирования новых узлов и связей. На стрелке связи имеется окно для указания типа связи. Изображение любого узла и его связей можно перемещать мышью произвольно по всему полю, а также редактировать, масштабировать и форматировать изображения.

Cmap Tools программно обеспечивает возможность вложения в любой узел требуемой информации в виде: текстовых файлов, звука, видео, рисунков и анимации, а также других активных c-map. Схема  фрагмента варианта базы знаний ТРИЗ изображена на рис.2.

Рисунок 2. Граф Cmap Tools с гиперссылкой

В любые узлы графа могут быть вложены граф-схемы второго уровня. Если щелкнуть мышью на иконке узла, то они  становятся доступными. Особо ценным является наличие гиперсвязи узлов с информационными источниками Интернета.

Первоначально концептуальная карта АРИЗ была построена буквально следуя логике текста АРИЗ-85В. Результат представлен на рис.3.

Рисунок 3. Исходная граф-схема АРИЗ-85В

Затем в поле программы C-map Tools были сделаны преобразования этого графа с целью сделать обозримым и ясным главный путь продвижения по АРИЗ (см. рис 4).

Рисунок 4. Преобразованная граф-схема АРИЗ

Такая граф-схем может помочь выявить неочевидные связи. Дальнейшая работа с АРИЗ видится в направлении совершенствования структуры графа в целом и структуры каждого вложенного в шаг графа (см. рис.5).

Рисунок 5. Вложенная граф-структура 1 части АРИЗ

В процессе анализа и синтеза в среде С-map Tools были построены и вложены в граф АРИЗ по гиперссылкам графы для всех шагов. Графы шагов были снабжены вложенными базами знаний, которые необходимы для решения задач по АРИЗ. Это текстовые файлы, детальные графы нижнего уровня либо специализированные графовые базы знаний. Например, на рис.6 представлена структура второго шага АРИЗ с вложениями.

Рисунок 6. Структура 2 шага АРИЗ с гиперссылками

 При построении и работе с C-map по АРИЗ возникает необходимость структурирования всей информации, экспертных знаний и инструментов ТРИЗ, используемых для обработки задачи, что само по себе уже усовершенствует АРИЗ. При этом можно отразить различные подходы к организации информации. Например, приемы разрешения противоречий выстроить в соответствии с разными способами классификации и все вложить в соответствующий шаг. Аналогично можно сделать и для структурирования базы физических эффектов, задавшись классификацией либо по физ. эффекту, либо по функции. На рис. 7 дана схема классификации приемов разрешения технических противоречий по работе [6]. В вершину каждого приема вкладывается описание приема и ряд примеров из техники.

Рисунок 7. База данных приемов созданная в среде C-map

Для задач разного характера (совершенствование ТС, создание новой ТС) в граф-схему АРИЗ можно вложить несколько линий решения, а информационные базы могут быть общие для всех линий.

В данной работе АРИЗ-85В был взят за основу исследования, так как он считается классическим вариантом, разработанным при участии самого Г.С.Альтшуллера. Однако и любые другие алгоритмы могут быть трансформированы в граф-схему в среде С-map Tools: последние версии АРИЗ, авторские алгоритмы АРИП, ТЭР и др.

Выводы

Инструмент C-map tools соответствует процессам, происходящим в сознании при решении задач и в некотором роде "раскрепощает" АРИЗ, освобождает его от необходимости быть линейным алгоритмом. Он дает инструментальную возможность ветвиться по связям, обращаться к "памяти", отрабатывать обратные связи, как это и происходит в мозгу человека. Никакие операции по задаче и варианты не исчезают, а сохраняются в концепт-карте, также, как человек накапливает опыт. C-map tools визуализирует и поддерживает параллельный анализ, повышая эффективность работы по АРИЗ.

