Размещено на сайте 16.04.2008.

Санкт-Петербургский государственный университет
информационных технологий, механики и оптики,
кафедра систем управления и информатики
bushuev@inbox.ru
Copyright © 2008 А.Б.Бушуев

В статье А.В.Кудрявцева "АРИЗ - куда расти?", представленной в рамках  подготовки к Саммиту -2008, выделены основные недостатки АРИЗ, в частности,    "отсутствует механизм выявления исходного противоречия и оценки его важности, значимости для дальнейшего развития совершенствуемой системы".  

К чему  это приводит ?

Не только к отрицательным, но и положительным последствиям. Собственно, это обстоятельство  далее также отмечает  А.В.Кудрявцев: "в рамках практически любой исходной проблемной ситуации можно выбрать не один путь решения, приводящий к противоречию, а несколько. Осознание этого факта дает возможность более глубокого управления процессом решения".

А если заходит разговор об управлении процессом, то и соответствующую задачу  целесообразно ставить как задачу управления.

Задача управления ставится следующим образом. Задан объект управления (ОУ). Необходимо синтезировать устройство управления, которое вырабатывает  воздействия (управления) на объект,  приводящие  его к необходимой цели.

Выберем  два объекта управления:   изобретательскую ситуацию и самолет (его динамику - для аналогии). 

Первым этапом решения задачи управления является идентификация объекта управления, т.е. получение математической модели  ОУ.

Откуда берется математическая модель самолета? Вовсе не из теории управления, а из аэродинамики и подобных смежных наук. Потому, что за многие годы проектирования в авиации сложился определенный формализованный остов, стержень, основа математических моделей самолетов в виде определенной системы дифференциальных уравнений. Эта система показала свою жизнеспособность, и специалисту по теории управления остается только "привязать" конкретный самолет к этой основе, по возможности, с минимальными изменениями. Такой способ существенно отсекает "отсебятину", субъективность проектировщиков.

Применительно к изобретательству  формализованным описанием технической системы является формула изобретения. Она составляется по определенным правилам, и показала свою жизнеспособность за время существования патентного права. Поэтому вполне возможно за первоначальную модель изобретательской задачи выбрать формулу изобретения-прототипа, "привязав" к нему исходную изобретательскую ситуацию. Прототип, как известно, выполняет ту же функцию, и отличается от заявляемого решения по минимальному количеству признаков. Назовем такую модель патентной.

Далее, каковы же дальнейшие пути формализации проблемной ситуации?

Обратимся снова к модели самолета.  Система дифференциальных уравнений, упомянутая выше, записывается обычно в так называемой нормальной форме Коши:

                                    dx/dt= F(x,u),                         (1)

где x - вектор состояний самолета, вектор управлений, F-некоторая функция, t - время. Координатами вектора состояний выбираются переменные, определяющие положение самолета в текущий момент времени, например,  x₁  - дальность полета или первая координата вектора x, x₂ -горизонтальная скорость полета или вторая координата вектора х, x₃- высота полета, x₄- вертикальная скорость, x₅ - курс, x₆- наклон траектории, x₇- угол наклона  самолета относительно центра его масса  и  другие  переменные. В качестве координат вектора управления обычно выбираются u₁  - угол поворота руля направлений, u₂- угол поворота руля высоты, u₃- угол поворота элеронов, u₄- угол тяги и другие средства управления. Система уравнений (1) может быть расписана и в скалярной форме

                             dx₁ /dt= F₁(x,u),

                             dx₂ /dt= F₂(x,u),                              (2)

                             ......................

                             dx_n /dt= F_n(x,u),

где n - порядок системы. 

Решение каждого уравнения (2) дает некоторое элементарное движение. Их совокупность характеризует сложную динамику всего самолета. Число n  уравнений может доходить до 200, когда описывается не только движение центра масс самолета, но и движение вокруг центра масс в трехмерном пространстве, нежесткость крыльев  самолета, расход топлива, изменение положения центра масс  и другие движения.

Если перейти к модели изобретательской задачи, то возникает вопрос, что же может быть такими элементарными движениями,  совокупность которых и определяет   проблемную  ситуацию?

На наш взгляд, такими элементарными движениями могут быть противоречия, а каждое i-ое уравнение системы (2)  будет описывать развитие i-ого противоречия по  координате x_i(t),  i=1,2,.. n.  Тогда вся система (2) должна математически моделировать исходную проблемную ситуацию изобретательской задачи.  Остается связать патентную  и математическую модели, и возможно это сделать через структурную модель.

Можно предполагать, что математическая модель может оказаться весьма сложной. Например, систему из двух сотен    дифференциальных уравнений  анализировать очень трудно, а  синтезировать к ней автопилот (применительно к самолету) просто невозможно.   Поэтому  систему уравнений подвергают декомпозиции. Для этого выделяют какую-нибудь траекторию, направление, и рассматривают движение, относящееся только к этому направлению.

Например, руление самолета по осевой линии взлетно-посадочной полосы можно в простейшем случае описать всего двумя уравнениями типа (2): одно для скорости движения, а другое - для скорости изменения скорости, т.е. ускорения.

Полет в трехмерном пространстве чаще всего разбивают на два движения: продольное - в вертикальной плоскости, и поперечное - в горизонтальной. Например, глиссада (траектория посадки) в продольной плоскости может быть описана системой всего из 4-х уравнений и т.п.

Если перейти теперь к изобретательской ситуации, представленной патентной моделью, то в ней тоже необходимо выделить направления движения, по которым можно декомпозировать патентную модель.

Наиболее естественным выбором в качестве направлений декомпозиции являются причинно-следственные цепочки или линии прохождения /преобразования  энергии/информации, вытекающие из законов развития (полноты частей системы, информационно-энергетической проводимости и т.п.) .

На этих линиях по патентной модели строим структурную модель. Собственно, эта операция не только в ТРИЗ, а и вообще в техническом творчестве, известна давно и достаточно отработана, поскольку патентное описание устройств чаще всего сопровождается структурными иллюстрациями.  Например, структурную модель задачи о запайке ампул с лекарством можно представить в виде  на рисунке 1. Конечно, у разных исполнителей модель может иметь некоторые вариации, однако имеется и единство, которое определяется общим патентным описанием и линиями прохождения энергии/информации.  Как видно из рисунка 1 структурная модель содержит 4 таких линии. По аналогии с моделью самолета линия "давление-газ-горелка-пламя-ампула-лекарство" может быть названа продольной,
а остальные линии, например, конвейер-кассета-ампула - поперечными.

Рисунок 1. Пример структурной схемы

Продольное  движение самолета частично влияет на его поперечное движение и наоборот, т.е. существуют перекрестные связи с канала на канал. Однако автопилоты для обоих движений синтезируют раздельно. Если перекрестные движения сильно влияют друг на друга, то синтезируют автопилот с антиперекрестными связями, исключающими взаимовлияние влияние каналов; если перекрестные  связи слабые, то сначала синтезируют автопилот для одного канала, включают его в систему управления, и затем синтезируют автопилот для другого канала.

В изобретательской задаче поступаем аналогичным образом.  Если противоречия в элементах на пересечениях продольных и поперечных линий сильные (назовем их перекрестными), то разрешаем эти противоречия в направлении устранения влияния одной линии на другую. Затем  разрешаем, если необходимо, противоречия уже в развязанных линиях.

Если перекрестные противоречия слабые, тогда разрешение противоречий в продольных и поперечных линиях осуществляем последовательно. 

В тексте сохранены авторская орфография и пунктуация.