В данной работе показана перспектива  инструментального и обозримого объединения шагов АРИЗ и баз данных и возможность отразить одновременно и наилучшим образом как структуры, так и процессы в АРИЗ. Граф-схема АРИЗ сочетает концентрацию и сжатие экспертных знаний с легким доступом к ним. Работа по разделам и шагам АРИЗ в С-map переходит в новое качество: она превращает разбор технической задачи в базу знаний.

Список литературы

1. Альтшуллер Г.С. Творчество как точная наука. - 2-е изд., доп. - Петрозаводск: Скандинавия, 2004. - с. 208

2. Шпаковский Н.А. ТРИЗ. Анализ технической информации и генерация новых идей: уч.пособие / Н.А.Шпаковский. - М.: ФОРУМ, 2010. - 264 с.

3. Ревенков А.В. Резчикова Е.В. Теория и практика решения технических задач : учеб. пособие / 2- изд. Испр. и доп. – М.: ФОРУМ, 2009 – 384 с.

4. Новак Д., Канас А. Теория построения и практика применения карт понятий. http: //cmap.ihmc.us/Publications/ResearchPapers/Theory Cmaps/TheoryUnderlying ConceptMaps.htm).

5. Сайт http://cmap.ihmc.us/

6.  Фаер С.А.Системный анализ приемов. Алгоритм выбора приемов, разрешающих ТП. Сайт http://www.superidea.ru/tm/triz/wibor.htm



[1] Впервые С-map были предложены Джозефом Новаком (Joseph D. Novak) в начале 70-х гг. при изучении детского мышления и формирования первых научных понятий [4]. Это подход базировался на работах Дэвида Асубеля (Ausubel, D. P.) по моделированию понятийного мышления.

 

Алфавитный указатель: 

Рубрики: 

Комментарии

Re: Перспективы совершенствования АРИЗ на базе концепт-карт

И это называют алгоритмом? Проще посмотреть список приёмов. Надо сказать, что алгоритмизации поддаётся довольно узкий круг задач. Стандарты - это набор полезных советов, т.к. точно неизвестно, в каком случае надо применять один стандарт, а в каком - другой. Полная определённость наблюдается лишь при решении задач, требующих ввода нового элемента (или, если угодно, "добавки"). Для них механизм решения может быть детально расписан - например, можно показать, что происходит с каждым из процессов, протекающим в ТС. Хуже положение с задачами, требующими перестройки структуры, т.к. в них приходится перебирать достаточно большое число  вариантов. Назвать этот перебор алгоритмом можно лишь с натяжкой. Здесь мы имеем дело с частичной определённостью. Задачи, в которых НЭ является системным эффектом от наложения, как минимум, пары процессов, вообще не поддаются какому-либо упорядочению решения. Дело в том, что за каждым из этих процессов скрывается тьма-тьмущая обеспечивающих факторов (это тоже процессы), о которых мало чего известно. Здесь мы имеем дело с принципиальной неопределённостью. Именно этот класс мешает создать АРИЗ, способный решать ВСЕ задачи. Ничего с этим не поделать, т.к. природу (т.е., её законы) перехитрить нельзя. Вот такие мы имеем перспективы!   

Re: Перспективы совершенствования АРИЗ на базе концепт-карт

Solver wrote:

Задачи, в которых НЭ является системным эффектом от наложения, как минимум, пары процессов, вообще не поддаются какому-либо упорядочению решения. Дело в том, что за каждым из этих процессов скрывается тьма-тьмущая обеспечивающих факторов (это тоже процессы), о которых мало чего известно. Здесь мы имеем дело с принципиальной неопределённостью. Именно этот класс мешает создать АРИЗ, способный решать ВСЕ задачи. Ничего с этим не поделать, т.к. природу (т.е., её законы) перехитрить нельзя. Вот такие мы имеем перспективы!   

Законы природы перехитрить нельзя, а вот узнать их можно. Уверены ли Вы, что в познании законов природы не существует никаких возможностей использовать алгоритмические методы? Ну, например, алгоритмические методы поиска противоречий в наличном знании, или постановки экспериментов (критерий идеальности: максимум полезной информации при минимальных затратах на проведение экспериментов), и т.д. Ведь научные задачи, в сущности, сродни изобретательским (это, в общем и целом, давно уже Злотин с Митрофановым показали, хотя я не вполне с ними согласен в деталях). Так отчего же такой пессимизм?

Re: Перспективы совершенствования АРИЗ на базе концепт-карт

Изображение пользователя AlexZ.

Е.В. Резчикова wrote:

За последние годы ведущими специалистами ТРИЗ была проделана большая работа по усовершенствованию АРИЗ. Причина пристального внимания к нему заключается в том, что, с одной стороны, АРИЗ - ключевой раздел ТРИЗ, а с другой стороны, его применение связано со значительными затруднениями. Проблемы и недостатки АРИЗ неоднократно обсуждались в статьях тризовцев и сводятся к следующему:

1) технические задачи весьма разнообразны, а АРИЗ для их решения фактически один и тот же;

Очень странное замечание! Так можно и таблицу умножения покритиковать – умножаемые объекты (килограммы, туристы, гектары и т.д.) бесконечно разнообразны, а таблица умножения фактически одна и та же... Или формулу Виета – вон сколько разных квадратных уравнений... Или формулу закона Ома...

Е.В. Резчикова wrote:

2) инструкции и рекомендации для решения на разных шагах имеют разную степень детальной проработки;

3) АРИЗ в целом - это многостраничный текстовый документ, а это затрудняет его целостное восприятие.

Текстовый документ – результат того, что алгоритм создан под человека! Такой алгоритм формализует человеческий (т.е. субъективный) принцип совершенствования систем. А закон вытеснения человека(*) требует переходить к объективному, т.е. к «нечеловеческому»(**) приципу действия, к «нечеловеческому» процессу совершенствования систем.

(*) Что и есть настоящая компьютеризация процесса совершенствования систем.

(**) Г.С.Альтшуллер, Б.Л.Злотин, А.В.Зусман, В.И.Филатов. «Поиск новых идей: от озарения к технологии». Кишинев, Картя Молдовеняскэ, 1989 г., с. 365

 

Такой объективный, т.е. «нечеловеческий» прицип действия или «нечеловеческий» процесс совершенствования систем необходимо должен соответствовать процессам эволюции в природе. Отсюда появляется выход на т.н. естественные(***) структуры. И мерилом правильности предлагемых в ТРИЗ подходов должны быть именно они.

(***) Костин В.С. Естественная классификация как закон природы, http://www.upself.ru/contest/60797/article/71940

Е.В. Резчикова wrote:

Анализ публикаций, в которых авторы предлагают идеи по совершенствованию АРИЗ, позволил выявить ряд общих пожеланий или требований к АРИЗ нового поколения: должна быть возможность адаптации:

  • к задачам разного типа за счет наличия соответствующих линий для решения и
  • к профессиональным возможностям решателя за счет модульности.

Известно, что «Серьезные проблемы, с которыми мы сталкиваемся, не могут быть решены на том же уровне мышления, на котором они возникли». (с) Альберт Эйнштейн

Что это за соответствующие линии для решения...? Если какая-то задача появилась впервые, то для нее линии нет. А задач бесчисленное множество! Будем каждый раз набирать фонд решений для создания такой линии? Не лучше ли поставить задачу поиска алгоритма, который описывает решение любых задач, даже еще неизвестных типов?

Поэтому нужно не АРИЗ адаптировать к задачам разного типа, при этом называя его АРИЗом нового поколения, а, как сказано выше, искать алгоритм, который описывает решение любых задач.

Е.В. Резчикова wrote:

Требуется наличие инструментальной возможности выявления технических противоречий.

А вот выявление Технического противоречия (ТП), как я понимаю, предлагаемое в самом начале алгоритма - явное сужение подхода. Алгоритм решения задачи должен начинаться с анализа проблемной ситуации, возникшей в системе. Ведь с самого начала далеко не очевидно, какой элемент системы надо менять. Именно эта ситуация и отражается в формулировке административного противоречия: «Нужно что-то делать».

И далее, с самого начала неизвестно, возникнет ли ТП при попытке изменения элемента, который в ходе решения будет определен как ответственный за проблемную ситуацию.

Е.В. Резчикова wrote:

Необходимо использование современных когнитивных средств визуализации на базе компьютерной техники.

С этим трудно спорить, только вот не следует компьютезировать, как сказано выше, человеческий подход к решению задачи. Такой негативный опыт есть: «... большинство программ в области методов так и остались на уровне интерактивного учебника + большой записной книжки...»[1]

Е.В. Резчикова wrote:

Требуется сформировать схему АРИЗ в обобщенном, цельном виде, как совокупность множества связанных модульных компонентов, включающих экспертные знания и правила.

Только нужно оторваться от существующей схемы АРИЗ... Обобщенная схема решения задачи – это описание перехода «система с проблемой» --> «система без проблемы» по разрешенным линиям (правилам). Чего, кстати, в предложенном подходе не наблюдается!

Е.В. Резчикова wrote:

Метод карт понятий (concept maps) базируется на идее структурной организации знаний по типу семантических сетей и является способом изображения процесса общего системного мышления с помощью графических схем.

А можно показать, что метод карт понятий (concept maps) является и способом описания эволюции?

Е.В. Резчикова wrote:

... в поле программы C-map Tools были сделаны преобразования с целью сделать обозримым и ясным главный путь продвижения по АРИЗ:

 

На графе – всё, что угодно, но только не преобразование проблемной системы в беспроблемную, а ведь именно в этом заключается решение задачи! Г.С.Альтшуллер именно это отмечал: «... главное в изобретении … - это развитие технической системы...»[2].

На это я постоянно обращаю внимание коллег: надо алгоритмизировать не процесс решения задачи, а процесс эволюции системы, т.е. с помощью законов эволюции необходимо преобразовать менее совершенную систему в более совершенную. Или чуть по-другому: в виде решения задачи (внешняя форма) выступает эволюция технической системы (внутреннее содержание).

На приведенном графе нет законов развития, т.к. нет описания перехода проблемной системы в беспроблемную. А ведь именно проблемная система является ядром в формулировках ЗРТС:

ЗАКОНЫ РАЗВИТИЯ СИСТЕМ[3]

СТАТИКА

Закон полноты частей системы

Закон «энергетической проводимости» системы

Закон согласования ритмики частей системы

КИНЕМАТИКА

Закон увеличения степени идеальности системы

Закон неравномерности развития частей системы

Закон перехода (системы) в надсистему

ДИНАМИКА

Закон перехода (системы) с макроуровня на микроуровень

Закон повышения степени вепольности (системы)

Нет на графе и надсистемы ЗРТС - законов диалектики, согласно которым в ходе эволюции:

  • количественные изменения системы переходят в её качественные изменения;
  • наблюдаются единство и борьба параметров системы;
  • наблюдается последовательная смена систем – система сменяется (отрицается) следующей, которая, в свою очередь, сменяется (отрицается) следующей и т.д.

Е.В. Резчикова wrote:

Дальнейшая работа с АРИЗ видится в направлении совершенствования:

(a) структуры графа в целом и

(b) структуры каждого вложенного в шаг графа...

В это можно углубляться бесконечно. Перефразируя С.Литвина, что «... шаги нужно дополнять микроалгоритмами», видимо, в духе времени далее будут предложены нано-, пико- и фемтоалгоритмы.

Е.В. Резчикова wrote:

Инструмент C-map tools соответствует процессам, происходящим в сознании человека при решении задач...

Хорошо бы привести авторитетные примеры, что предложенный инструмент C-map tools действительно соответствует процессам, происходящим в сознании человека при решении задач. Пока это голословное утверждение!

Сознание оперирует не инструментами, которые только и показаны на C-map tools, а образами совершенствуемой системы, т.е. в сознании отражается именно эволюция системы. Поэтому и инструмент должен быть таким...

Успехов,

AlexZ

[1] А.Кудрявцев Компьютерная поддержка решения задач. Пн, 09/03/2009, http://www.metodolog.ru/node/115

[2] Альтшуллер Г.С., Фильковский Г.Л. Современное состояние теории решения изобретательских задач, 1975, http://www.altshuller.ru/triz/triz2.asp

[3] http://www.altshuller.ru/triz/zrts1.asp

 

Re: Перспективы совершенствования АРИЗ на базе концепт-карт

Комментарий для priven

Причина пессимизма в единстве определённости и неопределённости, присущем любому процессу, в т.ч. и процессу решения изобретательской задачи. От неопределённости избавиться нельзя даже в том случае, если мы будем знать все законы физики. Это принципиальное положение теории процессов. 

Re: Перспективы совершенствования АРИЗ на базе концепт-карт

Solver wrote:

И это называют алгоритмом? Проще посмотреть список приёмов. Надо сказать, что алгоритмизации поддаётся довольно узкий круг задач. Стандарты - это набор полезных советов, т.к. точно неизвестно, в каком случае надо применять один стандарт, а в каком - другой. Полная определённость наблюдается лишь при решении задач, требующих ввода нового элемента (или, если угодно, "добавки"). Для них механизм решения может быть детально расписан - например, можно показать, что происходит с каждым из процессов, протекающим в ТС. Хуже положение с задачами, требующими перестройки структуры, т.к. в них приходится перебирать достаточно большое число  вариантов. Назвать этот перебор алгоритмом можно лишь с натяжкой. Здесь мы имеем дело с частичной определённостью. Задачи, в которых НЭ является системным эффектом от наложения, как минимум, пары процессов, вообще не поддаются какому-либо упорядочению решения. Дело в том, что за каждым из этих процессов скрывается тьма-тьмущая обеспечивающих факторов (это тоже процессы), о которых мало чего известно. Здесь мы имеем дело с принципиальной неопределённостью. Именно этот класс мешает создать АРИЗ, способный решать ВСЕ задачи. Ничего с этим не поделать, т.к. природу (т.е., её законы) перехитрить нельзя. Вот такие мы имеем перспективы!   

Я неоднократно читала и слышала критику АРИЗ. Ничего нового в этом комментарии нет. Против классификации задач тоже ничего не скажу, хотя есть и другие подходы. В моей статье речь идет о возможности визуализации всех возможных вариантов рассуждений при использовании инструментов ТРИЗ. Репрезентация процесса решения задачи делает этот процесс доступным для обсуждения, критики, обучения, улучшения, изменения хода решения и т.д. Именно на это я хотела обратить внимание специалистов - картирование дает возможность для диалога, для конструктивного подхода, так как позволяет перейти от сотрясения воздуха к фиксированным процессам и результатам. 

Re: Перспективы совершенствования АРИЗ на базе концепт-карт

Резчикова Елена Викентьевна wrote:

Репрезентация процесса решения задачи делает этот процесс доступным для обсуждения, критики, обучения, улучшения, изменения хода решения и т.д. Именно на это я хотела обратить внимание специалистов - картирование дает возможность для диалога, для конструктивного подхода, так как позволяет перейти от сотрясения воздуха к фиксированным процессам и результатам.

Согласен полностью, уважаемая Елена Викентьевна! Но как все же насчет алгоритмизации, иными словами - предписания дальнейших действий на основе знания результатов действий предыдущих? Или этот вопрос Вами не рассматривался?

Subscribe to Comments for "Перспективы совершенствования АРИЗ на базе концепт-карт"